(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍組織を光破壊するための定位レーザー神経外科手術にレーザービームを使用する装置であって、
基端と先端とを有するチャンネルを形成されている第１のチューブと、
前記第１のチューブの前記基端と光伝達状態で連結され、前記チャンネルを通るレーザー光ビームを前記第１のチューブの軸線に沿って前記基端から前記先端へ向かわせるようにするレーザー光源と、
前記第１のチューブを実質的に同軸的に取囲んで、該第１のチューブとの間に潅注流体の流路を形成し、該第１のチューブに対して軸線方向移動可能で回転可能な第２のチューブと、
前記第２のチューブの先端に、該第２のチューブと一体移動可能に取付けられ、前記レーザービームを前記第２のチューブから腫瘍組織へ向けて選択的に配向する反射器と、
前記レーザービームを前記反射器から離れた腫瘍組織の焦点位置に焦点を結ばせて、光破壊された破片を作り出すレンズ装置と、
前記第２のチューブを実質的に同軸的に取囲み、該第２のチューブとの間に吸引流路を形成する第３のチューブと、
前記潅注流路に流体連通していて溶液で前記反射器を洗浄する洗浄手段と、
前記吸引流路に流体連通していて、腫瘍組織から前記溶液を光破壊された破片と共に吸引する吸引手段とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装置であって、頭蓋内圧を選択されたレベルとなるように調整するために前記潅注流路および吸引流路における流れを制御する手段が設けられている装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脳腫瘍の処置および機能手術（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  ）に使用される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脳腫瘍の処置に現在使用されている基本的な方法は、手術による摘出である。このような処置は、特に腫瘍が脳の深部に深く根ざしている場合には、健全な周辺組織に対するかなりの肉体的外傷を必然的に伴う。現在のところ、外科手術による摘出に関連して用いられる最も一般的な処置は放射線療法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放射線療法は典型的に、腫瘍に対する放射線作用の正確な局所化を得るために定位法（ｓｔｅｒｅｏｔａｘｉｓ  ）の助けをもって実行される。定位法は患者の頭骨に取付けられた外部構造体（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ  ）によって達成される。これらの定位的な方法によって、放射線は腫瘍に対して正確に焦点を結ばれて、その腫瘍組織の壊死を達成する。腫瘍組織の体積が或る大きさを超えているならば、照射によって生じた壊死は重大な副作用をもたらすことになる。実際に、照射によって生じた壊死は腫瘍と同様に成長する。さらに、腫瘍部位に体液が集り、この結果として生じる浮腫が長いこと影響して、恐らくは死に至ることもある。化学療法が放射線療法と関連して用いられるならば、壊死を伴う放射線に関係した危険性が高まる。
【０００４】
レーザーによる外科手術によって脳腫瘍を処置することも現在知られている。今のところこの目的で使用されるレーザーはＣＯ２  レーザーまたはＮｄ：ＹＡＧレーザーのいずれかである。これらのレーザーはいずれも腫瘍組織を蒸発すなわち凝集させるために熱エネルギーを使用している。しかしながら、これらの機構で腫瘍組織の壊死を達成するのに十分な熱エネルギーを付与すると、必然的にその周囲組織も同様に熱することが生じる。
【０００５】
脳腫瘍の現在のレーザーによる外科手術方法では、手動または定位法のいずれかでレーザーをガイドすることが要求される。いずれのばあいにも、長時間の手順が必要とされる。現在使用されているレーザーは広い角度範囲から腫瘍に焦点を結ばせねばならないので、その処置は比較的大きな体積の介在組織に影響をおよぼし、またかなりの時間が必要となる。現在使用されているレーザーによる組織切除は熱を誘発するので、また広い範囲のアプローチ角を必要とするので、周辺の健全組織にかなりの熱膨張を引き起す。この結果、現在知られているレーザー外科手術は、これまで知られていた外科手術の技術を大きく上回るほど改善されていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、より効率的な組織切除の手法でレーザー形式を使用することで、またレーザービームを腫瘍内部から当てて、そうしなければ影響を受けてしまうことになる周辺の健全組織の大きさを減少させることによって、脳腫瘍に対するレーザー外科手術の効率を高める装置を提供する。
