(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療計画にしたがって患者の体内の患部組織を３次元的に治療するための装置であって、
複数の導電アパーチャを有する少なくともひとつの柔軟なプリント回路基板を含むテンプレートと、
少なくともひとつのセンサーを有する少なくともひとつの針であって、前記針は前記導電アパーチャへ挿入され、それを通過し、それと電気的に接続するよう適応されているところの針と、
少なくともひとつのコネクタポートと電気的に接続する導電リードであって、各前記導電アパーチャが電気的に接続されるところの導電リードと、
前記少なくともひとつのコネクタポートと電気的に接続し、かつ、前記少なくともひとつの針の前記少なくともひとつのセンサーからの信号を前記テンプレートを通じて受信するよう構成されたプロセッサと、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記テンプレートは前記針と前記導電アパーチャとの間に電気的接続を与える少なくともひとつの電気的接触素子を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電気的接触素子は圧縮性のフォームから成る、
ことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記センサーは前記針の第１端付近に形成され、
各前記センサーは、少なくともひとつの導電ストリップが電気的にテンプレートと接続するように、前記針に沿って長手軸方向に伸長し前記針の第２端付近で終端する導電ストリップに接続される、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記テンプレートは前記針と前記導電アパーチャとの間に電気的接続を与える少なくともひとつの電気的接触素子を含む、
ことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
少なくともひとつの前記針はさらに少なくともひとつの生成器を含み、
前記プロセッサは、前記プロセッサが３次元的に前記治療計画を実行し、モニターしかつ調節するよう少なくともひとつの前記生成器を制御するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
患者の医学的状態の治療において複数の最小侵襲的治療を施しかつモニターするための装置であり、前記治療は治療計画に基づいている装置であって、
複数の導電アパーチャを有するテンプレートと、
各々が複数のセンサーを有する複数の針であって、前記複数の針の少なくともひとつは前記導電アパーチャのひとつを通じて挿入されてそれと電気的に接触するところの針と、
前記治療計画を保存するためのメモリを含むプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは前記テンプレートと電気的に接続され、かつ、前記テンプレートの前記導電アパーチャのひとつを通じて挿入された少なくともひとつの前記針の少なくともひとつの前記センサーから信号を受信するように構成され、
さらに前記プロセッサは前記治療計画に関連して前記センサーから受信した信号を処理するよう構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記テンプレートはさらに、複数のアパーチャを有する少なくともひとつの硬質プレートと、前記プロセッサに電気的に接続された少なくともひとつの柔軟なプリント回路基板と、
を含み、
前記プリント回路基板は、複数の導電アパーチャ及び各前記導電アパーチャから伸長し少なくともひとつのコネクタポートで終端する導電リードを含み、前記プリント回路基板は、前記硬質プレートに除去可能に固定され、複数の前記導電アパーチャの少なくともひとつが前記硬質プレートの前記アパーチャのひとつと位置合わせされて配置される、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記プリント回路基板の前記導電アパーチャの第１グループから伸長した前記導電リードの第１グループは、第１コネクタポートに伸長し、前記プリント回路基板の前記導電アパーチャの第２グループから伸長した前記導電リードの第２グループは、第２コネクタポートに伸長する、
ことを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記硬質プレートは、ピンが針の溝と係合し針と位置合わせされるように、前記アパーチャの内外に伸長する少なくともひとつのピンを含む、
ことを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】
さらに、前記導電アパーチャ内に挿入される針を受け、前記導電アパーチャ内に針を進め、若しくは前記導電アパーチャから針を引き抜くように構成された、前記テンプレートの少なくともひとつの前記導電アパーチャに隣接する、前記テンプレートに接続された少なくともひとつのマイクロモーターを含み、
前記マイクロモーターは前記プロセッサと電気的に接続し、前記プロセッサは前記マイクロモーターの動作方向及び動作間隔を制御する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１２】
前記テンプレートはさらに複数のアパーチャを有する少なくともひとつの硬質プレートと複数のプリント回路基板を含み、
複数の前記プリント回路基板は除去可能に前記硬質プレートに固定され、
各前記プリント回路基板は複数の導電アパーチャを有し、前記プリント回路基板の複数の前記導電アパーチャは前記硬質プレートの複数の前記アパーチャと位置合わせされており、
複数の前記プリント回路基板の各々が電気的に分離されている、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセッサは複数の前記プリント回路基板の各々に対して、前記導電アパーチャを通じて挿入された針へ異なる信号を与え、若しくは前記針から異なる信号を受信するように命じる、
ことを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記テンプレートは電気的接触素子を含み、前記針と前記導電アパーチャとの間の電気的接触が、前記導電アパーチャと電気的に接触して配置された前記電気的接触素子により達成され、
