(57)【要約】【課題】１本の導電性要素を用いて組織の操作が行える電気付着組織マニプレータを提供する。【解決手段】このマニプレータは、導電性要素と、必要時に第１及び第２のパルスを発生できる電気手段及び制御手段を備える。第１のパルスは、導電性要素と組織層との間に、組織層を操作するに十分な強さの付着状態を作り出す。第２のパルスは第１のパルスより高いエネルギーを有し、導電性要素から付着した組織層を分離させる非付着状態を作り出す。この電気付着式デバイスは、医療器具と組み合わせることによってその医療器具の能力を組織の操作をできるように強化することができる。本発明の利点は、機械的な器具と異なり、組織を折り曲げたり組織に突き刺したりすることなく導電性要素先端部で組織を操作が可能となり、下部組織に損傷を与えないようにできる点にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気付着組織マニプレータであって、
（ａ）導電性要素と、
（ｂ）前記導電性要素に、第１のパルスと第２のパルスを供給できる電気的手段であって、前記第１のパルスは前記導電性要素と組織層との間に、前記組織層を操作するに十分な強度の付着状態を形成し、前記第２のパルスは、前記導電性要素から付着した前記組織層を取り外すための前記組織層に対する非付着状態を形成する、該電気的要素と、
（ｃ）前記第１のパルスと前記第２のパルスの発生を制御する制御手段とを有することを特徴とする電気付着組織マニプレータ。
【請求項２】
前記第１のパルスまたは前記第２のパルスの継続時間が、約１０マイクロ秒から約１０ミリ秒の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電気付着マニプレータ。
【請求項３】
第１のパルスまたは前記第２のパルスの継続時間が、約１マイクロ秒から約０．５ミリ秒の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電気付着マニプレータ。
【請求項４】
前記第１のパルスまたは前記第２のパルスが、周波数が０．１ＫＨｚ乃至１０ＭＨｚの範囲の、単極性または両極性パルスバーストであることを特徴とする請求項１に記載の電気付着マニプレータ。
【請求項５】
前記第１のパルスのパルスエネルギーが、前記導電性要素の周囲に完全な蒸気キャビティを形成するために必要な閾値エネルギーより低いことを特徴とする請求項１に記載の電気付着組織マニプレータ。
【請求項６】
前記第２のパルスが、前記組織層に接触している前記導電性要素の周囲に蒸気キャビティを作り出し、付着した前記組織を前記導電性要素から分離させることを特徴とする請求項１に記載の電気付着マニプレータ。
【請求項７】
組織を操作する方法であって、
（ａ）導電性要素を準備する過程と、
（ｂ）前記導電性要素に第１のパルスを供給する過程であって、前記第１のパルスが前記導電性要素と組織層との間に付着状態を作り出す、該過程と、
（ｃ）付着した前記組織層を操作する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
付着した前記組織層を前記導電性要素から分離するための、付着した前記組織層に対する非付着状態を提供する第２のパルスを前記導電性要素に供給する過程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のパルスまたは前記第２のパルスの継続時間が、約１０マイクロ秒から約１０ミリ秒の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１のパルスまたは前記第２のパルスの継続時間が、約１マイクロ秒から約０．５ミリ秒の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のパルスまたは前記第２のパルスが、周波数が０．１ＫＨｚ乃至１０ＭＨｚの範囲の、単極性または両極性パルスバーストであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のパルスのパルスエネルギーが、前記導電性要素の周囲に完全な蒸気キャビティを形成するために必要な閾値エネルギーより低いことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のパルスが、前記組織層に接触している前記導電性要素の周囲に蒸気キャビティを作り出し、付着した前記組織を前記導電性要素から分離させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
医療器具であって、
（ａ）導電性要素と、
（ｂ）前記導電性要素に、第１のパルスと第２のパルスを供給できる電気的手段であって、前記第１のパルスは前記導電性要素と組織層との間に、前記医療器具を用いて前記組織層を操作するに十分な強度の付着状態を形成し、前記第２のパルスは、前記導電性要素から付着した前記組織層を取り外すための前記組織層に対する非付着状態を形成する、該電気的要素と、
（ｃ）前記第１のパルスと前記第２のパルスの発生を制御する制御手段とを有することを特徴とする医療器具。
