(57)【要約】本発明は、肺の気道壁にエネルギーを伝送するシステムを含む。このシステムは、エネルギー伝送装置と一つ以上の変数の利得ファクタとを有するＰＩＤコントローラとを含み、これらの利得ファクタは、エネルギー伝送が始まった後リセットされる。エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い要素と末梢部分を広げることが可能なバスケットとを含む。このバスケットは、少なくとも一つの気道壁にエネルギーを転送するための電極と少なくとも一つの温度計測するための温度センサとを有する。ＰＩＤコントローラは、プリセット温度と計測された温度との間のエラーに基づいて、次のパワーセットポイントを決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肺の気道壁にエネルギーを伝送するシステムであって、
フレキシブルな細長い要素および末梢を広げることが可能なバスケットを含むエネルギー伝送装置であって、該広げることが可能なバスケットは、該気道壁にエネルギーを転送する少なくとも一つの電極と、エネルギーが該気道壁に伝送される際、該気道壁の温度（ＴＭ）を計測する少なくとも一つの温度センサとを有する、エネルギー伝送装置と、
プリセット温度（ＴＳ）と該計測された温度（ＴＭ）との間のエラー（ｅ）に基いて次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定するＰＩＤコントローラであって、可変の利得ファクタ（Ｇ）を有するアルゴリズムを作用させるＰＩＤコントローラと
を含む、システム。
【請求項２】
前記アルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋Ｇ（αｅｉ＋βｅｉ−１＋γｅｉ−２）であって、α、β、およびγはプリセット値である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、エネルギー伝送が始まった後、０．１から２秒以内にＧがリセットされるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、エネルギー伝送が始まった後、０．５秒後にＧがリセットされるように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下である場合、Ｇが０．９〜１．０にリセットされるように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間の場合、Ｇが０．４〜０．５にリセットされるように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が５．０℃以上でかつ５．０℃以下の場合、Ｇが０．２〜０．３にリセットされるように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が７．５℃より大きい場合、Ｇが０．１〜０．２にリセットされるように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
αが１〜２である、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
βが−２〜−１である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
γが−０．５〜０．５である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
α、β、γがそれぞれ１．６、−１．６および０．０である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記伝送されたエネルギーが最大エネルギーを超える場合、該エネルギー伝送が終了されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記最大エネルギーは、１２０ジュールである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラは、アクティベイション時間期間にエネルギーを伝送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記アクティベイション時間期間が最高１５秒であるように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記アクティベイション時間期間が８〜１２秒であるように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記アクティベイション時間期間が１０秒であるように構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラは、ＴＳが６０℃と８０℃との間の値に設定されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
ＴＳは６５℃に設定される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記コントローラは、インピーダンスを計測するように構成され、そして該インピーダンスがプリセットインピーダンス値未満に降下する際、前記エネルギー伝送が終了される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プリセットインピーダンス値は、４０〜６０オームである請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記ＴＭが所定の選択された値だけＴＳを超える場合、前記エネルギー伝送を終了するために構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記所定の選択された値が１０℃である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記所定の選択された値が１５℃である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記所定の選択された値が２０℃である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記出力パワーが公称上の出力パワー以上であるかまたは前記ＴＭが、サンプリング期間内で臨界の温度差だけ降下する場合、前記エネルギー伝送を終了させるために構成される
請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記公称上の出力パワーは、少なくとも１７ワットの値に設定される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記サンプリング期間は、少なくとも０．５秒の値に設定される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記臨界の温度差は２℃である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記コントローラは、時間窓にわたって平均化される前記ＴＭが固定された温度差だけＴＳを越える場合、該エネルギー伝送を終了させるために構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記固定された温度差が１℃と１０℃との間である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記固定された温度差が５℃である、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記時間窓が１秒と５秒との間である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記時間窓が２秒である、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記コントローラが、サンプリング期間において前記計測された温度が１０℃以上降下する場合、終了されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記サンプリング期間は、１．０秒である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記サンプリング期間は、０．２秒である請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記利得ファクタは、初期では０．４と０．５との間の値に等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項４０】