前記針は前記電気的接触素子の近くの前記テンプレートの前記導電アパーチャを通じて挿入され、前記電気的接触素子と電気的に接触する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１５】
前記電気的接触素子は圧縮可能であり、前記針が前記導電アパーチャを通じて挿入されたとき、前記針が圧縮した前記電気的接触素子と電気的に接触する、
ことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記電気的接触素子は電気的に導電性のフォームから成る、
ことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサはコンピュータを含む、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセッサはモニター装置を含む、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセッサは信号生成器を含む、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサは柔軟なプリント回路基板上に固定されたマイクロプロセッサである、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは前記治療計画を実行するためのプログラムを受信し、かつ、前記治療計画を実行するようにプログラム可能である、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２２】
前記針は患者の体内へ治療物質を供給するための少なくともひとつのアパーチャを第１端付近に有する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２３】
前記針は超音波信号を生成するように構成されている、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２４】
前記針は、円周上に及び長手軸方向に沿って配置された複数のセンサーを第１端付近に有する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２５】
前記針は、前記針の外面上に、前記針の回転を促進するための、第１端付近から第２端付近へ伸びる少なくとも一つの螺旋溝を有する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２６】
前記針は、治療物質を保持するための液だめと、患部組織内へ前記針を通じて前記治療物質を供給するためのプランジャとに結合されている、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２７】
前記針の前記センサーの少なくともひとつは治療中に前記針の周辺の組織の温度をモニターするための温度センサーである、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２８】
各前記針はさらに、治療中に前記針の周辺の組織を昇温するために熱を生成する少なくともひとつの熱生成器を含む、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２９】
各前記針はさらに、治療中に前記針の周辺の組織を通じて伝播する電気信号を生成する少なくともひとつの電気信号生成器を含む、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項３０】
少なくともひとつの前記センサーは治療中に前記針の周辺の組織内での化学薬品の存在を検出する化学センサーである、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項３１】
複数の前記センサーの各々は独立に作動する、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項３２】
前記針は、前記センサーの少なくともひとつと電気的に接続し前記針の長手軸方向に沿って伸長して前記針の第２端付近で終端する少なくともひとつの導電ストリップを含み、
前記導電ストリップは少なくともひとつの前記導電アパーチャに電気的に接続し、前記プロセッサからの信号を受信して前記信号を前記センサーに送信し、前記センサーから前記プロセッサへ前記信号を送信するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項３３】
前記針は前記導電ストリップを複数含み、各前記導電ストリップは長手軸方向に沿って伸長し互いに平行である、
ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
前記針は前記導電ストリップを複数含み、前記長手軸方向に沿って伸長する各前記導電ストリップは径方向内側から外側へ重なるように配置され、互いに絶縁体によって分離されている、
ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３５】
前記針は前記針の挿入の深さをモニターすることができるよう長手軸方向に沿って配置されたパターンを有する、
ことを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３６】
患者の体の患部の治療のために治療計画を実行しかつモニターするための装置であって、
前記患者の体の患部内に複数の針を配置するための手段を含み、
前記針は前記治療計画の治療を３次元的に施しかつ検知するための手段を含み、前記針は前記配置するための手段と電気的に接続し、前記配置するための手段は前記治療計画を実行しかつ制御するための手段と電気的に接続する、
ことを特徴とする装置。
【請求項３７】
前記配置するための手段はさらに、前記針と前記治療計画を実行しかつ制御するための手段との間に電気的接続を与えるための手段を含む、
ことを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記針と前記治療計画を実行しかつモニターするための手段との間に電気的接続を与えるための手段は、前記針が挿入されるところの複数の導電アパーチャを含む、
ことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
前記配置するための手段はさらに、前記針を前記導電アパーチャと電気的に接続するための手段を含む、
