DD221373A1 - Applikator zur erwaermung biologischer objekte durch wirbelstroeme - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Applikator zur Erwaermung biologischer Objekte durch Wirbelstroeme mittels hochfrequenter magnetischer Felder, vorzugsweise zur Hyperthermie des menschlichen Koerpers im Rahmen der Krebs-Mehrschritt-Therapie. Das Ziel ist die Verbesserung der therapeutischen Wirkung. Die Aufgabe besteht darin, die Tiefenwirkung zu erhoehen. Erfindungsgemaess besteht der Applikator aus mindestens zwei Dipolen, die in zwei Ebenen uebereinander und/oder zu einer Matrix angeordnet sind. Unmittelbar benachbarte Dipole werden vom Strom in entgegengesetzter Richtung erregt. Fig. 1

Description

Applikator zur Erwärmung biologischer Objekte durch Wirbelströme

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwärmung biologischer Objekte durch Induzierung von Wirbelströmen mittels hochfrequenter magnetischer Felder. Die Einrichtung dient der Hyperthermie des menschlichen Körpers, insbesondere im Rahmen der Krebs-Mehrschritt-Therapie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Hyperthermieeinrichtungen verschiedener Ausführungen . und Wirkprinzipien bekannt. Zu den am meisten genutzten Prinzipien gehört die Diathermie. Diese Variante beinhaltet im wesentlichen einen Sender zum Erzeugen der hochfrequenten Energie und Spulensysteme, welche das Magnetfeld erzeugen (DD-PS 128 818, DE-OS 33 06 391). Diese Einrichtungen haben gemeinsam den Hachteil, daß die Spulensysteme an Körpergrenzen starke Energiedichtemaxima erzeugen, wodurch besonders bei Gliedmaßen (Schenkel, Bein usw.) der Energietransport in das Innere des Körpers objektiv begrenzt wird. Bei diesen Objekten geringer Ausdehnung bestimmt die maximal tolerierbare Übererwärmung in den quasi-senkrecht zur Spulenebene verlaufenden Gewebegrenzschichten das Energieangebot im Objektinneren.

Es ist weiterhin zur gleichmäßigen Energiezufuhr in den Körper des Patienten vorgeschlagen worden, an definierten Stellen

zwischen den sich bewegenden Applikator und den Körper Shimmelemente anzuordnen (WP A 61 M/251 227 4). Es zeigte sich jedoch, daß in homogenen Medien damit auch kein ausreichendes Tiefenprofil erreichbar ist.

Ziel der Erfindung;

Der Applikator soll die Mängel der bekannten Einrichtungen hinsichtlich ihrer therapeutischen Wirkung beseitigen und auch einfach in seinem apparativen Aufbau sein.

Darlegung; des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Applikator zur Erwärmung biologischer Objekte durch Wirbelströme zu schaffen, der an eine übliche DiatHermieeinrichtung ankoppelbar ist und eine hohe Zufuhr von Wärme in die Tiefe des Körpers gewährleistet und Randzonen weniger belastet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem kühlbaren Spulensystem, welches über ein Koppelglied an einen HF-Generator angeschlossen ist, dadurch gelöst, daß dieses aus mindestens einem Spulenpaar besteht, wobei jede Spule einen magnetischen Dipol darstellt. Die Dipole sind übereinander angeordnet, wobei der obere, der dem biologischen Objekt am weitesten entfernteste, in seinem Durchmesser größer ist als der untere. Der obere Dipol dient der Primärfelderzeugung, der untere der Feldformung. Die Phasenlage des Stromes ist im unteren Dipol um 180 gegenüber der des oberen Dipols verschoben. Durch diese Gegenkopplung werden sowohl eine ETahfeldschwächung als auch eine Verminderung von Körpergrenzeneffekten bewirkt. Die Erfindung basiert auf der gezielten Nahfeldverzerrung unterschiedlich großer, räumlich getrennter gegenphasig erregter und über dem Patienten befindlicher magnetischer Multipole. Bisher störende Randeffekte werden teilweise zum Erzielen des anvisierten Energieabsorptionsprofils genutzt.

Zur weiteren Verbesserung der Führung der induzierten Ströme und damit zur Schwächung von Körpergrenzeneffekten ist es vorteilhaft, mehrere Dipole zujeiner Multipolmatrix in einer Ebene derart anzuordnen, daß nächste Nachbarn zueinander gegenphasig erregt werden. 5¹Ur den einfachen Fall zweier Dipole hat der Applikator die Gestalt einer Acht. Ebenso ist unter anderem die Kleeblattanordnung denkbar. Unter dieser Primärfeldmatrix wird die Matrix der Feldformung im oben erwähnten Sinne so angebracht, daß unter Berücksichtigung der begrenzten Ausdehnung biologischer Objekte in diesen die anvisierte Verbesserung des Energieeintrags in die Tiefe und die drastische Verminderung von Randeffekten voll zur Wirkung kommen. Somit gilt das Prinzip der Gegenphasigkeit nächster Nachbarn nicht nur für die Elemente der Primärfeldmatrix und der Feldformmatrix, sondern auch für die Phasenlage bezüglich der Elemente der Primärfeldmatrix zu den Elementen der Feldformmatrix.

