JP2007167100A

JP2007167100A - 医療装置

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Publication number: JP2007167100A
Application number: JP2005364654A
Authority: JP
Inventors: Sadanari Iwata; 完成岩田; Yasushi Iwata; 靖岩田; Masafumi Kawamura; 雅文川村; Masayuki Nakatsuka; 誠之中塚; Yotaro Izumi; 陽太郎泉
Original assignee: DGS COMPUTER KK
Current assignee: DGS COMPUTER KK
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP4448818B2

Abstract

【課題】肺癌などの治療法として、凍結療法がある。この療法は、病巣部位に凍結と解凍を交互に行わせて死滅させることをねらいとする。この凍結療法での術者負担の軽減及び正確で効率的な治療の実現をはかりたい。
【解決手段】治療装置５０は、事前ＣＴ撮影で得た断層三次元画像をもとに、且つ治療子５０（１００）の形状をもとにして、穿刺開始位置、治療部位、その間の治療子５０（１００）の進行ルートを示す治療パラメータをデータ処理的に求める。更に治療子５０（１００）の金属管１は、先端部に突起形状部２０、２１、２２を有して、特定の熱指向特性を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、侵入具を有する医療装置、に関する。

医療装置の中には、被検体の体内に侵入具を侵入（穿刺を含む）させる装置がある。例えば胃カメラ、監視用光ファイバー、組織を切り取って採取する採取具、特定の部位に薬剤を注入する注入具、病巣部位に熱や電磁波などのエネルギーを照射して治療を行う治療具などがある。
こうした侵入具の侵入監視用に透視像をリアルタイムで得て表示して侵入を監視する透視監視法、Ｘ線ＣＴ断層像をリアルタイムで得て二次元又は三次元表示させて侵入を監視するＣＴ監視法がある。
こうした透視監視法、ＣＴ監視法は、術者が画面を見ながら監視し、この監視画像から術者が位置やルートを決定確認しながら、医療を施すやり方をとる。
ＣＴ監視法とは、侵入経路及び患部をＣＴ撮影しながらリアルタイムでＣＴ画像及び又はその三次元化した画像を表示させ、この表示画面を術者が監視しながら侵入具の進行及び治療を行う治療法を指す。ＣＴ監視法は、複雑な部位や身体の深化した部位（肺や心臓、前立腺や膵臓等）での監視に向いている。このＣＴ監視法を使用した最新例として、肺癌組織の壊死をはかる凍結治療法がある。この凍結療法とは、肺癌部位細胞を凍結させ、その後で融解させ、その融解の過程で塩濃度の差の発生等により細胞内を破壊し、細胞死に至らしめるという原理による。凍結と融解には、２つの高圧ガスを使う。高圧のガスは急激に体積を膨張させると、分子の種類により急激に温度を上げるものと、急激に温度を下げるものとがあり、これは物理現学の１つであるJoule-Thompson効果と呼ばれる。そこで、温度を揚げる方に高圧アルゴンガスを、温度を下げる方にヘリウムガスを使用する。治療には、中空の金属性の治療子（治療具と同義。ガイドニードルとも呼ばれる）を用いる。ＣＴ監視下で、この治療子を患部まで誘導し、上記２つのガスを交互に中空内から又は中空部の先端から外部へ放出し、熱交換作用を利用して患部への凍結療法を行う。

こうした一般的な凍結療法の文献として、非特許文献１がある。更に、凍結療法に用いる治療子を含む機械系、及びその治療のやり方と実際事例とを解説した文献として、非特許文献２がある。
雑誌「医学のあゆみ」（Ｖｏｌ．２０６Ｎｏ．３，２００３．７．１９）。川村他著「肺癌の凍結融解壊死療法」（Ｐ２２９〜Ｐ２３１）。雑誌「低温医学」（３０巻、２００４）。中塚、川村他著「ＣＴ透視を用いた肺悪性腫瘍に対する経皮的凍結療法の実際」（Ｐ９〜Ｐ１５）。

文献２は、治療子の穿刺状態を、リアルタイムでＸ線ＣＴ装置で撮影してこれをリアルタイムで断層画像として再構成して表示させ、手技を行うとしたものである。Ｘ線ＣＴ装置は、マルチスライス撮影であり、一回で多数の断層像を得て表示させる。治療子の進行を監視でき、患部位置への追跡、手技に沿ってほぼリアルタイムで画像としてみることができる。

