CS265654B1

CS265654B1 - Coaxial applicator for hyperthermia

Info

Publication number: CS265654B1
Application number: CS853304A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Csc Ml Vrba; Jan Ing Csc Vrba; Jiri Ing Boucek; Martin Ing Borovicka; Miroslav Mudr Lapes; Zdenek Ing Novotny; Pavel Ing Tykal
Original assignee: Jan Ing Csc Ml Vrba; Vrba Jan; Boucek Jiri; Borovicka Martin; Lapes Miroslav; Novotny Zdenek; Pavel Ing Tykal
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1985-05-08
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS330485A1

Abstract

Koaxiální aplikátor pro byperter* mii tělních dutin, odvozený od koaxiálního vedení, zabezpečující rovnoměrný ohřev. Tento Ijoaxiální aplikátor má jeden zářič dipólu zapojen na vnitřní a druhý zářič na vnější vod^č koaxiálního kabelu. Oba zářiče dipólu mají kuželový tvar s nejměnším průměrem v místě svého vybuzení. Směrem k oběma koncům koaxiálního aplikátorů se jejich průměry zvětšují na stejný průměr a to maximálně na dvojnásobek průměru koaxiálního kabelu. Délka kuželů zářičů je úměrná frekvenci elektromagnetického záření a požadované charakteristice aplikátorů. Oba zářiče jsou umístěny v dielektriokém krytu a jsou v něm obklopeny dielektriokým prostředím.Coaxial applicator for byperter * body cavities derived from coaxial conductors, ensuring uniformity heating. This Ixaxial Applicator has one dipole emitter connected to internal and a second radiator to the outer water coaxial cable. Both dipole emitters are conical shape with the smallest diameter in place your excitement. Towards both ends coaxial applicators with their diameters they increase to the same diameter and at most to twice the coaxial diameter cable. The length of the radiator cones is proportional frequency of electromagnetic radiation and the desired characteristics of the applicators. Both emitters are located in the dielectric and are surrounded by dielectric environment.

Description

Vynález, se týká koaxiálního aplikátoru pro elektromagnetickou hypertermii tělních dutin, odvozeného od koaxiálního vedení.The invention relates to a coaxial applicator for electromagnetic hyperthermia of body cavities derived from coaxial conduction.