Es ist zweckmäßig, für die Behandlung kleiner Objekte (Extremitäten), bei denen keine große Tiefenwirkung erforderlich ist, die Elemente der Feldformmatrix lediglich durch die Elemente der Primärfeiderzeugung mitzuerregen oder ganz wegzulassen.

Die Achsen der einzelnen magnetischen Dipole können entsprechend den Erfordernissen der Behandlung geneigt sein. Zur Feldkorrektur ist es auch vorteilhaft, den Abstand der unteren Dipole zu den oberen zu verändern oder die Abstände der Dipole einer Ebene, insbesondere der unteren Ebene, zu variieren.

Patientennahe Spulenteile können vorteilhaft auf erdnahe Potentiale gelegt werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, die durch hohe Potentialdifferenzen hervorgerufenen elektrischen Störfelder in bekannter Weise wirkungsvoll abzuschirmen.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1: den Aufbau eines Multipolapplikators,

Pig. 2: eine Gegenüberstellung der Wirkung eines einfachen magnetischen Dipols und einer Multipolmatrix.

In Fig. 1 ist die einfachste Realisierung des erfindungsgemäßen Applikators gezeigt, eine 2-Ebenen-1-Zeilenmatrix. Jede Zeile besteht aus zwei Elementen, das gesamte Spulensystem aus vier magnetischen Dipolen. Der Applikator besteht aus einem Kupferrohr, welches mit einem Kühlsystem versehen ist.

Die Dipole sind so angeordnet, daß in jeder Ebene eine Acht entsteht. Die obere Acht besteht aus den Dipolen MD (1,1) und MD (1,2), für die die Bedingung

gilt, d. h., deren Radien R₁₁ und R₁₂ sind gleich. Über das kurze konstruktiv bedingte Verbindungsstück V erfolgt die Stromversorgung der unteren Acht aus den Dipolen MD (2,1) und MD (2,2). Für diese Radien gilt die Beziehung

R₂₁ < R₁₁

Die Dipole MD (1,1) und MD (1,2) dienen der Primärfelderzeugungjund die Dipole MD (2,1) und MD (2,2) bewirken die Feldformung. Somit wird das Tiefenverhältnis durch die Gegenkopplung der kleineren, tiefer liegenden Dipole MD (2,1) und MD (2,2) und die Führung der induzierten Ströme durch die Gegenkopplung einer solchen Anordnung in der gleichen Ebene ver

bessert, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Der Strom 1™ für die Pri-

märfeiderzeugung fließt in der oberen Acht entgegen dem Strom I™ für die Feldformung in der unteren Acht und bewirkt damit

das Prinzip der Gegenphasigkeit. Der Abstand zwischen beiden Ebenen beträgt etwa 1/2 R^^.

In Fig. 2a ist die Wirkung eines einfachen Dipols dargestellt. Der Dipol D hat einen Radius R und erzeugt über dem biologischen Objekt B ein Temperaturprofil T durch das vom Strom I hervorgerufene Wirbelfeld im biologischen Objekt B. Bei dieser einfachen Kreisspule liegt das Maxima der Energiequelldichtefunktion weit außerhalb der Dipolachse.

Besteht der Applikator dagegen aus einer Anordnung wie in Fig.1 dargestellt, entsteht ein nahezu zentraler Energieeintrag (Fig. 2). Die Tiefenwirksamkeit Z des Multipolapplikators ist etv/a 50 % höher als die einer Kreisspule. Die dabei entstehende starke "Verwirbelung der induzierten Ströme ist aus der zugehörigen schematischen Darstellung zu ersehen.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch

   1. Applikator zur Erwärmung biologischer Objekte durch Wirbelströme, der über ein Koppelglied an einen EF-Generator angeschlossen ist und kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Dipole in zwei Ebenen übereinander und/ oder zu einer Matrix mit beliebig vielen Zeilen und Spalten angeordnet sind und daß die jeweils am nächsten benachbarten Dipole in der Ebene und gegebenenfalls zwischen den Ebenen vom Strom in entgegengesetzter Richtung erregt sind.
2. 2. Applikator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des bzw. der unteren Dipole kleiner als der der oberen Dipole ist.
3. 3. Applikator nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Dipole neigbar sind.
4. 4. Applikator nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dem biologischen Objekt nahe liegenden Dipole auf erdnahes Potential gelegt sind.
5. 5.(Applikator nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein elektrisches Potentialfeld metallisch abgeschirmt ist.
6. 6. Applikator nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ' die unteren Dipole in ihrer Lage zu den oberen Dipolen verschiebbar sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen