JP6641375B2 - アブレーションツールに結合されるようになった術中検出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、生物学的組織、特に癌性腫瘍の外科的治療の補助に関する。

癌の外科的治療の補助は、現在、幾つかの技術に基づいている。

「術前イメージング法」と呼ばれる第１の術式では、手術前に、外科医は、切除されるべき組織部分の存在場所をできるだけ十分に突き止めるために治療されるべき組織野のイメージを作る。

腫瘍の存在場所の事前突き止めは、Ｘ線トモグラフィまたはＩＲＭによって、例えば、腫瘍状ボリュームの正確な解剖学的トポグラフィを得、かくして最も適切な進入路を選択するために用いられる。機械的定位案内または光案内と結合されると、術前存在場所突き止めにより、より狭く定められ、したがって外傷性の低いアクセス経路が特に深部病変の場合に得られる。

神経外科では、この技術は、腫瘍の近くに位置する機能的脳区域を正確に識別するために外科的処置の前に用いられる機能的等温残留磁気（ＩＲＭ）イメージング装置の使用によって補完されるのが良い。この情報に基づいて、次に、外科医は、切除されるべき区域の広がりを最適化する一方で更に術後罹患率のリスクを最小限に抑えることができる。

術前イメージ法は、より正確でありかつ侵襲性の低い外科的処置の導入を可能にした。

しかしながら、これらの技術には、性能および人間工学的設計の面で制約がある。特に、これら技術は、小さな腫瘍およびこれらの転移性播種（もしあれば）の存在場所の突き止めを必要とする操作に不向きである。

加うるに、外科的処置中における組織（特に、脳内の組織）の変位が手術前に行われた病変の存在場所を既に利用できない状態にする場合が多い。

第２の術式によれば、外科医は、手術中に組織検体を採取し、そしてこれら検体を即座に分析して外科医の手術手技の質を保証するようにする。

組織検体の正確な解剖病理学的診断を利用するこれら技術は、非常に信頼性が高いという利点を有する。

しかしながら、かかる技術は極めてコスト高である。

加うるに、検体からの診断結果を得るのに必要な時間は、外科的処置の時間を著しく増加させる場合がある。

術前イメージ法および組織検体採取法と関連した欠点があると仮定した上で、「術中法」と呼ばれる第３の術式が現れた。これら技術は、手術室内で役立ち、かくして医師が腫瘍切除または生検の辺縁をより正確にかつリアルタイムに決定するのを助けることによって外部イメージャを補完する適当なモニタリングツールを採用している。

２系統の術中法が現在研究されている。「解剖学的術中法」と呼ばれる第１の技術系統は、標準型解剖学的イメージングシステム、例えば光学内視鏡検査システム、超音波エコー診断法Ｘトモグラフィまたは等温残留磁気法（ＩＲＭ）に基づいている。「機能的術中法」と呼ばれる第２の技術系統は、超小型化システムにより組織により放出される信号の検出に基づいている。かかる信号は、組織中に存在しかつ探している腫瘍病変に特有の放射性トレーサまたは蛍光分子によって放出される粒子または放射線である。

解剖学的術中法によれば、外科医は、自分の行為を誘導するために、原理が臨床診断部門で用いられている解剖学的イメージング装置と同一であるが寸法および人間工学的性質の面における特徴が手術室での使用に適合させた解剖学的イメージング装置を用いる。

術前検査の補完手段として、主として手術室内では、外科的処置中における組織の変位と関連した存在場所の誤差を是正して生検手技を誘導するために低磁界ＩＲＭおよびＸ線トモグラフィが用いられる。解剖学的イメージングシステムは、事実、かかる外科的処置の実施前に作られたイメージをリアルタイムで繰り返し、その結果として、解剖学的構造のディストーションをリアルタイムでモニタするために用いられている。かくして、グリオーマの手術のための術中ＩＲＭの評価結果の示すところによれば、これらの技術により術前イメージに用いる定位誘導のみを用いた手技と比較して、腫瘍切除の広がりの識別を向上させることができる。

超音波エコー診断法もまた、腫瘍の外科的処置を助けるために手術室で用いられる。この技術は、低磁界ＩＲＭまたはＸ線トモグラフィの場合よりも導入するのに費用が非常に安いという利点を有する。術中超音波エコー検査法の主要な利用分野は、触診できない乳房の腫瘍および肝臓の腫瘍の存在場所の突き止めである。より一般的に言えば、この技術は、特に、深部病変の正確な存在場所の突き止めに適している。

機能的術中法によれば、外科医は、探している腫瘍状病変の組織学的または生理学的もしくは代謝性挙動に特有の放射性トレーサまたは光線を検出するのに適した超小型化検出装置を用いる。臓器の機能は、その構造の前に阻害される場合が多いので、したがって、これら技術は、健常な組織を癌性組織から識別するためには解剖学的術中法よりも理論的には敏感でありかつ特異的である。

かくして、術前検査によって識別された辺縁を越える腫瘍切除の広がりの識別を容易にすることが可能であり、この場合、組織検体の即時検査の結果を待つ必要はない。

これら検査はまた、外科医を腫瘍の組織学的性質を判定するために組織の関連の領域に誘導することによって生検の診断学的精度を高めるために使用できる。

一般に、用いられる検出操作の超小型化によっても、手術室内における機能的術中法の利用が容易になり、と言うのは、これは、高価でありかつしかも制限のある解剖学的術中法と比較して、外科的プロトコルを僅かしか変更しないからである。

種々の計数型または機能的術中イメージング装置が開発された。幾つかは現在でも市販化されている。しかしながら、これら装置は、幾つかの器械上および方法論上の問題点があることは注目に値する。それ以後、現在において、腫瘍状組織の存在場所の突き止めおよびそれと同時の切除を可能にする機能的術中イメージングシステムは存在していない。現行のプロトコルは、順次用いられる２つの互いに異なるツール、すなわち、検出システム（プローブ、顕微鏡）および切除ツール（超音波吸引器具または電気ランセット）を組み合わせている。この分離により、イメージ上で識別された腫瘍の位置と創傷中のその実際の位置との間には相関誤差が生じ、したがって、特に解剖学的存在場所の突き止めが行われない場合には切除手技の精度が低下する。機能的術中器具の他方の問題点は、全部ではなく、したがって結果として無視できないほどの数の偽陰性をもたらすこれらの特有の性質（用いられるトレーサと関連している）に関連している。