【０００７】
第一に、レーザー形式に言及すれば、１／１００〜１００ピコ秒の範囲のパルス持続時間を有する強力なソリッドステーツレーザーが使用される。このようなレーザーが発するパルスは、腫瘍組織の小さい部分を正確に切取って、これにより非熱光破壊機構による組織の切除によって、腫瘍を完全に根絶する。周辺組織には認識できるような影響を及すことはない。
【０００８】
第二に、腫瘍内部からレーザーを当てるようにするので、腫瘍の正確な位置にレーザーエネルギーを与えるレーザープローブは介在組織に対して最少限の外傷しか与えない。このプローブはアクセス経路に沿って最少限の外傷しか与えずに腫瘍内部に到達できるように十分に小型とされる。さらに、しばしば一つのアクセス経路で十分とされ、これまで使用されていたレーザー装置で必要とされる広い範囲のアプローチ角は必要なくなる。レーザービームはプローブ先端の横開口から該プローブの軸線に直角に放射されるか、プローブ先端の前方へ向いた開口から放射され、これによりターゲットを照射するようになされる。その後、レーザービームは計画された手順にしたがって移動され、腫瘍組織の全てが除去されるまで逐次に腫瘍組織を切除するようになされる。
【０００９】
高出力ピコ秒レーザーは、プラズマ介在切除と呼ばれる相互作用機構によってターゲット組織を光破壊する。局所化された組織の特別な切除が望まれるばあいには、レーザーは組織面上に正確に焦点を結ばれて、高出力密度の存在するその焦点位置にマイクロプラズマを発生させる。マイクロプラズマは急激に膨張し、キャビテーション気泡および衝撃波を発生する。キャビテーション気泡は組織に対して応力を伝え、衝撃波は組織内部に圧力勾配を発生させて、組織の部片の機械的な破壊を引き起す。このようにして、腫瘍組織は非常に微細な破片に破砕される。レーザーのエネルギーレベルは切除を起す閾値に達するが、それを大きく超えないように制御される。この結果、周辺組織に対する機械的影響を無視できる状態でターゲット組織の切除が行われる。たとえこれより高エネルギーであっても、周辺組織に対する影響は焦点位置の３００ミクロン以内で消滅する。
【００１０】
レーザープローブは剛性管状部および取付け本体とを有し、取付け本体は定位法の制御を目的としてヘッドリングに取付けることができる。プローブの管状部は非常に小さい全体径を有し、三つの同軸チューブで構成される。他のチューブ構造も使用できる。第１の内側チューブはレーザービーム路としてのチャンネルを形成し、レーザービームを制御するために収束レンズを含む必要な光学装置を収容する。第２チューブは第１チューブを取囲み、レーザービームを偏向させるために反射鏡がその第２チューブの先端付近に取付けられる。第１チューブと第２チューブとの間の空間は、プローブの先端へ向う潅注流体のための流路を形成する。この潅注流体は第１および第２チューブの間の空間を通して圧送されて反射鏡を洗浄し、プローブ先端付近の切除した組織の破片を懸濁して巻込むようにする。第３の外側チューブは第１および第２チューブを取囲み、第２および第３チューブの間の空間は、プローブ基端へ向けて吸引される潅注流体の流路を形成する。吸引流体は懸濁した組織の破片およびあらゆる体液をプローブ先端付近の手術部位から運び出す。それ故に、切除が行われるとき、手術部位に対する連続した潅注および吸引がその切除によって破断された腫瘍組織の破片を除去する。潅注流路および吸引流路における流れは、頭蓋内圧を調整するためにも制御される。
【００１１】
反射鏡はプローブ先端付近に配置される。レーザービームは内側チューブを通して長手方向に走り、第２チューブ先端の反射鏡へ向けられる。反射鏡はレーザービームを約９０゜の角度で放射するように角度を付されて、レーザービームがチューブの横開口を通してプローブからその長手方向軸線にほぼ直角な経路に沿って放射されるようにする。反射鏡が取付けられた第２チューブは基端および先端の両方向に向けて長手方向に可動とされ、レーザービーム放射位置をプローブに沿って長手方向に移動できるようになす。