ことを特徴とする請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
前記針は、前記治療を３次元的に施しかつ検知するための手段を前記配置するための手段と電気的に接続するための手段を含む、
ことを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項４１】
前記プロセッサはさらに、前記治療計画に関連して処理信号に基づいて治療物質の供給を制御するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項４２】
前記プロセッサはさらに、前記治療計画に関連して処理信号に基づいて超音波信号の生成を制御するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項４３】
前記プロセッサはさらに、前記治療計画に関連して処理信号に基づいて前記熱生成器へ送信される信号を制御するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項４４】
前記プロセッサはさらに、前記治療計画に関連して処理信号に基づいて前記電気信号生成器に送信される信号を制御するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項２９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は患者の体内の疾病の治療に関し、特に癌性若しくは腫瘍状の組織の医学的治療を集中させるための装置及び方法に関する。
【発明の背景】
治療を特定的に患部に集中させることによって、癌のような医学的状態を治療することが長く所望されてきた。治療を集中させることによって、周りの患部以外に深刻なダメージを与えることなくより高い治療の集中化が利用され得る。
例えば、遺伝子治療、近接照射療法及びエレクトロポレーションなどの特定の治療処置を実行するべく患部に直接複数の針を挿入するような多くの技術が試された。針直接挿入に伴う初期の問題の一つは針の配置の正確さだった。正確さを増すために、通孔を有する堅いテンプレートが針をガイドするのに使用された。
治療処置を実行するのに使用される技術は大きく変わった。患部組織内に配置された複数の感触器を利用するマイクロ波技術が試されたが、この技術は単純に自動化されない。ハイパーサーミア(Hyperthermia)もまた、電気的加熱エレメント、温水、強磁性発生源及びRF駆動電極によって、針を加熱することによって実行された。しかし、従来技術はこれらの方法に伴う熱の分散を制御するのが困難であった。熱生成用の局所的センサーの使用はこれらの問題のいくつかを解決したが、従来技術の熱生成器は離隔されて配置された複数の針を使って２次元で熱の制御を許すのみである。
概して、針配置技術は針の最終配置を確認する方法を要求する。最終位置の正確さを決定するのを助けるのにX線が使用された。この技術は時間がかかり、コスト高で、しかも患者を潜在的に大量の放射線に晒すことを要求する。針の最終位置を決定するために超音波もまた使用された。しかし、反射される超音波はしばしば非常に弱いので正確に読み取ることができない。さらに、針の直径は小さいので、非常に少量の反射しか生成しない。
患部組織内に配置される複数の針を利用する治療への従来技術のアプローチに伴うひとつの問題は、治療の制御が針の直接配線若しくは単一の応用に対して固定された硬いプリント回路基板を要求することである。さらに、従来技術は治療をモニターし制御するための有効な方法を与えない。また、従来技術は治療を３次元的アプローチで実行し、制御しかつ変更する有効な方法を与えない。さらに、従来の技術は単一のテンプレート内に配置された単一の針を利用する複数の治療を実行できない。従来技術の治療の制御は自動化されず、実行しかつ完了するのに多数の医師及び技術者が必要である。
【目的及び発明の要旨】
本発明の一般的な目的は患者の体の患部の治療を実行し、モニターしかつ調節するための方法及び装置を与えることである。
本発明の他の目的は患部組織の治療を実行しかつ制御するための自動化されたシステムを与えることである。
さらに本発明の他の目的は３次元で治療を供給しかつ制御することである。
さらにまた本発明の他の目的は針の位置の確認を与えることである。
発明の上記及び他の目的は、患者の医学的状態の治療において複数の最小に広がる治療を実行しかつ制御するための装置及び方法によって達成される。治療は治療計画に基づいている。装置は、複数の電気的導体のアパーチャを有するテンプレート、複数のセンサーを有する複数の針及び治療計画を保存するためのメモリブロックを含むプロセッサとを含む。少なくとも一つの針が挿入され導体アパーチャの一つと電気的に接触する。プロセッサは電気的にテンプレートに接続され、テンプレートの導体アパーチャのひとつを通じて挿入された少なくとも一つの針の少なくとも一つのセンサーに電力及び信号を送りかつそこから信号を受信するように構成される。さらに、プロセッサは治療計画に関連してセンサーから受信した信号を処理しかつ治療を制御するべくセンサーに送られた信号を調節するように構成されている。
【好適実施例の説明】
図１は本発明のひとつの実施例を示す。本発明は患者の体内の患部組織へさまざまな治療処置を実行する装置及び方法を与える。本発明を通じて実行される療法は、ハイパーサーミア、近接照射療法、等角化学療法、遺伝子治療、エレクトロポレーション等を含むが、それに限定されない。治療処置は、多目的テンプレート110を通じて治療されるべき組織内の適当な位置に案内される複数の多目的カテーテル若しくは針112の使用を通じて実行される。テンプレート110は少なくともひとつの実質的に硬いプレート114及び少なくともひとつのフレキシブルなプリント回路基板(PCB)118を含む。図１は２つの硬質プレート114a、114b及び２つのフレキシブルPCB118a、118bを含む実施例を示す。針112はテンプレート110の硬質プレート114内に形成された複数のアパーチャ116のひとつへ針112を挿入することによって治療されるべき組織内の適当な位置へ案内される。硬質プレート114は針112に対して安定性及び位置を与える。針112はフレキシブルPCB118内に形成された電気的に導体のアパーチャ（図３a-b及び４に示される）を通じて少なくとも一つのフレキシブルなプリント回路基板（PCB）118へ電気的に接続される。フレキシブルPCBはコネクタポート126a-dを通じてプロセッサ（図１０(a)参照）へ接続し、それによって針とプロセッサ124との間に電気的接続が与えられる。プロセッサ124は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、パルスジェネレータ、温度モニターのような周知技術のあらゆる信号生成若しくはモニター装置であるか、または治療を実行しかつ制御するための信号ジェネレータ及びモニターのあらゆる組み合わせである。