Pro léčbu zhoubných nádorů se používá doplňující terapie v kombinaci s radioterapií nebo chemoterapií, která spočívá v tom, že nádorová tkáň se po dobu 30 až 45 min udržuje v rozmezí hypertermických teplot, tj. 42 až 45 °C· Samotná hypertermie vyvolává jenom dočasné a neúplné zmenšení nádorových ložisek. Je-li kombinována např. s léčbou zářením, dociluje se kombinací obou metod významného potenciačního účinku. Je to dáno tím, že ionizující záření usmrcuje pouze dobře kyslíkem zásobené rostoucí nádorové buňky, zatímco střední část nádoru, špatně zásobená kyslíkem může přežít ozáření ionizujícím zářením bez vážného poškození a po určité době způsobuje recidivu nádoru. Kombinovaná léčba radioterapie s hypertermii vykazuje přibližně dvojnásobné zvýšení vyléčených pacientů oproti samotné radioterapii. Úspěch léčby je závislý na mnoha aspektech, v neposlední řadě na dosažení rovnoměrného rozložení teploty v nádorové tkání, to znamená, aby nádorové buňky obsažené v objemu nádoru byly všechny ohřátý na teploty v rozmezí 42 až 45 °C. Teplotní rozložení v nádoru závisí na tvaru elektromagnetického pole, kmitočtu, dielektrických a tepelných parametrech nádoru. V případě, že dielektrické a tepelné parametry jsou různé, je nutné volit takovou metodu ohřevu, která podmínky dosažení hypertermických teplot v celém nádoru zajistí. U nádorů přístupných s povrchu těla je uvedená problematika řešitelná. Bud*se provádí ohřev standardním vlnovodným aplikátorem a tvarování tepelného pole se provádí změnou chlazení v určitých místech, nebo lépe pomocí invazních aplikótorů, kterými se vytvaruje tepelné pole potřebných vlastností. Při ohřevu tělních dutin se používají koaxiální aplikátory, které vyzařují válcovou vlnu, a proto mají menší hloubku ohřevu než aplikátory vlnovodné vyzařující rovinnou vlnu.Complementary therapy in combination with radiotherapy or chemotherapy is used for the treatment of malignant tumors, which consists in keeping the tumor tissue in the range of hyperthermic temperatures, ie 42 to 45 ° C for 30 to 45 min. · Hyperthermia itself causes only temporary and incomplete reduction of tumor foci. When combined with, for example, radiation therapy, a combination of both methods results in a significant potentiating effect. This is because ionizing radiation kills only well-oxygenated growing tumor cells, while a poorly oxygenated medium tumor can survive irradiation with ionizing radiation without serious damage and causes tumor relapse after some time. Combination therapy of radiotherapy with hyperthermia shows an approximately 2-fold increase in cured patients compared to radiotherapy alone. The success of treatment is dependent on many aspects, not least to achieve a uniform temperature distribution in the tumor tissue, i.e., the tumor cells contained in the tumor volume are all heated to temperatures in the range of 42-45 ° C. The temperature distribution in the tumor depends on the shape of the electromagnetic field, the frequency, the dielectric and thermal parameters of the tumor. If the dielectric and thermal parameters are different, it is necessary to choose a heating method that ensures the conditions of reaching hyperthermic temperatures throughout the tumor. In tumors accessible from the body surface, this problem is solved. Either heating is carried out with a standard waveguide applicator, and the shaping of the heat field is accomplished by varying the cooling at certain locations, or preferably by invasive applicators to shape the heat field of the desired properties. Body cavity heating uses coaxial applicators that emit a cylindrical wave and therefore have a lower heating depth than waveguide plane wave applicators.

265 654265 654

- 2 Hlavní nevýhodou dosud konstruovaných aplikátorů odvozených od koaxiálního vedení Je, že tyto aplikátory mají měrný útlum podél vyzařovací struktury konstantní. Tím dochází k největšímu ohřevu biologické tkáně v blízkosti budícího prvku a pro vyhřátí většího objemu je nutné bezpodmínečně toto exponované místo chladit. V případě, že nádorová oblast má srovnatelnou délku s délkou aplikátorů, jsou hypertermické teploty pouze ve středu nádoru. Aplikátory pro ohřev delších nádorů se obtížně zavádějí vzhledem k velkým rozměrům neohebné části, která je tvořena aplikátorem a konstrukčním napojením na koaxiální kabel.The main disadvantage of coaxial conduction ducts constructed so far is that these applicators have a constant attenuation along the radiating structure. This results in the greatest heating of the biological tissue in the vicinity of the excitation element, and it is absolutely necessary to cool this exposed area to heat a larger volume. If the tumor area is of comparable length to the length of the applicators, the hyperthermic temperatures are only at the center of the tumor. Applicators for heating longer tumors are difficult to insert due to the large dimensions of the inflexible portion that consists of the applicator and the structural connection to the coaxial cable.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje koaxiální aplikátor padle vynálezu. Jeden zářič dipólu koaxiálního aplikátorů je zapojen na vnitřní a druhý zářič na vnější vodič koaxiálního kabelu. Podstatou koaxiálního aplikátorů podle vynálezu je, že oba dva zářiče dipólu mají tvar kuželů s nejmenším průměrem v místě svého vybuzení. Směrem k oběma koncům koaxiálního aplikátorů se jejich průměry zvětšují na stejný průměr; a to maximálně na dvojnásobek průměru koaxiálního kabelu. Délka kuželů, které tvoří zářiče dipólu, je úměrná frekvenci elektromagnetického záření a požadované charakteristice koaxiálního aplikátorů. Oba dva zářiče jsou umístěny ve společném dielektrickém krytu, kde jsou obklopeny dielektrickým prostředím. S výhodou lze použít jako dielektrické prostředí dielektřickou tekutinu s relativní dielektrickou konstantou 40 až 80,· v tomto případě je na dielektrický kryt napojena hadice pro přívod této dielektrické tekutiny.The above drawbacks are overcome by the coaxial applicator of the present invention. One dipole emitter of the coaxial applicators is connected to the inner and the other emitter to the outer conductor of the coaxial cable. The essence of the coaxial applicators according to the invention is that both dipole emitters have the shape of cones with the smallest diameter at their excitation point. Towards both ends of the coaxial applicators, their diameters increase to the same diameter; up to twice the diameter of the coaxial cable. The length of the cones that make up the dipole emitters is proportional to the frequency of the electromagnetic radiation and the desired characteristics of the coaxial applicators. Both emitters are housed in a common dielectric housing, surrounded by a dielectric environment. Advantageously, a dielectric fluid having a relative dielectric constant of 40 to 80 can be used as the dielectric medium, in which case a hose for supplying the dielectric fluid is connected to the dielectric cover.

