DD221373A1

DD221373A1 - APPLICATOR FOR THE CONSERVATION OF BIOLOGICAL OBJECTS BY SWIVELING TROEME

Info

Publication number: DD221373A1
Application number: DD25759783A
Authority: DD
Inventors: Manfred Von Ardenne; Michael Zimmermann; Hans-Joachim Goetting; Guenter Boehme
Original assignee: Ardenne Manfred
Priority date: 1983-12-07
Filing date: 1983-12-07
Publication date: 1985-04-24

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. 1The invention relates to an applicator for heating biological objects by eddy currents by means of high-frequency magnetic fields, preferably for hyperthermia of the human body in the context of cancer multi-step therapy. The goal is to improve the therapeutic effect. The task is to increase the depth effect. According to the invention, the applicator consists of at least two dipoles, which are arranged in two planes above one another and / or to form a matrix. Immediately adjacent dipoles are energized by the current in opposite directions. Fig. 1

Description

Applikator zur Erwärmung biologischer Objekte durch WirbelströmeApplicator for heating biological objects by eddy currents

Field of application of the invention

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.The invention relates to a device for heating biological objects by inducing eddy currents by means of high-frequency magnetic fields. The device is used for hyperthermia of the human body, especially in the context of cancer multi-step therapy.

Characteristic of the known technical solutions

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.These are hyperthermia devices of various types. and principles of action known. One of the most widely used principles is diathermy. This variant essentially includes a transmitter for generating the high-frequency energy and coil systems which generate the magnetic field (DD-PS 128 818, DE-OS 33 06 391). These devices have in common the Hachteil that the coil systems at body boundaries generate strong energy density maxima, which is especially for limbs (leg, leg, etc.), the energy transport is limited to the interior of the body objectively. In these low-expansion objects, the maximum tolerable overheating in the tissue boundary layers extending quasi-perpendicular to the coil plane determines the energy supply in the interior of the object.

Es ist weiterhin zur gleichmäßigen Energiezufuhr in den Körper des Patienten vorgeschlagen worden, an definierten StellenIt has also been proposed for uniform energy delivery into the body of the patient, at defined locations

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.between the moving applicator and the body Shimmelemente arrange (WP A 61 M / 251 227 4). It turned out, however, that in homogeneous media, this also means that a sufficient depth profile can not be achieved.

Aim of the invention;

Der Applikator soll die Mängel der bekannten Einrichtungen hinsichtlich ihrer therapeutischen Wirkung beseitigen und auch einfach in seinem apparativen Aufbau sein.The applicator is intended to eliminate the deficiencies of the known devices in terms of their therapeutic effect and also be simple in its apparatus construction.

presentation; the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide an applicator for heating biological objects by eddy currents, which can be coupled to a conventional DiatHermieeinrichtung and ensures a high supply of heat in the depth of the body and less stress on the edges.

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.According to the invention the object is achieved with a coolable coil system, which is connected via a coupling member to an RF generator, characterized in that it consists of at least one pair of coils, each coil is a magnetic dipole. The dipoles are arranged one above the other, the upper one, which is farthest from the biological object, being larger in diameter than the lower one. The upper dipole is used for primary field generation, the lower one for field formation. The phase of the current in the lower dipole is shifted by 180 relative to that of the upper dipole. This negative feedback effects both a weakening of the field and a reduction of body-border effects. The invention is based on the targeted near-field distortion of different sized, spatially separated antiphase excited and located over the patient magnetic multipole. So far disturbing edge effects are partially used to achieve the envisaged energy absorption profile.

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.To further improve the guidance of the induced currents and thus to weaken body boundary effects, it is advantageous to arrange a plurality of dipoles for each multipole matrix in a plane such that nearest neighbors are energized out of phase with each other. 5 ^{1 In} the simple case of two dipoles, the applicator has the shape of an eight. Likewise, the cloverleaf arrangement is conceivable, among other things. Under this primary field matrix, the matrix of the field shaping in the above-mentioned sense is applied so that, taking into account the limited extent of biological objects in them, the targeted improvement of the energy input into the depth and the drastic reduction of edge effects are fully effective. Thus, the principle of the antiphase next neighbor applies not only to the elements of the primary field matrix and the field form matrix, but also to the phase relationship with respect to the elements of the primary field matrix to the elements of the field form matrix.