エネルギー伝送装置のアクティブ領域から肺の気道壁にエネルギーを転送することにより該肺を治療する方法であって、該エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い本体および末梢部分と該末梢部分に配置される該アクティブ領域とを有し、該エネルギー伝送装置は、該気道の温度（ＴＭ）を計測する該末梢部分に配置される温度センサをさらに有し、該方法は、
プリセット温度（ＴＳ）を設定する工程と、
該アクティブ領域からターゲット媒体にエネルギーを伝送するためにパワーセットポイント（Ｐｉ）を決定する工程と、
該温度センサを使用して該ＴＭを計測する工程と、
ＰＩＤアルゴリズムを使用して、該プリセット温度（ＴＳ）と該計測された温度（ＴＭ）との間のエラー（ｅ）に基づいて次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定する工程と
を含む、肺を治療する方法。
【請求項４１】
エネルギー伝送装置を使用してターゲット媒体にエネルギーを転送するプロセスであって、該エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い本体と末梢部分とを有し、該末梢部分は該ターゲット媒体にエネルギーを転送する少なくとも一つのアクティブ領域を有する、広げることが可能なバスケットを含み、該エネルギー伝送装置は、該ターゲット媒体の温度（ＴＭ）を計測する該末梢部分に配置された温度センサをさらに有し、該プロセスは、
プリセット温度（ＴＳ）を設定する工程と、
該アクティブ領域から該ターゲット媒体にエネルギーを伝送するためにパワーセットポイント（Ｐｉ）を決定する工程と、
該温度センサを使用して該ＴＭを計測する工程と、
可変の利得ファクタを有するアルゴリズムを使用して、該プリセット温度（ＴＳ）と該ターゲット媒体の温度（ＴＭ）とのエラー（ｅ）に基づく次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定する工程と
を含む、プロセス。
【請求項４２】
前記アルゴリズムは、
Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋Ｇ（αｅｉ＋βｅｉ−１＋γｅｉ−２）、ここでα、βおよびγはプリセット値である、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項４３】
エネルギー伝送が始まった後、０．１から２秒以内にＧをリセットする工程を含む、請求項４２に記載のプロセス。
【請求項４４】
エネルギー伝送が始まった後、０．５秒後にＧをリセットする工程を含む、請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４５】
１ジュールにつき上昇する温度が２．５℃以下である場合、Ｇを０．９〜１．０にリセットする工程を含む、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４６】
１ジュールにつき上昇する温度が２．５℃と５．０℃との間である場合、Ｇを０．４〜０．５にリセットする工程を含む、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４７】
１ジュールにつき上昇する温度が５．０℃以上でかつ７．５℃以下である場合、Ｇを０．２〜０．３にリセットする工程を含む、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４８】
１ジュールにつき上昇する温度が７．５℃より大きい場合、Ｇを０．１〜０．２にリセットする工程を含む、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４９】
αを１と２との間に設定する工程を含む、請求項４２に記載のプロセス。
【請求項５０】
βを−２と−１との間に設定する工程を含む、請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５１】
γを−０．５と０．５との間に設定する工程を含む、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５２】
α、β、γをそれぞれ１．６、−１．６および０．０に設定する工程を含む、請求項５１に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記伝送されるエネルギーが最大エネルギーを超える場合、該エネルギー伝送を終了する工程を含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記最大エネルギーが１２０ジュールである、請求項５３に記載のプロセス。
【請求項５５】
エネルギーがアクティベイション期間の間に伝送される、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記アクティベイション期間が最高１５秒である、請求項５５に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記アクティベイション期間が８〜１２秒である、請求項５６に記載のプロセス。
【請求項５８】
前記アクティベイション期間が１０秒である、請求項５７に記載のプロセス。
【請求項５９】
ＴＳを６０℃と８０℃との間の値に設定する工程を含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項６０】
ＴＳを６５℃に設定する工程を含む、請求項５９に記載のプロセス。
【請求項６１】
インピーダンスを計測する工程と、該インピーダンスが、プリセットインピーダンス値未満である際、前記エネルギー伝送を止める工程とをさらに含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項６２】
前記インピーダンス値が、４０〜６０オームである、請求項６１に記載のプロセス。
【請求項６３】
前記ＴＭが、所定の選択された値だけＴＳを超える場合、前記エネルギー伝送を止める工程を含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項６４】
前記所定の選択された値が１０℃である、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記所定の選択された値が１５℃である、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記所定の選択された値が２０℃である、請求項６３に記載のプロセス。
【請求項６７】
出力パワーが公称上の出力パワー以上の場合、または前記ＴＭがサンプリング期間中に臨界の温度差だけ降下する場合、前記エネルギー伝送を止める工程とを含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項６８】
前記公称上の出力パワーが少なくとも１７ワットの値に設定されている、請求項６７に記載のプロセス。
【請求項６９】
前記サンプリング期間が少なくとも０．５秒の値に設定されている、請求項６８に記載のプロセス。
【請求項７０】
前記臨界の温度差が２℃である、請求項６９に記載のプロセス。
【請求項７１】
時間窓にわたって平均化された前記ＴＭが、固定された温度差までＴＳを越える場合、前記エネルギー伝送を終了する工程を含む、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項７２】
前記固定された温度差が１℃と１０℃との間である、請求項７１に記載のプロセス。
【請求項７３】
前記固定された温度差が５℃である、請求項７２に記載のプロセス。
【請求項７４】
前記時間窓が１秒と５秒との間である、請求項７３に記載のプロセス。
【請求項７５】
前記時間窓が２秒である、請求項７４に記載のプロセス。
【請求項７６】
前記ターゲット媒体にエネルギーを伝送する工程が、生体内において肺の気道壁にエネルギーを伝送することによって実行される、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項７７】
前記ターゲット媒体にエネルギーを伝送する工程が、切り取られた肺の気道壁にエネルギーを伝送することによって実行される、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項７８】
前記ターゲット媒体にエネルギーを伝送する工程が、スポンジまたはタオルにエネルギーを伝送することによって実行される、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項７９】