多目的テンプレート110は複数の療法の治療用に設計されている。概して特定のテンプレートは患者の特定の体の部分に使用するように設計される。例えば、ひとつのテンプレートは前立腺治療用に設計され、一方他のテンプレートは頭部治療用に設計され、さらに他のテンプレートは腹部治療用に設計される。異なる治療の要求にしたがって、テンプレートは異なって構成される。
多目的テンプレート110の部品をさらに示すために、図２(a)はテンプレート110の実質的に硬いプレート114のひとつの実施例を示す。硬質テンプレート114は、DelrinTM、プレキシガラス若しくは医学グレードエラストマーのようなあらゆる電気的に絶縁の、外部と生物互換性（biocompatible）のある材料から構成される。アパーチャ116は、例えば膵臓癌及び前立腺癌のような特定の治療を実行するためのある基準に一致するように硬質プレート114内に配置される。大きなアパーチャ128は、超音波ジェネレータ／レシーバ（図示せず）が処理されるべき組織内への針112の挿入をモニターするべくテンプレート110上に配置されるように硬質プレート114内に与えられる。硬質プレート114（図２(b)に示される）の厚さ130は、テンプレート110へ十分な安定性を与えるよう及び患部組織内への針112の適正なアライメントを保障するよう設計される。
図２(b)はテンプレート110の硬質プレート132に固定されるマイクロモータ132のひとつの実施例を示す。モータ132はプロセッサ124に接続されるコネクタポート126へ結合される。針112はアパーチャ内に挿入されマイクロモータ132と可動結合する。モータは、針をつかみかつ駆動する一対のゴムホイールを介して針と係合する。択一的に、モータ132は針112上の螺旋溝を通じて針を駆動する針112を囲む回転カラーを介して針112を係合する；または針112は針を駆動するためのマッチングホイールを有するモータと係合するための一列の歯を含む。プロセッサ124はアパーチャ116内へ若しくは外へ針を移動するべくモータ132の方向を制御し、それによって患部組織内への針112の針入の深さの制御を与える。針入の深さはモータによって取られる工程のヒストリを通じて大雑把に測定される。択一的に、ひとつの実施例において、針の針入深さ若しくは位置の正確な測定は、針上の光学パターンをモニターすることによって実行される。光学パターンは、例えばスクライビング若しくはエッチングのようなさまざまな周知技術を介して針上に付される。ひとつの実施例において、光学パターンは、光学パターンに光を向け、針からの回折し反射された光を受光する光回折モニタリング装置を通じてモニターされる。択一的に、パターンは治療計画を実行する技術者若しくは医師によって観察される。
図３(a)はフレキシブルPCB118のひとつの実施例を示す。フレキシブルPCB118は患者の体のある領域を治療するために設計される。図３(b)はフレキシブルPCB118の択一的実施例を示す。フレキシブルPCB118は硬質プレート114の間で若しくは絶縁層186の間でサンドイッチされることによってテンプレート110内に固定される。硬質プレート114は及び絶縁層186はともにネジ、クランプ等により留められテンプレート110及びPCB118を固定する。PCB118の本体140はDuPontTM若しくはMicrosoSiTMによって製造されるポリイミド若しくはポリエステルから形成され、それはPCB118がフレキシブルでありながら十分な程度の硬さを与える。フレキシブルなPCB118は、治療されるべき患者の特定の領域用に若しくは特定の治療計画用に特定的に設計される。フレキシブルPCB118は硬質プレート114と対応するように設計される。フレキシブルPCB118は複数の導電アパーチャ142を含む。導電アパーチャ142は硬質プレートアパーチャ116を対応するように地理的にレイアウトされている。導電アパーチャ142は図４に示されるように、アパーチャの内円148から所定の距離146拡張した導電金属144の層から形成される。導電アパーチャの直径150は針114がアパーチャを通過するのに十分に大きく設計されている。ひとつの実施例において、導電金属144は露出面にすず若しくは金をコーティングした銅である。熱電対結合のために、導電金属は例えば銅若しくはコンスタンタンのような熱電対接合に使用されるものである。導電アパーチャ142は、導電アパーチャ142を通じて治療用の患者に挿入される針112に電気的に結合するよう構成される。各導電アパーチャ142は導電リード若しくは導電アパーチャ142を形成するのに使用される同じ導電金属144から普通に形成されるリボンケーブルに電気的に接続される。
図３(a)に戻って、各導電リード154はそれぞれの導電アパーチャ142から２つのコネクタポート156a、156bのひとつへ伸びる。導電リード154は、PCB118の本体140のポリイミド若しくはポリエステル材料によって互いに絶縁されている。図３(a)に示されるPCB118の実施例は２つのコネクタポート156を有するように設計されている。単一ポート若しくは複数ポート設計も実行可能である。コネクタポート156a-bは、導電アパーチャ142内に挿入されかつ電気的に接触した針122から受信した情報を処理しかつ制御信号を針112へ送ることができるプロセッサ若しくはコンピュータ124（図１０参照）へ直接的に結合されるプロセッサライン312（図１０参照）に結合するよう設計されている。コネクタポート156a-bはD−超小型コネクタ若しくはZIFコネクタのような周知技術の共通のコンピュータコネクタポートである。フレキシブルPCB118のひとつの実施例において、コネクタポート156は、ペンシルベニア州ハリスバーグのAMPインコーポレイテッド社製のAMPMODUTMコネクタである。