本発明の一目的は、外科医が先行技術の器具を用いた場合よりも良好な精度および高い迅速さでアブレーションを行うことができるようにすることにある。

この課題は、本発明との関連において、請求項１に記載されているように術中プローブを用いて切除ツールを案内することによって解決される。

検出ヘッドは、外科医が検出操作と腫瘍アブレーション操作を単一の手技でしかも単一の器械で実施することができるよう切除ツールに結合されるようになっている。

かくして、腫瘍状組織のより正確な存在場所の突き止めが達成され、その理由は、プローブの信号から得られた腫瘍の位置と手術創傷中のその実際の位置との間の相関誤差がなくされるからである。

また、放射線トレーサの濃度と蛍光分子の濃度を同時に測定することができるようにすることにより、これら２つの方法によって収集された情報の補完性から利益を受けることができ、したがって腫瘍検出の特異性を補強することができる。

有利には、光励起信号に応答して組織野中の蛍光分子により放出される信号を測定する本発明のプローブはまた、組織による光励起信号の反射によって得られる光信号を測定する。特異性が更に一層高められる。

組織によって放出される信号を記録する検出ヘッドにより、外科医は、治療した組織野をリアルタイムで観察することができる。

有利には、プローブをニューロナビゲーション（neuronavigation）システムに結合して外科医が腫瘍および術前ＩＲＭ中に識別された種々の脳構造に対するプローブの位置を視認することができるようにすることが可能である。

加うるに、プローブを種々の外科的プロトコルの固有の制約ならびに組織によって放出される種々の信号に適合させるために検出ヘッドを種々の特性を備えた検出ヘッドに容易に置き換えることができる。

プローブは、脳および脊髄を含む中枢神経系の腫瘍の外科的切除に特に適している。事実、単に任意他の癌に留まらず、この病理学的状態の外科的処置の精度は、患者の生命予後および機能的予後を決定する。

プローブは、請求項２〜２０の特徴を備えることができる。

本発明はまた、切除ツールおよび切除ツールを案内するための請求項１記載の術中プローブを有する請求項２１記載の用手ツールに関する。

最後に、本発明は、請求項２２記載のシステムに関する。このシステムは、請求項２３の特徴を備えることができる。

本発明の他の特徴および他の利点は、例示に過ぎずかつ本発明を限定するものではなく、しかもそして添付の図面を参照して読まれるべき以下の説明から明らかになろう。

本発明の一実施形態に従って生物学的組織の外科的処置のためのセットを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態としての術中プローブの検出ヘッドの概略正面図である。 本発明の一実施形態としての術中プローブの検出ヘッドの概略断面側面図である。 図３の実施形態の変形例としての術中プローブの検出ヘッドの概略断面側面図である。 本発明の第１の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第１の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第２の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第３の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第４の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第５の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第６の実施形態としてのプローブの連結コンポーネントの概略断面側面図である。 本発明の第７の実施形態としてのプローブを概略的に示す図である。

図１では、図示の生物学的組織の外科的処置のためのセットまたはシステムは、切除ツール１、術中プローブ２、および分析機材３を含む。

切除ツール１は、把持部品１１および切除部品１２を有している。切除ツール１は、例えば、腫瘍状組織を切除するためにグリオーマの外科的処置中に特に用いられる超音波吸引装置である。超音波吸引装置の場合、切除部品１２は、超音波の放出および粉砕した組織の吸引のための管１２１２を含む。

術中プローブ２は、臨床使用のための一部をなす検出ヘッド２１を有する。検出ヘッド２１は、切除ツール１にしっかりと取り付けられるようになったエンドセクションの形態を取っている。

検出ヘッド２１は、全体として円筒形の形をした本体２１１、本体２１１の内部を延びる検出光ファイバの束２１２、連結コンポーネント２１９および締結具を有する。

分析機材３は、光源３０、再使用可能な伝送要素３１および分析機器３２を含む。

光源３０は、レーザまたは灯３０１および励起フィルタ３０２を含む。レーザまたは灯３０１は、光を連続光線または制御された長さの光パルスの形態で放出するようになっている。フィルタ３０２は、レーザまたは灯３０１によって生じた光を濾波するとともに治療されるべき組織中に含まれている蛍光分子を励起するようになった波長を備える光子を含む励起信号を伝送するようになっている。つぎに、蛍光分子は、蛍光光信号を放出し、この蛍光光信号の波長は、励起信号の波長とは異なっている。蛍光は、短い波長の光励起信号によって励起された放出中の蛍光分子から来る通常は可視または赤外光の形態をした電磁放射線である。蛍光放射線は、励起が止まると、突然やむ。

図１〜図３に示されているように、検出ヘッド２１は、本体２１１および本体２１１の長手方向において本体２１１内に位置する検出光ファイバの束２１２を有する。

本体２１１は、全体として管状の形状をしている。本体２１１は、金属、例えばステンレス鋼または外科的処置と適合性のある任意他の材料で作られた円筒形の壁２１１１および中央チャネル２１１２を有する。壁２１１１は、検出光ファイバの束２１２を包囲している。束２１２の光ファイバは、中央チャネル２１１２周りに分布された状態で配置されていて中央チャネル２１１２に実質的に平行に位置している。

光ファイバの束２１２は、光線を検出する複数のファイバ２１２１、すなわち、１本の励起ファイバ２１２２、複数の放射線トレーサ検出ファイバ２１２３、および複数の制御ファイバ２１２４を含む。

ファイバ２１２１，２１２２，２１２３は、本体２１１の端面２１１３と連結コンポーネント２１９との間に位置している。より正確に言えば、ファイバ２１２１，２１２２，２１２３の端は、表面２１１３と面一をなしている。

光線を検出するファイバ２１２１は、透明なファイバで構成されている。これらファイバ２１２１は、生物学的組織によって放出された光信号を受け取ってこれを案内するようになっている。

励起ファイバ２１２２もまた、透明なファイバで構成されている。このファイバ２１２２は、源３０によって生じた光励起信号を生物学的組織の方向に案内してこの組織中に含まれている蛍光分子を励起するようになっている。