前記ＰＩＤコントローラが、複数の変数である利得ファクタを有するアルゴリズムを作用させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８０】
前記アルゴリズムが、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋（Ｇ１ｅｉ＋Ｇ２ｅｉ−１＋Ｇ３ｅｉ−２）であって、ここでＧ１、Ｇ２およびＧ３は、変数である利得ファクタである、請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
前記コントローラが、前記変数である利得ファクタが、エネルギー伝送が始まった後、０．１から２秒以内にリセットされる、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８２】
前記コントローラが、前記変数である利得ファクタが、エネルギー伝送が始まった後、０．５秒後にリセットされる、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８３】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．９０〜２．００、−２．００〜−０．９０および−０．５〜０．５にリセットされるように構成されている、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８４】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間である場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．４０〜１．００、−１．００〜−０．４０および−０．２５〜０．２５にリセットされるように構成されている、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８５】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が５．０℃以上でかつ７．５℃以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．２０〜０．６０、−０．６０〜−０．２０および−０．１５〜０．１５にリセットされるように構成されている、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８６】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が７．５℃より大きい場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．１０〜０．４０、−０．４０〜−０．１０および−０．１０〜０．１０にリセットされるように構成されている、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８７】
前記変数である利得ファクタの各々が、少なくとも一つのプリセット値および少なくとも一つの変数の積に等しくなる、請求項８０に記載のシステム。
【請求項８８】
前記ＰＩＤコントローラが複数の変数である利得ファクタを有するアルゴリズムを作用させる、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項８９】
前記アルゴリズムが、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋（Ｇ１ｅｉ＋Ｇ２ｅｉ−１＋Ｇ３ｅｉ−２）であって、ここでＧ１、Ｇ２およびＧ３は、変数である利得ファクタである、請求項８８に記載のプロセス。
【請求項９０】
前記コントローラが、前記変数である利得ファクタが、エネルギー伝送が始まった後、０．１から２秒以内にリセットされる、請求項８９に記載のプロセス。
【請求項９１】
前記コントローラが、前記変数である利得ファクタが、エネルギー伝送が始まった後、０．５秒後にリセットされる、請求項９０に記載のプロセス。
【請求項９２】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．９０〜２．００、−２．００〜−０．９０および−０．５〜０．５にリセットされるように構成されている、請求項９１に記載のプロセス。
【請求項９３】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間である場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．４０〜１．００、−１．００〜−０．４０および−０．２５〜０．２５にリセットされるように構成されている、請求項９１に記載のプロセス。
【請求項９４】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が５．０℃以上７．５℃以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．２０〜０．６０、−０．６０〜−０．２０および−０．１５〜０．１５にリセットされるように構成されている、請求項９１に記載のプロセス。
【請求項９５】
前記コントローラは、１ジュールごとの温度上昇が７．５℃より大きい場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．１０〜０．４０、−０．４０〜−０．１０および−０．１０〜０．１０にリセットされるように構成されている、請求項９１に記載のプロセス。
【請求項９６】
前記変数である利得ファクタの各々が、少なくとも一つのプリセット値および少なくとも一つの変数の積に等しくなる、請求項９１に記載のプロセス。
【請求項９７】
前記エネルギー伝送装置は、最大パワーまでパワーの量を伝送するために構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９８】
前記最大パワーが１０〜４０ワットである、請求項９７に記載のシステム。
【請求項９９】
前記最大パワーが１５〜２０ワットである、請求項９８に記載のシステム。
【請求項１００】
前記エネルギー伝送装置は、最大パワーのパワーの量を伝送するために構成されている、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項１０１】
前記最大パワーが１０〜４０ワットである、請求項１００に記載のプロセス。
【請求項１０２】
前記最大パワーが１５〜２０ワットである、請求項１０１に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０００年１０月１７日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／２８７４５の優先権を主張する。その出願は、その全てを本明細書中で参照として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、肺気道にエネルギーを加えるためのシステムおよび、特に事前に設定された温度と計測された温度との間の誤差を最小限にするためのＰＩＤアルゴリズムを使用して気道に伝送されるエネルギーを制御するためのシステムおよび方法に関する。
【０００３】
（背景）
種々の閉塞性気道疾患は、可逆の構成要素を有する。例は、ＣＯＰＤおよび喘息を含む。喘息で悩まされている推定１０００万人のアメリカ人がいる。喘息は、気管支収縮、過剰な粘液生成、および気道の炎症と腫れとが起こる疾患である。よく知られた（ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ）原因であるが、可変の気流閉塞それによって喘息患者が呼吸することを困難にする。喘息は、慢性的な疾患であり、主に永続的な気道炎症により特徴付けられる。喘息はさらに、反応性亢進の気道平滑筋の収縮を介する、さらなる気道狭窄の急性エピソードによって、さらに特徴付けられる。
【０００４】
閉塞性肺疾患の可逆の局面は、気管支樹内における過剰な粘液生成を含む。通常、大きな（肥大）気管支肥大および小さな気道における慢性炎症の変化の一般的な増加がある。過剰な粘液量は、その気道において見られ、半流動の粘液の栓が、いくつかの小さな気管支を閉塞し得る。また、小さな気道は、縮小され炎症の変化を見せる。逆の局面は、過剰な分泌および二次的な平滑筋の収縮、気管支壁浮腫および気道炎症に対する気道狭窄による部分的な気道閉塞を含む。
【０００５】
喘息において、気道における慢性的な炎症プロセスは、肺内の気流に対する抵抗を増す中心的役割をする。多くの細胞および細胞要素は、炎症プロセス、特に肥満細胞、好酸球Ｔリンパ球、好中球、上皮の細胞、および気道平滑筋それ自体にさえ含まれる。これらの細胞の反応は、特定の刺激が伴われる気道を満たす平滑筋細胞の実存する感度および反応性亢進に対して増加する結果になる。