図１に戻って、複数のフレキシブルPCB118a、118bが単一プレート110に組み合わされている。PCB118a、118bは電気的に非導電性の絶縁層186（図６に示される）によって分離される。絶縁層は電気的に絶縁で外部と生物互換性材料によって形成される。例はDelrinTM、プレキシグラス及び医学グレードエラストマーを含むがそれに限定されない。絶縁層186は電気的接触素子170を固定すると同時にPCB118間の電気的絶縁を与える。これによってテンプレート110内の各PCB118は互いに独立に利用されることができる。プロセッサは、他の機能を実行するよう指示されるテンプレート110内の他のPCB118と独立に、エレクトロポレーション若しくは温度感知のような特定の機能を実行するよう各PCBを指示することができる。したがって、各PCB118は他のPCB118から離れて特定の機能を実行することができる。これによって、複数の治療及びモニタリングが、個々のPCB118を通じて特定の機能を実行するよう特定の針に指図することによって単一のテンプレート110を利用して同時に実行され得る。さらに、多層テンプレート110は、テンプレート110内の分離PCB118に個々の針112上に独立のセンサーを作動させることを許すことによって３次元アプローチで治療を実行するための本発明の能力を強化する。
フレキシブルPCB118はテンプレート110から簡単に除去し、別のPCB118と交換することができる。これによって、多目的テンプレート110は各患者若しくは各手続きに対して特定的に構成されることができる。さらに、PCB118は簡単に除去できかつ耐熱性があるため、それらは他の患者へ再利用するために簡単に清浄化されかつ消毒され得る。したがって、本発明のテンプレート110は実行において大きな柔軟性を与える。
ひとつの実施例において、針112は電気的接触素子若しくは電気的接触リング170を介してPCB118の導電アパーチャ142へ電気的に接続される。図５(a)及び(b)は電気的接触素子170のひとつの実施例を示す。この実施例における電気的接触素子170は電気的に導電の圧縮性泡から形成される。この電気的に導電性の泡は、導電充填剤（ニッケル及び／または炭素のような）で満たされた非導電弾性ポリマー（シリコンのような）から成り、10-3から10-4ohm-cmのオーダーの体積抵抗率を与える。図５(c)は、接触素子170が単一の導電部178に沿った部分のみ電気的に導電であるところの電気接触素子170用の択一的設計を示す。導電部178は電気的接触素子170を導電充填剤若しくは一部弾性の導電金属で満たすことによって形成される。電気接触素子170の設計パラメータは硬度、引張強度、引裂強度及び負荷の下での圧縮／たわみを含む。材料は仕様によって鋳型に注がれ、ペンシルベニア州のウォーターギャップに位置するInstrument Specialtiesによって製造される。
電気的接触素子170は、PCB118の導電アパーチャ142の直径150より大きい外側直径若しくは寸法172を有するよう設計される。これによって電気的接触素子170は導電アパーチャ142上に配置され電気的に接触することができる。電気的接触素子170は、硬質プレート114若しくは絶縁層186（図６参照）の一つにいずれかによって及ぼされる圧力によって導電アパーチャ142に対し堅く保持される。電気的接触素子170の内側直径176は、導電アパーチャ142の直径150より小さく設計されている。内側アパーチャ直径176は針112の断面より小さく構成されている。したがって、針112が導電アパーチャ142内に挿入されると、それは電気的接触素子170の内側アパーチャ174を通過しなければならない。電気的接触素子170は圧縮性泡であるから、針が電気的接触素子の内側アパーチャ174内に挿入されると、電気的接触素子170は半径方向外側に圧縮される。電気的接触素子170のこの圧縮は針112と導電アパーチャ142との間の電気的接触を与える。内側アパーチャ直径176はさらに針の移動に抵抗するのに十分な圧縮力を与える。この抵抗された移動は針を所望の位置に固定し、導電アパーチャ142に入ったり出たり移動する針の動きに抵抗し、したがって治療されるべき組織内で針112の位置を維持する。
電気的接触素子170に対する択一的な実施例は、導電アパーチャ142と針112との間に電気的接触を与えるようコレット、スナップ、バネ及び周知技術の他の接触素子を含む。
さらにテンプレート110は、多層を介してテンプレートを特定的に構成する能力を与えるよう設計される。これらの層は硬質プレート114、フレキシブルPCB118及び絶縁層186を含む。図６は、２つの硬質プレート114a-b、３つのフレキシブルPCB118a-c及び２つの絶縁層186a-bを含むテンプレート110の断面図を示す。絶縁層186はフレキシブルPCB118の間の絶縁を与える。PCB118を電気的に分離したことによって、第２PCB118bが第２の完全に異なる機能若しくは治療を実行し、及び第３PCB118cが第３の異なる機能若しくは治療を実行しながら、第１PCB118aが第１機能若しくは治療を実行することができる。これはN個の層のPCBに対して続けることができる。各PCB118はプロセッサ124に接続されるので、各PCBは特定の機能若しくは治療を実行するよう指示される。例えば、第１PCB118aは熱生成を実行し、一方第２PCB118bは温度測定を実行し、一方第３PCB118cはエレクトロポレーションを実行する。治療は電気的接触素子170を介して挿入され電気的に導電アパーチャ142に結合された針を通じて実行される。
