(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用に際し、患者の体内に移植される第１のアセンブリと、使用に際し、患者の体の外側に配置される第２のアセンブリとを含む、温熱療法を与えるための装置であって、
（Ａ）  前記第１のアセンブリは
（ｉ）  温熱療法が与えられるべき位置に熱エネルギを配分するための複数個のアンテナエレメント（１０−１３）と、
（ｉｉ）  前記アンテナエレメント（１０−１３）に数が対応し、各々が与えられたアンテナエレメントに関連する、複数個の内部結合エレメント（５１−５４）と、
（ｉｉｉ）  各アンテナエレメントをそのそれぞれの内部結合エレメントへ接続する電気導体（８１−８４）とを備え、
かつ
（Ｂ）  前記第２のアセンブリは
（ｉ）  前記第１のアセンブリの内部結合エレメント（５１−５４）に数が対応しかつ各々が与えられた内部結合エレメントに関連する、複数個の外部結合エレメント（４１−４４）と、
（ｉｉ）  電磁エネルギを前記外部結合エレメントへ配分するようにされたパワー発生回路（６）と、
（ｉｉｉ）  装置の動作を制御するための電子制御システム（７）とを備えることを特徴とし、
さらに、前記装置が動作するとき、
（ｉ）  前記外部結合エレメント（４１−４４）の各々が電磁波をその対応する内部結合エレメント（５１−５４）方向へ伝達するように配列され、かつ前記内部結合エレメント（５１−５４）の各々は電磁放射を受けるように配列され、かつ
（ｉｉ）  前記アンテナエレメント（１０−１３）の各々はそのそれぞれの内部結合エレメント（５１−５４）によって受けた電磁放射を熱に変換するように配列されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記電子制御システム（７）は、時空間の熱伝達が可変となるように、前記アンテナエレメント（１０−１３）の各々を稼働制御することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のアセンブリは、レクテナをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記アンテナエレメントは、使用に際し、熱エネルギをステントへ配分するように構成されることを特徴とする、請求項１から３いずれか記載の装置。
【請求項５】
前記電磁放射はマイクロ波放射であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか記載の装置。
【請求項６】
前記マイクロ波放射は１−２ＧＨｚの範囲の周波数を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナエレメント（１０−１３）は、温度センサを有し、前記装置は前記温度センサで感知した温度を前記電子制御システム（７）へ送信する送信手段をさらに備える、請求項１から６のいずれか記載の装置。
【請求項８】
減衰感知手段をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ヒトまたはヒト以外の動物の体に移植するための装置であって、
熱エネルギを配分するための複数個のアンテナエレメント（１０−１３）と、前記アンテナエレメント（１０−１３）に数が対応し、各々が与えられたアンテナエレメントに関連する、複数個の内部結合エレメント（５１−５４）と、各アンテナエレメントをそのそれぞれの内部結合エレメントへ接続する電気導体（８１−８４）とを備え、
前記内部結合エレメント（５１−５４）の各々は電磁放射を受けるように配列され、かつ前記アンテナエレメント（１０−１３）の各々はそのそれぞれの内部結合エレメント（５１−５４）によって受けた電磁放射を熱に変換するように配列されることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
レクテナをさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記アンテナエレメント（１０−１３）は腫瘍内へ移植するための１またはそれ以上の針状ダイポールエレメントを含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記アンテナエレメント（１０−１３）は隣接する組織を加熱するようにされた電極または電極アセンブリからなることを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記電極または電極アセンブリは腫瘍の周りに位置決めされることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記アンテナエレメント（１０−１３）は加熱されるように配列されるステントからなることを特徴とする、請求項９から１３のいずれか記載の装置。
【請求項１５】
前記電磁放射は１−２ＧＨｚの範囲の周波数であることを特徴とする、請求項９から１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
