(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の身体内の組織の温度データを測定するためのプローブを有する医療装置であって、前記プローブが、
医療装置コアに取り付けられる柔軟な基板を有し、前記柔軟な基板が１つ以上の熱電対列を有し、前記熱電対列の高温部位と低温部位が前記柔軟な基板上に位置し、前記高温部位と前記低温部位の間の温度差が測定される、医療装置。
【請求項２】
複数の熱電対列が前記柔軟な基板上に配置され、前記熱電対列が５ミリメートル未満の距離で互いに分離される、請求項１に記載の医療装置。
【請求項３】
前記基板上の前記熱電対列の少なくとも１つが４０ｍｍ２未満の接触面を持つ、請求項１に記載の医療装置。
【請求項４】
前記柔軟な基板が高分子基板を有する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項５】
前記熱電対列を有する前記柔軟な基板が、シリコン技術を用いて導電構造を生成し、そして前記導電構造を前記柔軟な基板に転写することによって製造される、請求項１に記載の医療装置。
【請求項６】
前記柔軟な基板が前記医療装置コアの周囲に巻きつけられる、請求項１に記載の医療装置。
【請求項７】
前記プローブが、関心組織領域に沿って絶対温度及び温度勾配の少なくとも１つを測定する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項８】
前記プローブが絶対温度測定に適した少なくとも１つの抵抗をさらに有する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項９】
前記プローブが熱源をさらに有する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１０】
前記熱源が前記柔軟な基板に組み込まれる、請求項９に記載の医療装置。
【請求項１１】
前記プローブが患者の組織内の熱伝導率を測定する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１２】
前記プローブが患者の組織内の体積熱容量を測定する、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１３】
前記プローブが前記医療装置コアに対して熱的に分離される、請求項１に記載の医療装置。
【請求項１４】
前記プローブが熱電対列内で測定される温度についてのデータの無線伝送に適している、請求項１に記載の医療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は患者の組織内の温度勾配、熱伝導率又は熱容量などの温度データを測定するためのプローブを有する医療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘルスケアにおいて、様々な手術中に異なる組織を区別することができることは有益であり得る。こうした手術の一例は生検である。生検は、検体が正しい位置において採取されないために失敗する可能性がある。生検中に健常組織と悪性組織を区別する手段は、検体が正しい位置において採取されるかどうかをチェックするために役立つことができる。このようにして、成功した生検の数が増加されることができる。別の例は炎症組織の治療である。一部の場合において、例えば炎症によって生じる腰痛の治療中など、炎症の位置において薬剤が投与される必要がある。薬剤が間違った位置において放出される場合、治療は効果がない。従って罹患組織の局在診断を改良する技術は、炎症組織の治療を改良することになる。３つ目の例は、切除手術中に切除された組織を切除されていない組織から区別することである。区別は、切除過程を観察するため、及び標的組織が完全に切除されているかどうかを検証するために役立ち得る。
【０００３】
患者の組織の温度勾配、熱伝導率及び熱容量といった熱挙動は、異なる組織型を区別するために使用され得る。例えば腫瘍組織の温度は非罹患周辺組織よりもおよそ０．５℃から１．８℃まで高いことが知られている。組織の熱伝導率は例えば切除後に０．６１から０．５０Ｗｍ−１Ｋ−１に低下し得る。
【０００４】
