TED日本語 - ヨアヴ・メダン: 超音波手術―切らずに治療する



TED日本語 - ヨアヴ・メダン: 超音波手術―切らずに治療する

TED Talks

Ultrasound surgery -- healing without cuts
Yoav Medan




Over the last 13 years -- one,three,13 years -- I've been part of an exceptional team at InSightec in Israel and partners around the world for taking this idea, this concept, noninvasive surgery, from the research lab to routine clinical use. And this is what I'll tell you about. 13 years -- for some of you, you can empathize with that number. For me, today, on this date, it's like a second bar mitzvah experience.


So this dream is really enabled by the convergence of two known technologies. One is the focused ultrasound, and the other one is the vision-enabled magnetic resonance imaging. So let's first talk about focused ultrasound. And I hold in my hand a tissue-mimicking phantom. It is made out of silicon. It is transparent, made just for you. So you see, it's all intact, completely transparent. I'll take you now to the acoustic lab. You see the phantom within the aquarium. This is a setup I put in a physics lab. On the right-hand side, you see an ultrasonic transducer. So the ultrasonic transducer emits basically an ultrasonic beam that focuses inside the phantom. Okay, when you hear the click, this is when the energy starts to emit and you see a little lesion form inside the phantom. Okay, so everything around it is whole and intact. It's just a lesion formed inside. So think about, this is in your brain. We need to reach a target inside the brain. We can do it without harming any tissue. So this is, I think, the first kosher Hippocratic surgical system.


Okay, so let's talk a little bit about ultrasound, the force of ultrasound. You know all about imaging, right, ultrasound imaging. And you know also about lithotripsy -- breaking kidney stones. But ultrasound can be shaped to be anything in between, because it's a mechanical force. Basically, it's a force acting on a tissue that it transverses. So you can change the intensity, the frequency, the duration, the pulse shape of the ultrasound to create anything from an airbrush to a hammer. And I am going to show you multiple applications in the medical field that can be enabled just by focusing, physically focusing.

So this idea of harnessing focused ultrasound to treat lesions in the brain is not new at all. When I was born, this idea was already conceived by pioneers such as the Fry brothers and Lars Leksell, who is know actually as the inventor of the gammaknife. But you may not know that he tried to perform lobotomies in the brain, noninvasively, with focused ultrasound in the '50s. He failed, so he then invented the gammaknife. And it makes you ponder why those pioneers failed. And there was something fundamental that they were missing. They were missing the vision. It wasn't until the invention of the MR and really the integration of MR with focused ultrasound that we could get the feedback -- both the anatomical and the physiological in order to have a completely noninvasive, closed-loop surgical procedure.

So this is how it looks, you know, the operating room of the future today. This is an MR suite with a focused ultrasound system. And I will give you several examples. So the first one is in the brain. One of the neurological conditions that can be treated with focused ultrasound are movement disorders, like Parkinson's or essential tremor. What is typical to those conditions, to essential tremor for example, is inability to drink or eat cereal or soup without spilling everything all over you, or write legibly so people can understand it, and be really independent in your life without the help of others.

So I'd like you to meet John. John is a retired professor of history from Virginia. So he suffered from essential tremor for many years. And medication didn't help him anymore. And many of those patients refused to undergo surgery to have people cut into their brain. And about four or five months ago, he underwent an experimental procedure. It is approved under an FDAIDE at the University of Virginia in Charlottesville using focused ultrasound to ablate a point in his thalamus. And this is his handwriting. "On June 20th," if you can read it, "2011." This is his handwriting on the morning of the treatment before going into the MR So now I'll take you through [ what ] a typical procedure like that looks like, [ what ] noninvasive surgery looks like.

So we put the patient on the MR table. We attach a transducer, in this case, to the brain, but if it will be a different organ, it will be a different transducer attached to the patient. And the physician will then take a regular MR scan. And the objective of that? I don't have a pointer here, but you see the green, sort of rectangle or trapezoid? This is the sort of general area of the treatment. It's a safety boundary around the target. It's a target in the thalamus. So once those pictures are acquired and the physician has drawn all the necessary safety limits and so on, he selects basically a point -- you see the round point in the middle where the cursor is -- and he presses this blue button called "sonicate." We call this instance of injecting the energy, we call it sonication. The only handwork the physician does here is moving a mouse. This is the only device he needs in this treatment.