ひとつの実施例において、患部の治療は針112上に形成されたジェネレータ若しくはセンサー210を介して２次元と同様に３次元で実行され、制御されかつ変更される。針112はテンプレート110を介して治療すべき患部組織内へ挿入される。図７(a)はテンプレート110と協同して使用される本発明の多目的針112のひとつの実施例を示す。針112はあらゆる金属若しくはポリマー生物互換性材料から形成される。例は、ステンレススチール、テフロン（登録商標）及びポリイミド管を含む。概して、針112は複数の治療が実行できるような中空で設計される。例えば、化学薬品、薬物、遺伝子治療ベクトル及び他の治療薬を含む処置若しくは治療物質が針112の第１端214に配置された射出アパーチャ212を通じて治療されるべき組織の中に供給される。択一的に、中空針112は生検材料若しくは組織サンプルを取るために使用される。針112はまた放射性ペレットを患部組織内に供給するのに使用される。針112はまた他の使用のために固体であり得る。針112の第１端214は治療すべき組織内への挿入を容易にするためにポイント216を有する。第１端214の近くに配置されるのは、さまざまな機能若しくは治療を実行するのに針112上に形成される複数のジェネレータ若しくはセンサー210である。センサーは以下でより詳細に議論される。針112上に形成された各センサー210は導電ストリップ218へ接続される。導電ストリップ218はセンサー210とテンプレート110との間に電気的接続を与える。各導電ストリップ218は、センサー210へ接続され、針112の第１端214におけるセンサー210から針112の第２端224近くまで針112の長手方向軸線222を走る。導電ストリップ218は、導電ストリップ218に導電アパーチャ142を通じてプロセッサ124からセンサー210へ信号を送信し、及びセンサー210からPCB118の導電アパーチャ142を通じてプロセッサ124へ信号を送信することを許す電気的接触素子170と接触しかつ電気的に接続する。
図８(a)は針112の縦軸に沿って螺旋状になった少なくともひとつの溝226及び光学パターンによって形成された針112の一つの実施例を示す。この螺旋状溝226はそれが治療されるべき組織内に挿入されるとき針112の回転を促進する。針122の回転はセンサー210のより正確な配置のために針112の被治療組織へのより真っ直ぐな挿入を許す。螺旋溝226は図８(b)に示されるように硬質プレート114のアパーチャ116の内部に配置されたピン228と係合することができる。さらに、ピンは針が挿入されるに従い針112の回転を促進する。光学パターン230は、患部組織内でのセンサー210の正確な位置をさらに保障するために患者内への針112の挿入深さの正確な決定を許す。
単一の針112上への複数のセンサーの形成は従来技術に対して重大な利点をもたらす。単一の針112上に形成させるべき複数のセンサー210を含むことによって、異なる治療若しくは機能を実行するためにひとつの針を除去してそれを他の針に取り替える必要なしに、３次元で同時に複数の治療が実行され得る。プロセッサ124は第１のセンサー若しくはセンサーの集合へ治療を実行するよう信号を送りながら、プロセッサは第２のセンサー及びセンサーの集合に治療の経過を検知し経過をプロセッサ124に戻すよう信号を送る。その後プロセッサ124は、第１センサー若しくはセンサーの集合を通じて治療計画にしたがって経過を解析し治療を調節することができる。異なるタイプのジェネレータ若しくはセンサー210が周知であり、それらは温度を測定し、熱を生成し、被治療組織を通じて伝播する電気信号を生成し、特定の化学薬品の存在若しくは不在を感知し、放射線を測定し、被治療組織を通じて伝播される超音波波長を生成するような能力を含む。センサー210は既知のリソグラフィー技術若しくは他の周知の技術を通じて針112上に形成される。熱電対は銅及びコンスタンタンのような熱電対接合材料から形成され、絶縁スリーブ内にパッケージ化される。温度抵抗検出器（RTD）が例えばプラチナから形成される。超音波生成器は直列の圧電エレメントから形成される。
図７(a)にもどって、複数のセンサー210は円周上及び縦軸に沿ってなどあらゆる所望のパターンで針112の外表面にわたって分散され得る。ひとつの実施例において、センサー210aは帯状に形成され、それは針112の周囲を完全に囲む。センサー210bは分割され、針112の周囲の一部分を覆うのみである。センサー210のパターンは針の第１端214から第２端224へ伸長する。複数のセンサーを単一の針112上に周囲ばかりでなく縦に分散されるように与えることによって、患部組織の治療は３次元アプローチで実行され、モニターされかつ制御され得る。さらに単一の針112上に異なる性質を有する異なるセンサー210を含むことによって、単一の針112は複数の治療を実行することができ、及びそれらの治療をモニターすることができる。さらに、被治療組織内に複数の針を与えるべくテンプレート110を利用することによって、隣の針112は治療を実行することができかつ他の針112によって実行されている治療及び機能のために３次元のモニターとして動作することができる。隣の針112はまた例えばエレクトロポレーション用に異なる電圧を印加する際に、３次元で実行されかつ制御されて針の間に協力をもたらす協同治療センサーとして動作することもできる。
温度を測定するセンサーのようなモニタリングセンサー210は化学薬品の存在を検知し、放射をモニターし、針112の導電ストリップ218を通じて、電気的接触素子170を通じて導電アパーチャへ、導電リード154を通じてプロセッサ124へ情報を送信する。その後プロセッサ124はプロセッサ124のメモリ内に保存された所定の治療計画にしたがって治療を調節するべくモニタリングセンサー210によって与えられた情報を評価する。その後プロセッサ124は、例えば熱のRF供給、電気信号若しくは波形ジェネレータ等の治療センサー210へ制御信号を送ることによって、モニタリングセンサー210から受信された情報に基づいて治療を調節することができる。針112は円周上に及び縦軸に沿って分散された複数のセンサー210を含むために、治療は３次元でモニターされかつ変更され、したがって暗黙のうちに２次元で、より高い精度、より大きな柔軟性及び患部組織のより正確な治療をもたらす。
図７(b)は例えば薬及び遺伝子治療のさまざまな治療溶液を保持するための液だめを含み、それは針112上に配置されたプランジャ若しくはポンプ234によって患部組織内に供給される。プランジャ234は、テンプレート110を通じてプロセッサ124へ結合される針上の導電ストリップ218へ電気的に接続される。若しくは択一的に、プランジャスイッチはプロセッサへ直接接続される。プロセッサ110は定義された量の治療液を患部組織へ供給するために治療計画にしたがってシリンダ内の治療液の突入の開始及び停止をプランジャに指示する。択一的に、図７(c)は治療液の噴射を許すよう複数の針112に結合された複数のチューブ238a-bに結合された液だめ232を示す。各針は治療液を供給するための個々のプランジャ若しくはポンプ234a-bに結合される。