【０００６】
喘息の慢性的な性質はさらに、気道壁機能に影響を与え得、気道の反応性亢進に影響する気道壁のリモデリング（ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ）（言い換えると、肥厚または浮腫のような構造的な変化）をもたらし得る。他の、喘息を伴う生理的な変化は、過剰な粘液生成を含み、喘息が重症の場合、継続中の上皮の露出および修復と同様に粘液栓塞を含む。上皮の露出は、それらと接触し正常でない物質における基礎の組織を露出し、さらに、細胞ダメージおよび炎症反応のサイクルを補強する。
【０００７】
敏感な個体（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ）において、喘息の症状は、呼吸の不足（ｄｙｓｐｎｅａ）、喘鳴音、胸苦しさ、および咳などの再発性のエピソードを含む。現在のところ、喘息は、刺激回避および薬理学の組み合わせによって管理されている。
【０００８】
刺激回避は、刺激のそれぞれのタイプとの接触の系統的な識別および最小化を介し成し遂げられる。しかしながら、全ての可能性のある刺激を避けることは、非現実的であり常に有用であるとは限らない。
【０００９】
喘息の病理学的なマネジメントは、（１）非炎症性の使用および長時間効く気管支拡張剤を介する長期制御と、（２）短時間効く気管支拡張剤の使用を介する急性憎悪期の短期マネジメントとを含む。これらのアプローチの両方は、所定の薬物の繰り返しおよび規則的な使用を必要とする。コルチコステロイド非炎症性薬物の多い（Ｈｉｇｈ）投与量は、注意深いマネジメントが必要である重大な副作用を有し得る。さらに、何人かの患者は、ステロイド処置に耐性がある。病理学的マネジメントを有する患者服薬遵守に伴う困難および、喘息を誘発する刺激を避けることに対する困難は、喘息マネジメントの成功に対する一般的な障害である。したがって、現在のマネジメント技術は、完全に成功していない上、副作用を取り除けてもいない。従って、患者服薬遵守の必要性なしに、気流を改善するシステムおよび方法が供給されることが望まれる。
【００１０】
種々のエネルギー伝送システムは、解剖学的な構造体および肺気道以外の管腔を腔内で処置するために開発されてきた。残念ながら、このような構造体を処置するために役に立つシステムは、概して肺気道を処置するための技術を開発することに有用ではない。なぜなら、肺気道は、他の組織構造体とは顕著に異なっているからである。例えば、肺気道は特に異質である。肺組織構造体における変化は、以下のような複数の理由で起こる。例えば、気管支樹の枝分かれパターンが気道のサイズおよび存在において局部的変化を引き起こすことと、肺の脈管構造が、血管のサイズおよび存在における変化を生じさせる分散型ネットワークに似ていることと、気道内が、軟骨、気道平滑筋、および粘液分泌腺および管のような異なる構造体の可変の量であることと、および、エネルギー伝送がまた、中央部分よりも周辺すなわち肺葉の外側表面の近くで異なる影響を及ぼし得ることである。
【００１１】
肺気道はまた、複数の突出したひだを含む。血管のような他の組織構造体は、一般的に、気道内に見られるひだを有さない。気道は、異なる物質を含む他の構造体であるが故に、粘液および空気を含む。種々の管腔と気道の間の組織の化学反応は、また異なっている。これらの相違の見解において、従来のエネルギー伝送システムが一般的に全ての組織構造体に応用され得たことは驚くべきことではない。その上、パワー遮断および他の安全メカニズムは、特定の組織に対して正確に合わせてあり、ゆえに、その組織は、過剰なエネルギーのアプリケーションによって害されない。
【００１２】
従って、安全にＲＦエネルギーを肺気道に伝送し得る腔内ＲＦエネルギー伝送システムが所望される。特に、喘息またはＣＯＰＤ患者の気道の処置の際、温度を制御し得るシステムが所望される。また、パワーオフ機能を閉じる内蔵の安全手段を有するシステムを供給することが所望され、それにより対象組織または側枝組織に対するダメージを妨げる。
【００１３】
（発明の要旨）
本発明は、エネルギー伝送装置およびＰＩＤコントローラを含む肺の気道壁にエネルギーを伝送するシステムを含む。エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い要素と、エネルギーが気道壁に伝送される際、気道壁にエネルギーを転送する少なくとも一つの電極および気道壁の温度（ＴＭ）を計測する少なくとも一つの温度センサを有する末梢を広げることが可能なバスケットとを含む。このシステムは、プリセット温度（ＴＳ）と計測された温度との間のエラー（ｅ）に基づいて次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定するＰＩＤコントローラを含む。ここでＰＩＤコントローラは、可変の利得ファクタ（Ｇ）を有するアルゴリズムを作用させる。
【００１４】
本発明の一つの改変において、アルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋Ｇ（αｅｉ＋βｅｉ−１＋γｅｉ−２）であり、ここでα、β、γはプリセット値である。例えば、本発明の一つの改変において、αが１〜２である、βが−２〜−１である、γが−０．５〜０．５である。本発明の別の改変において、α、β、γがそれぞれ１．６、−１．６および０．０である。
【００１５】
本発明の別の改変において、ＰＩＤアルゴリズムを使用される利得ファクタは、エネルギー伝送が始まった後、０．１秒〜２秒間以内にリセットされる。利得ファクタはまた、エネルギー伝送が始まった後、０．５秒にリセットされ得る。本発明は、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下である場合、Ｇを０．９〜１．０にリセットし、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間である場合、Ｇを０．４〜０．５にリセットし、１ジュールごとの温度上昇が５．０℃以上７．５℃以下である場合、Ｇを０．２〜０．３にリセットし、１ジュールごとの温度上昇が７．５℃より大きい場合、Ｇを０．１〜０．２にリセットする工程を含む。初めに、利得ファクタは、０．４以上０．５以下であり好ましくは、０．４５以上０．４７以下である。
【００１６】
本発明の別の改変において、ＰＩＤアルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋（Ｇ１ｅｉ＋Ｇ２ｅｉ−１＋Ｇ３ｅｉ−２）であり、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３は、変数である利得ファクタである。本発明は、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．９０〜２．００、−２．００〜−０．９０および−０．５〜０．５にリセットされ、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間である場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．４０〜１．００、−１．００〜−０．４０および−０．２５〜０．２５にリセットされ、１ジュールごとの温度上昇が５．０℃以上７．５以下の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．２０〜０．６０、−０．６０〜−０．２０および−０．１５〜０．１５にリセットされ、１ジュールごとの温度上昇が７．５℃以上の場合Ｇ１、Ｇ２およびＧ３が、それぞれ０．１０〜０．４０、−０．４０〜−０．１０および−０．１０〜０．１０にリセットされるコントローラを構成する工程を含む。変数である利得ファクタの各々が、少なくとも一つのプリセット値と少なくとも一つの変数との積に等しくなり得る。
【００１７】
本発明の別の改変において、コントローラは、伝送されるエネルギーが、例えば１２０ジュールのような最大エネルギーを越える場合、エネルギー伝送が終了されるように構成されている。
【００１８】
本発明の別の改変において、コントローラは、例えば、最大１５秒、８〜１２秒、または１０秒のようなアクティベイション時間期間の間にエネルギーを伝送するように構成される。
【００１９】
本発明の別の改変において、コントローラは、ＴＳが６０℃より大きく８０℃より小さい値かまたは６５℃の値に設定されるように構成される。
【００２０】
本発明の別の改変において、コントローラは、インピーダンスを計測するために構成され、エネルギー伝送は、インピーダンスが、例えば４０〜６０オームのプリセットインピーダンス値未満に降下する際、終了される。
【００２１】