【００１２】
収束レンズは反射鏡の近くで内側チューブの内部に配置される。反射鏡に対するこの収束レンズの配置は第２チューブに対する内側チューブの移動で正確に制御され、レーザービームをプローブ軸線から予め定めた距離だけ離れた位置で正確に焦点を結ばせることができるようにする。選択された距離は切除される腫瘍組織面に焦点位置を定めるように選択される。第１および第２チューブはまたレーザービームの放射路を長手方向へ移動させる間、所望の焦点距離を維持するように連動して移動されることができる。
【００１３】
第２チューブは回転されて、反射鏡および放射レーザービームを選択された角度にわたって回転させることができる。反射鏡およびレーザービームが回転される角度は、３６０゜までのいずれの角度とすることができる。レーザービームはプローブ外部の一点に焦点を結ばれるので、その焦点位置は選択された角度にわたる反射鏡の回転で円弧状に移動する。望まれるならば、この円弧は完全な円形を形成することができる。
【００１４】
回転移動に加えて、上述したように反射鏡および収束レンズは先端または基端へ向ういずれかの方向にてプローブの長手方向軸線に沿って連動して移動されることができる。この移動の間、反射鏡とレンズとの間隔距離は正確に一定に保持されて、プローブ軸線から直角方向の焦点位置までの距離が一定に保持される。この長手方向の移動は第１および第２チューブを同時に移動させることで達成できる。反射鏡およびレンズが長手方向へ移動されるとき、焦点位置もまた長手方向へ移動して、プローブ軸線からの選択された距離を保持する。
【００１５】
反射鏡およびレンズの長手方向の移動が前述した反射鏡の全周円弧にわたる回転と組合わされるならば、焦点位置は螺旋路に沿って移動して、プローブと同軸の円筒面を形成する。反射鏡およびレンズの長手方向の移動と同時に反射鏡が小さな円弧にわたって往復回転することによって、完全円筒面を形成するのでなく円筒面の一部分を描くようにすることができる。
【００１６】
この代りに、回転および長手方向の移動が同時に行われるのでなく、長手方向位置が静止された状態で反射鏡を所望の円弧にわたって回転させることができ、これに続いて増分的に反射鏡およびレンズが長手方向に移動された後、反射鏡が回転される。この段階的な方法は、部分的円筒面または完全円筒面を形成するのに使用できる。反射鏡の回転および長手方向の移動は、ターゲット組織面に沿う円筒面上の経路のいずれかの部分に焦点位置を追従させるように具現できるのであり、この移動において組織の層を切除する。
【００１７】
上述のように円筒面の経路に追従するように焦点位置が移動した後、反射鏡および収束レンズ間の距離は内側チューブを先端へ向けて移動させることで僅かに減少され、これによりプローブ軸線から直角方向の焦点位置までの距離を増大させることができる。この新しい距離は、移動する焦点位置の位置で腫瘍組織を切除することでその組織の第１の円筒面状の層を除去した後に残された腫瘍組織の新たな露出面上に焦点位置を位置決めするために、選択されることができる。
【００１８】
一例として、プローブの先端はまず最初に腫瘍の中心に挿入され、これにより腫瘍の中心にプローブが占める円筒形キャビティを形成することができる。その後、収束レンズは焦点位置をプローブ表面の近くに位置させるように移動され、レーザービームの焦点を腫瘍組織の隣接面上に結ばせることができる。したがって、焦点位置の長手方向移動および回転移動は腫瘍の中心を通る組織のほぼ円筒面状の層を切除できる。この手順の開始を支援するために、レーザープローブ先端に取付けられた小さなバルーンカテーテルが組織の第１層を外側へ向かって僅かに変位させることができる。この後、切除された組織の破片はプローブを通しての吸引によって潅注流体と一緒に除去される。プローブ軸線から僅かに遠い位置へ焦点位置を調整し、これに続いて長手方向および回転方向の移動を繰返すことが、腫瘍組織の第２の円筒面状の層の切除を生じる。この手順は腫瘍が中央から外側へ向かって完全に切除されて除去するまで繰り返すことができる。
【００１９】
この方法の変形例として、反射鏡の長手方向および回転方向の移動と同時に焦点位置までの直角方向の距離を調整することにより、不規則な面から腫瘍組織の層を切除することができる。これは、焦点位置を、したがって切除点を、円筒面に制限せずに腫瘍組織の不規則な面に追従できるようにする。これは、腫瘍の外側層が切除されるときに重要となる。何故なら、腫瘍は円筒形状であることはめったにないからである。したがって、周辺の健全組織に外傷を与えずに腫瘍の外側層が光破壊されて除去されることができる。
