JP5685531B2 - コア生検装置 - Google Patents

Description

この発明は、人間または動物の組織から、好ましくは腫瘍または疑腫瘍から組織採取針で組織サンプルを採取するためのコア生検装置であって、腫瘍、特に小さくおよび／または硬い線維質腫瘍を良好に穿通する装置に関する。この発明に従ったコア生検装置は、追加のサンプルを採取するために病変から針を引抜く必要のない、複数の組織サンプルの採取方法にも利用可能である。

コア生検では、たとえばばね荷重生検針を用いて腫瘍組織の組織円筒を取出し、次に組織学によってサンプルを検査する。

近年、たとえばスクリーニングマンモグラフィおよび超音波走査の技術開発によって、より小さい腫瘍の検出が可能になってきている。ほんの数ミリメートルのサイズの腫瘍を検出することも、珍しいことではない。腫瘍の周りの組織はゆるんだ脂肪組織であることが多く、そのため、組織サンプル採取の際、針を正しく位置付けて腫瘍内へと動かすことが困難になる。また、よくあるように腫瘍が硬い、または線維質のものである場合、この問題は悪化する。このため、腫瘍への針の挿入は、それが可能な場合、適切な訓練と長年の専門的実践および技能とをしばしば必要とする。

組織サンプルを採取するために上述のようなばね荷重装置を使用する場合、その後検査され得る疑腫瘍から代表的なサンプルを得るために、１０〜１５以上のサンプルを採取することが必要となる場合がある。ばね荷重装置はまた、通常、針を刺した後、装置を再装填して次の採取部位用に準備をするために、そして装置からサンプルを取出すために、対象部位から引抜く必要がある、という欠点を有する。したがって、この手順は通常、過度の局所出血および痛みといった副作用と関係しており、また、位置付けの問題に起因して採取区域を事前に決定できないという欠点を有しており、そのため、正しい区域からのサンプルを確実にするために必要なサンプルの数が多くなる。

また、別の問題は、この手順が、「汚染された」針を繰返し引抜くことにより、針の管中の腫瘍細胞の著しく増加した拡散（接種）を引き起すおそれがあるということである。また、針が腫瘍を完全に突き刺して腫瘍の反対側に針が現われる場合も、拡散の危険がある。

ＵＳ５５３８０１０ Ａ１は、ばね荷重駆動機構によって順次駆動される針アセンブリを含む、上述のタイプの生検針装置を開示している。この針アセンブリは外側カニューレを含み、それを通ってスタイレットが摺動可能に突出して、診断される組織のコアを切断し、捕らえる。

ＵＳ６４８５４３６ Ｂ１は、単一の穿通から複数の生検コアを取出すための生検針アセンブリを開示している。針装置は対となったスリーブの細長いアセンブリを、そのスリーブの穴に組織の体積を引き込むように外側スリーブの壁にある開いた切込みと共に、含む。

ＵＳ２００４／０１６２５０５ Ａ１は、主に肺癌が疑わしい症例において身体から組織を抽出するための自動化細針生検装置に関する。この装置は、装置に取付けられた細い針を同時に往復および／または回転させて、組織が針に入るようにする。

ＵＳ６７０２７６１ Ｂ１は、針吸引生検などの医療処置で使用するための振動支援針装置を記載している。この針は動作中、その長手方向軸に沿って往復する。

ＵＳ４６４４９５２は、一方向のばね復帰を使用しない、往復シャフトの正の前進運動および負の後退運動のためのカムを含む往復運動用機構が設けられた外科手術機器に関する。

往復運動を用いた公知の細針生検法の想定される欠点は、特に運動が高速運動である場合、往復運動がかなりの歪みを引起す、ということである。

したがって本発明者は、高速運動の時間が制限されている運動の提供が有利であること、特に針の運動がフーリエ級数によって表わされることに気付き、ひいては、小さくおよび／または硬い線維質腫瘍を良好に穿通する改良された装置の必要性を認識した。