本発明の別の改変において、コントローラは、ＴＭが例えば、１０、１５、２０℃のような所定の選択された値だけＴＳを超える場合、エネルギー伝送を終了するために構成される。
【００２２】
本発明の別の改変において、コントローラは、出力パワーが公称上の出力パワー以上または、ＴＭが、サンプリング期間内で臨界の温度差に降下する場合、エネルギー伝送を終了するために構成される。本発明は、少なくとも１７ワットの値に設定される公称上の出力パワーを含み、サンプリング期間は、少なくとも０．５秒の値に設定され、そして臨界の温度差は２℃である。
【００２３】
本発明の別の改変において、コントローラは、時間窓にわたって平均化されるＴＭが固定の温度差だけＴＳを越える場合、エネルギー伝送を終了するために構成される。固定の温度差が１〜１０℃の間の値または５℃である。時間窓は、１〜５秒の間または２秒である。
【００２４】
本発明の別の改変において、コントローラは、例えば１．０秒または０．２秒のように計測サンプリング期間において計測された温度が１０℃以上だけ降下する場合、終了されるように構成されている。
【００２５】
本発明の他の改変は、エネルギー伝送装置のアクティブ領域から肺の気道壁にエネルギーを転送することにより肺を治療する方法である。エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い本体および末梢部分を含み、アクティブ領域は、末梢部分に配置される。エネルギー伝送装置は、気道壁の温度（ＴＭ）を計測するために末梢部分に配置される温度センサをさらに有し、この方法は次の工程を含みすなわち、プリセット温度（ＴＳ）を設定する工程と、アクティブ領域からターゲット媒体にエネルギーを伝送するためにパワーセットポイント（Ｐｉ）を決定する工程と、温度センサを使用してＴＭを計測する工程と、プリセット温度（ＴＳ）とＰＩＤアルゴリズムを使用して計測された温度（ＴＭ）との間のエラー（ｅ）に基づいて次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定する工程とを含む。
【００２６】
本発明のさらなる他の改変において、エネルギー伝送装置を使用してターゲット媒体にエネルギーを転送するためのプロセスが提供される。エネルギー伝送装置は、フレキシブルな細長い本体と末梢部分とを有し、末梢部分はターゲット媒体にエネルギーを転送する少なくとも一つのアクティブ領域を有する、広げることが可能なバスケットを含む。エネルギー伝送装置は、ターゲット媒体の温度（ＴＭ）を計測するための末梢部分に配置された温度センサをさらに有する。プロセスは、以下の工程を含む。すなわちプリセット温度（ＴＳ）を設定する工程と、アクティブ領域からターゲット媒体にエネルギーを伝送するためにパワーセットポイント（Ｐｉ）を決定する工程と、温度センサを使用してＴＭを計測する工程と、可変の利得ファクタを有するアルゴリズムを使用して、プリセット温度（ＴＳ）と計測された温度（ＴＭ）とのエラー（ｅ）に基づく次のパワーセットポイント（Ｐｉ＋１）を決定する工程。エネルギーは、生体内または生体外の肺に、または、例えば塩水溶液で湿らされ得るスポンジまたはタオルのような別のターゲット媒体に伝送され得る。塩水溶液は、ターゲットの伝導性を増加させる。
【００２７】
本発明の改変において、アルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋Ｇ（αｅｉ＋βｅｉ−１＋γｅｉ−２）、ここでα、βおよびγはプリセット値である。αが１〜２であり、βが−２〜−１であり、γが−０．５〜０．５である。本発明の別の改変において、α、β、γがそれぞれ１．６、−１．６、および０．０である。
【００２８】
本発明の別の改変において、利得ファクタは、エネルギー伝送が始まった後、０．１〜２秒以内にリセットされる。利得ファクタはまた、エネルギー伝送が始まった後、０．５秒にリセットされる。本発明は、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃以下である場合、Ｇを０．９〜１．０にリセットする工程を含み、１ジュールごとの温度上昇が２．５℃と５．０℃との間である場合、Ｇを０．４〜０．５にリセットする工程を含み、１ジュールごとの温度上昇が５．０以上７．５以下である場合、Ｇを０．２〜０．３にリセットする工程を含み、１ジュールにごとの温度上昇が７．５より大きい場合、Ｇを０．１〜０．２にリセットする工程を含む。最初に、利得ファクタは、０．４以上でかつ０．５以下であり、好ましくは、０．４５〜０．４７である。
【００２９】
本発明の別の改変において、エネルギー伝送は、例えば１２０ジュールのような最大エネルギーを超える場合、エネルギー伝送は終了される。
【００３０】
本発明の別の改変において、エネルギーは、例えば、０〜１５秒、８〜１２秒、または１０秒であるようなアクティベイション時間期間の間に伝送される。
【００３１】
本発明の別の改変において、ＴＳが６０℃より大きく８０℃より小さくまたは６５℃の値に設定される。
【００３２】
本発明の別の改変において、インピーダンスは計測され、インピーダンスが例えば４０〜６０オームのようなプリセットインピーダンス未満に降下する際、エネルギー伝送が終了される。
【００３３】
本発明の別の改変において、ＴＭが、例えば１０、１５、または２０℃であるような所定の選択された値だけＴＳを超える場合、エネルギーは、終了される。
【００３４】
本発明の別の改変において、出力パワーが公称上の出力パワー以上であるかまたはＴＭが、サンプリング期間内で名目上の温度差まで降下する場合、エネルギーが終了される。本発明の別の改変において、公称上の出力パワーは、少なくとも１７ワットの値に設定される。サンプリング期間は、少なくとも０．５秒の値に設定されている。臨界の温度差は、２℃である。
【００３５】
他の改変において、エネルギー伝送装置は、最大パワーの量を伝送するために構成されている。最大パワーは、１０〜４０ワットであり得、好ましくは１５〜２０ワットであり得る。
【００３６】
本発明の別の改変において、時間窓にわたって平均化されるＴＭが固定の温度差だけＴＳを越える場合、エネルギー伝送は終了される。固定の温度差は、１〜１０℃の間の値または５℃であり得る。時間窓が１〜５秒の間または２秒である。
【００３７】
本発明の別の改変において、計測された温度が、例えば１．０秒または０．２秒のようなサンプル期間において１０℃以上だけ降下する場合、エネルギー伝送は、止められる。
【００３８】
本発明は、添付の図において示される種々の実施形態を参照としてより詳しく示される。
【００３９】
（詳細な説明）
本発明は、肺の気道壁にエネルギーを伝送するためのコントローラおよびエネルギー伝送装置を含む。他の特徴に共通して、コントローラは、図１において示されたような可変利得ファクタを有するフィードバックループを含む。このシステムは、喘息および可逆の閉塞肺疾患の種々の症状の治療において役に立つ。適切なアプリケーションおよび方法の例は、２０００年１０月１７日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／２８７４５で開示されている。
【００４０】
本発明は肺組織を治療することにおいて特に役に立つ。これは、独特で複雑な肺組織構造からみて驚くべきことである。最初に図２Ａおよび図２Ｂを参照することで、ここに正常な患者の二つの異なる気道の断面が示される。図２Ａの気道は、およそ３ｍｍの気道直径Ｄ１を有する中間の大きさの気管支媒体である。図２Ｂは、およそ１．５ｍｍの気道直径Ｄ２を有する細気管支を介する断面を示す。それぞれの気道は、折り曲げられた内部表面または、支質１２および平滑筋組織１４によって囲まれる上皮１０を含む。図２Ａにおいて示された気管支を含むより大きい気道はまた、平滑筋組織１４を囲む粘液腺１６および軟骨１８を有する。神経線維２０および血管２４は気道を囲む。従って、気道は、このような折り曲げ部、軟骨、または粘液腺を含まない血管組織のような他の組織とは全く異なる。一方で、図３は、図２Ａにおいて平滑筋１４が、肥大し気道直径が直径Ｄ１から直径Ｄ３に小さくされる原因となる厚さにおいて肥大かつ増大する気管支を示す。従って、本発明のデバイスで治療される気道は、直径１ｍｍかそれ以上であり得、より好ましくは直径３ｍｍかそれ以上であり得る。
【００４１】
図４は、本発明によるシステム３６で治療される肺の図である。システム３６は、コントローラ３２および、以下でさらに示される細長くされた要素であり得るエネルギー治療デバイス３０を含む。デバイス３０はまた、肺または他のターゲット媒体内の治療箇所３４にて配置され得る膨らまし可能な末梢部分を含む。オペレーションにおいて、デバイスは、治療箇所３４に対して操作される。例えば、ＲＦエネルギーは、エネルギー伝送デバイスを介して伝送され、このエネルギーが肺組織の表面上および上皮の層の下にある組織が影響されるように肺組織の表面に突き通る。