一方、治療子は、先端が刃物状に突起するステンレス製の二重管（コアキシャルニードル）を使う。治療に当っては、この二重管を体表面にあてがった状態で、二重管の中心軸に沿って長く細い誘導針を挿入し、その誘導針を患部まで穿刺する。次にその誘導針に沿って二重管を患部まで進行させ、更に二重管を進めて腫瘍を貫通させる。

この後で上記誘導針を抜いて、代りに凍結端子を二重管内の中空の軸に沿って挿通装填する。この際凍結端子の凍結・解凍部位となる端子先端は、二重管の先端のまるみを帯びた内面に当接又は近接した位置とする。凍結端子は高圧アルゴンガス注入口と高圧ヘリウムガス注入口へと切替バルブを介してつながる。充填確認後に切替バルブを切替えて高圧ヘリウムガスを注入し、次いで高圧アルゴンガスを注入し、凍結と解凍とを短時間で実行する。このサイクルを複数回繰返すこともある。これらの一連の動作はリアルタイムでのＣＴ画像を表示させてのＣＴ監視下で、観察確認しながら行う。

上記文献２等の従来の凍結療法では、ＣＴ画像を監視しながら術者が穿刺を行うが、一担、穿刺すると目標の部位に到達しなかったときのルート変更はほぼ困難であり、穿刺行為以前にすでに結果が定まっていることが多い。そこで予測を伴い穿刺への術者による依存性が高すぎる。
こうした穿刺開始位置、穿刺ルート、穿刺先端の到達点の予測、到達後の熱的時間変化の予め予測計算・試行ができれば、術者の負担が軽くなり、治療時間の短縮にもつながる。また穿刺の自動化も可能となる。こうしたことは、凍結治療法に使用する治療子の他にも、前述した各種の侵入具すべてに共通する。
本発明は、侵入の開始位置やルートをデータとして取得できまたそれをもとに侵入ガイド可能な医療装置、並びにそうしたデータを用いて侵入の監視を可能にする医療装置を提供することを目的とする。
更に本発明は、侵入の自動化を可能にする医療装置を提供することを目的とする。

本発明は、被検体の撮影で得た断層像を重ねて得えられる三次元画像データから三次元の輪郭抽出を行い、この輪郭抽出データから三次元の輪郭を表す三次元数式データを求め、この三次元数式データと被検体侵入具の形状を表す数式データとから、被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定するものとした医療装置を開示する。

更に本発明は、前記三次元数式データに対して、医療時の被検体の姿勢等の被検体変動補正を行い、この補正後の三次元数式データと被検体侵入具の形状を表す数式データとから、被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定するものとした医療装置を開示する。

更に本発明は、前記三次元数式データに対して、それぞれを構成する物体の比熱、導伝率などの熱的定数及び体積重量を取り入れた物体形状などの物理的定数を考慮して、その物体の温度の時間変化を決定するものとした医療装置を開示する。

更に本発明は、前記被検体変動補正を行なったデータを元に被検体への侵入位置、侵入具の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルートを定めて試験操作を繰り返し行ない、その結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを変更決定し得ることの出来る医療装置を開示する。

更に本発明は、前記金侵入具は、治療具、組織採取具、薬剤注入具のいずれかを含むものとしたいずれかの医療装置を開示する。
更に本発明は、前記金侵入具は、形状に方向性を持つもの、又は方向性を持たないものの、いずれかとするいずれかの医療装置を開示する。

更に本発明は、前記侵入具の先端に熱交換器を備え前記三次元数式データで表される被検体の熱的定数、物理定数を考慮した侵入具到達点周辺の時間に対する温度変化を計算し、設定温度に対する動的変化又は動的変化に至る設定時間を決定し得る如く定めた医療装置を開示する。

更に本発明は、前記侵入具に前記で定めた到達点近傍の熱的時間変化について設定目的の温度変化となる様に侵入具の回転角を決定し得る事を特徴とした医療装置を開示する。

更に本発明は、前記到達点物体に複数の侵入具を挿入し、到達点物体及びその近傍周辺の物体の熱的温度の時間変化を決定し得る如き特徴を持った医療装置を開示する。

更に本発明は、前記において構成される複数の熱的方向性を有した侵入具が前記で決定された幾可学的定数のもとで侵入具が到達点及びその近傍において熱的温度の時間変化を繰り返し、試験操作を行いその結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定しかつ周辺物体の温度分布及び時間変化を決定し得る事を特徴とした医療装置を開示する。