従来技術において、患者の身体における組織の温度データを測定するための手段を医療機器に設けることは周知である。しかしながら、こうした従来技術の方法は、複雑な構造配置若しくは医療装置の実際のコアへの温度測定手段の取り付けの必要性、不十分な温度測定精度、限られた数の温度測定型への制限又はこうした医療機器の製造のための高いコストといった不備に悩まされ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、従来技術の不備の少なくとも一部を克服することを可能にし得る、患者の組織内の温度データを測定するためのプローブを有する医療装置が必要とされ得る。特に、プローブが容易かつ安価に製造され得、医療装置のコアに容易に取り付けられ得、さらに温度勾配、熱伝導率及び熱容量などの１つ以上の温度データ型の正確で、信頼性のある、及び／又は迅速な測定を可能にするような、患者の組織内の温度データを測定するためのプローブを有する医療装置が必要とされ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらのニーズは独立請求項にかかる主題によって満たされ得る。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載される。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、患者の身体内の組織の温度データを測定するためのプローブを有する医療装置が提案される。その中で、プローブは医療装置コアに取り付けられる柔軟な基板を有し、柔軟な基板は１つ以上の熱電対列を有する。
【０００８】
本発明の要旨は以下のアイデアに基づくものとみなされ得る。
【０００９】
本発明は、炎症部位又は癌組織などの組織差を決定する新型の温度センサ又は温度プローブを備える、ニードル、スコープ、カテーテル及び任意の他の手術道具などの医療装置に関する。その中で、センサ又はプローブは熱電対列のアレイを有する柔軟な基板を含み、これは以下にさらに詳細に説明される通り、実現技術として例えばｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ技術を用いるシリコン基板上への集積及び柔軟な高分子担体への転写によって製造され得る。センサ又はプローブは、例えば手術器具又はニードル、スコープ、カテーテルなどを有し得る医療装置のコアに適用され得る。
【００１０】
こうした特有のセンサ又はプローブの使用は、従来の温度検出手段に勝る多数の利点を持ち得る。（ａ）第１の利点は熱電対列が実質的にオフセットフリーであることであり得る。これはサーミスタには当てはまらない。これは特に多重センサの場合に有利であり得る、すなわち熱電対列は異なる領域からのデータを比較するために１つのプローブ上で使用される。（ｂ）第２の利点はこうした型のセンサ又はプローブの精度であり得る。シリコンＩＣ加工熱電対は電気的に直列に接続されることができ、いわゆる熱電対列を形成する。この利点は、単一の熱電対の個別信号（およそ２００μＶ．Ｋ−１）が積み重なり、それによって絶対信号と信号対ノイズ比を増加させ得るということであり得る。実験的に示されている通り、例えば８ｍｍ２の面積で１７５の熱電対を含むこうした熱電対列は１０μＫの範囲の温度差を検出し得る。これとは対照的に、小さなサーミスタの典型的な精度は１／１０ケルビンのオーダーである。（ｃ）第３の利点はこうした温度センサ又はプローブが柔軟であり、従って医療機器の形状に容易に適応することができ、これはプローブと医療機器の一体化を単純化するということであり得る。
【００１１】
以下において、提案される医療装置の実施形態の可能な特徴と利点が記載される。
【００１２】
本明細書で提案される医療装置は、医療装置のコアを形成する医療機器と、温度データを測定するためのプローブとの組み合わせであり得る。言い換えれば、複数の熱電対列を有するプローブは医療機器上の他の機能と組み合わされ得る。例えば、プローブは組織の熱及び光検出のために使用されることができるフォトニックニードルに適用され得る。第２の例において、プローブは、局所超音波イメージング及び温度データの測定を可能にするためにカテーテル又はニードル又はスコープなどの医療機器上の超音波振動子アレイの隣に取り付けられ得る。第３の例は、腫瘍部位を決定するために熱電対列を備える温度勾配検出プローブの隣の悪性組織を検出するために、弾性検出用の超音波振動子を有する医療装置であり得る。
【００１３】
プローブによって測定される温度データは異なる型のデータであることができ、これは検査される組織の局所温度、及び温度差若しくは勾配に依存し得、温度データはそこを通る血液循環又は炎症若しくは腫瘍状態などといった組織自体の特性によって影響され得る。例えば、温度データは患者の組織における温度勾配、絶対温度、熱伝導率、又は患者の組織における熱容量若しくは体積熱容量であり得る。温度データは局所データであり得る、すなわち温度データはそれらが測定される位置に依存し得、部位によって異なり得る。
【００１４】
熱電対列を有する柔軟な基板は、好適にはプローブが組み合わされるべき医療装置コアすなわち医療機器の表面に適合するように取り付けられるために十分な柔軟性を持つ任意の基板であり得る。例えば、基板は５ｃｍ未満、好適には１ｃｍ未満及びより好適には２ｍｍ未満の曲率半径に曲がるために十分に柔軟であるべきである。さらに、柔軟な基板は測定精度を減少させ得る熱流を避けるために極めて低い熱伝導率を持ち得る。