図７(d)は、各針112a-c上に複数のセンサー210を含む、同時に動作する３つの針112a-cの第１端を示す。複数のセンサー210によって本発明は３次元で実行し、モニターし、制御し、及び治療計画を変更することができる。例えば、センサー針112aのセンサー210a,b,e及びh並びに針112bのセンサー210jは温度センサーである。各々は周囲の組織の温度を測定しその温度をプロセッサ124（図示せず）に送る。センサー210c,d及びfは熱生成センサーである。もし210bが付与の閾値若しくはそれ以上の温度を報告すれば、プロセッサ124はセンサー210dに熱生成を中止するよう信号を送りながら、210c,f及び他の針のセンサーには熱の生成を続けさせる。他の例において、針112bのセンサー210i及びlはある化学薬品の存在を示す化学センサーである。センサー210k及び210mは針112cのセンサー210o及び210rによって受信されるエレクトロポレーション用の電気的パルス信号を生成するよう設計される。付与の治療されている組織内に化学薬品が存在している間、センサー210k及び210mは患部組織の細胞膜に化学薬品が細胞内を通過するのを許すよう電気的パルスを生成する。もしセンサー210iがもはや化学薬品の存在を検知しなくなったら、プロセッサは210mからパルス信号が続くのを許しながらセンサー210kからの電気パルス信号を中止する。これは多目的テンプレート110及び円周上及び縦方向の両方に配置された複数のセンサー210を有する多目的針112が与えられるという３次元効果を説明する。
図７(a)に戻って、針112の長さに沿って縦に走る導電ストリップ218はセンサー210を形成するのに使用されるのと類似の方法を使って形成される。例えば縦軸222に沿って針112の外表面上で互いに平行にストリップ218をエッチングするのにリソグラフィー技術が使用される。個々の露出した位置246は電気接触素子170への接続を許すように互い違いパターンで形成される。択一的に導電ストリップ218は、針112の第２端224付近の断面図を示す図９に示されるように、ひとつが他の上に重ねられて形成される。ひとつの実施例において露出位置246は、単一の導電ストリップが電気接触素子170上に形成された導電部178と接触するように、針112の周りに円周上に分散される。導電ストリップ218a-dは導電ストリップ218a-dの間に絶縁体244を伴って内側直径242aから外側直径242bまで形成される。導体ストリップ218a-dは個々が電気接触素子170（図示せず）と接触するのを許すよう縦軸222に沿って位置246a-dに連続的に晒される。導電ストリップ218は絶縁体244によって分離された複数の同軸の金属シリンダから形成される。導電ストリップ218を形成する他の方法は、金属被覆をパターンに影で覆ううねった針を形成すること、レーザーエッチング、または針表面金属をパターンに機械的にスクライブすることを含む。導電ストリップ218は十分に低い抵抗率及び意図した応用に対し適当な生物互換性を有するあらゆる導電金属から作られる。
導電ストリップ218は接触し及びしたがって電気接触素子170に電気的に接続される。導電ストリップ218は互いに及び外部から電気的に絶縁される。ひとつの実施例において、各導電ストリップ218は第２端224付近のひとつの場所246に晒される。導電ストリップ218は露出された位置246でひとつの電気的接触素子170と接触する。露出された位置246は針122の縦軸222に沿って連続的に配置され、その結果各電気接触素子170はひとつの導電ストリップ218と電気的に接続される。各導電ストリップ218に対して分離した電気接触素子170が存在する。各電気接触素子170はひとつのPCB118上でひとつの導電アパーチャへ接続する。
図１０(a)は、針112及びプロセッサ124とともに多目的テンプレート110の実行を表す。プロセッサ124は治療計画を実行しかつ制御するために使用される。テンプレート110は縫い合せ若しくは周知技術の他の手段を通じて患者102に固定される。その後、針112はテンプレート110のアパーチャ116内に挿入される。コネクタポート156はプロセッサ124と直接接触するプロセッサライン312に結合される。プロセッサ124は治療計画に従って治療を実行しかつ制御する。さらに、プロセッサ124は、針112のタイプ及び針112上のセンサーのタイプを確認するのに使用される。
本発明で実行されるプロセッサのひとつの実施例が図１０(b)に示される。プロセッサ124はテンプレートへ及びそれから信号を送信し及び受信するためのプロセッサライン312または他のプロセッサユニット（図示せず）へ結合するポート320を含む。ポート320は送信され及び受信された信号の処理を制御する内部プロセッサ322に接続される。内部プロセッサ322はディスプレイ324、ユーザーインターフェース326及びメモリ332へ接続される。ディスプレイ324はコンピュータモニター、スコープモニター、デジタルディスプレイ若しくは他の周知のディスプレイである。ユーザーインターフェースは、キーボード、マウス、タッチパッド、タッチスクリーン、制御ノブ若しくは周知のユーザーインターフェースである。メモリ332は、治療計画及び内部プロセッサ322を通じて適当な針112に送られるべき治療信号のモニタリング及び生成を実行するための他のプログラムを保存する一次メモリ334を含む。
プロセッサ124は治療計画及びセンサー210から受信されたフィードバックに基づいて治療計画を実行しかつ制御するためのプログラムを受信するようプログラムされる。択一的に、プロセッサ124は、３次元で治療されている組織の温度をモニターするためにフレキシブルなPCB118に直接結合された温度モニタリング装置、または加熱用のRFジェネレータ若しくはエレクトロポレーション治療の間電気信号を生成するのに使用される高電圧交流源若しくは放射線源のような信号ジェネレータである。プロセッサ124は一緒に結合された要素の組み合わせであり、各々は針112上のセンサー210から信号を受信し及び送信し、中央プロセッサ124若しくはコンピュータによって制御される。
プロセッサ124はまた図１１に記載されるようにフレキシブルPCB118上に直接接続されたマイクロプロセッサ138でもよい。マイクロプロセッサ138は治療計画を受信し及び治療計画にしたがって治療を実行しかつ制御するように、コネクタポート126を介してプログラム可能である。マイクロプロセッサ138はそれが結合されるフレキシブルPCB118を制御する。択一的に、マイクロプロセッサ138は硬質プレート114に固定されかつ複数のフレキシブルPCB118のコネクタポート126へ結合される。さらにマイクロプロセッサ138はフレキシブルPCB118へ直接結合され、コネクタポート126を通じて複数のPCB118を制御するよう構成される。