更に本発明は、前記において侵入具の先端に装備された熱交換器の発熱、吸熱を切換えるガス流入路のガス切換えスイッチを到達点近傍の定められた温度変化を決定する様に定めたタイミングで始動切換え、停止を操作制御出来る様に定めた医療装置を開示する。

本発明によれば、医者やオペレータの負担の軽減、正確で効率的な治療等の実現がはかれる。

〔発明の概要〕
本発明の基本的な考え方を述べる。説明は凍結端子を有する治療子の例であるが、前述の種々の侵入具でも同様に採用できる。
人体の内部構造は反射波や透過波を利用して見ることができる。例えば前者では超音波、後者ではＸ線がある。特に後者の波長の短い透過性の高い電磁波（Ｘ線など）を利用したＣＴや各種のＸ線装置は透過性と理論分解能の有利さを得て現実にきわめて有用に発展している。そしてＣＴ装置ではこの電磁波の人体構造による透過量の相違により得られた画像（以下単に画像と称する）を一定の破断面を平面として得られる濃度を変量とするＸＹの２次元平面データとして得られる。この平面は座標中心を定めれぱこの座標中心を軸とする平行平面の奥行き（Ｚ）方向への配列として数学的に取り扱うことが出来る。即ち３次元配列データとして取り扱うことが出来る。

そこで、本発明では、奥行き位置ＺｎでのＺｎ平面における画像が透過波の反射透過特性から得られる人体の構造情報を持っている事からこの画像を数学的にたたみこみ処理など空間フィルタを用いた輪郭特徴抽出を行なう。この抽出された輪郭特徴は離散的であるため、必ずしも構造輪郭を正しく表してはいない。これらの輪郭データを統計的取得データとして最小二乗法などの数学的手法を用いて函数式とする。更に近接したＺｎ−１、Ｚｎ＋１の函数式とにより詳述しない数学的方法でＺ軸方向に３次元函数式として統一する。Ｚｎ−１、Ｚｎ、Ｚｎ＋１が１００分の１ミリ程度に細かに得られることからこれらによって得られる３次元函数式はかなり現実の人体を忠実に表現することができる。なお、Ｚｎ画像の取得にあたっては透過Ｘ線を一段と強化するために人体に注入される造映物質の有無を問わない。これらの補助操作は血管、癌組織、などの周囲の物質と透過性の差異の少ない構造も対照にすることが容易であると考えられる。

以上は本発明の原理であるが、更に発展させた別発明を説明する。
前述の三次元人体データは治療前に計測した過去のものであり、治療時には姿勢等が変わったり、臓器の移動等もあり、いわゆる体動変化（乖離）がある。即ち、３次元的人体モデルはあらかじめ個体により異なり、姿勢によっても異なる。対象癌組織はもちろん個別である。これらはＣＴ装置などによりあらかじめ観測、測定され、対象人体を充分データ化している。姿勢等手術操作の場面での解離をなくさねぱならない。そのために医師によって設定された人体の特定な部分に光反射シールを複数個所設定し、そこで更なる発展した発明では、計算機が認識して定めた人体内部の特定点、例えば骨格特徴点などを詳述しない方法で自動検出し、すでに保有している３次元輪郭関数と座標軸変換を数学的手法を用いて行い、治療子の挿入操作に原理上物理的寸法等の誤差をなくする方法をとる。

更なる別発明では、人体に挿入すべき治療子は形状（構造を含む）が定まっている故にこれを数学的に規定し、データとして３次元数式として表現する。そして上記３次元函数式とこの形状を示す数式とから、治療に役立つ合理的な、経皮挿入点、治療部位（位置）、形状に合致した進入方向、進入時の治療子の回転角度（例えば形状に方向性のある治療子）、進入ルート等の各治療子パラメータを数学的データ処理にて一意的に算出する。また経皮挿入点は重要パラメータである故に、パラメータの幾つか、例えば経皮挿入点は術者の高度な判断で人的に決定しておき、その他のパラメータを算出する例もある。