放射性トレーサ検出ファイバ２１２３は、閃光放射端部分２１２５および主要な透明部分２１２６を有し、閃光放射端部分２１２５は、例えば加熱によって主要透明部分２１２６に融着されている。閃光放射端部分２１２５は、放射性トレーサによってあらかじめマーク付けされた組織によって放出される放射性β粒子（β⁺粒子またはβ^-粒子）と相互作用してこれら放射性β粒子を光信号に変換するようになっている。主要部分２１２６は、端部分２１２５によって放出された光信号を案内するようになっている。

閃光放射部分２１２５は、代表的には、約１ｍｍの長さを有し、透明部分２１２６は、代表的には、約１０ｃｍの長さを有する。閃光放射部分２１２５および透明部分２１２６は、代表的には、１．５ｍｍオーダの直径を有する。

制御ファイバ２１２４は、制御ファイバ２１２４がβ粒子に対してブラインドに（不感に）されていることを除き、放射性トレーサ検出ファイバ２１２３と同一である。より正確に言えば、制御ファイバ２１２４は、本体２１１の端面２１１３の下に位置し、したがって、制御ファイバ２１２４の端は、約４００μｍの厚さを有する金属層によって遮られている。

放射性トレーサ検出ファイバ２１２３および制御ファイバ２１２４は、β⁺粒子の消滅後に組織によって放出される５１１電子ボルト（ｅＶ）のγ線に対して敏感である。このγ線は、β⁺粒子の検出する際のバックグラウンドノイズとなる。制御ファイバ２１２４により、ファイバ２１２３によって測定された信号からγ線を差し引く目的でγ線を定量化し、かくして、β⁺粒子のみに起因する信号を得ることができる。

γ線の正確な定量化を可能にするため、プラスチックシンチレータに代えて無機シンチレータ、例えばセリウムをドープしたルテチウムオキシオルトシリケート（ＬＳＯ）を用いるのが良く、このＬＳＯは、高い密度を有し、したがって、γ線に対して良好な検出効率を示す。

検出束２１２の光ファイバ２１２１，２１２２，２１２３，２１２４が埋め込まれた壁２１１１は、これらファイバのスクリーンを構成する。このスクリーンは、ファイバを周囲光および横からまたはファイバ２１２３の後部を介して閃光放射部分２１２５に到達する場合のある寄生β粒子から隔離する。

図４は、検出ヘッド２１の変形例を示している。この変形例では、検出ヘッドのファイバ２１２１，２１２２は、本体２１１の端面２１１３までは延びていない。より正確に言えば、ファイバ２１２１，２１２２は、表面２１１３の下に位置している。検出ヘッド２１は、各ファイバ２１２１，２１２２と関連した光学素子２１２７を有し、この光学素子は、組織から来た光を光ファイバ２１２１に集束させるとともにファイバ２１２２から来た光を組織に集束させる。各光学素子２１２７は、例えばマイクロレンズを含む。入射光の集束により、局所光濃度を増大させることができ、その結果、治療セットの感度を高めることができる。加うるに、マイクロレンズにより組織から光を集めることにより、治療セットの空間分解能が向上する。

術中プローブ２は、このプローブを用手切除ツールに取り付ける締結具を更に有する。

術中プローブ２は、光検出ユニット２９および伝送器３１を更に有する。

光検出ユニット２９は、複数の光検出器３１１を含み、この光検出ユニットは、電力信号を各光検出器３１１に供給するバッテリ６０を有する。このバッテリ６０は、検出ヘッド内に配置されるのが良い。変形例として、検出ヘッドは、バッテリを含む外部電源に接続される。変形例として、バッテリは、検出ヘッド内には設けられない。

各光検出器３１１は、束２１２の少なくとも１本のファイバ２１２１または２１２３または２１２４に結合される。

各光検出器３１１は、これが受け取る光信号を単一ピクセルを表す電気信号に変換するようになっている。したがって、光検出ユニット２９は、光検出ユニット２９内に設けられた多くの光検出器３１１と同数のピクセルを生じさせる。

各光検出器３１１は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）であるのが良く、これは、極めてコンパクトな検出器である。

伝送器３１は、光検出ユニット２９によって生じた電気信号を受け取り、そしてこれら電気信号によって伝達される情報を分析機器に伝送するようになっている。

図５Ａおよび図５Ｂは、プローブ２の第１の実施形態を概略的に示している。

この実施形態では、術中プローブ２は、検出ヘッドに連結可能な取り外し可能部品を含む。

取り外し可能部品は、連結コンポーネント３１９、光検出ユニット２９および伝送器３１を含む。

連結コンポーネント２１９，３１９は、検出ヘッド２１の検出光ファイバ束２１２と取り外し可能部品の光検出ユニット２９の接続を可能にするようになっている。

図５Ａでは、連結コンポーネント２１９，３１９は、互いに取り外される。

連結コンポーネント２１９は、検出ファイバ２１２１，２１２２，２１２３，２１２４が埋め込まれた本体２１９１を有する。本体２１９１は、平らな連結表面２１９２を有する。ファイバ２１２１，２１２２，２１２３，２１２４の端は、連結表面２１９２と面一をなしている。

同様に、連結コンポーネント３１９は、少なくとも１本の伝送ファイバ３１２２が埋め込まれた本体３１９１を有する。本体３１９１は、平らな連結表面３１９２を有する。光検出器３１１は、連結表面３１９２と面一をなしている。その上、各伝送ファイバ３１２２の端は、平らな連結表面３１９２と面一をなしている。

本体２１９１は、連結表面２１９２から突き出た連結スタッド２１９３を有する。本体３１９１は、連結表面３１９２から後へ延びる連結オリフィス３１９３を有する。スタッド２１９３は、連結コンポーネント２１９，３１９を方向付けるためにオリフィス３１９３中に挿入されるようになっている。加うるに、スタッド２１９３およびオリフィス３１９３は、スタッド２１９３がオリフィス３１９３中に挿入されると、連結表面２１９２が連結表面３１９２に接触するとともにファイバ２１２１の端がファイバ３１２２の端に接触してファイバを互いに連結するよう配置されている。各ファイバ２１２１，２１２２，２１２４の端はまた、各光検出器３１１の頂面に接触する。