多目的針112と組み合わせた多目的テンプレート110の実行のひとつの例が図１２に示される。患者102は体内に腫瘍若しくはガン性成長104があると診断され、それは例えばエレクトロポレーション及び超音波の助けによって遺伝子治療のような治療処置が必要である。医師は患部組織104の位置を決定し、必要な治療計画を決定する。第１工程410において、プロセッサ124は治療計画によってプログラムされる。第２工程412において、テンプレート110は患部組織104の位置の医師決定にしたがって患者102上に配置され、及び縫い合わせることによって患者に固定される。第３工程414において、治療計画に従う複数の針112は、針112の正確かつ安定した位置決めのために針をガイドするテンプレート110を通じて患者102の体内に挿入される。第４工程418において、プロセッサ124は、針112内に形成された圧電ダイオードを通じて超音波を生成するよう患者102の体内に挿入された少なくともひとつの針112を指示する。超音波受信機はアパーチャ128内のテンプレート110内に配置される。超音波受信機は針112によって生成された超音波をピックアップし、技術者若しくは医師に針112の位置のグラフィック表現を与え、それによって針112の正確な位置を確認する。
第５工程420において、針112が配置されかつ確認されると、プロセッサ124は治療計画を開始する。第６工程422において、遺伝子治療液は、針112の集合の第１端214における噴射アパーチャ212を通じて患部組織104内に噴射される。第７工程426において、針112上のセンサー210は遺伝子治療液の存在をモニターするようプロセッサによって指示される。第８工程428において、治療液の分布はプロセッサ124によってディスプレイ324上に表示される。第９工程430において、プロセッサは、熱を生成するのにいずれの針112のいずれのセンサー210が必要か及びエレクトロポレーション用に電気信号を生成するのにいずれの針112のいずれのセンサー210が必要であるかを決定する。複数の針112上のセンサー210は遺伝子治療液の分布をプロセッサ124へ送信し続ける。遺伝子治療液の存在がある領域に達したとき、遺伝子治療センサー212がプロセッサに信号を送る。第１０工程432において、プロセッサは、その領域内での針112の熱生成及びエレクトロポレーションを調節し、一方他の領域内ではそれらの領域の針112のセンサーが第１１工程434で熱生成若しくはエレクトロポレーションを中止するようプロセッサ124をトリガーするまで、熱生成及びエレクトロポレーションを続ける。第１２工程436において、遺伝子治療液が治療計画にしたがって完全に分散され吸収されると、熱生成及びエレクトロポレーションがすべての針112で停止される。第１３工程440において、すべての針112及びテンプレート110は患者102から除去される。
本発明の特定の実施例の上記説明は図示及び説明の目的のために与えられた。それらは開示された正確な形に発明を網羅し限定するものではない。上記教示から明白に多くの修正及び変更が可能である。実施例は発明の原理及びその応用を最適に説明するために選択されかつ記述されたが、それによって当業者は発明及び予期される特定の使用に適したさまざまな修正を有するさまざまな実施例を最適に利用することができる。発明の範囲は特許請求の範囲に定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記及び他の目的は添付する図面とともに読むと以下の説明からよりはっきり理解されるであろう。
【図１】図１は、２つのフレキシブルなPCB及びテンプレートを通じて挿入された針を含む多目的テンプレートの斜視図である。
【図２】図２(a)は、複数のアパーチャを含む硬いプレートの平面図を示し、図２(b)は、図２(a)の硬いプレートの断面図を示す。
【図３】図３(a)は、導体アパーチャ、導体リード及びコネクタポートを含むフレキシブルなPCBのひとつの実施例の平面図であり、図３(b)は導体アパーチャ及び導体リードを含むフレキシブルなPCBの択一的実施例の平面図を示す。
【図４】図４は、図３(a)及び(b)のフレキシブルなPCBの導体アパーチャの平面図を示す。
【図５】図５(a)は電気的コンタクト素子の平面図を示し、図５(b)は図５(a)の電気的コンタクト素子の断面側面図を示し、図５(c)は、導体部を含む電気的コンタクト素子の平面図を示す。
【図６】図６は、複数の硬いプレート、フレキシブルなPCB及び絶縁体層を含むテンプレートの断面側面図を示す。
【図７】図７(a)は、センサー及び導電ラインを含むニードルの側面図を示し、図７(b)は、治療物質を患者内に供給するためのリザーバに結合された針の側面図を示し、図７(c)は患者内に治療物質を供給するためにチューブを通じてリザーバに結合された２本の針の側面図であり、図７(d)は同時動作で３本の針の一端を拡大した部分断面図である。
【図８】図８(a)は螺旋溝及び光学パターンを含む針の側面図を示し、図８(b)はピンを含むテンプレートの硬いプレートのアパーチャの平面図を示す。
【図９】図９は、導電ストリップを示す針の第２端の拡大された部分断面図を示す。
【図１０】図１０(a)は、患者の上で使用するテンプレート、針及びプロセッサの略示図を示し、図１０(b)は図１０(a)のプロセッサの拡張されたブロック図を示す。
【図１１】図１１は、マイクロプロセッサコネクタ及びマイクロプロセッサを含むフレキシブルなPCBの平面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明で実行される工程のフロー図である。
【符号の説明】
110        テンプレート
112        針
114        硬質プレート
116        アパーチャ
118        プリント回路基板
126        コネクタポート
128        アパーチャ
【図１】
0004371396.tif 000002
【図２】
0004371396.tif 000003
【図３】
0004371396.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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