So he presses "sonicate," and this is what happens. You see the transducer, the light blue. There's water in between the skull and the transducer. And it does this burst of energy. It elevates the temperature. We first need to verify that we are on target. So the first sonication is at lower energy. It doesn't do any damage, but it elevates the temperature by a few degrees. And one of the unique capabilities that we leverage with the MR is the ability to measure temperature noninvasively. This is really a unique capability of the MR. It is not being used in regular diagnostic imaging. But here we can get both the anatomical imaging and the temperature maps in real time. And you can see the points there on the graph. The temperature was raised to 43 degrees C temporarily. This doesn't cause any damage. But the point is we are right on target. So once the physician verifies that the focus spot is on the target he has chosen, then we move to perform a full-energy ablation like you see here. And you see the temperature rises to like 55 to 60 degrees C. If you do it for more than a second, it's enough to basically destroy the proteins of the cells.

This is the outcome from a patient perspective -- same day after the treatment. This is an immediate relief. (Applause) Thank you. John is one of [ about ] a dozen very heroic, courageous people who volunteered for the study. And you have to understand what is in people's mind when they are willing to take the risk. And this is a quote from John after he wrote it. He said, "Miraculous." And his wife said, "This is the happiest moment of my life." And you wonder why. I mean,one of the messages I like to carry over is, what about defending quality of life? I mean, those people lose their independence. They are dependent on others. And John today is fully independent. He returned to a normal life routine. And he also plays golf, like you do in Virginia when you are retired. Okay, so you can see here the spot. It's like three millimeters in the middle of the brain. There's no damage outside. He suffers from no neurodeficit. There's no recovery needed, no nothing. He's back to his normal life.

Let's move now to a more painful subject. Pain is something that can make your life miserable. And people are suffering from all kinds of pain like neuropathic pain, lower-back pain and cancer pain from bone metastases, when the metastases get to your bones, sometimes they are very painful. All those I've indicated have already been shown to be successfully treated by focused ultrasound relieving the pain, again, very fast. And I would like to tell you about PJ. He's a 78 year-old farmer who suffered from -- how should I say it? -- it's called pain in the butt. He had metastases in his right buttock, and he couldn't sit even with medication. He had to forgo all the farm activities. He was treated with radiation therapy, state-of-the-art radiation therapy, but it didn't help. Many patients like that favor radiation therapy.

And again, he volunteered to a pivotal study that we ran worldwide, also in the U.S. And his wife actually took him. They drove like three hours from their farm to the hospital. He had to sit on a cushion, stand still, not move, because it was very painful. He took the treatment, and on the way back, he drove the truck by himself. So again, this is an immediate relief. And you have to understand what those people feel and what their family experiences when it happens. He returned again to his daily routine on the farm. He rides his tractor. He rides his horse to their mountain cabin regularly. And he has been very happy.

But now, you ask me, but what about war, the war on cancer? Show us some primary cancer. What can be done there? So I have good news and bad news. The good news: there's a lot that can be done. And it has been shown actually outside of the U.S. And doing that in the U.S. is very painful. I don't see, without this nation taking it as some collective will or something that is a national goal to make that happen, it will not happen. And it's not just because of regulation; it's because of the amount of money needed under the current evidence-based medicine and the size of trials and so on to make it happen.

So the first two applications are breast cancer and prostate cancer. They were the first to be treated by focused ultrasound. And we have better-than-surgery results in breasts. But I have a message for the men here. We heard here yesterday Quyen talking about the adverse event trait in prostate cancer. There is a unique opportunity now with focused ultrasound guided by MR, because we can actually think about prostate lumpectomy -- treating just the focal lesion and not removing the whole gland, and by that, avoiding all the issues with potency and incontinence. Well, there are other cancer tumors in the abdomen -- quite lethal, very lethal actually -- pancreas, liver, kidney. The challenge there with a breathing and awake patient -- and in all our treatments, the patient is awake and conscious and speaks with the physician -- is you have to teach the MR some tricks how to do it in real time. And this will take time. This will take two years.