【００２０】
レーザー外科手術の実施の間、出血を回避または制御するために血管を凝結させることがしばしば必要となる。これはレーザービームの焦点をぼかした後、そのビームを用いて血管位置で血液を加熱することによって達成できる。組織を凝固させることのできる連続波レーザーのような第２レーザーも使用することができる。いずれのばあいも、外科手術の間に手術部位を視覚的に監視して、露出される血管の位置を決め、確認することが要求される。
【００２１】
さらに、この確認を行う上で、そのような血管の位置、寸法および形状などの特別な情報、ならびに腫瘍に関する他の情報が外科医に利用できるようになされることは非常に助けとなる。このような情報はＸ線断層撮影法（ＣＴ）および磁気共鳴（ＭＲ）像形成法のような技術によって術前に得ることができる。実時間での目視による監視は、レーザープローブに連結された共焦点レーザー走査顕微鏡で達成できる。顕微鏡からの実時間像が事前に得たＣＴおよびＭＲによる情報と合わされて手術の正確な制御を容易にすることができる。コンピュータは選択された切除経路に追従するようにプログラムされ、あるいは実時間でコンピュータ指令を入力して手でプローブを方向決めさせることができる。このようにして外科手術に関しての三次元的な計画が具現でき、またこの計画は手制御またはコンピュータ制御されて定位的に制御されることができる。
【００２２】
レーザー走査顕微鏡による実時間監視は、レーザードップラーフローメータを備えて目視するには小さすぎる個々の毛細血管のような詳細を検出するように向上されることができる。さらに、超音波が大きな血管を検出するのに使用できる。さらに、蛍光スペクトロメータがレーザープローブに一体化されて、腫瘍組織および健全組織の確認および区別ができるようになし得る。さらに、腫瘍の境界を肉眼で目視可能にするために超音波が使用できる。
【００２３】
本発明の新規な特徴ならびに本発明そのものは、その構造および作動の両方に関して以下の説明に関連した添付図面により理解できるであろう。図面において、同じ符号は同じ部品を示している。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の装置の実施例においては、図１に見られるように、レーザープローブ１０はレーザーエネルギーを腫瘍Ａの内部の正確な位置に与える。プローブ１０の管状先端部は約５．５ミリメートルの外径を有し、アクセス経路に沿って与える外傷を最少限に抑えて腫瘍Ａの内部に達するように十分小さい。プローブ１０の管状部の長さは約１０センチメートルである。レーザービーム３６はプローブ１０の先端部から横方向へ、プローブ１０の軸線に直角に放射されて腫瘍Ａの内部のターゲット面Ｂに当てられるようになされる。レーザービーム３６の焦点を面Ｂに結ばせることで、光破壊により表面組織が切除され、破砕された組織の破片すなわち粒状片３８が形成されるようになされる。
【００２５】
レーザープローブ１０の先端部は三つの同軸の中空チューブ１４，１６，１８で構成された剛性チューブ部である。他のチューブ構造も使用できる。同軸チューブ１４，１６，１８は取付け本体１２に取付けられている。第１内側チューブ１４はレーザービームの通過するチャンネルを形成されており、また収束レンズ２０を含めてレーザービーム３６を制御する不可欠の光学装置を収容している。第２チューブ１６は第１チューブ１４を同軸的に取囲んでおり、反射鏡２２が第２チューブ１６の先端部付近に取付けられて、レーザービーム３６を偏向させるようになされている。レーザービーム３６は図解だけのために２本の光線として図中に描画的に示されている。
【００２６】
第１チューブ１４と第２チューブ１６との間の空間１５はプローブ１０の先端部へ向う潅注流体のための流路３２を形成している。生理食塩水溶液が潅注流体として適当であることが見出されている。潅注流体は第１チューブ１４と第２チューブ１６との間の空間１５を圧送されて反射鏡２２を洗浄し、プローブ１０の先端付近の切除した組織の破片３８を懸濁して巻込むようにする。第３の外側チューブ１８は第１チューブ１４および第２チューブ１６を取囲む。第２チューブ１６および第３チューブ１８の間の空間は、プローブ１０の基端部へ向けて吸引される潅注流体の流路３４を形成する。吸引流体は巻込んだ組織の破片３８およびあらゆる体液をプローブ１０の先端付近の手術部位から運び出す。それ故に、切除が行われるとき、手術部位に対する連続した潅注および吸引がその切除によって破断された腫瘍組織の破片を面Ｂから除去する。潅注流路３２および吸引流路３４は、頭蓋内圧を選択されたレベルとなるように調整するためにも現在良く知られている手段で制御される。プローブ取付け本体１２に取付けられた導管２４はレーザー装置からプローブ１０へレーザービーム３６を導くことができる。取付け本体１２に対する別の連結方法が潅注流体、吸引流体、および像形成および診断のためのあらゆる装置に関して実施することができる。