体への放射の入力は、高周波磁界カプラによって行なわれることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記磁界カプラは照射治療の間少なくとも１５ワットの電力を伝達するように設計されることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記アンテナエレメント（１０−１３）は、温度センサを有し、前記装置は前記温度センサで感知した温度を外部へ送信する送信手段をさらに備える、請求項９から１７のいずれか記載の装置。
【請求項１９】
減衰感知手段をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は移植可能な装置によるヒトまたはヒト以外の動物の治療法に関するものである。これは多種多様な治療法に適用できるが、ここでは特に温熱療法を参照して説明するが、この発明はこの形式の治療法に限定されるものではないことを理解されたい。また、この発明は人間の患者の治療に関して説明されているが、当該治療法はまたヒト以外の動物に適用されてもよいことを理解されるべきである。
【０００２】
深部腫瘍のマイクロ波加熱は、従来から、単極またはダイポール放射素子の形式のアプリケータに接続される小径同軸ケーブルを介して体の外側からエネルギを送ることによって達成されている。ケーブルもアプリケータも共に腫瘍領域に接近してまたは腫瘍領域内に、間質性でまたは自然開口部を介して体腔へ挿入される。一般に、加熱パターンはアプリケータ軸に沿う長軸を有する長円形である。このようなシステムは扱いにくく患者に身動きをとれなくさせる。それゆえに、患者の治療が苦痛を与えない条件の下で達成されることができかつ患者の動きを制限しない代替システムを発生するのが望ましい。
【０００３】
この発明の１つの局面によれば、次のような方法が提供される、すなわち、ヒトまたはヒト以外の動物における、たとえば温熱療法のような治療を行なうための方法であって、（ａ）ヒトまたはヒト以外の動物の体に（ｉ）マイクロ波周波数域の電磁放射を受けることができ、かつそこから電気エネルギを発生しおよび／または電気エネルギを蓄積することができる装置と、（ii）前記装置から電気エネルギを受けるように配列される電気的に作動される治療装置とを移植し、かつ（ｂ）電気エネルギを発生して前記治療装置を起動するようにマイクロ波周波数域の電磁放射を治療されている体の外部ソースから移植された装置の位置方向へ向けるステップを備えた、方法。
この発明の他の局面によれば、使用に際し、患者の体内に移植される第１のアセンブリと、使用に際し、患者の体の外側に配置される第２のアセンブリとを含む、温熱療法を与えるための装置が提供され、
（Ａ）  前記第１のアセンブリは
（ｉ）  温熱療法が与えられるべき位置に熱エネルギを配分するための複数個のアンテナエレメントと、
（ii）  前記アンテナエレメントに数が対応し、各々が与えられたアンテナエレメントに関連する、複数個の内部結合エレメントと、
（iii）  各アンテナエレメントをそのそれぞれの内部結合エレメントへ接続する電気導体とを備え、
かつ
（Ｂ）  前記第２のアセンブリは
（ｉ）  前記第１のアセンブリの内部結合エレメントに数が対応しかつ各々が与えられた内部結合エレメントに関連する、複数個の外部結合エレメントと、
（ii）  電磁エネルギを前記外部結合エレメントへ配分するようにされたパワー発生回路と、
（iii）  装置の動作を制御するための電子制御システムとを備えることを特徴とし、
さらに、前記装置が動作するとき、
（ｉ）  前記外部結合エレメントの各々が電磁波をその対応する内部結合エレメント方向へ伝達するように配列され、かつ前記内部結合エレメントの各々は電磁放射を受けるように配列され、かつ
（ii）  前記アンテナエレメントの各々はそのそれぞれの内部結合エレメントによって受けた電磁放射を熱に変換するように配列されることを特徴とする。
【０００４】
好ましくは、移植された装置はレクテナである。この発明のさらなる説明はこの好ましい実施例を参照してなされる。
【０００５】
レクテナは、一般に、移植された電気的に作動される治療装置に関連する。移植される治療装置の制限的でない例は
（１）  たとえば腫瘍を治療するために局部的に熱を分配するための装置；
（２）  血流を手助けするためのポンプ；
（３）  たとえば、食道、胆管、膵管、結腸、胃、直腸および尿道のような中空内臓および管のルーメンの開存性を確実にするためのステント；
（４）  たとえば上述した形式のステント内の局部圧を検出するための圧力センサ；
（５）  管を介して流れる流体の通過を決定するための流量計；
（６）  薬剤放出装置；
（７）  ペースメーカー；
（８）  たとえば、血液または組織の化学的含有物または細胞含有物のような特定の化学的または生物学的物質または種のための検出器
またはそれらの組合せを含む。
【０００６】