更に、この一意に定まる方法とそれを適用した治療子操作にかかる別発明を説明する。
治療子の好適例は肺癌治療子であり、従来文献で述べたものに関係する。そこで、第１の治療子は、従来例で述べた肺癌治療用の二重管である。従って、この治療子は、周囲方向に方向性のない先端形状であり、且つ長手方向でみれば二重管に対してその中軸方向に外部から凍結端子が挿通されている故に、進行方向や挿入方向でみれば両者合せて直線的な形状体と規定できる。即ち、直線上の形状をなす治療子は、体内に入る部分（二重管とその先端）Ａとその延長部分（外部に露出した凍結端子の一部）Ｂとよりなる。Ｂ部分は別に定める制御用可視レーザーを問わない光源の反射能を持ち、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に対して数学的取扱いが出来るものとする。
第２の治療子は、凍結端子の外部に位置する部位の途中に、この端子に直交するように、操作用のタッチ部Ｃを固着した例である。このタッチ部Ｃを操作することで、凍結端子の進行及び回転をはかる。タッチ部Ｃの位置、形状も数学的に規律できる故に、操作内容もデータ化可能である。
第３の治療子は、凍結端子の先端が、特定の熱指向特性を持つように形状化させた例である。例えば特定の方向にビーム化した熱指向特性がある。治療部位に正確に熱エネルギーを送る目的に使用する。かかる治療子も、形状の数式化、これに伴う熱エネルギーの指向特性の数式化が可能である。更に、第２の治療子で述べたタッチ部Ｃを付加することで、熱指向特性を特定の方向（角度）に向けさせる治療子を提供する。

治療子の操作に係る別発明を説明する。
第１は全自動化した例である。治療子の二重管及び凍結端子（又は凍結端子のタッチ部を含む）それぞれに共通又は個別にアクチュエータを取りつける。これらのアクチュエータを、先に数学的に決定したデータに従ってＸ−Ｙ−Ｚ制御手段（例えばコンピュータ）によって制御し、二重管の穿刺、凍結端子の進行をはかる。
第２は半自動化した例である。どこまでを自動化し、どこまでを手動化するかは、種々ありうる。
第３は手動化例である。
かくして高度な医師によって判断された経皮的位置及びパスが一意に定められれば挿入操作及びシミュレーション操作（仮想的に行なわれる操作）を問わず、また自動、医師の手動を問わず、目的位置に到達するやいなやは、あらかじめ確認かつ試行出来る特徴がある。

更なる別発明を説明する。
凍結端子を用いた治療子は、凍結と解凍とを交互に行っているが、更なる別発明では治療部位の熱的な物性情報をもとにした熱エネルギーを与えるようにする。熱的な物性情報とは、温度、比熱、熱伝導性、組織状態等である。熱エネルギーのパラメータは、時間帯、回数、凍結温度、解凍温度等である。広義には、治療子の侵入角度や回転角度も関係する。こうしたパラメータは、経験的に決定しても、数式的に決定してもよい。
更に、別発明として、パラメータの決定法を提案する。パラメータには、治療子の侵入角度や回転角度、治療位置などの第１のパラメータと、熱エネルギーに関する上記した第２のパラメータがある。これらのパラメータは、経験的に、又は実施試行シミュレーション試行を繰返し行いながら決定する。
更に、別発明として、凍結端子以外に、前述の各種の侵入具にまで拡張する。

図２は、ＣＴ断層像を重ねて三次元画像を得るモデル図であって、併せて座標系Ｘ−Ｙ−Ｚの設定例を示す。例えば、１番目の断層像のＡ点は（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）、ｋ番目の断層像のＢ点は（Ｘ_ｋ、Ｙ_ｋ、Ｚ_ｋ）と定義できる。患者の複数の断層像１０をＣＴ装置で事前に取得しておく。
尚、図２では、隣り合う断層像が隙間を持っているようだが、実際には隙間の間隔は１００分の１ミリメートル程度であり、実際の患者の人体に極めて近い画像である。補間して間隔を更に小さく例も含む。

一方、断層像の座標系をＸ−Ｙとし、重ね方向の座標系をＺとすると、断層像の任意の位置は（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で定義できる。