【００２７】
反射鏡２２はプローブ１０の先端付近に配置される。レーザービーム３６は内側チューブ１４を通して長手方向に走り、第２チューブ１６の先端の反射鏡へ向けられる。反射鏡２２はレーザービーム３６を約９０゜の角度で放射するように角度を付されて、レーザービーム３６が第２チューブ１６の横開口２６を通してプローブ１０からその長手方向軸線にほぼ直角な経路に沿って放射されるようにする。反射鏡２２が取付けられた第２チューブ１６は矢印２８で示されるように基端および先端の両方向に向けて長手方向に可動とされ、レーザービーム３６の放射位置をプローブ１０の軸線に平行に長手方向に移動できるようにする。第２チューブ１６の長手方向の移動は、取付け本体１２の内部に位置するこの分野で知られている歯車列または他の機構によっても達成できる。
【００２８】
収束レンズ２０は反射鏡の近くで内側チューブの内部に配置される。反射鏡に対するこの収束レンズの配置は第２チューブに対する内側チューブの移動で正確に制御され、レーザービームをプローブ軸線から予め定めた距離だけ離れた位置で正確に焦点を結ばせることができるようにする。選択された距離は切除される腫瘍組織面に焦点位置を定めるように選択される。第１および第２チューブはまたレーザービームの放射路を長手方向へ移動させる間、所望の焦点距離を維持するように連動して移動されることができる。
【００２９】
第２チューブ１６は回転されて、反射鏡および放射レーザービームを選択された角度にわたって回転させることができる。第２チューブ１６の回転は取付け本体１２の内部に配置されたこの分野で周知の歯車列または他の機構によって達成される。反射鏡２２およびレーザービーム３６が回転される角度は、３６０゜までのいずれの角度とすることができる。レーザービーム３６はプローブ１０の外部の一点３７に焦点を結ばれるので、その焦点位置３７は選択された角度にわたる反射鏡２２の回転で円弧状に移動する。望まれるならば、この円弧は完全な円形を形成することができる。
【００３０】
１／１００〜１００ピコ秒の範囲のパルス持続時間を有するレーザービーム３６を発生させるために強力なソリッドステーツレーザーが使用される。潅注流体における吸収損失を考慮すれば、レーザーの焦点距離は組織面Ｂに１平方センチメートル当り約５０ジュールのエネルギー密度を得るように選択される。このようなレーザー装置からの一つのレーザーパルスによる切除面積は、約１００マイクロメートル×１００マイクロメートルである。このようなレーザー装置からのパルスは腫瘍組織の小片を正確に切除するのであり、これにより組織の非熱光破壊機構による切除によって腫瘍を根絶する。周辺組織には認識できるような影響を及すことはない。
【００３１】
この高出力ピコ秒レーザーは、プラズマ介在切除と呼ばれる相互作用機構によってターゲット組織を光破壊する。腫瘍組織の面Ｂにおけるように局所化された組織の特別な切除が望まれるばあいには、レーザーはその組織面上に正確に焦点を結ばれて、高出力密度の存在するその焦点位置３７にマイクロプラズマを発生させる。マイクロプラズマは急激に膨張し、キャビテーション気泡および衝撃波を発生する。キャビテーション気泡は組織に対して応力を伝え、衝撃波は組織内部に圧力勾配を発生させて、組織の部片の機械的な破壊を引き起す。このようにして、腫瘍組織は非常に微細な破片に破砕される。レーザーのエネルギーレベルは切除を起す閾値に達するが、それを大きく超えないように制御される。この結果、周辺組織に対する機械的影響を無視できる状態でターゲット組織の切除が行われる。たとえこれより高エネルギーであっても、周辺組織に対する影響は焦点位置３７の３００ミクロン以内で消滅する。
【００３２】