プローブは、連結コンポーネント２１９，３１９を互いに係合状態に保持するようになったロックコンポーネント４１９を更に有するのが良い。各ロックコンポーネントは、Ｕ字形であり、各ロックコンポーネントは、２つの枝部４１９１，４１９２を有する。各枝部４１９１，４１９２はそれぞれ、各自由端部のところに、突出部４１９４，４１９５を有する。

連結コンポーネント２１９，３１９の各々は、それぞれ、切欠き２１９４，３１９５を有する。

ロックコンポーネント４１９は、連結コンポーネント２１９，３１９が相互係合状態にあるときにこれら連結コンポーネントを互いに抱きしめるように構成されている。この目的のため、コンポーネント２１９，３１９は、ロックコンポーネント４１９の枝部４１９１，４１９２相互間に挿入される。突出部４１９４，４１９５が設けられていることにより、弾性変形により枝部４１９１，４１９２の相互離隔が生じる。つぎに、突出部４１９４，４１９５は、枝部４１９１，４１９２の弾性戻りによって切欠き２１９４，３１９５中に挿入されるようになっている。

光検出器ユニット２９の各光検出器３１１は、単一のファイバ２１２１または２１２３または２１２４に結合される。一例として、図５Ａは、ファイバ２１２３に結合された第１の光検出器、ファイバ２１２１に結合された第２の光検出器、およびファイバ２１２４に結合された第３の光検出器を示している。

この実施形態では、伝送器３１は、集積回路３１０および伝送ケーブル３１２を有する。

集積回路３１０は、伝送ケーブル３１２と光検出ユニット２９との間でコンポーネント３１９内に埋め込まれている。図５Ａおよび図５Ｂでは完全には見えないが、集積回路３１０は、光検出ユニット２９の各光検出器に接続されている。

集積回路３１０は、光検出ユニット２９の各光検出器によって送り出された電気信号を受け取るようになっている。受け取られた各電気信号は、この集積回路によって伝送ケーブル３１２の対応の導線上に送られる。かくして、伝送ケーブル３１２は、複数のピクセルを表す複数の電気信号を伝送することができる。

集積回路３１０は、少なくとも１つの温度センサ６１（例えば、光検出器１つ当たり１つの温度センサ）および電力管理回路６２を更に有するのが良い（例えば、これらに結合されるのが良い）。

各温度センサ６１は、光検出器３１１のうちの少なくとも１つの温度を検出するようになっている。

電力管理回路６２は、バッテリ６０および各温度センサ６１に接続されている。電力管理回路６２は、バッテリ６０により所与の光検出器３１１に供給される電力信号を所与の光検出器３１１と関連した温度センサ６１によって検出された温度に基づいて調節するようになっている。例えば、バッテリ６０によって光検出器３１１に供給される電圧を調節すると、光検出器の挙動を経時的に安定化することができる。

伝送ケーブル３１２は、多数の導電線を有する。伝送ケーブル３１２は、分析機器３２に接続されている。伝送ケーブル３１２は、代表的には、検出ヘッド２１から来た電気信号を術野の外側に配置された分析機器３２に送るために２メートルの長さを有する。

図５Ｂでは、連結コンポーネント２１９，３１９は、相互係合状態に置かれており、ロックコンポーネント４１９が連結コンポーネント２１９，３１９相互係合状態に保持している。プローブのこの構成の元で、ファイバ２１２３の端は、第１の光検出器と接触状態にあり、ファイバ２１２１の端は、第２の光検出器と接触状態にあり、ファイバ２１２４の端は、第３の光検出器と接触状態にある。

図１で理解できるように、１回使用検出ヘッド２１は、切除ツール１に取り外し可能な仕方で取り付けられるようになっている。この目的のため、ツール１の切除部品１２は、検出ヘッド２１中に挿入されるようになっている。より正確に言えば、切除ツール１の吸引ツール１２１２は、吸引ツール１２１２の吸引端が検出ヘッド２１の端面２１１３と面一をなすよう検出ヘッド２１のチャネル２１１２中に挿入されるようになっている。

第２に、連結コンポーネント２１９，３１９は、検出光ファイバの束２１２を光検出ユニット２９に光学結合するために相互係合状態に置かれるようになっている。連結コンポーネント２１９，３１９は、取り外し可能な連結コンポーネントである。これにより、容易な手作業による連結および連結解除が可能である。

したがって、１回使用検出ヘッド２１は、別のヘッドで容易に置き換え可能である。

連結コンポーネント２１９，３１９を係合させると、検出ヘッドの励起ファイバ２１２２が伝送ケーブル３１２の伝送ファイバ３１２２に接続される。

伝送ファイバ３１２２は、それにより源３０によって放出された励起放射線を治療されるべき組織に案内するよう第１に源３０に接続され、第２に励起ファイバ２１２２に接続されている。

分析機器３２は、第１の収集ユニット３２３、第２の収集ユニット３２４およびＰＣ３２５を含む。

ファイバ２１２３およびファイバ２１２４に結合された検出器からの情報を伝達する伝送ケーブル３１２の導線は、第１の収集ユニット３２３に接続されている。

第１の収集ユニット３２３は、前置増幅エレクトロニクス３２３２および増幅エレクトロニクス３２３３を含む。

前置増幅エレクトロニクス３２３２および増幅エレクトロニクス３２３３は、伝送ケーブル３１２によって伝送される電気信号を統合し、次にこれらを増幅するようになっている。つぎに、ユニット３２３は、アナログ信号をＰＣ３２５に送ってこれらアナログ信号のディジタル化および処理を行うようになっている。

ファイバ２１２１に結合された検出器からの情報を伝達する伝送ケーブル３１２の導線は、第２の収集ユニット３２４に接続されている。

第２の収集ユニット３２４は、第１の変換エレクトロニクスユニット３２４１および光子計数エレクトロニクスユニット３２４２を含む。

第１の変換エレクトロニクスユニット３２４１は、ディジタル信号の状態で伝送ケーブル３１２から受け取ったアナログ電気信号を統合し、増幅し、そして変換するようになっており、その目的は、ＵＳＢケーブル３２４３を介するＰＣ３２５への直接伝送を可能にすることにある。

光子計数エレクトロニクスユニット３２４２は、伝送ケーブル３１２によって運ばれる電気パルスに基づいて蛍光光子を計数してこれら蛍光光子の通過時間を測定するのに適している。通過時間は、源３０によって組織の励起時間に対して測定される。