図１は、本発明の全体の処理フローを示す。
先ず、ＣＴ画像データを取得する（ステップＳ_１）。これは図２に示したものである。その取得タイミングは、治療直前、その前日を問わない。治療に先立って取得しておく。
次に、輪郭抽出を行う（ステップＳ_２）。この輪郭抽出は、輪郭抽出用空間フィルタとＣＴ画像データとのたたみ込み演算によって行う。輪郭には、体表面、皮膚、骨、臓器、癌病巣部位等種々であり、これらの輪郭を含めた抽出を行う。輪郭抽出は、治療子との交点算出、他輪郭との相対位置関係の把握に役立つ。ＣＴ断層像データ毎の輪郭は、画素単位に抽出されている故に離散的であり、且つＺ方向でみると、各断層位置は離散的な位置関係となっている。そこで、各断層像データ毎に、最小自棄法等を使って２次元の関数化を行うと共に、更にＺ方向で各２次元関数の３次元関数化を最小自乗法等によって行う（ステップＳ_３）。これによって、輪郭の３次元関数を得る。
ステップＳ_４では、治療子の侵入用パラメータの算出を行う。この算出は、治療子の形状を表現した３次元関数と前記算出した輪郭の３次元関数とを用いて、治療子が輪郭線上の治療部位に安全、確実、迅速に到着するに必要な治療子のパラメータの算出である。
治療子のパラメータには、治療子の侵入入口となる体表面位置、治療子が到達する治療部位の位置、治療子の体表面位置への侵入方向（角度）、体表面侵入口での治療子自体の回転角度、及び侵入のルート（系路）がある。
このパラメータの中で、侵入位置は、術者の指定による例が多い。また、治療子自体の回転角度とは、治療子自体の先端の形状に方向性を有するときの、治療子自体をどのような角度にすべきかを指定するパラメータである。

パラメータの算出の仕方を説明する。
抽出輪郭モデルと治療子モデルと治療部位モデルとの関係例を図３に示す。図３でＥ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，Ｅ_４はそれぞれ異なる抽出輪郭モデル、Ｍは治療子モデルであり、輪郭モデルＥ_３が癌病巣モデルとする。これらの各モデルＥ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，Ｍはそれぞれ３次元的な形状であるが、図では抽画の関係上、便宜的に２次元化したものとしている。
侵入入口をＰ_１とし、これは術者によって設定されたものとする。そこで、輪郭モデル上で病巣モデルＥ_３が見つかったとすると、Ｐ_１点からその病巣モデルまでの治療子モデルＭの侵入角度θ_１、治療子モデル自体の回転角度φ_１が一意的にわかる。尚、Ｐ_０点はｙ軸の線上の点とすると、ここから侵入すれば輪郭モデルＥ_４にぶつかる。従って、術者がこの判断した結果として侵入入口Ｐ_１を選んだことになる。

治療子モデルＭは、図４の如き治療子１００である。治療子１００は、二重管１と回転等の操作部２１Ａを有する凍結端子２（２１Ａを持たない例もある）、及びそれにつながる管路６、切替バルブ５、高圧ヘリウムガス供給源３、高圧アルゴンガス供給源４、より成る。管１の長さＬ_１、凍結端子２のの外部露出部の長さＬ_２とすると、この治療子１００は略（Ｌ_１＋Ｌ_２）の長さの直線成分と考えてよく、かかる直線成分を刃物状の最先端２０ＢからＰ_１から病巣部位Ｅ_３にまで侵入させてゆくことを想定して、その時のθ_１，φ_１，Ｐ_２，Ｐ_１→Ｐ_２（ルート）を算出できる。
ステップＳ_５は、算出した侵入用パラメータを操作データとして決定し、ステップＳ_６はその操作データをもとに、治療子の侵入操作を自動又は半自動、又は手動にて行う。ステップＳ_７は、点Ｐ_２に到達したことを確認して、凍結・解凍による治療を行う。

その他に、病巣までの誘導手段として、誘導針があり、これは、誘導時に挿通させる。誘導完了時に、この誘導針に代って凍結端子を挿入する。誘導針の考え方は前記文献２と同様である。

より発展した実施例を説明する。図２の重ね三次元画像は、あくまで治療前に撮影した過去の断層像に基づく。治療時においては、この過去の撮影時とは異なった姿勢になることがある。これによって、三次元画像上で設定した開始位置、目標位置、ルート等のパラメータが実際の治療時の身体と一致しない恐れもある。

そこで、術者により患者の身体の複数箇所に微少なマーカシールをはり付けておき、コンピュータが認識して定めた人体内部の特定点（例えば胃の一部、肩骨の突起物とか）を自動検出し、すでに保有している３次元輪郭関数と座標軸変換を数学的手法を用いて行い、治療子の侵入操作に原理上物理的寸法等の誤差（歪み）をなくす（いわゆる体動補正）。これによって適正な、挿入開始位置、到達点、ルート等のパラメータの算出をはかる。
更に上記被検体変動補正を行ったデータを元に被検体への侵入位置、侵入具の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルートを定めて試験操作を繰返し行ない、その結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを変更決定すると、精度の向上をはかれる。