図２は腫瘍Ａにプローブ１０が挿入された状態での腫瘍Ａの断面図を示している。プローブ１０は面Ｂから腫瘍組織の円筒面状の層Ｃ，Ｄ，Ｅを順次に切除する。レーザービーム３６は面Ｂから円筒面状の層Ｃを切除し、同時に、完全円にわたり回転しつつ腫瘍Ａを通して基端へ向かって移動する手順において示されている。点線は、既に除去された層Ｄ、およびその層Ｄの除去の前に除去された層Ｅに沿って現在除去されている層Ｃを示している。プローブ１０および層Ｅの間に、その層Ｅの除去の前に別の層が除去されているが、それらの層は図面の簡明化のために図示されていないということは理解しなければならない。
【００３３】
図３はレーザープローブ１０が使用されている像形成および制御装置４０を含む他の装置を示している。レーザープローブ１０は患者Ｐの頭蓋に挿入されて示されている。レーザープローブ１０は取付け本体１２によってこの分野で周知のようにヘッドリング４２に取付けられ、レーザープローブ１０の位置決めの定位的制御を行うようになされる。潅注流体の供給源４４および吸引手段４６レーザープローブ１０の取付け本体１２に連結される。高出力ソリッドステーツピコ秒レーザー装置４８もビームガイド光学装置５０および可撓性反射鏡装置５２を経て取付け本体１２に連結される。像形成装置５４および制御マイクロプロセッサ装置５６もまたプローブ１０およびヘッドリング４２に連結される。
【００３４】
像形成装置５４はレーザー走査顕微鏡、レーザードップラーフローメータまたは蛍光スペクトルメータ、またはそれらの組合せとすることができる。これらの装置のビューパス（ｖｉｅｗｐａｔｈ）は繊維光学装置または他の手段を使用することでプローブ１０を通して確立されることができる。実時間像形成は定位法によってガイドされる超音波プローブ６０による超音波によって完遂できる。像形成装置５４はＣＴ像またはＭＲ像のデータを入力して、実時間像をそれらのＣＴ像またはＭＲ像と比較できるようにする備えを有することができる。制御マイクロプロセッサ装置５６はヘッドリング４２を経てプローブ１０の移動、およびプローブ１０のチューブ１４および１６の移動を制御する。制御マイクロプロセッサ装置５６はまた像形成装置５４およびレーザー４８を制御する。切除計画におけるマップ形成（ｍａｐｐｉｎｇ  ）は、超音波、ＣＴ装置、およびＭＲ装置から得た像データを用いて制御マイクロプロセッサ装置５６にプログラムされることができる。切除手順の手動制御は、実時間で手術部位を視認しつつ指令を制御マイクロプロセッサ装置５６に入力することで達成できる。
【００３５】
図４は、腫瘍Ａの内部の当該組織面Ｂに焦点位置３７が当ることを保証するようにしてプローブ１０の収束レンズ２０の位置を調整するのに使用できる装置部材を示している。このために、プラズマスパーク６２の光ビーム６８はビーム分割器６４により検出ユニット７８へ向けて反射される。光ビーム６８は第２ビーム分割器６６でさらに二つのアームに分割される。第１アームでは、ビームの総合強度が光検出器７６で検出される。第２アームにおいては、組織から放射されたプラズマ光と洗浄液体から放射されたプラズマ光との識別が可能な波長が分離され、スペクトルフィルタ７０および光検出器７４で検出される。この構造は分離された波長の比較を可能にし、焦点位置３７が組織面Ｂの前方または後方のいずれにあるかの情報を与える。さらにこの構造は、レーザービーム３６の位置を正確に定めるために制御マイクロプロセッサ装置５６に与えられることができる。
【００３６】
図５はアクティブ光学反射鏡８２によって切断レーザービーム３６の波長、したがって焦点を能動的に制御する方法および装置を示している。アクティブ反射鏡８２の一つの部材は、切断レーザービーム３６の歪んだ波面８４が組織面付近で最適な波面８８となるように編成されて鋭い焦点位置の形成をもたらすように、この分野で周知の方法で調整されることができる。本発明の目的に関しては、アクティブ光学反射鏡は、スプリンガー−ヴァーラグのビー・アール・マスターズより発行されたジェー・エフ・ビルス氏、エー・ダブリュ・ドレハー氏、ジー・ジンサー氏による「人間の生きている眼の走査レーザー断層撮影法」（１９９０）に記載されている。アクティブ光学反射鏡の後方の波形８６はターゲット位置でのレーザー光の収差を補償するために調整される。
【００３７】
図６に示されるように、液晶光弁（ＬＣＬＶ）９０がこれと同じ結果を得るためにアクティブ光学反射鏡の代りに使用できる。本発明によれば、液晶光弁９０は、例えば米国ニュージャージー州のメドウラーク・オプティクス社のヘックス６９空間光変調器の液晶光弁のような空間光変調器（ＳＬＭ）とすることができる。