光子計数ユニット３２４２は、例えばＵＳＢケーブルを介してＰＣ３２５に接続されており、その目的は、光子計数ユニットによって計数されるとともに測定されたデータをＰＣ３２５に直接伝送することができるようにすることにある。

ＰＣ３２５は、ディジタル化・計算ユニット３２５１およびディスプレイスクリーン３２５２を有する。ディジタル化・計算ユニット３２５１は、ユニット３２３，３２４によって生じた信号を受け取ってこれらを処理するようになっている。ディジタル化・計算ユニット３２５１はまた、ディスプレイスクリーン３２５２を制御するようになっている。

つぎに、説明したばかりの外科的治療セットの使用および作用について説明する。

手術前に、外科医は、手術創および治療されるべき腫瘍のタイプに適した検出ヘッド２１を選択する。

外科医は、吸引ツール１２１２を検出ヘッド２１のチャネル２１１２中に挿入することによって検出ヘッド２１を切除ツール１に取り付ける。

つぎに、外科医は、連結コンポーネント２１９，３１９によってファイバ束２１２，３１２を互いに接続する。

手術の際、外科医は、腫瘍の目に見える部分の切除を実行する。

つぎに、外科医は、プローブ２の端を手術創中に挿入する。より正確に言えば、外科医は、検出ヘッド２１の端面２１１３が治療されるべき組織区域に向いた状態で位置決めされるようプローブ２を位置決めする。外科医は、検出ヘッド２１によって手術創を脇へどけて検出ヘッド２１を複数の連続した位置に位置決めする。ヘッド２１の各位置について、外科医は、端面２１１３に向いた組織区域から放出される信号のマッピングを作る。検出ヘッド２１の各位置について、マッピングの収集時間は、数秒を超えない。

術中プローブにより、最初に、粒子放出放射性腫瘍状トレーサを検出することができる。

組織野によって放出されたβ粒子がファイバのうちの１本２１２３によって受け取られると、ファイバ２１２３の閃光放射部分２１２５は、光信号（パルス）を発生させ、この光信号は、検出ファイバ２１２３の透明な部分２１２６によって案内される。

光信号は、対応の光検出器に案内される。この光検出器は、振幅が光信号の強度に比例する電気信号（電気パルス）を発生させ、この電気信号は、ピクセルを表す。

この電気信号は、集積回路３１０を介して伝送ケーブル３１２の対応の導線に伝送され、この伝送ケーブルは、この電気信号を収集ユニット３２３に送る。

収集ユニット３２３は、β粒子またはガンマ線によって影響を受けたファイバ２１２３と関連している数および閃光放射部分２１２５内に堆積したエネルギーを供給する。収集ユニット３２３は、ファイバ２１２３に結合されている光検出器３１１によって生じた電気信号を増幅するとともにこれらをディジタル化し、そして増幅した信号をディジタル化・計算ユニット３２５１に送る。

加うるに、制御ファイバ２１２４は、組織によって生じたγ線にのみ敏感である。

所与の制御ファイバ２１２４が第２の光信号を別の光検出器に案内する。この光検出器は、第２の電気信号（電気パルス）を発生させ、この第２の電気信号は、第２の光信号の強度に比例していて別のピクセルを表示する。

第２の電気信号はまた、伝送ケーブル３１２の専用導線によって収集ユニット３２３に送られる。

組織中のβ⁺粒子の消滅の結果として生じるγ線は、手術創中の腫瘍状病変の存在場所を突き止めるプロセスのためのバックグラウンドノイズとなる。これら信号は、事実、β⁺トレーサの領域から来る場合があり、これら信号は、このβ⁺トレーサの取り付けに対して特異性がありまたは特異性のない領域から来る場合があり、これら領域は、プローブによって分析される組織区域から極めて遠くに位置する。

γ信号をβ⁺信号から区別するため、外科的処置セットは、以下の特性を有する。

第１の特徴によれば、ファイバ２１２３の閃光放射部分２１２５は、高エネルギーγ線に対してそれほど敏感ではないプラスチック材料で作られている。事実、プラスチック材料は、低密度のものである（典型的には、１．０５ｇ／ｃｍ³であり、このプラスチック材料は、原子数の低い（炭素については多くとも６）元素で構成される）。かくして、¹⁸Ｆのオンオフ源から０．１ｍｍまでのところに配置された直径２ｍｍ長さ１ｍｍの閃光放射プラスチックファイバの模擬γ効率は、同じ構成では、マイクロキュリー当たり毎秒当たり１．７×１０⁴ｃｐｓ／μＣｉのβ⁺効率と比較して、マイクロキュリー当たり毎秒当たり約３００回の衝突分（約３００ｃｐｓ／μＣｉ）である。

しかしながら、脳腫瘍の治療の場合、この放射線は、脳全体から来る場合がある。したがって、β⁺信号に対するγバックグラウンドノイズの貢献の度合いは、閃光放射部分を構成するプラスチック材料の固有の低い敏感性にもかかわらず、極めて高くなる場合がある。

第２の特徴によれば、ディジタル化・計算ユニット３２５１は、閃光放射部分と相互作用した粒子のエネルギーに応じてこれが受け取る信号を選択するようになっている。事実、閃光放射部分と相互作用したγ線のエレクトロスペクトルの理論的研究結果の示すところによれば検出されたγ線のうちの４０％は、０〜１０００ｋＶのエネルギーを発生させ、他方、β⁺粒子のエネルギー分布状態は、０〜５００ｋｅＶである。

したがって、ディジタル化・計算ユニット３２５１は、エネルギーが５０〜１００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）のしきい値よりも高い信号のみを選択するようになっている。

第３の特徴によれば、各放射性トレーサ検出ファイバ２１２３は、制御ファイバ２１２４と関連している。制御ファイバ２１２４は、γ線に対して敏感であるが、β⁺粒子に対しては敏感ではない。ユニット３２５１は、放射性トレーサ検出ファイバ２１２３によって生じた信号に対応する計数から関連の制御ファイバ２１２４によって生じた信号に対応したγ計数を差し引くようになっていて、その目的は、β⁺信号だけの測定値を得ることにある。

この点に関して注目されるように、数本の放射性トレーサ検出ファイバ２１２３がβ粒子に対して敏感な表面２１１３の部分を最適化するよう単一の制御ファイバ２１２４と関連するのが良い。