次に形状に方向性を持つ治療子、特に管の構造に関する実施例を説明する。管の先端は、凍結と解凍との２つの動作部位であり、いわゆる熱交換機能を果たす。癌病巣である病巣部位も種々の形状を有し、どのような方向から穿刺するのが効率的凍結法であるかも重要な検討事項である。更に病巣に近接する正常組織を凍結・解凍（特に凍結）から保護する必要もある。そこで方向性のある熱の指向特性に大小を持たせて病巣部位に応じた集中的に熱エネルギー付与のための熱分布特性を与える。これが図５に示す管の実施例図である。

図５（ａ）は、二重金属管１の最先端２０Ｂの直前の先端部２０Ａの周囲の一部を突起させて突起部２０を設けた例である。その矢印断面は、図５（ｂ）に示すように外方に向かって丸みを帯びた形状であり、その熱指向特性は図５（ｃ）となる。先端部２０Ａの最先端２０Ｂは穿刺の先端で刃物状であり、穿刺しやすく、且つ深部方向に熱指向特性を持たせるようにする例もある。
図６（ａ）は、先端部２０Ａに、２つの突起部２１，２２を持たせて熱指向特性を細長くさせた例である。これによって、図６（ｂ）に示すようにｙ方向の（＋）方向に鋭い熱指向特性を持たせた。
先端部２０Ａ及び２０Ｂは、凍結・解凍に関与する部位である。
図７に、この先端形状に特徴を持つ治療子の使用例を示す。図７（ａ）は、球形状の癌病巣２３の側面に治療子１００を穿刺させて癌病巣２３をその指向特性に基づいて熱エネルギーを与えて壊死させる例を示す。この癌病巣２３は、組織的にしっかりした例であり、病巣２３に直接穿刺させるよりは囲りから壊死させるに適したものである。
図７（ｂ）は癌病巣２４の内部左側に穿刺し、右側への方向性を持つ治療子１００で治療させた例である。これも、病巣全体の壊死に役立つ。

図７（ｃ）は、血管２４が近くにあり、この血管２４から遠ざけて病巣２３を治療を行なうときの事例である。血管２４の反対側（右側）に治療子１００を穿刺した。これは、血管を傷つけないことの他に、血管の温度の治療への影響を少なくしたいこと、の目的を持つ。図７（ｄ）は、２つ以上の治療子１００Ａ，１００Ｂを用いて、病巣２３の両側に穿刺して同時治療を行なった例である。図７（ｄ）は、病巣サイズが大きい事例に効果を持つ。
以上の各実施例で、突起形状の種類や態様は、どのような指向特性を持たせるかで定まる。突起形状の代わりに内側方向に凹部を持たせるやり方もある。指向特性を実現する突起形状（凹部を含む）は、計算機によって求めることができる。種々の突起形状の管を用意しておき、病巣や治療の目的に沿って使い分けるやり方もある。

図８（ａ）は、二重管の他の実施例図である。図５では、固定突起形状化したが、図８では可動翼３０を二重管１の外部側面に沿って設けておき、この可動翼３０を、管の先端部まで図８（ｂ）の如く移動させ、図４の如き突起状形状化させる。可動翼３０は例えばスプリングで移動させる。これは、例えば凍結端子の進行に応じてスプリングを凍結端子に連動させるやり方をとる。この場合、可動翼３０が人体を傷つけないように周囲に丸みを作っておく。
使い方は、人体挿入時には、図８（ａ）の如くしておき、患部到達時に図８（ｂ）の如く移動させて使う。