典型的には、これらの装置は装置が機能するための電気エネルギを必要とする。ある場合には電気エネルギは熱エネルギに変換される。たとえば、温熱療法に用いられるとき、移植されたシステムは深部腫瘍内へ移植される１またはそれ以上の針状ダイポール素子を用いるマイクロ波アンテナアレイを含む。電磁放射を腫瘍へ向けることによって、十分な熱が発生されてそのアレイに隣接する規定された容積内の腫瘍細胞を殺すことができる。好ましくは、移植されるアレイは１またはそれ以上の温度センサを担持し、治療中に癌内の温度増大についての情報を提供する。温度情報を提供することにより、治療方法の自動的制御を提供することが可能となり、マイクロ波形エネルギの適切な投与および治療の全体的な管理を確実にすることができる。
【０００７】
局部加熱はたとえば、腫瘍の出血を停止させるため、または胃または十二指腸の良性潰瘍のような悪性でない状態におけるように、いくつかの状況においては有益であり得る。治療装置はしたがってレクテナによって起動されかつ隣接組織の局部過熱を発生する電極または電極のアセンブリであってもよい。この種の電極は、たとえば、前立腺、結腸、膀胱、胃または肺の腫瘍の周りに位置決めされてもよい。それは同様に十二指腸または胃潰瘍に隣接して位置決めされてもよい。
【０００８】
所望に応じて他のセンサが組み入れられてもよい。これらはたとえば、治療の進展を評価するために用いられることができる。
【０００９】
代替的に、移植されたシステムはたとえば、膵臓癌を患っている患者の膵管における金属ステントに関連のレクテナであり、かつレクテナによって受けられるパワーは、ステントを加熱するために用いられ、このステントは、順次、熱をその臓器の悪性組織へ伝達する。
【００１０】
この発明はまたバルーン拡張および／または冠状動脈血栓に関連の外科的処置に応用を見出す。これらの外科的処置は、たとえば拡張装置の除去後血管の封鎖のような動脈狭窄に至り得る繊維組織の形成を助長する傾向にある。この発明によれば、そのような動脈狭窄の危険が除去され冠状動脈血栓処置の間にステントを加熱することによって、またはバルーン拡張を受けている領域に隣接して熱を加えることによって除去されまたは軽減される。
【００１１】
たとえば肝臓内の深く埋込まれた癌の制御は問題が多い。この発明によって、延長された時間期間にわたり一連の温熱療法を行なうことができ、それによりより有効な治療であると考えられるものを提供することができる。さらに、一旦移植手術が完成されると、治療養生法は患者に対し最小限の不便さで行なわれることができる。
【００１２】
この発明の重要な局面は、それが、局部温熱療法に適合し得る周波数で経皮組織を介して電気エネルギをワイヤレス伝送することができることである。エネルギの経皮伝達のために現在入手可能なシステムは一般に低い周波数（最大５００ＫＨｚ）で作動し、平面コイル間での誘導結合に基づく。このようなシステムは７０−８０％の効率で最大４０ワットの電力レベルを送ることができる。しかしながら、これらのシステムは、システムの移植されたコンポーネント内で周波数アップ変換を提供する必要があるため、マイクロ波アプリケータを用いる局部温熱療法には適していない。これは電力伝達システムの全体効率を劣化させる非効率なステップである。マイクロ波周波数でワイヤレス伝達を提供することにより、この非効率なステップが回避される。システムのレクテナエレメントのために、マイクロ波周波数で作動することは、遠隔計測のための利用可能な帯域幅が、低周波結合システムで利用できるものと比較して、大幅に改善されることを意味する。
【００１３】
好ましくは、放射は１−２ＧＨｚの領域の周波数のマイクロ波放射である。移植された受信機は都合よく配置されるマイクロ波アンテナである。体の中へ放射を入力することは好ましくは１０００−２０００ＭＨｚの領域で作動しかつ照射治療の間に少なくとも１５ワットの電力を運ぶように設計された高周波磁界カプラによって達成される。これらの手段によって、介在する皮膚層における組織の加熱を最小化しつつ、伝達効率を最大限にすることができる。動作周波数の選択は、一般に、治療されている領域の大きさおよびその体内の深さによって決定される。深層腫瘍のための最も有効な配置は、腫瘍内に埋込まれた針状ダイポールアレイを用いかつマイクロ波領域の放射を与えることであると考えられる。針は、同時にまたは所望すれば所定のシーケンスでエネルギを分配するために構成されることもできる。マイクロ波周波数領域で作動するもう１つの利点は、十分な帯域幅が利用でき、同じアンテナ配列が制御およびモニタ機能に関連する遠隔計測のために用いられることができることである。
【００１４】
磁界カプラの一実施例は、好ましくはその最も低いＴＭモードで作動する矩形筒状または円形筒状の共振空洞を含む。共振空洞カプラの一方端壁は、典型的には約５ｍｍの厚さであるが、約５ｍｍの深さで患者の皮膚の下に挿入される。適当に配列される結合アパーチャが空洞に設けられる。これによって、エネルギは空洞からアンテナ給電システムへ結合されることができる。好ましくは、アンテナの各内部針エレメントはそれ自体のカプラを介してエネルギを供給される。
【００１５】
好ましくは、０．５−２．５ｃｍ長さでかつ最大２ｍｍの直径の針状ダイポールアンテナエレメントが用いられるのが好ましい。これらは、それらが移植される深層腫瘍へ熱エネルギを、比較的高効率で分配することができる。