【００４２】
（エネルギー伝送デバイス）
上述されたように、本発明は、コントローラ３２およびデバイス３０を含み、デバイス３０を介して、ターゲット媒体３４にエネルギーを伝送する。本発明のデバイス３０は、人の肺の気管支または細気管支にアクセスできるサイズであるべきである。デバイスは、気管支鏡内にフィットするサイズである方が良く、好ましくは、この気管支鏡は、２ｍｍかそれ以下の作業チャネルを有する気管支鏡でサイズ決めされ得る。デバイスはまた、望まれるターゲット位置にデバイスを導くために構成された操縦要素を含み得る。例えば、この操縦要素は、望まれる気管支または細気管支に航路決定するための望まれる方向にデバイスの末梢チップを偏向し得る。
【００４３】
エネルギー伝送装置３０は一般的に、近接部および末梢部を有する細長い本体を含む。末梢部は、複数の脚（ｌｅｇ）を有する放射状に広げることが可能なバスケットを特徴とする。脚は、電極であり得、または治療される媒体と接触する絶縁被膜によって規定された活性領域を有し得る。バスケットは、細長い本体の近接端に取り付けられたハンドルで供給されるアクチュエータメカニズムで広げられる。本発明に従うエネルギー伝送デバイスの例は、同時係属中の１９９９年１１月８日に出願された米国出願第０９／４３６，４５５号に示されており、その全てにおいて本明細書で参照として援用される。
【００４４】
（温度センサ）
本発明は、また、温度検知素子を含む。温度検出素子の例は、熱電対、赤外線センサ、サーミスタ、抵抗温度検出器（ＲＴＤｓ）または、温度または温度変化を検出することが可能な任意の他の装置を含む。温度検出素子は、好ましくは広げることが可能な要素に近接して配置される。
【００４５】
図５Ａは、バスケット脚１０６に沿って、およそ中間に位置付けられている熱電対１３７を有する本発明の改変の部分図である。図５Ｂは、脚１０６の内向きの表面に分かれて連結されたリード線１３９を示す、図５Ａの熱電対１３７の拡大された部分図である。その結果、バスケット脚それ自体は、温度計測がベースになる熱電対接合部（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）の一部として使用される。言い換えると、熱電対接合部は、バスケット脚に内在している。この構成は、それが熱電対のリード線の近傍において脚１０６と接触する組織の正確な温度計測が行われるので好ましい。一方、一般的な熱電対構成は熱電対接合部オフセットまたはバスケット脚の付帯物からなる。発明者は、バスケット脚からのオフセットまたは付帯物の熱電対接合部が、特定のアプリケーションにおいてバスケット脚に対して内在する熱電対接合部と同じくらい、正確に温度を測れないと信じている。
【００４６】
リード線１３９は、エッジ４０５を含む脚１０６に沿った他の位置に配置され得る。リード線１３９とエッジ４０５が接合することは、しかしながら、その比較的小さい接合表面のために好ましくない。
【００４７】
図５Ｂはまた、外部の絶縁材質または絶縁被膜４１０を有するバスケット脚１０６を示す。絶縁材質４１０の境界部４１５は、組織壁にエネルギーを伝送する電極脚１０６の非絶縁活性領域を規定する。好ましくは、絶縁被膜４１０は、熱収縮管または重合体被膜である。しかしながら、他の絶縁材質も使用し得る。
【００４８】
図５Ｃおよび図５Ｄは、薄い箔または薄板状の熱電対リード線１３９を有する本発明の他の改変を示す。熱電対リード線１３９は、例えば、プレハブ箔またはスパッタフィルムであり得る箔または層で構成されている。熱電対リード線に対する適切な材質（ペアで記載される）は、コンスタンタンと銅、コンスタンタンとニッケルクロム、コンスタンタンと鉄、およびニッケルアルミニウムとニッケルクロムを含むが、それらに限定されない。熱電対ペアには、ＣＨＲＯＭＥＬとＡＬＵＭＥＬ（それら両方は、Ｈｏｓｋｉｎｓ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇが登録済みである）が好ましい。ＣＨＲＯＭＥＬとＡＬＵＭＥＬは、標準的な熱電対ペアであり、発明者のアプリケーションにおいて、生体適合性および耐食性があることが示された。熱電対リード線１３９は、それぞれのリード線がバスケット脚に対して反対の端からバスケット脚の中心に近づくように配置される。リード線１３９は次いで、接着結合部（ｂｏｎｄ  ｊｏｉｎｔ）４４０および４５０において終端処理する。その代わり、図５Ｄの構成に示されるように、両方の熱電対リード線１３９は、バスケット脚１０６の同じ端から走り得る。
【００４９】
好ましくは、絶縁層４３０および４４０は、薄いフィルムリード線１３９とバスケット脚１０６の間に配置される。絶縁層４３０および４４０は、脚１０６からリード線を電気的に離したように両リード線１３９を電気的に離す。絶縁層４３０および４４０は、熱電対接合部を、接着結合部４５０および４６０に対して制限するが、これらはバスケット脚１０６の活性領域４２０上に最適に配置される。
【００５０】
（コントローラ）
本発明は、エネルギー転送デバイスを介して気道に伝送するためのエネルギーを制御するコントローラを含む。コントローラは、本明細書で開示された少なくとも一つの新しい特徴を含み、公知のＲＦエネルギーコントローラの特徴をも組み入れ得る。本発明に基づき変更されたＲＦジェネレータの例は、アメリカ合衆国、コロラド州、ボルダーのＶａｌｌｅｙｌａｂによって製造されているＦＯＲＣＥＴＭ２Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（登録商標）である。ＲＦエネルギーを発生かつ制御するための他の適切な技術は、ＲＦパワーアンプに適切な制御信号を送り込む事によってＲＦパワーアンプのＲＦ出力を調節することである。
【００５１】
コントローラおよび電源は、肺に所望の効果を生み出すための十分なエネルギーを伝送するために構成されている。電源はまた、効果が持続するように十分な持続時間、エネルギーを伝送するために構成されている。これは、ユーザによって電源メモリに入力され得る時間設定によって成される。
【００５２】
本発明の電源またはジェネレータはまた、複数のアルゴリズムを使用することができてエネルギー伝送を調節し、デバイスの故障（例えば、熱電対の脱離）を補償し、誤った使用（例えば、電極の接触不良）を補償し、およびエネルギー伝送に影響を及ぼし得る組織の不均質性に対して補償する（例えば、表面化の血管、近接する気道、または結合細胞の変化）。
【００５３】
電源はまた、エネルギー転送の監視パラメータのための回路を含み（例えば、電圧、電流、パワー、インピーダンス、温度検知素子からの温度と等価物）、そしてエネルギー伝送の量を制御するためにこの情報を使用し得る。ＲＦエネルギーを伝送する場合において、ＲＦエネルギーまたはＲＦパワー波形の一般的な周波数は３００〜１７５０ｋＨｚであり、好ましくは、３００〜５００ｋＨｚまたは４５０〜４７５ｋＨｚである。ＲＦパワーレベルは、概して、およそ０−３０Ｗの範囲であるが、これは電極のサイズなどの多数のファクタに依存する。コントローラはまた、独立的に、選択的にバスケット脚電極の一つ以上にエネルギーを与えるために構成され得る。
【００５４】
電源はまた、安全におよび効率的にエネルギーを伝送するためのコントロールモードを含み得る。エネルギーは、特定の持続時間の間、開ループ（一定のパワー）モードで伝送され得る。エネルギーはまた、特定の持続時間に対して正確な温度を維持するために変化する出力パワーを有する温度制御モードにおいても伝送される。ＲＦ電極を介するＲＦエネルギー伝送の場合において、電源はまた、インピーダンス制御モードにおいても動作し得る。
【００５５】
（温度制御モード）
温度制御モードにおいて、電源は最高７５℃の設定で動作し得る。つまり、熱電対によって計測される温度は、電源が切られる前に７５℃に到達し得る。持続時間は、所望の効果を生み出すために十分長くなければならないが、できるだけ短く、肺内の所望のターゲット気道の全ての治療を可能にする。例えば、最高１５秒が適しており、所望されるアクティベイション（デバイスが定常である間）につきおよそ１０秒に対して８〜１２秒がより好まれる。高温度でのより短い持続時間はまた、受け入れ可能な急速な効果を生み出す。
【００５６】
異なるデバイス構成が、所望される効果を成し遂げるための異なるパラメータ設定を利用することに留意するべきである。例えば、直接的なＲＦ電極は、一般的に温度制御モードにおいて最高７５℃の温度を利用し、抵抗的に（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｙ）熱される電極は、最高９０℃の温度を利用し得る。
【００５７】
（エネルギーパルスおよびエネルギー変調）