【請求項１５】
前記導電性要素が、ピンセット、針、または内視鏡と結合されていることを特徴とする請求項１４に記載の医療器具。
【請求項１６】
前記導電性要素が、液体を注射するための針と結合されていることを特徴とする請求項１４に記載の医療器具。
【請求項１７】
前記導電性要素が、切断した血管の２つの端部を結合するためのステントであることを特徴とする請求項１４に記載の医療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府支援研究開発に関する記載）
本発明は、アメリカ合衆国国立衛生研究所（ＮＩＨ）から認可番号NIH R01-EY012888により一部支援を受けたものである。合衆国政府は本発明について一定の権利を有する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は医療器具に関するものである。本発明は特に、組織の操作のためのデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
機械的な鉗子またはピンセットは、一般的に顕微手術において、特に眼科において組織の操作のために広く使用されている。薄く捕捉しにくい膜をとらえるのは困難な仕事である。そのような膜は、鉗子を閉じる際に流れ込むほんの僅かの水のために鉗子の把持部から容易に逃れてしまうからである。この他にも、下部の組織に強く付着した薄い膜を捕捉する際に困難さがある。そのような手順のなかで最も困難な部分は、初めに膜を剥がすときである。剥がしてしまえば２箇所から膜をマイクロピンセットで強く挟むことが可能となる。この手順を実行しようとすると、下部の組織に突き刺してしまったり、他の形で損傷を与えることが多い。従って、より良い組織操作用デバイスに対するニーズが存在する。例えば、ボタンを押したときに組織に付着し、必要なときにそれを外すことができるマイクロマニプレータが必要とされている。また、一方の側のみから組織にアクセスできるような組織マニプレータも必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、電気付着組織マニプレータである。この電気付着式のマニプレータは、導電性要素と、その導電性要素に第１及び第２のパルスを供給できる電気手段とを備える。前記第１のパルスは、導電性要素と組織層との間に、組織層を操作するに十分な強さの付着状態を作り出す。前記第２のパルスは、前記第１のパルスより高いエネルギーを有し、付着した組織層を導電性要素から取り外すための非付着状態を作り出す。好ましい実施形態では、第１のパルスの継続時間が１０マイクロ秒から１０ミリ秒の間で変化する。第１及び第２のパルスは、１個のパルスか、または複数パルスのバーストであり得る。第１のパルスのパルスエネルギーは、導電性要素の周囲に完全な蒸気キャビティを形成するのに必要な閾値エネルギーより小さい。第２のパルスは、付着した組織層を導電性要素から取り外すべく組織層と接触している導電性要素の周囲に蒸気キャビティを形成するのに十分なパルスエネルギーを有していなければならない。本発明の電気付着デバイスは、医療器具と組み合わせることによって、その医療器具の能力を組織を操作可能となるように向上させることができよう。本発明の利点は、機械的な器具と異なり、組織を折り曲げたり組織に突き刺したりすることなく、導電性要素の１つの先端部で組織を操作できるようにし、もって下部組織に損傷を与えるのを回避できる点にある。この特徴により、膜の特定の領域の大半が手術や介入処置のために利用できるようになる。
【０００５】
本発明の目的及び利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面とともに参照することにより理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の詳細な説明は、説明目的で多くの特定の特徴を含んでいるが、当業者は、以下に説明される実施例に対する様々な改変や別の実施形態も本発明の範囲内にあることを容易に理解されよう。従って、以下の本発明の好ましい実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定したり、本発明の一般性を失わせたりすることなく示されるものである。
【０００７】
本発明は、必要時に組織に付着させ、必要時にそこから取り外すことのできる電気付着組織マニプレータである。この電気付着組織マニプレータは、例えば外科手術、組織移植、介入処置（薬物、薬剤または抗生物質を用いる介入処置を含む）等の間に生体組織層の類を操作するために用いることができる。以下の説明を参照すれば明らかとなるように、この電気付着組織マニプレータは、一方の側のみから組織にアクセスすることによって組織を操作することを可能にする。これは、組織を二つの側からアクセスする、即ち挟んだり把持する必要があるピンセットや鉗子の使用と対照的である。
【０００８】