さらに、挿入中、針の正確な誘導を提供し、また、針を最初に挿入したときに針が直接、腫瘍からの適切なサンプルが採取され得る場所に達することを確実にする装置、すなわち、周囲の組織および腫瘍の穿通をできるだけ少なくできる装置が必要である。

また、針の挿入中に患者が体験する不快感を減らす装置も必要である。

この発明の目的はしたがって、腫瘍および周囲の組織を穿通するために必要とされる穿通力を減少させ、周囲の組織の穿通中、および腫瘍からのサンプルの採取時に針の正確な位置付けおよび誘導を提供し、同時に、患者が体験する不快感を減らす、人間または動物の組織から、好ましくは腫瘍または疑腫瘍から組織サンプルを採取するためのコア生検装置および方法を提供することである。

この発明の別の目的は、周囲の組織に針を１回だけ挿入し、検査すべき病変内で生検を完全に採取することによる、病変に特有の組織サンプルを複数収集することを保証する装置を提供することである。これは、適切な診断を得るために周囲の組織に針を穿通しなければならない回数を大幅に減少させる。

この発明の目的はさらに、腫瘍および周囲の組織を十分に穿通するために針の十分速い前進運動を提供するものの、その動きは同時に時間が制限されている、装置を提供することである。

この発明の装置のさらに別の目的は、サンプル採取の際に癌が広がるリスクを低くすることである。

これらの目的は、独立請求項の前提部に従った装置によって達成され、独立請求項の特徴部に従った特徴によって提供される。

好ましい実施例は、従属請求項で述べられている。
この発明に従って、人間または動物の組織から、好ましくは腫瘍または疑腫瘍から組織サンプルを採取するためのコア生検装置は、組織採取針が設けられた針保持器部材と、針に長手方向運動を加えるよう適合された長手方向運動手段とを含み、針の運動は往復運動であり、前進運動は後退運動よりも速く、針の遠位端が長手方向の予め定められた圧力を受けると往復運動が開始される。

コア生検装置のこの発明の好ましい一実施例では、長手方向運動手段は、鋸歯状運動を針に加えるよう適合されており、針の前進運動は瞬時に中断され、より遅い後退運動がそれに続き、それぞれの運動中の針の速度は本質的に一定である。

鋸歯状運動は、速い前進運動の時間を制限しつつ、同時に、腫瘍を穿通するために針の十分に速い運動を提供する、という利点を有している。

好ましい実施例における鋸歯状運動はフーリエ級数で表わされてもよく、ここで、適用可能なフーリエ級数は、理論的には以下の式により与えられる。

または、より詳細には、以下の式により与えられる。

［式中、ｆ（ｘ）は時間ｘにおける針の長手方向位置であり、Ｌは針のストローク長である。］
好ましくは少なくとも３つの項を含む、交互の符号を有するこのフーリエ級数を適用することにより、上述の目的が達成されるように針の鋸歯形状の運動が得られる。

この発明における鋸歯状運動はまた、速い前進運動である振幅の急速な上昇と、その後のより遅い後退運動である緩やかな低下とによって表わされてもよい。

鋸歯状運動は、身体組織の影響が最小限に抑えられるという点で有利であると考えられている広範囲の周波数を含む、という利点を有する。

別の実施例では、後退運動は実質的にゼロであり、針はその場合、針保持器部材から徐々にかつ段階的に出される。

好ましくは、この発明のコア生検装置は、長手方向運動を制御するよう適合された制御手段をさらに含む。

この発明に従ったコア生検装置のブロック図である。 この発明の一実施例に従った、針保持器部材から徐々に出される針を示す図である。 この発明の好ましい一実施例に従った長手方向運動手段の簡略化した断面図である。 この発明に関連して使用される例示的な往復運動を示すグラフである。 この発明に関連して使用される例示的な往復運動を示すグラフである。 この発明に関連して使用される例示的な往復運動を示すグラフである。 この発明に関連して使用される例示的な往復運動を示すグラフである。