短いバーストまたは短いパルスＲＦエネルギーはまた、ターゲット組織に対して伝送され得る。ＲＦエネルギーの短いパルスは、近接組織を過熱するが近接組織を介して熱伝導により主に熱せられるより深い組織はエネルギーのバースト間に冷却される。エネルギーの短いパルスは、それゆえ近接する組織に対する治療を分離する（ｉｓｏｌａｔｅ）傾向にある。
【００５８】
ＲＦエネルギーの短いパルスのアプリケーションは、ＲＦパワー波形をある変調波形で変調することによって成し遂げられる。ＲＦパワー波形を変調することは、それらが互いに排他的でない限り、本明細書で説明される任意の他の制御アルゴリズムを使用する間に実行され得る。例えば、ＲＦエネルギーは、温度制御モードの間に変調され得る。
【００５９】
変調波形の例は、限定されないが、方形波、正弦波、または任意の他の波形タイプのパルス列を含む。方形波変調の場合において、変調されたＲＦエネルギーは、パルス幅（ＲＦエネルギーの個々のパルスの時間）およびデューティサイクル（ＲＦ出力が与えられる時間のパーセンテージ）という用語で特徴付けられている。適切なデューティサイクルは、本質的には変調なしにＲＦエネルギーを与えている最大１００％であり得る。最大８０％までまたは５０％までのデューティーサイクルはまた、側枝のダメージを限定することまたは与えられたエネルギーの影響を局部にとどめることに適切であり得る。
【００６０】
（フィードバックアルゴリズム）
上述したように、本発明は種々のアルゴリズムを有するコントローラを含む。そのアルゴリズムは、アナログベースおよびデジタルベースのいずれかであり得る。好ましい実施形態は、三つのパラメータコントローラ、または以下のアルゴリズムを使用する比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラである。アルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋Ｇ（αｅｉ＋βｅｉ−１＋γｅｉ−２）である。ここでＰｉ＋１は次のパワーセットポイントであり、Ｐｉは前のパワーセットポイントであり、α、β、γはプリセット値であり、Ｇは変数である利得ファクタであり、ｅｉ、ｅｉ−１、ｅｉ−２のそれぞれは、現在のタイムステップでのエラー、前回のステップのエラーおよび、前々回のステップのエラーに対応し、このエラーは、プリセット温度と計測された温度の間の差である。
【００６１】
発明者は、本発明のシステムが、ＲＦエネルギー伝送の適応制御のために変数である利得ファクタ（Ｇ）を使用することによって、肺組織気管支、細気管支および他の気道経路を含む広範囲の組織タイプを治療し得ることを理解している。変数である利得ファクタは、係数（三つのＰＩＤパラメータの関数であるアルファ、ベータおよびガンマ）を、例えば、初期の温度がランプアップする間にエネルギー入力に応答する温度に基づいて、変更する（ｓｃａｌｅｓ）。
【００６２】
例示的な、ＰＩＤパラメータは、本明細書で与えられ、本発明のエネルギー伝送デバイスおよびコントローラに対するアルファ−ベータ−ガンマ空間で表わされる。これらの設定およびタイミングは、上述のエネルギー伝送装置を使用する種々の動物肺組織での試験に基づいている。第一に、エネルギー伝送が開始された後、利得ファクタは好ましくは変化し、０．１〜２秒以内にリセットされ、さらに好ましくは、０．５秒後ににリセットされる。好ましくは、利得ファクタは、以下のようにリセットされる。温度が１ジュールにつき２．５℃以下で上昇する場合、Ｇは０．９〜１．０にリセットされ、好ましくは０．９である。Ｇは温度が１ジュールにつき２．５℃〜５．０℃の間で上昇する場合、０．４〜０．５にリセットされ、好ましくは０．５である。温度が１ジュールにつき２．５℃以上でかつ５．０℃以下である場合、Ｇは０．２〜０．３にリセットされ、好ましくは０．２である。そして、温度が１ジュールにつき７．５より大きい場合、Ｇは０．１〜０．２にリセットされ、好ましくは０．１である。発明者はまた、αが１〜２、βが−２〜−１、そしてγが−０．５〜０．５が適している値であることを理解している。さらに好ましくは、α、β、γがそれぞれ１．６、−１．６、０．０である。
【００６３】
変数である利得ファクタを有するアルファ‐ベータ‐ガンマ係数を越えるＰＩＤまたはＡｌｐｈａ−Ｂｅｔａ−Ｇａｍｍａ座標空間のいずれかで動作する（ｗｏｒｋｉｎｇ）、モニタされる温度応答に従い、アルファ‐ベータ‐ガンマの相対的な重みを変える事もまた可能である。これは、任意または全てのアルファ、ベータ、ガンマを個々に調整することによりなされ得る。
【００６４】
本発明の別の改変において、ＰＩＤアルゴリズムは、Ｐｉ＋１＝Ｐｉ＋（Ｇ１ｅｉ＋Ｇ２ｅｉ−１＋Ｇ３ｅｉ−２）であり、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３は、それぞれ変数である利得ファクタである。本発明は、コントローラを次のように構成することを含み、すなわち、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３は、温度が１ジュールにつき２．５℃以下に上昇する場合、０．９０〜２．００、−２．００〜−０．９０および−０．５０〜０．５０にそれぞれリセットされる。温度が１ジュールにつき２．５℃〜５．０℃の間で上昇する場合、０．４０〜１．００、−１．００〜−０．４０および−０．２５〜０．２５にそれぞれリセットされる。温度が１ジュールにつき５．０℃以上でかつ７．５℃以下で上昇する場合、０．２０〜０．６０、−０．６０〜−０．２０および−０．１５〜０．１５にそれぞれリセットされる。そして、温度が１ジュールにつき７．５℃より大きく上昇する場合、０．１０〜０．４０、−０．４０〜−０．１０および−０．１０〜０．１０にそれぞれリセットされる。それぞれの変数の利得ファクタは、少なくとも一つのプリセット値および少なくとも一つの変数値の積に等しくなり得る。
【００６５】
ディスクリートなサンプルステップ、間隔または周期ではなく信号に対して連続的に適合するアルゴリズムを使用することも可能にする。アルゴリズムは、数個の変数を考慮し、これらの変数に依存して観察される温度反応は、例えば、初期の温度、エネルギー伝送の時刻歴、およびセットポイント温度を維持するために必要なエネルギーの量を含む。例示的なアナログＰＩＤアルゴリズムは、ｕ＝ＫＰｅ＋ＫＩ∫ｅｄｔ＋ＫＤ（ｄｅ／ｄｔ）であり、ここでｕは、例えば、電流、電圧差、または電極から気道壁にエネルギーを伝送した結果として生じる出力パワーなどに調整される信号である。ＫＰ、ＫＩおよびＫＤは、適切な当該のエラー項に掛けられるプリセットまたは変数の値であり、ここでｅ（ｔ）は、例えば時間（ｔ）の温度のような、プリセット変数と計測されたプロセス変数との差である。上記の式は、連続的および／またはアナログタイプのコントローラに適している。
【００６６】
（パワー切断安全アルゴリズム）
上述された制御モードに加えて、電源は、気道組織に対する過剰な熱ダメージを制限するための制御アルゴリズムを含み得る。ダメージは、エネルギーがターゲット媒体に伝送されるのを終了または切断することによって制限され得る。アルゴリズムは、組織の感知温度が、エネルギーのアプリケーションに応答するという期待に基づき得る。温度応答は、例えば、特定の時間の温度変化または温度変化のレートであり得る。期待される温度応答は、初期感知温度の関数、時間の関数である特定のパワーレベルに対する温度データ、または、組織特性に影響するように理解される任意の他の変数の関数として予想され得る。期待される温度応答は、電源安全アルゴリズムにおけるパラメータとして使用され得る。例えば、計測された温度応答が期待される温度応答の所定の範囲内でない場合、電源は自動的に切断される。
【００６７】
他の制御アルゴリズムもまた使用され得る。例えば、エネルギー伝送が開始された後、所定の指定された時間において感知温度が所定の温度まで上昇しない場合、アルゴリズムは、エネルギー伝送を切断するために使用され得る。好ましくは、感知温度が、約３秒間で約１０℃より大きく上昇しない場合、電源は切断される。より好ましくは、感知温度が約１秒間で約１０℃より大きく上昇しない場合、電源は切断される。
【００６８】
温度ランプ（ｒａｍｐ）が、エネルギー伝送の間に任意の時刻で所定の範囲内でない場合、エネルギー伝送を止めるための別の方法は、電源を切断することを含む。例えば、計測された温度変化のレートが所定の値に届かない場合、電源はＲＦエネルギーの伝送を止める。所定の値は、あらかじめ決定され、経験的なデータに基づくものである。概して、所定の値は、ＲＦエネルギーが伝送され持続時間と作用したパワーレベルに基づく。エネルギー伝送を止めるための温度変化の適切な所定のレートは、エネルギー伝送が始まる最初の５秒において（好ましくは最初の２秒において）、８℃／秒〜１５℃／秒である。