図９は、凍結端子２の途中に操作に便となる操作（タッチ）部２１Ａを設けた実施例を示す。タッチ部２１Ａは手で握れる程度の大きさがあればよく、例えば端子２の直交方向に若干延びたバー形状体である。タッチ部２１Ａによって、凍結端子２の進行、端子自体の回転（Φ）を確実に行える利点がある。このタッチ部にアクチュエーターをつけておくことで、自動化、半自動化の操作が可能となる。
更なる実施例を説明する。
（１）温度特性（温度変化）について。
その具体例を図１２に示す。図１２（ａ）は、凍結ピーク温度と解凍ピーク温度とを同一絶対値Ｔ_１（実際には凍結時−Ｔ_１、解凍時＋Ｔ_１）とした１サイクル例である。両者で熱エネルギーが相殺されることが好ましいため、凍結時と解凍時との（温度）×（時間）で定まる面積は同一面積（Ｓ_１）とする。図１２（ｂ）は、凍結ピーク温度と解凍ピーク温度との絶対値をＴ_１、Ｔ_２（Ｔ_１>Ｔ_２）とした例である。Ｔ_１>Ｔ_２の故に、同一面積Ｓ_１の達成のために、解凍期間を凍結期間よりも大きくとる。尚、１２（ａ）、（ｂ）の変形例として、凍結１回、解凍２回で１サイクルの如き例もありうる。
図１２（ｃ）は凍結と解凍との２サイクル供与例である。３サイクル以上の例もある。
尚、面積を凍結と解凍とで同一としたが、病巣の壊死という目的達成が得られるのであれば、厳密な同一性は必要ない。人間の治療部位には３８℃とかの体温がある故に、かかる体温を考慮して、実際の温度特性を定めることが多い。
かかる種々の温度特性（温度変化）を実現するためには、治療子１００へのヘリウムとアルゴンとの両者のガス供給を、量と時間とをパラメータとして制御すればよい。
（２）温度特性（温度変化）の実現化及びガス供給制御法の決定。
i.上記三次元数式データに対して、それぞれを構成する物体の比熱、導伝率などの熱的定数及び体積重量を取り入れた物体形状などの物理的定数を考慮して、その物体の温度の時間変化を決定する。
ii．上記三次元数式データで表される被検体の熱的定数、物理定数を考慮した侵入具到達点周辺の時間に対する温度変化を計算し、設定温度に対する動的変化又は動的変化に至る設定時間を決定し得る如く定める。
iii．この定めた到達点近傍の熱的時間変化について設定目的の温度変化となる様に侵入具の回転角を決定する。
iv．この到達点物体に複数の侵入具を挿入し、到達点物体及びその近傍周辺の物体の熱的温度の時間変化を決定する。
v．この複数の熱的方向性を有した侵入具が上記決定された幾可学的定数のもとで侵入具が到達点及びその近傍において熱的温度の時間変化を繰り返し、試験操作を行いその結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定しかつ周辺物体の温度分布及び時間変化を決定する。
vi．上記侵入具の先端に装備された熱交換器の発熱、吸熱を切換えるガス流入路のガス切換えスイッチを到達点近傍の定められた温度変化になるようなガス量と供給シーケンス（タイミング）とのガス供給制御法を求める。治療時には、侵入用パラメータに従って穿刺を行い、治療部位到達後には上記ガス供給制御法によってガス供給を行う。

図１３は、温度特性を考慮した処理フローを示す。図１に比べて、ステップＳ_４とＳ_６との間に新たなステップＳ_８、Ｓ_９、Ｓ_１０を付加した。ステップＳ_８では、前述の温度特性の決定、及びそれに基づくガス供給制御法の算出を行う。ステップＳ_９はステップＳ_４、Ｓ_８で算出したパラメータ、温度特性、並びにガス供給制御法に基づく治療シミュレーションを行う。シミュレーションの結果、治療効果がないとの判定であればステップＳ_４へ戻る。治療効果があるとの判定であればステップＳ_１０へ進み、最終決定を行う。

図１０は凍結端子の具体例図である。４０が凍結端子本体であり、熱伝導性の低い素材、例えば金属より成り、その内部には、熱交換機構４１を持つ。切替バルブ５を介して高圧ガスが流入し、その先端開放部４２から本体４０の内側に放出し外部へ排気を行う。尚、３１、３２は各ガス毎のコックである。

図１１は、治療装置５０の全体構成例図である。治療装置５０は、ＣＴスキャナ５１、画像処理装置５２、表示部５３、操作部５４、駆動制御部５５、計画部５６、治療子５７、ガス供給部５８、監視部５９、を具える。

ＣＴスキャナ５１と画像処理装置と、表示部５３と操作部５４とは、本来のＣＴ装置である。このＣＴの装置を利用して事前に複数の断層像を取得し、三次元画像を形成しておく。複数の断層像から、更にその隙間を埋め合わせるための補間画像を三次元画像として利用する例もある。

