DE10220680A1

DE10220680A1 - Applicator for deep hyperthermy treatment of malign tissue stimulates resonant frequency in cylindrical volume with relatively large cross-section while body parts not heated are shielded by metal screens

Info

Publication number: DE10220680A1
Application number: DE2002120680
Authority: DE
Inventors: Bertold Stadler; Peter Stadler; Burkhard Stadler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-27

Abstract

The deep hyperthermy applicator has a hollow volume metal resonator in which a patient is partly subjected to an electromagnetic field. A cylindrical hollow volume with a cross-section that is relatively large compared to the patient treatment cross-section is selected and a resonant frequency is stimulated in the selected cylindrical hollow volume. Body parts that are not heated are shielded with metal screens.

Description

Es ist bekannt, dass die Übererwärmung malignen Körpergewebes - insbesondere auch als Kombinationstherapie - dazu führt, dass die Krebszellen so geschädigt werden können, dass sie absterben. Solche Untersuchungen gehen auf Manfred v. Ardenne zurück, der als erster eine Ganzkörper-Übererwärmung angewendet hat, die auch heute noch in verfeinerter Form mit Infrarotlicht eingesetzt wird (1). Daneben gibt es auch Geräte und Verfahren, welche zur Übererwärmung hochfrequente Felder einsetzen (2, 3, 4). It is known that overheating of malignant body tissue - especially as a combination therapy - leads to the cancer cells being damaged so that they die. Such investigations go to Manfred v. Ardenne back, who was the first to apply whole-body overheating, which is still used today in a refined form with infrared light ( 1 ). There are also devices and processes that use high-frequency fields to overheat ( 2 , 3 , 4 ).

Problemstellungproblem

Bisherige Techniken sind entweder invasiv (Nadel-Applikatoren (8)) oder haben mit unerwünschter Wärmeerzeugung außerhalb des gewünschten therapeutischen Volumens (z. B. dem Tumor) zu kämpfen (z. B. sog. "Hot Spots" (7)). Im übrigen müssen die verwendeten Hochfrequenzfelder aufwendig gegen eine Außenraumabstrahlung geschirmt werden. Previous techniques have either been invasive (needle applicators ( 8 )) or have to deal with undesired heat generation outside the desired therapeutic volume (eg the tumor) (eg so-called "hot spots" ( 7 )). In addition, the high-frequency fields used must be shielded from external radiation in a complex manner.

Die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung löst dieses Problem durch ein neues technisches Prinzip, den Hohlraumresonator, für die therapeutische Hyperthermie, das eine höhere Präzision und eine bessere Steuerung der Wärmeapplikation am Patienten erlaubt und bezüglich baulicher Anforderungen eine deutliche Vereinfachung bedeutet. Das Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, das weder Elektroden, noch Spulen oder Antennen verwendet. The invention specified in claim 1 solves this problem by a new one technical principle, the cavity resonator, for therapeutic hyperthermia, the higher one Precision and better control of the heat application to the patient allowed and related structural requirements means a significant simplification. The problem is caused by the im Features listed claim 1 solved that neither electrodes, nor coils or Antennas used.

Die mit der Erfindung erzielten technischen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein metallischer Hohlraum einem Faradayschen Käfig gleichkommt, der eine Abstrahlung von Hochfrequenz in den Außenraum verhindert. Auf diese Weise ist man weder an feste, behördlich zugelassene Frequenzen gebunden, noch entsteht die Notwendigkeit, den Behandlungsraum abzuschirmen und alle Zuleitungen mit elektrischen Filtern zu versehen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Behandlungspersonal keiner hochfrequenten Strahlung ausgesetzt ist und letzteres sich daher im Behandlungsraum aufhalten kann. The technical advantages achieved with the invention are in particular that a metallic cavity resembles a Faraday cage that emits radiation from Prevents high frequency in the outside space. This way you are neither at fixed, official Authorized frequencies bound, there still arises the need for the treatment room shield and provide all supply lines with electrical filters. Another advantage is there in that the treatment staff is not exposed to high-frequency radiation and the latter can therefore be in the treatment room.

Für den zu behandelnden Patienten besteht etwas mehr Bewegungsfreiheit während der Behandlung, da er nicht, wie bei bisherigen Verfahren üblich, in Wasserpackungen eingeschnürt ist, die zur Ankopplung der Hochfrequenzfelder an den Körper, teilweise auch zum Schutz oder zur Kühlung der Hautoberfläche eingesetzt werden. For the patient to be treated there is a little more freedom of movement during the Treatment, since it is not constricted in water packs, as is usual with previous methods, those for coupling the high-frequency fields to the body, sometimes also for protection or Cooling of the skin surface can be used.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist durch Patentanspruch 2 gegeben, weil durch metallische Schirme es möglich ist, nicht zu erwärmende Körperteile von der Einwirkung hochfrequenter Felder abzuschirmen, so dass nur der Körperbereich mit malignem Gewebe hochfrequenten Feldern ausgesetzt und durch diese erwärmt wird. An advantageous embodiment is given by claim 2, because of metallic Shield it is possible to avoid heating parts of the body from exposure to high frequency Shield fields so that only the body area with high frequency malignant tissue Fields exposed and heated by them.