【００１５】
柔軟な基板に含まれる熱電対列は複数の熱電対を有し得る。熱電対は一端で接続される異なる構成ａ及びｂの２つの金属又は半導体構造から構成され得る。接点における温度は上昇するが残りの対向端は低い温度に保たれる場合、開回路電圧が残りの端部間で測定される。電気工学及び産業において、熱電対は広く使用される型の温度センサであり、熱ポテンシャル差を電位差に変換する手段としても使用されることができる。いわゆる熱電効果又はゼーベック効果に基づいて動作するこうした熱電対は、２点間、すなわち高温端と冷温端の間の温度差を測定することができる安価で単純な装置であり得る。通常、開回路電圧は温度差が増加すると増加し、典型的には金属の場合セ氏１度当たり１乃至７０μＶ、半導体材料の場合セ氏１度当たり１乃至１０００μＶであり得る。
【００１６】
複数の熱電対を直列に接続すると、いわゆる熱電対列を形成し得、その開回路電圧が加算されることができ、これは熱電対列を非常に高感度でオフセットフリーな温度差センサにする。従って、熱電対列は熱エネルギーを電気エネルギーに変換する電子装置と見なされ得る。熱電対列は絶対温度は測定しないが、局所温度差又は温度勾配に依存する出力電圧を生じる。熱電対列の出力電圧は通常は１／１０又は数１００ｍＶの範囲であり得る。プローブに単一の熱電対列又は熱電対列のアレイを備えることがともに可能である。後者のオプションは、医療装置を動かす必要なく医療装置の表面に沿って又は医療装置の経路に沿って熱特性についての情報を得ることを可能にする。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、複数の熱電対列がプローブの柔軟な基板上に配置され、熱電対列は互いに５ｍｍ未満、好適には１ｍｍ未満、より好適には０．５ｍｍ未満離れて互いに間隔をあけている。言い換えれば、複数の熱電対列はアレイとして配置され、その中で各熱電対列は互いに非常に近接して配置される。それによって熱電対列のアレイは温度データが測定され得る表面を覆い、各熱電対列は、低温部位と接する熱電対列の第１の接触面と、高温部位と接する熱電対列の第２の接触面の間の温度勾配を測定し得る。その中で、隣接熱電対列間の距離は、各熱電対列の接触面全体の幾何学的中心間の距離と解釈され得る。熱電対列間の距離は検査される組織の構造サイズに適応することができる。例えば、数ｍｍのサイズを持つ腫瘍などの組織構造が測定される予定である場合、隣接熱電対列間の距離は同じ桁、すなわち数ｍｍ以下であり得る。従って、温度勾配などの温度データは、小さなサイズの組織異常を検出することを可能にする高分解能で測定され得る。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、基板上の熱電対列の少なくとも１つは、４０ｍｍ２未満、好適には４ｍｍ２未満、より好適には１ｍｍ２未満、なおより好適には０．１ｍｍ２未満の接触面を持つ。各熱電対列は、１０より多い、好適には５０より多い、より好適には１００より多い直列に接続される熱電対を有し得る。その中で、熱電対列の接触面は、高温部位と低温部位を含む測定される局所組織領域と接する表面と解釈され得る。技術的に可能な限り小さい接触面を持つ熱電対列を用意することが有利であり得る。接触面が小さい程、温度勾配が測定されることができる面積が小さくなり、従って組織異常が検出されることができる面積又はサイズが小さくなる。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によれば、柔軟な基板は柔軟な高分子基板を有する。例えば、ポリイミド箔、テフロン（登録商標）又は任意の他の有機材料などの柔軟な担体が使用され得る。この担体の上に、金属層、半導体層、又は高分子半導体層の堆積及びパターニングを用いて熱電対が加工され得る。数μｍ以下の範囲の構造寸法を持つ非常に小さな構造は例えばフォトリソグラフィプロセスを用いて生成され得る。熱電対列を持つ柔軟な担体の全体の厚さは応用に依存し得、２００μｍから２０μｍ未満、より好適には１０μｍ未満に至るまでのオーダーであり得、それによって基板の必要な柔軟性を可能にする。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態によれば、熱電対列を有する柔軟な基板は、シリコン技術を用いて導電構造を生成し、そして導電構造を柔軟な基板に転写することによって製造される。こうした処理はいわゆるｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ技術とも称され得る。ｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ技術においては、金属又は半導体構造を含む導電構造を有する回路がＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハ上に製造され得る。