【００１６】
カプラアレイの１つのエレメントは、移植された電子部品およびセンサをパワーアップする目的で電圧を提供するように、体内の受信されたマイクロ波エネルギを整流するレクテナの形式をとってもよい。マルチレプレクスおよびコード化のエレクトロニクスは、好ましくは、パワーアップの間にセンサ情報を外部モニタシステムへ転送し戻すことができるようにシステムに含まれる。
【００１７】
この発明のよりよい理解のために、かつこの発明が如何に実施されるかを示すために、例として、添付図面が今参照される。
【００１８】
図１を参照して、ダイポールアンテナアレイ１が患者の肝臓２の悪性領域へ移植される。電磁カプラ３は使用に際し、患者の体に隣接して位置決めされる第１のコンポーネント４と、約５ｍｍの深さで患者の体内に移植される第２のコンポーネント５とを含む。パワーを外部カプラコンポーネント４へ供給するのは、ＰＣ７の制御によってエレクトロニクスシステム６によって達成される。
【００１９】
図２を参照して、実際的な実現例が示されており、そこには、（図１に示されるように）患者内の腫瘍に挿入された４個の間質性アンテナエレメント１０，１１，１２および１３がある。各アンテナエレメントは２ｃｍの長さで、直径が１．５ｍｍであり、それに関連して、温度センサエレメントを有している（アンテナエレメント自体から分離して示されていない）。図解を容易にするために、アンテナエレメントは互いに平行に示されている。実際、それらは一般に腫瘍の周りに均一に配置され、かつ腫瘍の中心方向に向けられている。このような幾何学的配置は、腫瘍内の効率的な熱分布を助長する。
【００２０】
エレメント１０−１３の各々は、それぞれ、導体８１−８４によって、それ自体のそれぞれの内部結合エレメント５１−５４へ接続される。制御および電源エレクトロニクス７および６が概略的に図解される。レクテナエレメント５５は線８５ならびにマルチプレクスおよびコード化チップ１１０を介してアンテナエレメント１０−１３のセンサへかつ減衰感知ダイポール１４へ接続される。
【００２１】
内部結合エレメント５１−５５の各々は、それぞれ、外部結合エレメント４１−４５に関して機能する。エレメント４５はフィルタ９１を含む受信機９０へ接続され、かつプロセス制御システム１００へ作動的に接続され、このシステム１００は順次、ＰＣ７へ作動的に接続される。
【００２２】
一方で、エレメント１０−１３の温度センサへおよび減衰感知ダイポール１４へ作動的に接続され、他方で、結合エレメント５１−５５へ作動的に接続されるトランシーバ１１０が患者内に移植される。
【００２３】
腫瘍の位置のためまたは腫瘍の特性のためまたは患者のこれまでの治療経過のため、従来の治療方法では受入れることができない腫瘍の比較的簡単で、自動調整される制御を提供することが、上述のシステムによって可能となる。
【００２４】
説明されたシステムは、第２の技術、たとえばパラクリンホルモンの直接注入またはパラクリンホルモンを分泌する細胞と関連して用いることもできる。これらは、腫瘍のアポトーシスを促進しおよび／または先天的な免疫システムの細胞による加熱された腫瘍の浸透を促進すると考えられている。
【００２５】
この発明の実現のための構成要素を設計するにあたって、移植ステップの間の組織への損傷を減じるために、構成要素の寸法を最小にすることが望ましい。さらにこれらを患者の体内に位置付けるときの正確さを増すために、その剛性を最大にすることが望ましい。さらに、構成要素を毒性のない、反応性のない材料に収納することが望ましい。さらに、用いられる制御システムは好ましくはアンテナ要素１０−１３を異なったモードで起動することが可能とされ、さまざまな時空的な熱の伝達を可能にすることが望ましい。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂはヒトの結腸および膵管内の、それぞれ金属のまたは金属を含むステントＳ1およびＳ2を示す。これらはこれらが移植された、部分的なまたは完全な（たとえば腫瘍による）閉塞が生じた器官または管のルーメンの開存性を維持する役割を果たす。カップリング要素とレクテナとをステントに動作的な接合で移植することにより、熱を伝えて腫瘍細胞を殺すことができる。図２に例示されたように、制御および監視手段を組入れて遠隔計測制御と温熱療法の動作とを提供してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基本的な電力伝送システムを概略的に示す。
【図２】  患者の温熱療法における移植されたコンポーネントの配置およびそれらの動作のより詳細を示す。
【図３】  図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、結腸および膵管に移植されたステントを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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