But I have now a message to the ladies. And this is, in 2004, the FDA has approved MR-guided focused ultrasounds for the treatment of symptomatic uterine fibroids. Women suffer from that disease. All those tumors have heavy bleeding during periods, abdominal pressure, back pain, frequent urination. And sometimes, they can not even conceive and become pregnant because of the fibroid. This is Frances. She was diagnosed with a grapefruit-sized fibroid. This is a big fibroid. She was offered a hysterectomy, but this is an inconceivable proposition for someone who wants to keep her pregnancy option. So she elected to undergo a focused ultrasound procedure in 2008. And in 2010, she became a first-time mother to a healthy baby. So new life was born.


So in conclusion, I'd like to leave you with actually four messages. One is, think about the amount of suffering that is saved from patients undergoing noninvasive surgery, and also the economical and emotional burden removed from their families and communities and the society at large -- and I think also from their physicians, by the way. And the other thing I would like you to think about is the new type of relationship between physician and patients when you have a patient on the table [ who ] is awake and can even monitor the treatment. In all our treatments, the patient holds a stop sonication button. He can stop the surgery at any moment.

And with that note, I would like to thank you for listening.


私は過去13年の間 13年間 イスラエルのインサイテック社および世界中の提携会社の 素晴らしいチームの一員として働き 研究上の非侵襲的手術という概念を 一般的な臨床利用へと 発展させようとしてきました これが今日お話しすることです 13年と言えば 分かる方もいるかもしれませんが 私にとって今日は2度目の ユダヤ教徒成人式のようなものです


さて この夢は 2つのよく知られた技術が 集結したおかげで 可能となりました 1つは集束超音波です そしてもう1つは 術野を提供する磁気共鳴画像法(MRI)です ではまず集束超音波について話しましょう?? 私が手に持っているのは 人体細胞組織の擬似模型です シリコンでできています 内部が見られるように透明に作りました ご覧の通りきれいな状態です 完全に透明です では音響実験装置をお見せします 実験水槽内に模型があります 物理実験室で作った装置です 右側に 超音波発信器があります 大まかに言うと 超音波発信器が 模型の内部に焦点を当てた 超音波を照射するわけです ではカチッという音がした時から エネルギー照射が始まり 模型の中に小さな傷の形成が 見えてきます はい こうして周囲は 損傷なくそのままです 内側に形成された損傷だけです これが脳の中だと考えてください 脳の奥の患部に作用したい場合も 周りの細胞組織を傷つけずにできます ユダヤ教戒律と人を傷つけない ヒポクラテスの誓いに則った初の手術方法です


では超音波とその威力について 少し話しましょう 超音波画像法に関しては皆さんよくご存知でしょう 腎臓結石を破壊する 砕石術についてもご存知でしょう でも超音波はこの極端な強弱間の どのような強さにも調整することができます 人工的に作る力だからです 要は細胞組織間を通過して 作用する力です そのため 強度・周波数・持続時間・ 超音波のパルス形状を変えて エアブラシからハンマーまで どのような力でも作り出せます これからお見せするのは 焦点を合わせるだけで使える 医療分野における いくつかの応用です 物理的に焦点を合わせるということです

脳内の病変を治療するために 集束超音波を利用するアイデアは 全く新しくありません 私が生まれた頃には フライ兄弟のような先駆者や 実際はガンマナイフの発明者として 知られている ラース・レクセルなどによって 既に考案されていました ご存じないかもしれませんが 彼は1950年代に 集束超音波を使って ロボトミー手術を非侵襲的に行う試みをしました うまくいかなかったので のちにガンマナイフを発明したのです なぜこれらの先駆者たちは 失敗したのだろうと考えさせられます 実は根本的に 欠落していたものがありました 術野が見えなかったのです 磁気共鳴画像(MRI)が発明され 集束超音波に 組み込まれてから初めて 不可欠な解剖学的および生理学的な反応を 見ることができるようになり 完全に非侵襲的な手術を反応確認しながら 行えるようになりました