あるいはまた、熱酸化シリコン層を持つシリコンウェハも使用され得る。ＳＯＩウェハを用いて、熱電対列はドープ単結晶又は多結晶シリコンに加工され得る。あるいは熱電対列に対して、Ａｌなどの金属又は金属とシリコンの組み合わせもまた使用され得る。装置が、熱電対列のみ、また場合により抵抗及び／又は発熱体も有するが電子機器は有するべきではない場合、熱酸化物層を持つシリコン基板もまた使用されることができる。そして熱電対列はまた、ドープ多結晶シリコンに加工されるか、又はＡｌなどの金属若しくは金属とポリシリコンの組み合わせから加工され得る。小さな特徴を得るために、典型的にはフォトリソグラフィプロセスが適用され得る。柔軟な装置を実現するために、ポリイミドなどの高分子、又は生体適合性パリレンなどの任意の他のシステムが上部に適用され得、ポリイミドとともにＳｉウェハが担体上に一時的に接着され得る。シリコンはエッチング停止層として酸化シリコンを用いて裏面からエッチングで除去され得る。熱電対列に接するためにＳｉＯ２はリソグラフィ処理で開かれ、最終的にガラスが除去される。
【００２１】
言い換えれば、熱電対列、随意には熱源及び／又は抵抗も、さらに随意にはデータ取得、データ処理及び／又は無線データ転送用の電子機器もまたシリコン技術上に加工され得、そして後処理段階において柔軟な担体に転写され得、ここで非機能的シリコンは完全に除去される。
【００２２】
ｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ技術の詳細はＵＳ６，７６２，５１０に記載され、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
高度に柔軟な回路は１ｍｍ未満の曲率半径に曲げた後でも無欠陥のままであり得る。ＳＯＩウェハ上に製造される回路は、高信頼性と非常に小さな構造サイズの両方を可能にするシリコン技術を用いて製造され得る。このようにして達成される装置は、大量の熱電対が小領域上に並列に設計されることができるよう、低熱伝導率、高精度、及び小さな特徴サイズを示す。
【００２４】
ｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ法は、データ取得、データ処理及び無線データ転送用の電子機器がシリコンに加工されることができるというさらなる利点を持つ。ｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘにおける高分子担体は無線データ転送のために効率的なＲＦ性能を可能にする。
【００２５】
本発明のさらなる実施形態によれば、柔軟な基板はプローブコアの周囲に巻きつけられる。その柔軟性のために、熱電対列を有する基板は、プローブコア、すなわち下層の医療機器の表面に容易に適合し得る。柔軟な基板をプローブコアの周囲に巻きつけることによって、基板上に配置される熱電対列はプローブコアの表面に容易に取り付けられ得る。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブは関心組織領域に沿って絶対温度及び温度勾配の少なくとも１つを測定するように構成される。従って、例えば悪性組織を示し得る局所的に大きく変動する温度の領域を見つけるために、組織領域に沿った温度変動が測定され得る。さらに、これらの測定は絶対温度の測定を用いて較正され得る。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブはさらに絶対温度測定に適した少なくとも１つの抵抗を有する。例えば、熱電対列を有する基板は膜抵抗と組み合わされ得る。例えば抵抗の温度依存性に沿って規定の長さ、幅及び高さを持つ金属薄層であることができる薄膜抵抗で、プローブが置かれる組織の絶対温度が決定され得る。複数の熱電対列の温度勾配測定と組み合わされる、少なくとも最低１つの抵抗で決定されるこの絶対温度は、関心組織領域に沿った絶対温度の決定を可能にする。
【００２８】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブはさらに１つ以上の熱源を有する。例えば、熱源は熱電対列に隣接して設けられ得る。各熱電対列はその対応する独自の熱源を持ち得る。例えば、抵抗ワイヤ素子は電圧の印加時に熱源としてはたらき得る。熱源は下層組織の熱伝導率又は熱容量の測定を可能にし得る。その中で、熱源は下層組織を局所加熱するためにはたらき得、熱電対列はこうした局所加熱から生じる組織内の温度勾配を検出するために使用され得る。熱源はプローブ上の単一熱電対列と組み合わされ得るか、又はプローブ上の全熱電対列上に組み合わされ得る。この後者の場合、医療装置を動かす必要なく、医療装置の各表面又は各経路に沿って熱伝導率及び熱容量についての情報が得られる。異なる熱電対列の熱源が測定信号の干渉を生じないような相互間の距離で熱電対列が分散される場合、有利であり得る。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態によれば、熱源は柔軟な基板の中に組み込まれる。特に柔軟な基板がシリコン基板である場合、熱電対列と熱源の両方が同じ技術、すなわちシリコン技術を用いて製造され得、好適には同じ加工段階で製造され得る。さらに、熱源は熱電対列の寸法サイズに対応する寸法サイズで形成され得る。