発明の詳細な説明
図面のうち、最初に図１を参照すると、この発明の好ましい一実施例に従った、人間または動物の組織から、好ましくは腫瘍または疑腫瘍から組織サンプルを採取するためのコア生検装置１が開示されている。装置１は、組織採取針２が設けられた針保持器部材３と、針２に長手方向運動を加えるよう適合された長手方向運動手段４とを含む。針の運動は往復運動であり、前進運動（Ｖ_１）は後退運動（Ｖ_２）よりも速い。装置１は、長手方向運動を制御するよう適合された制御手段５をさらに含み、また、制御手段５に制御パラメータを入力するよう適合された入力手段６が設けられていてもよい。制御手段は好ましくは、入力手段を介してプログラム可能な特注のプログラマブルマイクロコンピュータによって実現される。代替案として、通常のパーソナルコンピュータに運動を制御するための好適なソフトウェアを備えて、使用してもよい。

上述の長手方向運動手段４は、電気モータの使用、圧縮空気の使用、磁力の使用、動水力の使用、または他の手法の使用により、針に往復運動を加えるよう適合されている。

この発明の別の実施例では、前進運動は反復性の運動であり、後退運動は実質的にゼロである。この実施例によれば、図２に示すように、反復性の前進運動中、針２は針保持器部材３から徐々に出される。このため、針２は、採取手順中、前方に送られ、針保持器部材３に対してより一層出されるようになる。後退運動を最小限に抑え、代わりに針２を徐々にかつ段階的に出すことにより、周囲の組織に対する歪みは低減され、それは有利である。

この実施例によれば、針保持器部材は、採取手順中、同じ位置に保持されてもよく、針が次に、サンプルを採取すべき組織の場所まで、組織を通って徐々にかつ段階的に出される。

この発明に従ったコア生検装置は、好ましくは１．２〜３．２ｍｍの範囲の直径を有する生検針、すなわち太い針に特に適用可能である。

針のストローク長Ｌは好ましくは可変であり、往復運動の最大ストローク長Ｌは２〜５ｍｍ、好ましくは３〜４ｍｍである。好ましい往復鋸歯状運動では、ストローク長は運動のピーク振幅に対応している。組織および疑腫瘍の穿通中に針を誘導し、進ませるために、少ないステップで針が前進することは有利であり、この好ましいストローク長は、針を疑腫瘍に向けて十分に少ないステップで前進させる可能性を与える。

コア生検装置における針の運動は、針が組織を穿通しようとしている際に加えられる。往復運動の作動は、針の遠位端が長手方向の力を受けると作動するよう適合されている。

好ましい一実施例によれば、ストローク長は、小さい力が感知されるとストローク長が最小に（ゼロに近く）なり、大きい力が感知されると最大のストローク長が適用されるよう、針の長手および近位方向で感知された力に依存している。この依存性は好ましくは線形であるが、非線形依存性も、たとえばストローク長が二乗の力の値に依存している場合などの革新的な記算法に従って実現可能である。

力は、針の近位端と接続した針保持器部材に配置された圧力センサ（図示せず）によって感知されてもよく、それはたとえば、制御手段に電気的に接続された歪みゲージセンサ、圧電センサ、または任意の他の好適なセンサであってもよい。制御手段は、圧力値を有する圧力信号を受取り、次に、それに応じて動くように長手方向運動手段を介して針を制御するよう適合されている。

図２に関連して上述した反復性の前進運動の実施例では、ストローク長は実在せず、代わりに、各前進運動の長さは２〜５ｍｍであり、好ましくは３〜４ｍｍである。

前進運動の速度は８〜８０ｍ／ｓの範囲にあり、好ましくは約３０ｍ／ｓである。例示的な一例として、ストローク長が３ｍｍとすると、前進運動は７５〜１５０μｓの期間続くであろう。後退運動の速度は、他の再設定機構の影響も受ける、期間に対する理論的下限の設定以外は、この発明の作用にとって重要ではない。好ましい周波数範囲は０．５〜１０Ｈｚであり、すなわち、最後の後退運動と新しいパルスの前進運動との間の待機期間が適切であることもある。