ディジタル化・計算ユニット３２５１は、検出ヘッド２１のファイバ２１２３のところでの放射線トレーサ濃度測定値に対応したパルスの計数を健常な組織だけで構成された手術創の区域内であらかじめ測定された基準計数と比較するようになっている。

測定計数と基準計数の差がしきい値標準偏差よりも大きい（例えば、３超）の場合、ユニット３２５１は、組織野を腫瘍状であると識別することになる。

ディジタル化・計算ユニット３２５１は、スクリーン３２５２に指令を出してこのスクリーンが各ファイバ２１２３によって検出されたβ粒子の数を示す組織野のマッピングを表示するようになっている。

かくして、外科医は、スクリーン３２５２上の治療後の組織区域のイメージをリアルタイムで見ることができ、このイメージは、検出ヘッド２１のファイバ２１２３のところでの放射線トレーサの濃度の分布状態を示している。

術中プローブはまた、蛍光光学法によって腫瘍状組織検出のために用いられる。

かくして、透明なファイバ２１２１は、組織中に存在する蛍光分子がファイバ２１２２によって組織に伝えられた光励起信号によって励起された後、かかる蛍光分子によって放出される蛍光放射線を受け取る。蛍光光線を含む光信号は、透明なファイバ２１２１により、ファイバの近位端と光検出器との間に配置されたフィルタ３１３を通って光検出ユニットの光検出器３１１に案内される。フィルタ３１３は、光ファイバ２１２１によって案内された光信号から特定の波長または特定の波長範囲を選択して濾波後の蛍光信号を生じさせ、この場合、光検出器は、濾波後の信号を受け取るよう配置されている。

光検出器は、振幅が濾波後の蛍光信号の強度に比例する電気信号を発生させる。この電気信号は、最初に、収集ユニット３２４によって受け取られる。

ユニット３２４１は、対応の蛍光の強度および蛍光を集めたファイバ２１２１と関連している数を供給する。変換エレクトロニクスユニット３２４１は、濾波後の蛍光信号をディジタル化し、そしてディジタル化した信号をディジタル化・計算ユニット３２５１に伝送する。ユニット３２４２は、濾波後の蛍光信号の光子の数を供給するとともにこれらの通過時間を測定し、次に、ユニット３２４２は、計数したデータおよび測定した時間を直接ユニット３２５１に送る。

ディジタル化・計算ユニット３２５１は、ファイバ２１２１によって検出された放射線の係数を健常な組織だけで構成された手術創の区域内であらかじめ測定された基準計数と比較するようになっている。これら係数相互間の差が所定のしきい値よりも大きい場合（係数は、例えば基準係数に対して３超の標準偏差を有する）、ユニット３２５１は、組織野を腫瘍状であると識別することになる。

加うるに、ディジタル化・計算ユニット３２５１は、ファイバ２１２１によって検出された蛍光スペクトルの選択されかつ調節可能な波長範囲内の蛍光放射線の強度を健常な組織だけで構成された手術創の区域内であらかじめ測定された基準強度と比較するようになっている。例えば、スペクトルの「赤色」貢献度（６００〜７００ｎｍの波長）が基準スペクトルに対して１００％を超えて大きい場合、ユニット３２５１は、この組織野を腫瘍状であると識別することになる。

加うるに、ディジタル化・計算ユニット３２５１は、ユニット３２４２の信号からの蛍光の減衰時間を計算し、そしてこれらを健常な組織だけで構成された手術創の区域内であらかじめ測定された基準減衰時間と比較するようになっている。測定減衰時間のうちの少なくとも１つが基準時間に対して５０％だけ大きい標準偏差を有する場合、ユニット３２５１は、この組織野を腫瘍状であると識別することになる。

最後に、ディジタル化・計算ユニット３２５１は、装置３２３３，３２４１，３２４２，３２２３によって生じた種々のデータを組み合わせ状態で処理するようになっている。腫瘍状組織の識別は、かくして、相補データに基づいており、これにより、互いに異なるデータの独立した使用による場合よりも信頼性の高い結果が得られる。

特に、腫瘍状区域を示す同一の組織野からの互いに異なる独立パラメータに基づく数個の測定値に関し、しかしながら、基準区域について指定されたしきい値を超えない状態で、ユニット３２５１は、この区域を腫瘍状であると識別することになる。有意な測定値（３を超える標準偏差）が確認されない逆の場合、または有意な測定値が別の測定値と矛盾する場合、ユニット３２５１は、互いの組織の切除を提案することはない。

処理ユニット３２５１は、スクリーン３２５２が各々組織野を表す数個の二次元グラフ図を表示するようスクリーン３２５２を制御する。第１のグラフは、各ファイバ２１２３のところのβトレーサの計数を示している。

ユニット３２５１は、スクリーン３２５２に指令を出して放射線の波長に従って蛍光放射線の強度を表す第２のグラフを提供するのが良い。事前に、外科医は、波長窓を選択しているであろうし、この第２のグラフでは、スクリーン３２５１は、波長が外科医によって選択された窓の下限と上限との間にあるファイバ２１２１のところの蛍光放射線の強度だけを表示することになる。

ユニット３２５１はまた、スクリーン３２５２がファイバ２１２１のところで検出された蛍光分子によって検出される放射線の減衰時間を表示する第３のグラフを表示するようスクリーン３２５２を制御する。

かくして、外科医は、測定した強度およびスクリーン３２５２上の治療後の組織区域に特有のパラメータの空間部分布状態の数個のマッピングをリアルタイムで視認することができる。

スクリーン３２５２は、数個の測定後のマッピングと互いに重ね合わされたマッピングを同時に表示することができる。

スクリーン３２５２はまた、個別的に行われた測定の結果をまとめて示す表を表示するとともに結論を外科医に提供することができる。

スクリーン３２５２によって表示された１つまたは複数のマッピングに従って、外科医は、切除ツール１によって組織区域を切除するかどうかを決断することができる。

プローブ２の第２の実施形態が図６に示されている。

この第２の実施形態は、光検出ユニット２９、フィルタ３１３、集積回路３１０および伝送器３１が検出ヘッドに連結可能な取り外し可能な部品内ではなく検出ヘッド内に埋め込まれているという点で図５Ａおよび図５Ｂに示された第１の実施形態とは異なっている。