【００３０】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブは患者の組織内の熱伝導率を測定するように構成される。この目的のため、熱源と熱電対列が設けられ得る。熱源は患者の組織を局所的に一時的に加熱し、熱電対列は熱源の近くの温度勾配を観察することによって患者の組織全体に熱がどのように広がるかを決定するために使用され得る。測定の場所及び時間の両方によって影響される、温度勾配の変動から、患者の組織の局所熱伝導率に関する結論が引き出されることができる。そこから、患者の組織の他の特性、例えばその密度又は含水量などに関するさらなる結論が引き出されることができ、そしてこれは例えばその悪性についての情報を提供し得る。
【００３１】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブは患者の組織内の体積熱容量を測定するように構成される。再度、熱源と熱電対列が設けられ得る。患者の組織を一時的に及び局所的に加熱した後、熱電対列は組織の反応、すなわち与えられた熱の経時的な拡散を決定するために使用され得る。そこから、下層組織の熱容量についての情報が得られ、そしてこれは再度患者の組織におけるさらなる特性についての情報を提供し得る。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブは医療装置コア、すなわち温度プローブと機械的に結合される下層医療機器に対して熱的に分離される。こうした熱的分離は医療装置コアから温度プローブへの望ましくない熱輸送を防止し得る。熱的分離は、医療装置コアと、熱電対列を担持する基板との間に置かれる分離絶縁層によってもたらされ得る。あるいは、プローブ自体が熱絶縁合成材料で作られ得る。熱的分離は、さもなければプローブ温度測定を妨げ得るプローブへの医療装置コアの熱的影響を減少させ得る。
【００３３】
本発明のさらなる実施形態によれば、プローブは熱電対列内で測定される温度データについてのデータの無線伝送に適している。言い換えれば、プローブは、パイルの１つ又はプローブの複数のパイルの各々によって測定される温度データについての情報を無線で伝送するための手段を含み得る。その中で、無線データ伝送はプローブ内の送信機と医療装置コア内に含まれる受信機との間で発生し得、そしてこれは、患者の外側に位置する、そこに接続される解析装置に温度データを伝送し得る。あるいは、無線データ伝送はプローブと外部解析装置の間で直接起こり得る。プローブと、間隙を介する受信機との間の無線データ伝送を用いることで、プローブへの直接配線の必要性を除外し得、さもなければこうした直接配線は例えば医療装置コアと温度プローブの間の熱的橋となる可能性がある。
【００３４】
本発明の特徴及び利点は、本発明の異なる実施形態を参照して、及び部分的には本発明の装置のための製造工程に関しても記載されていることに留意すべきである。しかしながら、当業者は上記及び下記の記載から、他に通知されない限り、一実施形態に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる実施形態若しくは製造方法に関する特徴間の任意の組み合わせもまた、この出願とともに開示されるとみなされると推測するだろう。
【００３５】
本発明の特徴及び利点は添付の図面に示される特定の実施形態に関してさらに記載されるが、本発明はそれらに限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】熱電対を示す。
【図２】本発明の一実施形態にかかる温度測定プローブを有する医療装置の詳細を示す。
【図３】患者の組織内の高温点上への配置時の本発明の一実施形態にかかる複数の温度プローブを有する生検針の配置を示す。
【図４】本発明の一実施形態にかかる医療装置のための熱源を含む温度測定プローブの特定の実施形態を示す。
【図５】腫瘍を通る線上の位置に依存する温度及び温度勾配の分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図面中の図は略図に過ぎず縮尺通りではない。図面中の同様の要素は同様の参照符号で参照される。
【００３８】