【００３８】
図７は焦点位置３７の鋭さおよび性質に関する情報を得る二つの異なる方法を示している。第一に、ビーム分割器９４が組織面から反射された切断レーザー光の僅かな部分を分離するのに使用される。この光はレンズ９６でダイオードアレーに結像される。このダイオードアレー９８は焦点位置の形状、したがってその鋭さを測定する。第二に、６７０ｎｍ付近の波長を有するパイロットビーム１００が組織面Ｂで反射され、結像手段の性質を検出するのに用いられる。焦点位置の性質は、レンズ１０６でダイオードアレー１０８上に結像させること、および（または）ビーム分割器１０４を用いて光ビームを分離して、レンズアレー１１２によりＣＣＤ１１４上にビーム１１０が結像されるハルトマン−シャックセンサーによって波形を測定することで、測定できる。これらの方法はいずれも、切断ビームおよび（または）パイロットビームの焦点面と共役の平面における測定強度分布が理想強度分布と比較され、制御信号がそれぞれのアクティブ反射鏡に応答する空間光変調器を制御して結像誤差を補償するようになすために発生されるということを特徴としている。
【００３９】
さらに、これらはパイロットビームの波形が波面センサー、例えばＪ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．第１１巻、第７号、第１９４９〜１９５７頁（１９９４）のジェー・リアン氏、ビー・グリム氏、エス・ゴエルツ氏、ジェー・エフ・ビル氏の「ハルトマン−シャック波面センサーを使用した人間の眼の波収差のオブジェクティブ測定」に記載されているようなハルトマン−シャック波面センサーで測定され、理想的波形と比較され、そして制御信号がアクティブ反射鏡に応答する空間光変調器を制御して結像誤差を補償するようになすことを特徴とする。
【００４０】
【作用】
脳は超音波、ＣＴまたはＭＲ技術によってマップを形成されて腫瘍Ａの位置を定め、その腫瘍Ａの寸法および形状に関する情報、ならびに血管の位置、寸法および形状に関する情報を展開するようになされる。この情報は像形成装置５４および制御マイクロプロセッサ装置５６へ送られる。制御マイクロプロセッサ装置５６はプローブ１０の位置決めおよび移動、およびレーザー４８のパルス発生を制御し、腫瘍組織を切除して除去するようになす。このことが特定の腫瘍Ａに対する三次元的なレーザー処置計画を確立させる。
【００４１】
患者の頭骨はプローブ１０の挿入に備えられ、プローブ１０が頭蓋内部へ、腫瘍Ａのほぼ中心へと挿入される。レーザー装置４８が付勢され、制御マイクロプロセッサ装置５６により前述の切除プログラムにしたがって選択的にパルスを発生させる。同時に、切除プログラムにしたがって第２チューブ１６の回転移動および第１および第２チューブ１４，１６の長手方向移動を通して、レーザービーム３６の配向が制御マイクロプロセッサ装置５６で制御される。同様に、切除プログラムにしたがってプローブ１０からの焦点位置３７までの距離が、第２チューブ１６に対する第１チューブ１４の長手方向移動を通して、制御マイクロプロセッサ装置５６により制御される。腫瘍組織が切除によって光破壊されると、組織は非常に小さい破片３８に破砕される。
【００４２】
この切除手順の進行を共焦点レーザー走査顕微鏡を通して像形成装置のビデオモニター上で外科医は観察することができる。実時間像はレーザードップラーフローメータまたは蛍光スペクトルメータによって向上させることができる。レーザードップラーフローメータは周知の手段により反射光の周波数移動を検出して、そうしなければ見るには小さすぎる個々の腫瘍組織または個々の毛細血管を確認するようになす。さらに、超音波が大きな血管を検出するのに使用できる。実時間像の信号表示がＣＴ像またはＭＲ像の信号表示と比較される。二つの信号の間のエラーは電子技術で比較され、レーザービーム３６を正確に位置決めするために制御マイクロプロセッサ装置５６で最少限に抑えられる。
【００４３】
蛍光スペクトルメータは染料で組織を浸染することを必要とする。ヘマトポルフィリン誘導体（ＨｐＤ）は周知の手段で手術部位に注入されて、健全組織から区別するように腫瘍組織を確認するのに蛍光スペクトルメータを使用できるようにすることができる。蛍光強度が周知の手順で腫瘍組織と健全組織とを識別するために測定できる。さらに、周知の手順にしたがって放射された蛍光の時間遅れが測定されて、腫瘍組織と健全組織とを確認することができる。さらに、肉眼で腫瘍の境界を確認できるようにするために超音波が用いられる。