Výhodou uvedeného- řešení je rovnoměrný ohřev nádoru na požadovanou hypertermickou teplotu.Tvarováním průběhu měrného útlumu podél aplikátorů kuželových zářičů docílíme rovnoměrné rozložení ztraceného výkonu, který je absorbován tkán^ a tím i rovnoměrného rozloženi teploty s odstraněním možnosti vzniku horkých skvrn, ve kterých nastává přehřátí, a tím i poškození tkáně. Volbou dielektrického prostředí lze pro danou frekvenci měnit délku koaxiálního aplikátorů. při použití dielektrické tekutiny s relativní dielektrickou konstantou 40 až 80 docílíme zároveň i chladících účinků.The advantage of this solution is uniform heating of the tumor to the desired hyperthermic temperature. By shaping the course of specific attenuation along the cone emitters we achieve a uniform distribution of the lost power that is absorbed by the tissue and thus even temperature distribution, eliminating the possibility of hot spots. and thereby tissue damage. By selecting the dielectric environment, the length of the coaxial applicators can be changed for a given frequency. when using a dielectric fluid with a relative dielectric constant of 40 to 80, cooling effects are also achieved.

265 654265 654

- 5 Jeden příklad uspořádání koaxiálního aplikátoru podle, vynálezu je uveden na přiloženém výkresq, který znázorňuje řez tímto koaxiálním aplikátorem₀ - 5 One example of the arrangement of the coaxial applicator of the, invention is set forth in the attached výkresq, which shows a section through the coaxial applicator ₀

Uvnitř dielektrického krytu 1, který současně tvoří mechanickou ochranu, jsou umístěny dva zářiče 2, 2 dipólu. Jeden zářič 2 je připojen na vnitřní vodič koaxiálního kabelu 4 a druhý zářič 2 n® jeho vnější vodič. Oba dva zářiče mají tvar kuželů, jejichž nejmenší průměr je v místě jejich vybuzení. Směrem k oběma koncům koaxiálního aplikátoru se průměry kuželů zvětšují, a to maximálně na dvojnásobek průměru koaxiálního kabelu 4° Délka kuželů zářičů 2, 2. J® úměrná frekvenci elektromagnetického záření a požadované charakteristice koaxiálního aplikátoru, což je dáno jeho použitím,, Zářiče 2, 2 js°^{u v} dielektrickém krytu 1 obklopeny dielektrickým prostředím 2> které umožňuje měnit délku koaxiál ního aplikátoru pro danou frekvenci. Jako dielektrické prostředí 2 lze použít dielektrickou tekutinu s relativní dielektrickou konstantou 40 až 80, například deionizovanou vodu, která má navíc vzhledem ke své cirkulaci i chladicí účinky a zvyšuje hloubkový účinek ohřevu. V tomto případě je na dielektrický kryt 1 napojena ještě -hadice pro přívod dielektrické tekutiny, což není na výkresu znázorněno.Inside the dielectric housing 1, which at the same time forms a mechanical protection, there are two dipole emitters 2, 2. One radiator 2 is connected to the inner conductor of the coaxial cable 4 and the other radiator 2 is connected to its outer conductor. Both emitters have the shape of cones whose smallest diameter is at the point of their excitation. Towards both ends of the coaxial applicator, the cone diameters increase to a maximum of twice the coaxial cable diameter of 4 °. 2 are surrounded by a dielectric environment 2 in ^the dielectric housing 1 which makes it possible to vary the length of the coaxial applicator for a given frequency. The dielectric medium 2 can be a dielectric fluid having a relative dielectric constant of 40 to 80, for example deionized water, which, in addition to its circulation, also has cooling effects and increases the depth effect of heating. In this case, a dielectric fluid supply hose is connected to the dielectric cover 1, which is not shown in the drawing.