図１は原則として熱電対１０１を示す。例えばワイヤ１０３，１０５の形で２つの導電構造が設けられる。ワイヤ１０３，１０５の材料は金属又は半導体であることができる。ゼーベック効果とも知られる熱電効果に従って、導体が熱勾配にさらされると、これはその両端間に電圧を生じる。この電圧を測定しようとするいかなる試みも、"高温"端へ別の導体を接続することを必然的に含む。そしてこの追加導体もまた温度勾配を経験してそれ自体の電圧を生じ、これは元の電圧に対抗する。この効果の大きさは使用される材料に依存する。回路を完成させるために各ワイヤ１０３，１０５に異なる材料を使用することは、２つの脚が異なる電圧を生じるような回路を作製し、測定に利用可能な電圧に小さな差をもたらす。２つのワイヤ１０３，１０５が互いに接続される第１端１０７は、第１の温度を持つ部位、例えば高温部位Ｈに置かれ、ワイヤ１０３，１０５の反対側は異なる温度である部位、例えば低温部位Ｌに置かれる。熱電効果のために、開回路電圧Ｖが、ワイヤ１０３，１０５の各端にある端子１０９，１１１間で測定されることができる。開回路電圧は温度とともに増加し、従って高温部位と低温部位の間の温度差についての指標を与え得る。
【００３９】
図２において、例えば生検針などの医療装置１の配置が概略的に示される。図１に示される熱電対１０１と同様の、直列に接続される複数の熱電対１０１を有する熱電対列７は、温度プローブ２を形成するために柔軟な基板３に組み込まれる。柔軟な基板は例えば１０μｍの厚さを持つ薄い高分子担体又はｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ担体（スタックが上に記載されている）を有する。担体上に、ワイヤ１０３，１０５に対応する導線が、フォトリソグラフィなどの従来のフォトリソグラフィ技術を用いて用意されており、それによって熱電対列７に対して非常に小さな構造寸法を可能にする。例えば、熱電対列７全体が１ｍｍ２未満の面積内に基板３の表面上に用意されることができる。
【００４０】
加えて、熱源９としてはたらくヒータが、熱電対列の一端に近接する位置において基板３上に配置される。熱源９を用いて、基板３に隣接する組織が局所加熱され得る。
【００４１】
その高い柔軟性のために、基板３は医療装置１、すなわち生検針の先端の周囲に巻きつけられ得る。その中で、複数の熱電対列７を有する複数の基板３は、医療装置コア５としてはたらく生検針のコアに取り付けられ得る。これらの熱電対列全てを温度センサとして用いて、生検針の先端に沿った局所温度勾配が測定され得る。
【００４２】
図３は針の長手方向延長に沿って異なる位置に置かれる３つの温度測定プローブ２を有する生検針１の配置を概略的に示す。針１の表面は患者の周辺組織１１と機械的に接する。この周辺組織１１内に腫瘍Ｔが存在し得る。従って、針１はこれが腫瘍組織Ｔを横断するように置かれ得る。正常組織１１における温度分布は腫瘍組織Ｔ内の温度とは異なる。さらに、熱容量及び熱伝導率などの他の特性は、悪性か否かという組織の型に依存し得る。従って、針１の表面に取り付けられるプローブ２を用いて、温度勾配及び局所熱容量又は熱伝導率の分布が測定され得る。
【００４３】
図３において温度測定プローブ２の配置及びそれらのサイズは概略的にあらわされるに過ぎないことに留意されたい。勿論、熱電対列７を有し、プローブ２となる可能な基板３は、図にあらわされるよりもずっと小さく実現されてもよく、あらわされるよりも互いにずっと近く医療装置１の表面上に配置されてもよい。従って、測定される温度データの分布は高分解能で取得され得る。
【００４４】
図４はｃｉｒｃｏｎｆｌｅｘ技術を用いて用意されるプローブ２の一例を示す。柔軟な薄膜基板３上に、多数の、例えば１００の熱電対１０１を有する熱電対列配置７が配置される。図４の拡大部に見られる通り、数ｍｍから数１００マイクロメートルまでの長さと、数マイクロメートルから数１０マイクロメートルまでの幅の典型的な寸法を持つ異なる材料の導線１０３，１０５が、領域１０７内で重なるように用意され、それによって単一の熱電対１０１を形成する。第１のラッピング領域１０７はプローブ２の高温部位Ｈ上に配置され、ワイヤ１０３，１０５の対向端は低温部位Ｌ上に配置される。熱電対列７を形成する熱電対１０１の直列接続の各端は端子１３に接続される。
【００４５】
プローブ２は基板３の表面上にオプション熱源９として２つの追加ヒータを有する。ヒータは高温部位Ｈ及び低温部位Ｌにおいて熱電対列７の各側の近くに設けられ、各局所領域を加熱するために使用され得る。従って、高温部位Ｈはそれに隣接する熱源９を用いて加熱され得、一方低温部位Ｌは、それに隣接する熱源９がスイッチをオフにされる限り元の温度のままであり得る。もちろん、この温度配置は各熱源９のスイッチング状態を変えることによって反転されることもできる。熱源９の各々は抵抗ワイヤパターンによって設けられることができ、これはその各端において端子１５に接続される。
【００４６】