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.It is expedient, for the treatment of small objects (extremities), where no great depth effect is required, to only excite or omit the elements of the field-form matrix by the elements of primary-field-generation.

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.The axes of the individual magnetic dipoles may be inclined according to the requirements of the treatment. For field correction, it is also advantageous to change the distance of the lower dipoles to the upper or to vary the spacings of the dipoles of a plane, in particular the lower plane.

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.Patient-near coil parts can be advantageously placed on near-earth potentials. Furthermore, it is expedient to effectively shield the caused by high potential differences electrical interference in a known manner.

embodiment

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe accompanying drawings show in

Fig. 1: den Aufbau eines Multipolapplikators,1 shows the structure of a multipole applicator,

Pig. 2: eine Gegenüberstellung der Wirkung eines einfachen magnetischen Dipols und einer Multipolmatrix.Pig. Fig. 2: a comparison of the effect of a simple magnetic dipole and a multipole matrix.

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.FIG. 1 shows the simplest implementation of the applicator according to the invention, a 2-level 1-row matrix. Each line consists of two elements, the entire coil system consists of four magnetic dipoles. The applicator consists of a copper tube, which is provided with a cooling system.

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 BedingungThe dipoles are arranged so that there is an eight in each plane. The upper eight consists of the dipoles MD (1,1) and MD (1,2), for which the condition

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 Beziehungapplies, ie, their radii R ₁₁ and R ₁₂ are the same. About the short constructive connection piece V, the power supply of the lower eight of the dipoles MD (2,1) and MD (2,2). The relationship applies to these radii

R₂₁ < R₁₁ R ₂₁ <R ₁₁

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 verDipoles MD (1,1) and MD (1,2) are for primary field generation, and dipoles MD (2,1) and MD (2,2) cause field shaping. Thus, the depth ratio is compensated by the negative feedback of the smaller, deeper dipoles MD (2,1) and MD (2,2) and the guidance of the induced currents by the negative feedback of such an arrangement in the same plane

bessert, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Der Strom 1™ für die Pri-improves, as shown in Fig. 2 can be seen. The current 1 ™ for the primary

märfeiderzeugung fließt in der oberen Acht entgegen dem Strom I™ für die Feldformung in der unteren Acht und bewirkt damitMist generation flows in the upper eight against the current I ™ for field shaping in the lower eight, causing it to

das Prinzip der Gegenphasigkeit. Der Abstand zwischen beiden Ebenen beträgt etwa 1/2 R^^.the principle of antiphase. The distance between both levels is about 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.In Fig. 2a, the effect of a simple dipole is shown. The dipole D has a radius R and generates a temperature profile T over the biological object B through the vortex field in the biological object B caused by the current I. In this simple circular coil, the maximum of the energy source density function lies far outside the dipole axis.

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.By contrast, if the applicator consists of an arrangement as shown in FIG. 1, an almost central energy input results (FIG. 2). The depth efficiency Z of the multipole applicator is etv / a 50 % higher than that of a circular coil. The resulting strong "turbulence of the induced currents can be seen from the accompanying schematic representation.

Claims

invention claim

1. An applicator for heating biological objects by eddy currents, which is connected via a coupling member to an EF generator and can be cooled, characterized in that at least two dipoles are arranged in two levels one above the other and / or to a matrix with any number of rows and columns and that each of the next adjacent dipoles in the plane and optionally between the planes are energized in the opposite direction.

2. Applicator according to item 1, characterized in that the radius of the or the lower dipoles is smaller than that of the upper dipoles.

3. Applicator according to item 1 and 2, characterized in that the axes of the dipoles are tilted.

4. Applicator according to item 1 to 3 », characterized in that the biological object close dipoles are placed on near-ground potential.

5. ( Applicator according to item 1 to 4, characterized in that its electric potential field is shielded metallic.

6. Applicator according to item 1 and 2, characterized in that 'the lower dipoles are displaceable in position to the upper dipoles.

For this 2 sheets of drawings