【００４４】
血管は、レーザー走査顕微鏡または他の手段を視認することで超音波像形成によってＣＴおよびＭＲによる像形成のマップ形成技術を通じて位置を定めることができる。血管に出合うと、レーザービーム３６は焦点をぼかされて血管内の血液を加熱して血液を凝固させ、血管を閉塞するのに使用できる。血管は他の手段によっても凝結されることができる。
【００４５】
制御マイクロプロセッサ装置５６は、腫瘍組織の円筒面状の層を切除するために、レーザービーム３６の配向、移動およびパルス発生を制御する。ポンプのような潅注流体供給源４４が生理食塩水のような流体を手術部位へ供給する。真空ポンプのような吸引手段４６がこの溶液を、懸濁状に巻込んだ破片および他の屑片と一緒に手術部位から吸引して、腫瘍破片３８を吸引する。円筒面状の層を切除した後、焦点距離を増大させて焦点位置を腫瘍組織の新たに露出された面上に位置決めするようにできる。その後、レーザービーム３６を繰返して操作して、腫瘍組織の更なる層を除去する。切除できる円筒面の軸線方向長さはレーザービーム３６の焦点距離によって決り、この焦点距離はピコ秒レーザー４８の出力によって決る。出力が比較的制限された典型的な装置は、レーザービーム３６の軸線方向移動を約２０ミリメートルに制限される。
【００４６】
図８は頭蓋内部圧力を制御するのに使用される構造の概略図を示す。小型圧力センサー１２２がプローブ先端に取付けられ、切除して生じたキャビティ１２０内部の圧力を正確に測定する。この信号はマイクロプロセッサインターフェース１３０に入力される。ポンプ４４および４６により、またバルブ１２４により、洗浄液体の流量は制御できる。この流体は流量計１２６，１２８で測定されることができ、これらの流量計はそれぞれ吸引量および潅注量を測定する。この流量計からの信号もインターフェース１３０に入力される。
【００４７】
パルスエネルギーが２．５ミリジュールで、繰返し速度が４ｋＨｚのピコ秒レーザーを使用することで、切除速度は１秒間当り約４立方ミリメートル、すなわち１時間当り約１５立方センチメートルとなる。腫瘍組織の面上での所望される出力密度は、１平方センチメートル当り約５０ジュールである。
【００４８】
制御マイクロプロセッサ装置５６にプログラムされた切除計画にしたがって、除去された層は図示したように全円周の円筒面とすることができ、または他の形状を有することができる。
【００４９】
本明細書で図示し、詳細に説明した定位レーザー外科手術を実施する装置は、目的を達成することができ、本明細書で先に説明した利点を与えることができるが、これは本発明の現在好ましいとされる実施例を単に示すものであること、および特許請求の範囲の欄の記載以外には本明細書で示した構造および設計上の詳細に限定することが意図されていないことを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のレーザープローブの部分的な断面図。
【図２】典型的な円筒面に沿う組織切除計画を示す腫瘍の部分的断面図。
【図３】上記プローブと共に使用される装置の概略図。
【図４】組織の層にレーザービームの焦点を結ばせるために収束レンズの位置を調整するのに使用される装置部材の概略図。
【図５】アクティブ光学結像を達成するためにアクティブ反射鏡を使用することを示す概略図。
【図６】アクティブ光学結像を達成するために液晶光弁を使用することを示す概略図。
【図７】焦点位置応答の光分布、切断波形、および（または）パイロットレーザービームを検出するために使用される異なる装置の概略図。
【図８】頭蓋内部圧力を制御するために使用される装置の概略図。
【符号の説明】
Ａ  腫瘍
Ｂ  面
Ｐ  患者
１０  レーザープローブ
１２  取付け本体
１４，１６，１８  同軸チューブ
１５  空間
２０  収束レンズ
２２  反射鏡
３６  レーザービーム
３８  切除した組織の破片
３２，３４  流路
３７  焦点位置
４０  像形成および制御装置
４２  ヘッドリング
４４  潅注流体供給源
４６  吸引手段
４８  レーザー装置
５０  光学装置
５４  像形成装置
５６  制御装置
６０  超音波プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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