他のアルゴリズムは、最大温度設定が行き過ぎた場合に電源を切断する、または、感知温度が突然変化する場合に電源を切断することを含み、このような変化は、降下または上昇のどちらも含み、この変化は、温度感知素子の故障を示し得る。例えば、およそ０．１〜１秒（より好ましくは、およそ０．２秒）においておよそ１０℃より大きい感知温度降下の場合に切断するように、ジェネレータまたは電源はプログラムされ得る。
【００６９】
別の構成において、計測された温度が所定の選択された温度を超える際、または、所定の選択された量だけセットポイント温度を超える際、パワーは、終了される。例えば、セットポイントが５〜２０℃を越える際、より好ましくは、１５℃でパワーが終了する。
【００７０】
別の構成において、計測された温度（時間窓に渡っての平均）が、所定の選択された温度を超える際、パワーは終了される。例えば、計測された温度（１〜５秒にわたる平均そして好ましくは、２秒にわたる平均）が所定の決定された量だけプリセット温度を超える際、パワーは終了され得る。所定の決定された量は、概して、１〜１０℃であり、好ましくは、およそ５℃である。適切なプリセット温度は６０〜８０℃であり、最も好ましくは、およそ６５℃である。従って、一つの例示的な構成において、計測された温度（２秒にわたる平均）が７０℃を超える際、パワーは止められる。
【００７１】
別の構成において、エネルギー伝送の量が最大の量を超える際、パワーは止められる。適切な最大量は、肺の気道にエネルギーを伝送するエネルギー伝送装置に対して１２０ジュールである。
【００７２】
別の構成において、パワーは、インピーダンス計測に依存して切断される。インピーダンスは、肺内の組織の治療範囲にわたってモニタされる。インピーダンスはまた、肺内の一つより多いサイトにて監視され得る。インピーダンスの計測は、組織に対するエネルギー治療を伝送するために使用され、同じ電極によって必ずしも実行され得ない。インピーダンスは、当業者に公知の技術で計測され得、およびその全てを参照として援用される米国出願番号０９／４３６，４５５において教示されている。従って、本発明の一つの改変において、計測されたインピーダンスがプリセットのインピーダンス未満に降下する際、パワーは調整されまたは切断される。気道を治療するために本発明のエネルギー伝送デバイスを使用する際、プリセットインピーダンスに対する適切な範囲は４０〜６０オームそして好ましくはおよそ５０オームである。
【００７３】
別の改変において、エネルギー伝送装置は、最大パワーのパワー量を伝送するために構成されている。最大パワーは、１０〜４０ワットであり得、好ましくは１５〜２０ワットである。
【００７４】
さらなる別の構成において、電源は伝送されるパワーが最大パワーを超える際および計測された温度が時間のサンプリング期間内で臨界の温度差だけ降下する場合、切断されるように構成されている。適切な最大パワーは１５〜２０ワットであり、好ましくはおよそ１７ワットである。時間のサンプリング期間は概して、０．１〜１．０秒の範囲であり得、好ましくは、およそ０．５秒である。臨界の温度差に対する適切な範囲は、およそ２℃である。
【００７５】
上記のアルゴリズムおよび切断の構成の任意が単一のコントローラに一体化されることは理解される。しかしながら、相互に排他的な機能を有するアルゴリズムは、一体化され得ない。
【００７６】
その上、電源またはジェネレータが好ましくは、マイクロプロセッサを含みまたは使用することに、本発明は限定しない。当業者に公知のほかの手段は使用さえ得る。例えば、ジェネレータは、一つ以上の上記で説明されたアルゴリズムを実行するためにハードウェアに組み込まれ得る。
コントローラは、好ましくは、プログラム可能であり、上記で提供された例とは別の信号を受信および操作するために構成される。例えば、他の役に立つセンサは、次のステップに対するパワー出力を決定することにおいて使用されるために、プロセッサに入力信号を供給する。気道の治療は、気道に内視鏡または気管支鏡のような可視化システムを配置することもまた含む。次いで、治療装置は、気道が見えている間に、気管支鏡または内視鏡を介してまたは次に、挿入される。もう一つの方法として、可視化システムは、治療デバイスの末梢部分に配置されている光ファイバーイメージングとレンズ、またはＣＣＤとレンズを使用する治療デバイスに直接的に組み込まれている。治療デバイスはまた、蛍光または他の外部可視化手段などのエックス線撮影の可視化を使用して位置付けれ得る。
【００７７】
（例）
本発明に従って気道を治療するシステムは、二匹の犬に組み込まれて試験された。このシステムは、末梢バスケットを有するエネルギー伝送装置を含む。このバスケットは、電極脚および脚のひとつに取り付けられた温度センサを含む。このシステムはまた、治療の最初の０．５秒間にエネルギー単位ごとの温度変化を計測するためにプログラムされたジェネレータを含む。ＰＩＤ利得ファクタは、計測された組織の反応に依存して調節される。つまり利得ファクタは、最初の０．５秒間に出力１ジュールごとの温度変化に基づいて調節される。概して、これは、より小さい応答組織に対しては、より高い利得およびより大きい応答組織に対してはより低い利得に対応する。
【００７８】
一般的な麻酔が効いている被験者を治療した後、ＲＦエネルギーは、上述したようなエネルギー伝送デバイスおよびジェネレータを使用してターゲット領域に伝送される。特に、エネルギーアクティベイション（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）は、両方の肺に直径３ミリメータ以上の全ての利用可能な実質内の気道上で実行される。６５℃の温度設定を使用する３６３回のアクティベイションは、二匹の動物（例えば、一匹の動物ごとに１８０回のアクティベイション）に対して実行される。さらに、それぞれの動物における２０回のアクティベイションにおいて、エネルギー伝送デバイスは、「ストレス」コンディションを不適当に（ｉｍｐｒｏｐｅｒｌｙ）供給するために慎重に配置される。
【００７９】
それぞれのアクティベイションにおいて、計測された温度は、６５℃に到達して安定化し、または、「ストレス」コンディション下での２０のアクティベイションのケースにおいて、適切にパワーが切断される。従って、本発明は、電極または肺組織表面でのプリセット温度を安全に維持するために、種々の利得設定および種々の安全アルゴリズムによって肺組織をうまく治療し得る。喘息の症状を減らすために肺の気道を治療する際、この温度制御は、特に有利である。
本発明は記載され、そして、本発明の特定の実施形態または例は、本発明の適切な理解をもたらすために示された。このような例の使用は、本発明を制限することを意図しない。さらに、開示の意図内で、請求項に存在する特徴と等価である本発明の改変の程度まで、請求項がその改変をも含んでいる事が意図されている。全ての等価物は、請求される本発明の範囲内にあるとみなされ、簡潔さのために単に本明細書に示され得なかった。また、本明細書で示された本発明の種々の局面は、上記の請求項によって含まれる本発明の一部であるとみなされる他の有利な改変を明示的にまたは本質的に形成するために、本発明の一部であることを記述している他の局面との連携で変形および／または使用され得る。
【００８０】
本明細書に示された本発明は、それらすべてにおいて参照として以下の同時係属中の出願を明白に援用する。米国出願番号０９／０９５，３２３、米国出願番号０９／０９５，３２３、米国出願番号０９／３４９，７１５、米国出願番号０９／２９６，０４０、米国出願番号０９／４３６，４５５、および米国出願番号０９／５３５，８５６。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明のフィードバックループのブロック図である。
【図２Ａ】
図２Ａは、正常な患者における中間の大きさの気管支媒体の断面図である。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、正常な患者における細気管支の断面図である。
【図３】
図３は、図２Ａの気管支のリモデリングおよび喘息患者に起こる収縮を示す断面図である。
【図４】
図４は、本発明に従ったデバイスとコントローラによって治療される肺の図である。
【図５Ａ】
図５Ａは、本発明に従ったエネルギー伝送デバイスの図である。
【図５Ｂ】
図５Ｂは、本発明に従ったバスケット脚に結合された熱電対の部分図を示す。
【図５Ｃ】
図５Ｃは、本発明に従ったバスケット脚に結合された熱電対の部分図を示す。
【図５Ｄ】
図５Ｄは、本発明に従ったバスケット脚に結合された熱電対の部分図を示す。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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