図１は、本発明による電気付着組織マニプレータ１００を示す。電気付着組織マニプレータ１００は、突出した導電性要素１１０を備えた絶縁されたプローブ１２０から構成されている。導電性要素１１０は活性電極としての役目を果たし、金属ワイヤ、タングステンのフィラメント（糸状体）、または導電特性を有する任意の種類の材料からなり得る。第２の電極は戻り電極として用いられる。戻り電極は、一般的には活性電極と比較して非常に長く、処置・操作を行う領域でのその位置は重要ではない。図１の実施例では、第２の電極が、絶縁体１２０及び導電性要素１１０を一体にした針であり得る。或る実施形態では以下のパラメータ、即ち２０ゲージ針（約０．９２ｍｍ）、絶縁体（例えばガラス製またはプラスチック製で直径が約０．６４ｍｍ）、及び直径が約５０μｍで長さが１ｍｍのワイヤが用いられる。しかし、本発明はこの寸法に限定されない。導電性要素は、１０μｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有し得る。
【０００９】
電気付着組織マニプレータ１００は、第１の（電気）パルス及び第２の（電気）パルスを導電性要素１１０と戻り電極１３０との間に供給できる電気的手段（例えばパルス発生器）によってアクティブ状態にされる。好ましくは、そのマニプレータは、パルスの発生を制御するための、マニプレータ上のボタン、マニプレータに接続されたフットペダル、或いは音声認識手段等と接続された制御手段を有する。ひとたび導電性要素が組織層１５０と接触するように配置され、必要時に第１のパルスが生成されると、その結果組織層１５０の付着状態が変化する。組織の付着性は、導電性要素の近傍のタンパク質の部分的な変性によってつくられる。この効果は、高い電界と熱の何れか一方または両方によって引き起こされる。付着性の変化によって、導電性要素１１０と組織層１５０との間に付着状態が形成され、それによって電気付着組織マニプレータ１００が組織層１５０を操作可能となる。また、組織層１５０を下部組織層１７０から持ち上げることが可能となる。或る例では、組織層１５０と下部組織層１７０との間にキャビティ１８０が形成される。キャビティ１８０は、薬物、薬剤または抗生物質の移植、それらを用いる介入処置、または送達（デリバリー）のために有用であり得る。付着結合は非常に強力で、組織層があらゆる方向に動かすことも、その組織層を下部の組織層から持ち上げることも可能となる。付着が達成された後はパルスをかける必要はなく、組織は、第２のパルスが供給されるまで導電性要素に付着した状態を維持し得る。
【００１０】
図２は、導電性要素２１０に付着したとき電気付着組織マニプレータ２００によって持ち上げられる膜２２０を示す。図２は、持ち上げられた膜を強調表示するための照明プローブ２２０を示す。
【００１１】
電気付着を確立するために、第１のパルス３１０（図３参照）のパルス継続時間は、約１０マイクロ秒と約１０ミリ秒との間で変化し得る。より具体的には、第１のパルスの継続時間は、約１マイクロ秒と約０．５ミリ秒との間であり得る。パルスの継続時間の上限は熱拡散によって規制される。即ち１００μｍを超える熱損傷を回避するために、パルス継続時間は好ましくは１０ミリ秒を超えないようにすべきである。パルスエネルギーは、導電性要素の周囲での完全な蒸気キャビティの形成のために必要な閾値エネルギーより低いエネルギーであるべきである。完全な蒸気キャビティは、組織から導電性要素を分離させて、付着を防止する。実際、蒸気キャビティの効果を利用して、導電性要素から付着した組織を分離させている（後述）。
【００１２】
第１のパルスは、１個のパルス４１０か複数パルスのバースト４２０であり得、約０．１ｋHｚと１０ＭＨｚの間の周波数であり得る。第１のパルスは、単極性、電荷平衡若しくは電圧平衡両極性パルスバーストであり得る。プローブを組織層に接触されつつそのようなパルスまたは２、３のパルス群を供給すると、組織の金属表面への付着が生じ、従って組織を持ち上げて操作可能となる。或る実施形態では、パルスパラメータは、２００Ｖでパルス継続時間が１００マイクロ秒である。電圧は５０Ｖ以上５００Ｖ未満とすべきである。プラズマ形成の閾値が、パルスパラメート及び電極の形状に応じて変わるが概ね２００〜４００Ｖの間にあるからである。エレクトロポレーションによって生ずる組織損傷を最小限にするために、電圧平衡パルス列を印加することも可能である。最適な設定での損傷は、図５に示すようにプローブ５２０に隣接する１層か２層の細胞の層を超えない程度である。
【００１３】
導電性要素から組織層を取り外すために、（エネルギーが）より強い第２のパルス３２０を印加して、そのパルスがプローブの周囲に完全な蒸気キャビティを形成させ、もって組織が導電性要素から外れるようにする必要がある。その第２のパルスも、１個のパルス４１０か複数パルスのバースト４２０であり得、約０．１ｋHｚと１０ＭＨｚとの間の周波数であり得る。第２のパルスの継続時間は、約１０マイクロ秒と約１０ミリ秒の間であり得る。より具体的には、第２のパルスの継続時間は、約１マイクロ秒と約０．５ミリ秒との間であり得る。第２のパルスも、単極性、電荷平衡若しくは電圧平衡両極性パルスバーストであり得る。エレクトロポレーションによって生ずる組織損傷を最小限にするために、電圧平衡パルス列を印加することも可能である。
【００１４】