さて次世代手術室は 現在このような感じです これが集束超音波照射器付きのMRI装置です いくつかの例を挙げましょう 最初の例は脳です 集束超音波で治療できる 神経疾患の1つに 運動障害があります パーキンソン病や本態性振戦などです これらの疾患で典型的なのは 例えば本態性振戦だと あちこちにこぼさないでシリアルを食べたり 飲み物やスープを飲んだりすることや 他人が読めるように字を 書くことができず 他人の助けなしでは自立した生活を 送ることができないことです

ここでジョンを紹介したいと思います ジョンはバージニア州出身で 歴史の教授をしていました 長年にわたって本態性振戦に苦しんでいて 薬物療法では対応しきれなくなっていました このような患者の多くは脳にメスを入れる 手術を拒否します そして約4~5ヶ月前 ジョンはまだ治験段階の手術を受けました シャーロッツビルのバージニア大学での 治験用医療機器としての FDAが使用許可をした治療で 集束超音波を使用して 視床の一部を切除します これはジョンが書いた文字です 皆さん読めるか分かりませんが 「2011年6月20日に」と書かれています これは手術当日の朝 MR装置に入る前の 彼の筆跡です ではこの手術手順が通常どんなものか この非侵襲的手術がどんなものか お見せしたいと思います

まず患者をMRの診察台に寝かせます 頭にトランスデューサを付けます 違う臓器治療の場合には 違う専用のトランスデューサを患者に接続します 次に医師が 通常のMR画像を撮ります その目的はと言うと 画面を指せないのですが 緑の長方形というか台形のような部分がありますね? この範囲が大体の治療術野です 標的の安全領域を囲む 境界線です 視床内の標的です さて医師は全体の画像を撮り 必要な安全領域線を引き 所定の準備が終わると 一点を選択します カーソルがある真ん中の丸い点を指定しています そしてこの「超音波照射」の青いボタンを押します このエネルギー注入を 超音波処理と呼びます ここで医師が行う手作業は マウスを動かすことだけです 医師が使う用具はマウスだけです

さて超音波処理のボタンを押すとどうなるかと言うと 水色のトランスデューサがありますが このトランスデューサと頭蓋骨の間に水があり エネルギーが一気に送り込まれ 温度を上昇させます まず標的に焦点が合っているか 確認する必要があります そこで1回目の超音波照射は 低いエネルギーで行います 細胞を全く傷つけませんが 温度を数度だけ 上昇させます ここで活用する MR特有の機能の1つが 非侵襲的な温度測定です これは実はMR特有の機能ですが 通常の画像診断においては 使用されていません でもここでは解剖学的画像と 温度マップの両方がリアルタイムで得られます 右下の線グラフ上に温度が見えます 温度が一時的に 43度に上昇しましたが 細胞には全く害がありません でも焦点の位置は正しいと分かります 焦点が選択した標的に 合っていると確認した時点で 医師は最大エネルギーで 焼灼術を行います 画面右下で見えているように 温度が55~60度に 上昇するのが分かります だいたい 1秒ちょっと照射するだけで 細胞のタンパク質を破壊するのに十分です

これが患者にとっての効果です 同日の治療後の筆跡です これは即効でした (拍手) ありがとう ジョンはこの研究に 進んで参加した十数人の非常に勇敢な 英雄の1人です このようなリスクを 冒してもかまわないと 思う人々の気持ちを理解しなくてはなりません これを書いた後にジョンが言ったのは 「奇跡だ」でした 奥さんも「人生でこんなにうれしかったことはありません」と言いました なぜだろうと考えると つまり私が伝えたいメッセージの1つは 術後のQOLを守ることが必要ということです 自立した生活ができなくなると 他人に依存することになります 現在ジョンは完全に自立した生活をしています 通常の生活のパターンに戻りました ゴルフもします バージニア州では 退職したらゴルフをするのが普通ですから さて ここに点が見えます 3ミリほどで脳の真ん中にあります 治療箇所以外の損傷はありません 神経的欠損も受けていません 術後回復も何も全く必要なく 普通の生活に戻っています