Zářič 2 dipólu, který je připojen na vnitřní vodič koaxiálního kabelu 4 může mít zabudováno teplotní čidlo pro indikaci teploty v ozařované tkáni.The dipole emitter 2, which is connected to the inner conductor of the coaxial cable 4, may have a temperature sensor for indicating the temperature in the irradiated tissue.

koaxiální aplikátor se připojí na generátor frekvence, čímž dojde k vyzařování energie dipólem, tvořeným zářiči 2., 2 ^ve formě válcových vln. Tato energie způsobuje ohřev tkán% a to rovnoměrně podél koaxiálního aplikátoru.the coaxial applicator is connected to a frequency generator, whereby energy is radiated by a dipole formed by emitters 2, 2 ^{in the} form of cylindrical waves. This energy causes the tissues to heat up evenly along the coaxial applicator.

Jako konkrétní příklad lze uvést uspořádání koaxiálního aplikátoru pro frekvenci 40 MHz. V tomto případě je celková délka obou zářičů 2, 2 dipólu 45 mm a maximální průměr 8 mm. Pro dosažení rovnoměrné teploty podél koaxiálního aplikátoru mají zářiče 2, 2 tvar kuželů. Vnitřní vodič koaxiálního kabelu 4 je zapojen na první zářič 2 o délce 18 mm, jehož základna přechází ve válec o stejném průměru a délce 6 mm. Druhý zářič 2> připojenýA specific example is a coaxial applicator arrangement for a 40 MHz frequency. In this case, the total length of the two emitters 2, 2 of the dipole is 45 mm and the maximum diameter is 8 mm. To achieve a uniform temperature along the coaxial applicator, the emitters 2, 2 have the shape of cones. The inner conductor of the coaxial cable 4 is connected to a first emitter 18 with a length of 18 mm, whose base passes into a cylinder of the same diameter and a length of 6 mm. The second heater 2> connected

265 654265 654

- 4 na vnější vodič koaxiálního kabelu 4» kuželovitou část o délce 12 mm, které opět přechází ve válec délky 6 mnu V tomto případě je vrchol kužele prvního zářiče 2 zapojen na vnitřní vodič koaxiálního kabelu 4, jehož izolace prochází druhým zářičem £, který je připojen vlastně na vnější stínění koaxiálního kabelu 44 to the outer conductor of the coaxial cable 4, a 12 mm tapered portion which again turns into a cylinder of 6 m length. In this case, the cone top of the first radiator 2 is connected to the inner conductor of the coaxial cable 4. actually connected to the outer shield of the coaxial cable 4

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION. A coaxial applicator whose one dipole emitter is connected to the inner and the other emitter to the outer conductor of the coaxial cable, characterized in that the two dipole emitters (2, 5) have the shape of the smallest diameter cones at their excitation point towards both ends of the coaxial applicators their diameters are increased to the same diameter * up to twice the diameter of the coaxial cable (4) and the length of the cones forming the emitters (2, 3) is proportional to the electromagnetic radiation frequency and desired coaxial applicator characteristics, in a dielectric housing (1) and surrounded by a dielectric environment (5).

3. A coaxial applicator according to claim 1, characterized in that a dielectric fluid supply hose having a relative dielectric constant of 40 to 80 forming the dielectric medium (5) is connected to the dielectric housing (1).

. Coaxial applicator according to Claims 1 and 2, characterized in that a temperature sensor is arranged inside the radiator 2 connected to the inner conductor of the coaxial cable (4).