導電性要素の組織層への付着をうまく行うために、導電性要素の表面を、生物学的な汚染物質が付着していない状態に維持しておくことが重要である。導電性要素が汚染即ち凝固したタンパク質や他の材料の層で覆われてしまった場合は、導電性要素は、手術野から引き出すことなく容易にクリーニングすることができる。このクリーニングは、例えば、プラズマ媒介切除処置のなかでごく僅かのパルスを印加することによって行うことができる。これらのパルスによって導電性要素から全ての汚染物質が除去される。この処理の間の組織の損傷を避けるために、導電性要素は、組織から一定の距離だけ引き出しておくべきである。或る実施形態では、導電性要素を０．１ｍｍ以上引き出した。この距離は、切除処置における一般的な損傷領域の幅より大きい長さである。
【００１５】
本発明を幾つかの実施例によって説明してきたが、この実施例は、本発明の全側面の例示の趣旨で記載したものであり、本発明を限定するものではない。従って、本発明は、当業者が本明細書の記載から導き出すことができる、詳細な実施形態における種々の改変を包含し得る。例えば、導電性要素は種々の形状を取り得るが、鋭さのない形状が好ましい。図６は、フック形状６１０、ボール形状６２０、または矩形６３０等の種々の形状を有する導電性要素の例を示す。これらの例は全て、本発明の範囲を限定する趣旨ではなく単なる例示の趣旨で示すものである。
【００１６】
従来の医療器具も、それを絶縁性材料で被覆した上で活性電極として使用される部分を露出することによって、本発明で実現される電気付着式組織操作の特徴を組み合わせることができる。図７は、組織の分離を良好にするべく、持ち上げた組織層の下に液体、薬剤、薬物を注射するための針７１０を組み合わせた電気付着組織マニプレータ７００を示す。針の全表面は露出されて活性導電性要素（電極）として使用されるか、或いはその表面の一部が被覆され、かつ一部が露出される。図８は、絶縁性材料によって被覆され得る従来型のピンセット８００を示す。アームのストリップ（例えば、位置８１０または８２０）は露出して導電性要素（電極）として使用することができ、これによって本発明の特徴を実現する電気ピンセットを開発できる。機械的な力を高めるため、ピンセットの第２の（従来型の）アームを、組織が株組織から剥がされた直後にその組織を機械的に把持するために用いてもよい。ピンセット８００の第２のアーム８３０を、活性導電性要素（電極）として作ることもできる。この組合せは、例えば第１にアームに付着した組織を切断するために利用することができる。組織が一方の側のみからアクセスされるため、本発明の特徴を実現する装置は、従来型のマイクロピンセットが通常そうであるように先の尖った末端を有している必要はない。尖った先端部がないことで、このピンセットは、偶然、意図せずに組織に突き刺さってしまうようなことに関して安全なものとなる。
【００１７】
ここで説明した種類の用途に加えて、電気付着組織マニプレータは、例えば硝子体網膜の手術において、薄い膜を剥いだり持ち上げたりするために用いることができる。電気付着組織マニプレータの他の用途は、眼球後極手術のための眼球表面にレンズホルダを取り付けるための用途（電流縫合術の代わりとしての用途）である。この用途では、レンズホルダは、その周辺に活性電極または活性電極のアレイを有しているべきであり、この活性電極が、（角膜表面への損傷の可能性を避けるための）角膜外部での強膜への付着を生ずる。本発明の更に別の用途として、組織に移植片を固定するために付着したり、手術中に組織表面に一時的なパッチを付着すること等が挙げられる。更に別の用途として、組織を骨格に付着したり、或いは導電性ステントを用いて切断した血管の２つの端部を再結合すること等が挙げられる。
【００１８】
上記した種々の改変の全ては、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲及び精神の範囲に包含されるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による電気付着組織マニプレータの一例を示す図。
【図２】本発明による電気付着組織マニプレータによって持ち上げられている膜の例を示す図。
【図３】本発明による導電性要素への組織への付着と分離のための各パルスとそれらのエネルギーの例を示す図。
【図４】本発明によるパルス及び複数のパルスのバーストの例を示す図。
【図５】本発明により、ヨウ化プロピジウムで染色した後に導電性要素の前に存在する幅が細胞層約２枚分の損傷領域の例を示す図。
【図６】本発明による導電性要素の形状の例を示す図。
【図７】本発明による、針と組み合わせた電気付着組織マニプレータの例を示す図。
【図８】本発明による、従来型の鉗子と組み合わせた電気付着組織マニプレータの例を示す図。
【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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【国際調査報告】
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