この発明の好ましい一実施例では、コア生検装置には、針の管に配置されたロッド（図示せず）が設けられており、それは組織採取時に取出されるよう適合されている。ロッドは好ましくは、管の内径に関連した直径を有する金属ロッドであり、それは組織採取時に容易に引出されるが、同時に、管の断面のほぼ全体をカバーするようになっている。

コア生検装置のこの発明の別の好ましい実施例では、液柱が前記管に設けられ、それは組織採取時、たとえば吸引手段を用いることによって取出されるよう適合されている。これらの実施例の目的は、針の挿入中に組織が管に集められるリスクをなくすことである。

全ての実施例に適用可能であるが、コア生検装置には、針の挿入を監督するための、たとえば超音波スキャナといった監視装置が設けられていてもよく、それは挿入中に針の方向を調節する可能性を提供する。

もちろん、たとえば磁気共鳴映像法（ＭＲ）手法といった他の監視手段が使用されてもよい。その場合、ＭＲ機器の近傍で使用される装置の針および他の部品は、機器の強い磁場の影響を受ける材料から作られてはならない。

好ましくは、コア生検装置は、吸引を提供することにより、針の内部の管を通して針の遠位端から組織サンプルを取出すよう適合された吸引手段７をさらに含む。

しかしながら、針のより速い前進運動を有する針の運動パターンは、実際には、針が組織採取用の正しい位置にある場合に作動されるばね荷重駆動機構によって順次駆動される従来の針アセンブリを挿入した場合にも、使用されるよう利用可能であろう。その場合、針アセンブリは外側カニューレを含み、それを通ってスタイレットが摺動可能に突出して、診断に用いる組織のコアを切断し、捕らえる。

図４ａ〜４ｄを参照すると、好ましい例示的な針の鋸歯状運動を示す図が示されている。図中、Ｘ軸は時間を示し、Ｙ軸は針先の位置を示している。往復運動である針の鋸歯状運動では、前進運動（Ｖ₁）は後退運動（Ｖ₂）よりも速い。図４ａに示すように、前進運動（Ｖ₁）は第１の期間ｔ₁の間に起こり、後退運動は第２の期間ｔ₂の間に起こる。好ましい全体周波数を得るために、異なる前進−後退複合体が待機時間で分離されることも可能である。

図４ａには、前進運動および後退運動は直線として示されているが、他の運動パターンももちろん、特許請求の範囲内で可能である。直線は単に、それぞれの運動中の平均速度を示しているに過ぎない。代替的な運動パターンの一例は、図４ｂに示すように、前進運動中は速度が徐々に増加して、一定に後退する速度を有する後退運動と組合されたものであってもよい。

図４ｃには、別の可能な運動パターンが示されており、ここで前進運動は一定の速度を有し、それに続く後退運動は徐々に増加する速度を有している。可能な運動パターンのさらに別の例を図４ｄに示す。それは、速度が徐々に増加する前進運動と、同様に徐々に増加する速度を有する後退運動とを示している。

加えて、コア生検装置は、人間または動物の組織から、好ましくは腫瘍または疑腫瘍から組織サンプルを採取するためのコア生検方法で使用するために利用可能である。

手短にいうと、この方法ステップは、その場合、以下のステップを含むであろう。
Ａ） 組織採取針に長手方向運動を加えるステップであって、針の運動は往復運動であり、前進運動は後退運動よりも速い、ステップ。

Ｂ） 長手方向運動が加えられた時、細胞採取位置に針を挿入するステップ。
Ｃ） 疑わしい組織から組織サンプルを得ることによって採取手順を行なうステップ。

Ｄ） 針を引抜くステップ。
この発明の一実施例では、上述の長手方向運動手段４は、組織採取針２用のドライバユニットとして機能する。ドライバユニットは、移動距離の最後の数ミリメートルで高い速度を得るよう、高速に加速されるものである。ドライバユニットのこのいわゆる一次運動は、ドライバユニットを急速に遅らせて停止させることにより、二次運動として組織採取針に伝えられ、それによりこの運動は、可動にカスケード搭載された組織採取手段、すなわち針に伝えられる。