プローブ２の第３の実施形態が図７に示されている。

この第３の実施形態は、多くの光検出器を同一のファイバ、例えばファイバ２１２３および／またはファイバ２１２４に結合できるという点で第２の実施形態とは異なっている。

図７に示されている特定の実施例では、２つの光検出器３１１がファイバ２１２３の遠位端と接触関係をなしてプローブの本体内に配置され、他の２つの光検出器３１１がファイバ２１２４の近位端と接触関係をなしてプローブの本体内に配置される。各光検出器は、ピクセルを表す別個の電気信号を生じさせる。

かかる構成は、光検出器の大部分がノイズ、いわゆる「ダークノイズ」を発生させるという点で有利である。２つの別々の光検出器によって生じたダークノイズを相関させることがないので、これらダークノイズの影響を除くには、２つの光検出器によって生じた両方の電気信号を同時に検出するのが良い。かくして、検出しきい値は、極めて低いのが良く、ベータ感度が増大する。

当然のことながら、２つ以上の光検出器をたった１本のファイバに結合することもまた、第１の実施形態に含まれるのが良い。

プローブ２の第４の実施形態が図８に示されている。

第３の実施形態の場合と同様、複数の光検出器を同一のファイバに結合するのが良い。しかしながら、この複数個の光検出器のうちで少なくとも１つの光検出器は、同じファイバの近位端に接触するよう配置され、これに対し、他の少なくとも１つの光検出器は、同じファイバの側面に接触するよう配置される。この構成により、複数の光検出器による光の収集具合が向上する。

プローブ２の第５の実施形態が図９に示されている。

この第５の実施形態は、検出ヘッドが光検出ユニットおよび集積回路３１０を有し、これに対し取り外し可能な部品が伝送ファイバ３１２２の一部分を含んでいるという点で第１の実施形態とは異なっている。

各ファイバ２１２２および対応のファイバ３１２２が別々であり（第１および第５の実施形態に示されているように）または同じファイバの幾つかの部分（第２、第３および第４の実施形態に示されているように）であるのが良いことに注目することができる。

上述した治療セットの全ての変形例では、伝送器３１は、分析機器に接続されたケーブルを有する。

「ワイヤレス実施形態」と呼ばれる図１０に示された別の実施形態では、伝送器は、集積回路３１０に接続されたワイヤレス通信モジュール３１４を有する。ワイヤレス通信モジュール３１４は、集積回路３１０から受け取った電気信号を無線信号に変換するようになっている。ワイヤレス実施形態では、光源３０は、検出ヘッド内に設けられるのが良い。この実施形態では、光源３０は、少なくとも１つのＬＥＤを含むのが良い。光源３０は、３Ｄ位置をコンピュータ計算するために少なくとも３つのＬＥＤを含むのが良い。

分析機器は、無線信号を受け取ってこれを電気信号に変換し、そして電気信号をＰＣ３２５に伝送するようになったワイヤレス通信モジュール３１４０を有する。

両方のワイヤレス通信モジュールは、種々のワイヤレス通信プロトコル、Ｗｉ‐Ｆｉ、ブルートゥース（Bluetooth）（登録商標）などをサポートすることができる。

つぎに図１１を参照すると、プローブは、プローブの３Ｄ位置を位置分析機器（例えば、分析機器３２または別の機器）に伝送する位置伝送器７２を更に有するのが良い。

別の実施形態では、位置伝送器は、ルミネッセント源、例えばＬＥＤを有し、位置分析機器は、ルミネッセント源によって放出された光を示すイメージを捕捉するカメラおよび捕捉したイメージに基づいてプローブの位置を推定するプロセッサを有する。

さらに別の実施形態では、ルミネッセント源に代えて、プローブの表面に付けられるとともに位置分析機器によって知られる所定のマーカが用いられる。したがって、プロセッサは、カメラによって捕捉されたイメージ中のマーカのパターンを検出してこのパターンに基づいてプローブの位置を推定することができる。

位置センサ７１は、検出ヘッド内に配置されても良くまたは検出ヘッドに連結可能な取り外し可能なナビゲーションモジュール内に配置されても良い。

位置センサ７１は、上述の任意の実施形態に設けられるのが良い。

プローブの３Ｄ位置確認により、切除ツールの位置および光ファイバによって生じた放射性または蛍光信号の分布状態のイメージを正確に相関させることができる。実際には、検出光ファイバの空間内での３Ｄ位置が位置センサにより測定されるので、光ファイバによって検出される放射性および／または蛍光信号から識別された腫瘍状組織の真の位置もまた求められる。かくして、外科医は、切除ツールの先端部を腫瘍野に完全に接触させてこれらを除去することができる。また、３Ｄ位置確認により、プローブによって既に動いた空間内の位置を記録することによって全体的な外科的創を探ったかどうかをチェックすることができる。

検出ヘッド２１内における光ファイバの本数および配置状態は、種々の外科的プロトコルの制約条件を満たすよう容易に変更可能であることが注目されよう。

種々の仕様（コンパクトさ、感度、分解能など）を満たすある範囲の互換性のある検出ヘッド２１を提供することによってプローブ２をより汎用性にすることができる。

かくして、検出ヘッドを組織中に存在する蛍光分子の検出のために透明なファイバ２１２１および１本の励起ファイバ２１２２のみ設けることが可能である。

また、１本の放射線βトレーサ検出ファイバ２１２３および１本の制御ファイバ２１２４だけを有する検出ヘッドを提供することが可能である。この種の検出ヘッドは、プローブに極めてコンパクトさを必要とする外科的処置、例えば内視鏡検査または生検下の切除手技に特に適している。

他の極端な場合、放射性トレーサの空間分布状態および２平方センチメートル（ｃｍ²）のオーダの視野における光線のマッピングを実施するために用いられる検出ファイバ２１２１，２１２３の数個の同心層を有する検出ヘッドを提供することが可能である。この種の検出ヘッドは、手術創の迅速な診断的切開または放射性トレーサの高い非特異性固定によって制限される手術を必要とする外科的処置に適している。

計数プローブとは対照的に、治療されるべき組織野のマッピングを作成するオプションにより、事実、バックグラウンドノイズに特有の腫瘍性信号を識別し、したがってＳＮ比（信号対雑音比）を向上させることができ、それにより、ＳＮ比は、病変の周りの組織内に定着しているトレーサの多様性によって悪い影響を受ける場合がある。