ＣＴ装置５１は、穿刺動作時のリアルタイムＣＴ画像を得るのにも利用する。そしてこのリアルタイム画像は、監視部５９での治療子５７の穿刺動作をも併せて重ねて得ており、穿刺の追跡監視・治療監視に利用する。
計画部５６は、事前に得た三次元画像データに基づいて、又はこれと治療子５７の形状（及び又は構造）データとに基づいて穿刺開始位置、治療部位、その治療子の進行ルートの決定をデータ処理にて行い計画データを作成する。

駆動制御部５５は、計画部５６の計画データに基づいて治療子５７の移動等の駆動制御並びにガス供給部５８の供給制御を行い、凍結と解凍との交互動作を行う。
監視部５９は、駆動制御の監視を行う。監視には、ＣＴ画像による監視と制御の仕組みの監視とがある。監視部５９は、表示部５３が兼務してもよい。

以上は、治療子の例であるが、前述の他の侵入具でも、本発明の基本的な考え方は適用できる。
尚、金属管を二重管としたが、一重管の例もある。更に金属管の他に硬質プラスチック管の例や他の素材例もあり得る。

本発明の処理フローである。三次元画像例図である。輪郭モデルと治療子の進入例と治療パラメータの説明モデル図である。本発明の治療子の説明図である。本発明の金属管の他の形状を示す図及び熱特性図である。本発明の金属管の他の形状を示す図及び熱特性図である。方向性の形状を持つ治療子による治療説明図である。本発明の金属管の他の構成を示す図である。本発明の治療子例を示す図である。本発明の凍結端子の具体例を示す図である。本発明の治療装置例を示す図である。本発明の温度変化図を示す。本発明の温度特性に基づく処理フロー例図を示す。

符号の説明

１一重又は二重の金属管
２凍結端子
１００治療子
２０、２１、２２突起形状部
３０加動片

Claims

被検体の撮影で得た断層像を重ねて得られる三次元画像データから三次元の輪郭抽出を行い、この輪郭抽出データから三次元の輪郭を表す三次元数式データを求め、この三次元数式データと被検体侵入具の形状を表す数式データとから、被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定するものとした医療装置。
上記三次元数式データに対して、医療時の被検体の姿勢等の被検体変動補正を行い、この補正後の三次元数式データと被検体侵入具の形状を表す数式データとから、被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定するものとした請求項１の医療装置。
上記三次元数式データに対して、それぞれを構成する物体の比熱、導伝率などの熱的定数及び体積重量等の物体形状を取り入れた物理的定数を考慮して、その物体の温度の時間変化を決定するものとした請求項１，２のいずれかの医療装置。
請求項１〜３のいずれかの被検体変動補正を行なったデータを元に被検体への侵入位置、侵入具の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルートを定めて試験操作を繰り返し行ない、その結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを変更決定し得ることの出来る医療装置。
上記侵入具は、治療具、組織採取具、薬剤注入具のいずれかを含むものとした請求項１〜４のいずれかの医療装置。
上記侵入具は、形状に方向性を持つもの、又は方向性を持たないものの、いずれかとする請求項１〜５のいずれかの医療装置。
上記侵入具は、形状に方向性を固定的な構造物でもつもの、可動的な構造物でもつもの、いずれかとする請求項１〜７のいずれかの医療装置。
請求項５〜７のいずれかの侵入具の先端に熱交換器を備え請求項１〜３のいずれかの三次元数式データで表される被検体の熱的定数、物理定数を考慮した侵入具到達点周辺の時間に対する温度変化を計算し、設定温度に対する動的変化又は動的変化に至る設定時間を決定し得る如く定めた医療装置。
請求項７の侵入具に請求項８で定めた到達点近傍の熱的時間変化について設定目的の温度変化となる様に侵入具の回転角を決定し得る事を特徴とした医療装置。
請求項８における到達点物体に複数の侵入具を挿入し、到達点物体及びその近傍周辺の物体の熱的温度の時間変化を決定し得る如き特徴を持った医療装置。
請求項９において構成される複数の熱的方向性を有した侵入具が請求項１〜３で決定された幾可学的定数のもとで侵入具が到達点及びその近傍において熱的温度の時間変化を繰り返し、試験操作を行いその結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか１つを求め決定しかつ周辺物体の温度分布及び時間変化を決定し得る事を特徴とした医療装置。
請求項７〜１１のいずれかにおいて侵入具の先端に装備された熱交換器の発熱、吸熱を切換えるガス流入路のガス切換えスイッチを到達点近傍の定められた温度変化を決定する様に定めたタイミングで始動切換え、停止を操作制御出来る様に定めた医療装置。