さらに、抵抗１７が設けられる。これらの抵抗１７は熱電対列７に隣接する位置における絶対温度を測定するように構成される。抵抗１７はボンドパッド１９に接続され、ここにおいて抵抗の電気信号がとらえられることができる。
【００４７】
図５を参照して、本発明にかかる医療装置を用いる測定手順が説明される。図５の上グラフ上に、悪性組織内の位置に依存する局所温度が示される。正常組織において温度は常に第１の低いレベルである一方、腫瘍に隣接する領域では温度は局所的に増加する。腫瘍を通る線上の位置に対する温度勾配の依存度をあらわす図５の下グラフに見られる通り、温度勾配は腫瘍の辺縁上で特に強調される。
【００４８】
その表面において温度測定プローブを持つ本発明にかかる医療装置を用いることで、こうした上昇した温度勾配が高分解能で局所的に測定されることができ、それによって悪性組織の局所辺縁についての正確な情報を与えることができる。
【００４９】
最後に、本発明の実施形態にかかる医療装置を用いて適用され得る異なる測定法が簡潔に記載される。
【００５０】
温度勾配は受動測定を適用することによって決定され得、一方熱伝導率又は熱容量は能動測定によってのみ決定されることができる。
【００５１】
まず、受動測定が例示的に記載される。単一の熱電対列は熱電対列と接している組織内の局所温度勾配についての情報を与え得る。この種の測定は温度変動を決定するためだけでなく病変の辺縁を決定するためにも使用され得る。
【００５２】
例えばこうした受動温度勾配測定は図５に関してさらに上述された通り腫瘍の正確な位置及び辺縁を決定するために使用され得る。
【００５３】
能動測定は熱伝導率又は熱容量の測定を有する。熱伝導率は、ヒータ９が周辺組織よりもわずかに高い一定の温度に設定されるとき、熱電対列がその寸法に沿って測定している温度勾配から決定されることができる。温度勾配、熱伝導率及び加えられる熱の間の関係は、定常状態では次式によって与えられる熱伝導方程式によって与えられる。
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Ｔは温度であり、ｑは熱流束であり、κは熱伝導率である。
【００５４】
熱伝導率及び熱容量は組織の動的挙動に対して測定を実行することによって決定されることができる。動的挙動は非定常状態では次式の通りである熱伝導方程式によってあらわされることができる。
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ρは密度でありｃｐは比熱である。
【００５５】
最後に、動的挙動を測定するいくつかの方法が提案される。（ａ）正弦、ブロック関数などの時変信号がヒータ９に適用され得、ρ，ｃｐ及びκに依存する位相シフトが測定される。（ｂ）熱パルスが加えられ、熱パルスがプローブに沿った距離を移動するのにかかる時間（飛行時間）が測定され、これは熱電対列で測定されることができる。
【００５６】
本発明の実施形態にかかる医療装置は、生検手術において、炎症の治療中に、又は切除手術中に切除の効果を観察するために使用され得る。本発明の延長において、熱電対列は熱及び光検出のために使用されることができるフォトニックニードルに適用されてもよい。本発明のさらなる延長において、熱電対列はプローブ上で超音波振動子と組み合わされることができる。両延長は多重パラメータ測定を実行することを可能にし得、これはこうした測定の信頼性を増加し得る。
【００５７】
要約すると、患者の身体内の組織の温度データの測定のためのプローブを有する医療装置が提案されている。プローブ２は医療装置コア５に取り付けられる柔軟な基板３を有し、柔軟な基板３は１つ以上の熱電対列７を有し、さらに絶対温度を測定するための抵抗１７及び局所的に熱を加えるための熱源９を有し得る。熱電対列は、柔軟な高分子担体上又は代替的にシリコン基板上に直接加工され、及び柔軟な担体３に転写されることができ、高度に柔軟な基板３と、熱電対列７及び場合により抵抗１７と熱源９に対する非常に小さな構造寸法の両方を可能にする。加えて、医療装置に接している組織の温度勾配の測定が高分解能で実行され得、例えば悪性組織による温度異常の信頼できる検出を可能にする。
【００５８】
最後に、"有する"、"含む"などの用語は他の要素又はステップを除外せず、"ａ"又は"ａｎ"という用語は複数の要素を除外しないことに留意すべきである。また、異なる実施形態に関連して記載された要素は組み合わされてもよい。請求項における参照符号は請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならないことにもまた留意すべきである。
【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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