上述したこれら２つの極端な形態相互間において、本数および位置決めの面でファイバの中間配置状態を有する検出ヘッドもまた想定できる。

有利には、各ファイバから来た単一の信号の状態のデータを組み合わせるとともに合計すること可能である。次に、プローブが治療されるべき区域のための良好な感度を有するような仕方でこの合計を単一のモノピクセル検出器として用いる。

上述した治療セットは、放射性トレーサの濃度および蛍光分子分布状態の同時測定を可能にする。この関連付けを用いてこれら互いに異なる測定により提供される組織学的、代謝性および分子データの相補性を増大させ、かくして腫瘍の術中検出の効率を高める。

上述したプローブは、小さな寸法のものでありかつ操作が容易であり、かくして手術創の狭い領域（例えば脳腫瘍に関して３〜５ｃｍのオーダの腔）への接近が可能である。

加うるに、プローブは、切開されるべき組織の区域の存在場所の正確かつ迅速な突き止めを可能にする。

事実、切除ツールとの結合により、外科医は、切除ツールの近くに位置する組織野のマッピングをリアルタイムで観察することができ、したがって、最初にこれを区切って単一手技で腫瘍状組織の正確かつ迅速な切除を実施することができる。

最後に、プローブは、先行技術の術式の場合よりも腫瘍の特定の検出を可能にする。事実、数種類のトレーサの検出を組み合わせることにより、治療されるべき組織の性状に関する正確かつ確実な情報を提供することができる。

光励起信号に応答して組織野中の蛍光分子によって放出される信号を測定する本発明のプローブは、有利にはまた、組織による光励起信号の反射から得られる光信号を測定する。

上述の改造例では、極めて小さな直径のマイクロ光ファイバの束が当然のことながら上述した各光ファイバに取って代わることができる。

Claims (18)

1. 用手切除ツールを案内する術中プローブであって、
   検出ヘッドと、
   組織野中の放射性トレーサおよび蛍光分子のうちの少なくとも一方によって放出される信号の受信および案内のための少なくとも１本の光ファイバと、
   前記光ファイバによって案内された前記信号を電気信号に変換する少なくとも１つの光検出器と、
   前記電気信号によって伝達される情報を分析機材に伝送する伝送器と、
   前記信号を放出している前記組織野から組織の一部分を除去するために前記用手切除ツールを適合させるよう前記プローブを前記用手切除ツールに取り付ける締結具とを有し、
   前記検出ヘッドに連結可能な取り外し可能な部品を更に有し、前記検出ヘッドは、前記光ファイバを有し、前記取り外し可能な部品は、前記伝送器を含み、
   前記検出ヘッドは、第１の連結面を有し、
   前記取り外し可能な部品は、第２の連結面を有し、
   前記第１および前記第２の連結面は、前記取り外し可能な部品が前記検出ヘッドに連結されると、前記光ファイバの端および前記光検出器に接触するよう配置されており、
   前記光ファイバの前記端は、前記第１の連結面と面一をなし、前記光検出器は、前記第２の連結面と面一をなしている、術中プローブ。
2. 前記組織を励起する励起光を備えた源を含み、前記伝送器は、ワイヤレス通信モジュールを含む、請求項１記載のプローブ。
3. 前記伝送器は、ワイヤレス通信モジュールを含む、請求項１記載のプローブ。
4. 前記光検出器は、シリコン光電子増倍管を含む、請求項１記載のプローブ。
5. 前記取り外し可能な部品は、前記光検出器を更に含む、請求項１記載のプローブ。
6. 前記取り外し可能な部品は、前記検出ヘッドが前記切除ツールに取り付けられると、前記切除ツールの把持部分に沿って延びるようになっている、請求項１記載のプローブ。
7. 前記第２の連結面は、前記第１の連結面と相補関係をなして結合する、請求項１記載のプローブ。
8. 前記光検出器の温度を検出する温度センサを更に有する、請求項１記載のプローブ。
9. 電力信号を前記光検出器に供給するバッテリおよび前記温度センサによって検出された前記温度に基づいて前記電力信号を調節する回路を更に有する、請求項８記載のプローブ。
10. 前記光ファイバによって案内される前記信号から特定の波長または特定の波長範囲を選択して濾波信号を生じさせるようになったフィルタを更に有し、前記光検出器は、前記濾波信号を受け取るよう構成されている、請求項１記載のプローブ。
11. 前記光ファイバは、前記組織中の前記蛍光分子のうちの少なくとも１つによって放出される蛍光光信号および前記組織によって反射される光信号を案内するようになった透明な光ファイバである、請求項１０記載のプローブ。
12. 同一の光ファイバによって案内される前記信号を２つの電気信号に変換する少なくとも２つの光検出器を有し、前記伝送器は、前記２つの電気信号によって伝達される情報を前記分析機材に伝送するよう構成されている、請求項１記載のプローブ。
13. 前記同一の光ファイバは、前記組織中の前記放射性トレーサによって放出されたガンマおよびベータ放射性粒子と相互作用して第１の光信号を発生させるようになった閃光放射部分を有する光ファイバ、および
    第２の光信号を発生させて案内するようベータ放射性粒子に対して不敏感性にされた制御ファイバのうちの一方である、請求項１２記載のプローブ。
14. 前記少なくとも２つの光検出器のうちの第１の光検出器は、前記同一の光ファイバの端と接触状態にある表面を有し、
    前記少なくとも２つの光検出器のうちの第２の光検出器は、前記同一の光ファイバの側と接触状態にある表面を有する、請求項１２記載のプローブ。
15. 励起信号を前記組織に送って
    前記組織が前記信号を反射するか、
    前記組織中の前記蛍光分子が蛍光信号を放出するかのうちの少なくとも一方が行われるようになった少なくとも１本の透明な光ファイバを有する、請求項１記載のプローブ。
16. 用手ツールであって、切除ツールと、前記切除ツールを案内するための請求項１記載の術中プローブとを有する、用手ツール。
17. システムであって、請求項１記載の術中プローブと、前記電気信号によって伝達される前記情報を受け取って分析する分析機材とを含む、システム。
18. 前記伝送器は、前記分析機材に接続された少なくとも１つの電気導体を有する、請求項１７記載のシステム。

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