ではもっと痛みを伴う 疾患の話に移りましょう 痛みは生活を 惨めにしかねないものです 様々な痛みが人々を悩ませます 神経因性疼痛や腰痛 骨転移による癌性疼痛 癌が骨に転移すると 大きな痛みを伴うことがあります これら私が挙げたものは全て 集束超音波で 効果的に治療できると 実証されています この場合も極めて迅速に痛みを緩和します そこでPJについて 紹介したいと思います PJは78歳の農業従業者です 言いにくいのですが お尻に面倒な痛みがありました 右臀部に癌が転移していたので 薬を服用していても 座ることができませんでした 農作業はすべてあきらめなくてはならず 最先端の放射線療法を用いた 治療を受けましたが 効果がありませんでした 同じような状況の患者の多くは放射線療法を求めます

でもPJは 米国も含む世界各国で行った 私たちの極めて重要な研究に 進んで参加しました 実際にPJを送ってきたのは奥さんでした 農場から病院まで 3時間ほど車を運転してやって来ました PJは微動だにしないでクッションの上に 座っていなければなりませんでした 非常に苦痛だったからです でも治療を受けあと 帰り道は 自分でトラックを運転しました これも即効があったわけです このような効果があった時の これらの人々の気持ちや 家族の体験を 考えなくてはなりません PJは毎日の農作業を 再び行うようになりました トラクターに乗ったり 定期的に山小屋へ馬に乗って出かけたりしています 術後 PJは非常に満足しています

でも癌自体との闘いはどうなっているんだと 思うでしょう 原発性の癌には効くのか? この分野では何ができるのだ?と 良い知らせと悪い知らせがあります 良い知らせは出来ることは山ほどあることです 実際に米国外で実証されています 米国内でこれを行うのは 非常に困難です 総意として国へ訴えかけるか 国家の目標として実行しない限り これが実現することは ないだろうと思います これは規制だけでなく 現在の科学的根拠に基づいた医療において 実現させるのに必要な資金の額や 大規模な臨床試験などが 問題になるからです

最初の2つの応用例は 乳がんと前立腺がんです これらの癌は集束超音波で治療された最初の例でした 乳がんに関しては手術よりも良い効果が出ています 会場の男性にお伝えしたいのは 前立腺がん手術で神経を傷つけてしまう 有害事象についての話が昨日 グエン氏からありましたが MRガイド下集束超音波を使った 他にない機会が現在あります 前立腺腫瘍摘出手術を実際に 検討することができるからです 前立腺を全部摘出するのでなく 局所性病変を治療することです こうすることで性的能力や失禁に関する すべての問題を回避できます さてこの他にも腹部に癌の腫瘍ができることがあります 実際はかなり少ないですが 膵臓 肝臓 腎臓などの癌もあります 私たちの治療では患者は 皆起きていて意識があり医師とも対話します しかし呼吸し意識がある 患者に合わせて この手術をするにはリアルタイムに 照射できる技術を MRに加える必要があります これには時間がかかります 2年かかるでしょう

次は女性の方にお伝えしたいことは 2004年にFDAが 症候性子宮筋腫に対する MRガイド下集束超音波治療を承認しました この疾患は女性を苦しめるものです 腫瘍のせいで 生理中の出血がひどくなり 腹部の圧迫感や腰痛 頻尿を引き起こします 子宮筋腫が原因で妊娠することさえ できないこともあります これはフランシスです グレープフルーツ大の大きな 子宮筋腫が見つかり 子宮摘出術を勧められました でも妊娠の可能性を 残したい人にとっては考えられない提案です そこで彼女は2008年に集束超音波手術を 受けることにしました そして2010年には健康な赤ちゃんを授かり初めて母親になりました 新しい命が誕生したのです


ということで結論として 4つのメッセージを皆さんに残したいと思います 1つ目は 非侵襲的な手術を受けた患者が どれ程苦しみから解放されるか考えて欲しいということです そして患者の家族や地域社会 更に社会全体としても どれ程経済的および感情的な負担を 解消できるか考えて欲しいということです これは執刀医の視点からもそうだと思います もう1つ皆さんに考えて欲しいのは 医師と患者の間の 新しい関係です 患者が手術台でも意識があり治療の様子を 見守ることさえもできる状態での関係です 私たちの治療では常に患者が 超音波処理の停止ボタンを持ち いつでも手術を停止できるようにしています

ということで ご静聴ありがとうございました


― もっと見る ―
― 折りたたむ ―


  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等