図３を参照すると、長手方向運動手段の断面図が示されている。ここで、一次運動は、プランジャを有する空気圧駆動シリンダの形をした長手方向運動手段４により得られ、既に加速された速い一次運動のみが所望の二次運動の形で組織採取針に伝えられるようになっている。このため、プランジャの前進運動の最後の部分の期間でのみ、すなわちプランジャのその最高速度に達したときに、前進運動はプランジャからロッドなどを介して針に伝えられる。前進運動のこの最後の部分は、図面の水平の点線の右である。両矢印は、プランジャの前進および後退運動の範囲を示している。シリンダが空気圧で駆動される場合、制御手段からの矢印は、シリンダに空気圧パルスを加えるために必要な管を表わしている。好ましくは、図面の左のシリンダの近位部分に高圧パルスが加えられ、シリンダの他端に一定の低圧空気流が加えられる。このため、プランジャはシリンダ内を一定に行き来するであろう。圧力パルスはたとえば、電磁バルブを介して制御されてもよい。

針はプランジャに取付けられていないが、図面の左の針の長手近位方向に力が加わると、針はその方向に押し込まれ、針の近位端は、針を遠位方向に押し込むプランジャロッドと接触する。

針のストローク長（Ｌ）を規定する制限器が配置される。ストローク長は変更されてもよい。制限器は、図面に概略的に示すように針に取付けられた小さい制限手段と協働する。図面では、針の最も近位の位置が点線で示されている。

このため、針に近位方向に加わっている長手方向の力が大きいほど、プランジャロッドから次の衝撃を受ける前に針が近位方向に動く距離が長くなり、より大きい振幅の運動が起こるであろう。これはたとえば、骨などのより硬い組織を穿通すべき場合に当てはまる。

長手方向の力が加わらない場合、すなわちユニットが前進しない場合、針はその遠位位置に留まり、そこではその近位端にプランジャロッドが到達しないかもしれない。針の運動を減衰するために、たとえば摩擦嵌合を介して、保持器が針の周囲に配置される。この保持器はたとえば、針の外径よりも若干大きい内径を有する短い管の形を有していてもよい。管の内側は、針に関して必要な摩擦嵌合を得るために、たとえばポリマーなどの好適な材料で覆われていてもよく、運動にあまり影響を与えることなく適切に減衰されるようになっている。

ノイズを減少させるために、また、プランジャロッドの衝撃によって針が損傷を受けないよう保護するために、針の近位端には好適な減衰手段（図示せず）が設けられている。

この発明の一実施例では、上述のように操作者が針を患者へと押し込んだ場合に、スリットタイプのコネクタを介して、コア生検システムに接続され、組織採取針にのみエネルギを伝えるエネルギユニットにより、往復運動が生じる。すなわち、操作者が針を組織へと前方に押さない限り、針は動かない。その結果、針は少ない反復ステップで患者の腫瘍区域の内部へと挿入でき、たとえば超音波スキャナによって運動を監視し、後退させることができる。また、連続後退によって穿通経路の起こり得る間違った方向を修正することも可能であり、これは、以前は細針吸引手法でしか可能ではなかったものである。

このため、適切なタイミングの空気パルスで装置を送るためにコンピュータ制御の電磁バルブが使用されてもよく、これにより、より遅い後退復帰運動と間隔をおいた、速く動く低振幅の前進運動の出力を生み出す。

好ましい一実施例では、組織採取針２は、直径が数ｍｍの管と、刃先とからなる。別の好ましい実施例では、組織採取針は、直径が好ましくは１．２〜３．２ｍｍの範囲の太い生検針を含む。

代替的な一実施例によれば、フーリエ級数の３つの項によって表わされる運動を模倣する鋸歯状運動を生成するために、３つの非対称のフライホイールまたはカムディスクが一緒にダブルアームレバーに搭載され、そのうちの２つが前進運動に寄与し、３番目のものが後退運動に寄与するようになっている。

この発明が上述のその例示的な実施例に限定されないこと、およびこの発明の考えられるいくつかの変更が、添付された請求項の範囲内で可能であることが、理解されるであろう。

Claims (15)

1. 組織抽出針（２）が設けられた針保持器部材（３）と、前記針（２）に長手方向運動を加えるよう適合された長手方向運動手段（４）とを含む、人間または動物の組織から組織サンプルを採取するためのコア生検装置（１）であって、
   前記針（２）の運動はストローク長Ｌを有する往復運動であり、前記針（２）のストローク長Ｌは針の長手および近位方向で感知された力に依存して可変であり、前進運動は後退運動よりも速く、前記針（２）の遠位端が長手方向の力を受けると往復運動が手動でまたは自動的に開始されることを特徴とする、コア生検装置（１）。
2. ストローク長Ｌは、より小さい力が加わるとストローク長Ｌが最小に（ゼロに近く）なり、より大きい力が加わるとストローク長Ｌが最大になるよう、前記針（２）の長手および近位方向の力に依存している、請求項１に記載のコア生検装置（１）。
3. 装置はシリンダを含み、シリンダには、加えられた空気圧パルスに依存して前記シリンダ内を前後に動くよう適合されたプランジャが設けられており、前記プランジャには、長手および近位方向の力が前記針に加わると針の近位端と協働するよう適合されたプランジャロッドが設けられている、請求項１または２に記載のコア生検装置（１）。
4. 組織抽出針（２）が設けられた針保持器部材（３）と、前記針（２）に長手方向運動を加えるよう適合された長手方向運動手段（４）とを含む、人間または動物の組織から組織サンプルを採取するためのコア生検装置（１）であって、
   前記針（２）の運動はストローク長Ｌを有する運動であり、前記針（２）のストローク長Ｌは針の長手および近位方向で感知された力に依存して可変であり、前記針（２）の遠位端が長手方向の力を受けると運動が手動でまたは自動的に開始され、運動は反復性の前進運動であることを特徴とする、コア生検装置（１）。
5. 反復性の前進運動中、前記針（２）は針保持器部材（３）から徐々にかつ段階的に出される、請求項４に記載のコア生検装置（１）。
6. 運動は鋸歯状運動によって規定され、前記針（２）のより速い前進運動は中断され、より遅い後退運動がそれに続き、それぞれの運動中の前記針（２）の速度は一定である、請求項１〜３のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
7. 速度は、前進運動中および後退運動中にそれぞれ徐々に増加する、請求項１〜３のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
8. 長手方向運動を制御するよう適合された制御手段（５）をさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
9. 前記針（２）が組織を穿通している際に運動が加えられる、請求項１〜８のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
10. 前記針（２）は、１．２〜３．２ｍｍの直径を有する針である、請求項１〜９のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
11. 前進運動の長さは２〜５ｍｍである、請求項１〜１０のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
12. 前進運動の平均速度は８〜８０ｍ／ｓの範囲にある、請求項１〜１１のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
13. 前記針（２）の内部の管を通して前記針（２）の遠位端から組織サンプルを取出すよう適合された吸引手段（７）をさらに含み、吸引手段は、管を介して吸引手段（７）に向けて組織サンプルを運ぶことを可能にする吸引力を提供することによって組織サンプルを取出し、組織採取時に取出されるよう適合されたロッドが前記管に設けられている、請求項１〜１２のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
14. 運動は、フーリエ級数
    

    

    ［式中、ｆ（ｘ）は時間ｘにおける前記針（２）の長手方向位置であり、Ｌは前記針（２）のストローク長である。］
    によって表わされる、請求項１〜１３のいずれかに記載のコア生検装置（１）。
15. フーリエ級数の少なくとも３つの項が使用される、請求項１４のいずれかに記載のコア生検装置（１）。

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