Im Patentanspruch 3 wird davon ausgegangen, dass eine zweckmäßige Eigenresonanz des Hohlraums benutzt wird, die es erlaubt z. B. durch zwei um 90° am Umfang versetzten Einspeisepunkten mittels Leistungs- und/oder Phasensteuerung das resultierende elektromagnetische Feld zu drehen, oder eine elliptische oder zirkulare Polarisation des elektromagnetischen Feldes zu erzeugen. Auch besteht die Möglichkeit mit mehreren Einspeisungen unterschiedlicher Frequenzen, die innerhalb der Resonanzbandbreite des Resonators liegen sollten, eine fokussierte Wärmeentwicklung zu erzeugen. In claim 3 it is assumed that an appropriate resonance of the Cavity is used, which allows z. B. offset by two by 90 ° on the circumference The resulting electromagnetic field by means of power and / or phase control to rotate, or an elliptical or circular polarization of the electromagnetic field produce. There is also the option of using several different feeds Frequencies that should be within the resonance bandwidth of the resonator are focused To generate heat.

Schließlich erlaubt die Ausgestaltung nach Patentanspruch 4 die Verwendung ionisierender Strahlung wegen der erheblich geringeren Absorption von oberflächenhaft metallisiertem Kunststoffen gegenüber massiven Metallwänden für den Hohlraumresonator. Dabei ist gedacht an eine gleichzeitige Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronen, Ionen oder Photonen (im MeV Bereich), oder an diagnostische Möglichkeiten, wie etwa an die Positronen-Emmisions- Tomografie (PET) während der Behandlung. Finally, the embodiment according to claim 4 allows the use of ionizing Radiation due to the significantly lower absorption of surface metallized Plastics versus solid metal walls for the cavity resonator. It is thought of one simultaneous irradiation with high-energy electrons, ions or photons (in MeV Range), or diagnostic options, such as positron emission Tomography (PET) during treatment.

Ein Ausführungsbeispiel des Applikators wird schematisch im folgenden näher beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein zylindrischer Hohlraumresonator mit seiner tiefsten Eigenfrequenz (Grundschwingung), dem H₁₁₁-Schwingungszustand (5, 6), angeregt (prinzipiell eignen sich auch höhere Schwingungszustände). Dabei entstehen elektrische Felder transversal zur Zylinderachse (Fig. 1). Die Eigenfrequenz wird durch die Randbedingungen, dem Durchmesser (D) und die Zylinderlänge (L), bestimmt. Um einen Patienten in den Hohlraumresonator einschieben zu können, befinden sich in den Endscheiben zentrale Öffnungen. Auf die Endscheiben aufgesetzte Rohre verhindern, dass Hochfrequenzfelder in den Raum austreten. Gleichzeitig dienen sie der Aufnahme von Vorrichtungen, die das Einschieben und positionieren des Patienten ermöglichen, sowie zur Aufnahme von Schutzrohren, die im Inneren des Hohlraumresonators eine Erwärmung von Körperteilen verhindern, die nicht erwärmt werden sollen (Fig. 2). An embodiment of the applicator is described schematically below. In this exemplary embodiment, a cylindrical cavity resonator is excited with its lowest natural frequency (fundamental oscillation), the H ₁₁₁ oscillation state ( 5 , 6 ) (in principle, higher oscillation states are also suitable). This creates electrical fields transverse to the cylinder axis ( Fig. 1). The natural frequency is determined by the boundary conditions, the diameter (D) and the cylinder length (L). In order to be able to insert a patient into the cavity resonator, there are central openings in the end plates. Pipes placed on the end plates prevent high-frequency fields from escaping into the room. At the same time, they serve to accommodate devices that allow the patient to be inserted and positioned, as well as to accommodate protective tubes that prevent the heating of parts of the body inside the cavity that are not to be heated ( FIG. 2).

Wird in einen Hohlraumresonator ein (verlustbehaftetes) Dielektrikum, hier also der zu behandelnde Patient, eingebracht, so tritt im Dielektrikum eine Erhöhung der Verschiebungsstromdichte auf (Fig. 3). Die Dämpfung des elektrischen Feldes im Dielektrikum bewirkt eine Erwärmung desselben. Durch Mehrfacheinspeisung gemäß Patentanspruch 3 können Felder verschiedener Ausrichtung derart überlagert werden, dass eine Wärme-Konzentration entsteht. Besonders günstig erscheint die Erzeugung einer elliptischen oder zirkulareren Rotation des elektrischen Feldvektors im Hohlraumresonator. Infolge der vom Zentrum nach den Rändern hin abfallenden elektrischen Feldstärke wird das Maximum der Verlustleitung im Zentrum konzentriert. Bei entsprechender Lagerung des Patienten lässt sich damit ein Tumor im Körperinneren gut therapieren. Literatur 1. H. Wehner, von Ardenne, S. Kalthofen: Whole-body hyperthermia . . ., Int. J Hyperthermia, 2001 Vol 17 No 1, 19-17
2. A. Szasz, O. Szasz, N. Szasz: Electrohyperthermia: a new paradigm in cancer therapy, Deut. Z. f. Onkologie, 33. Jahrg. 3/2001, 91-99
3. P. Wust, R. Felix, P. Deuflhard: Onkologie, Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1999
4. BSD, Hyperthermia-CD-ROM, Dr. Sennewald Medizintechnik GmbH, München
5. N. Marcuvitz: Waveguide Handbook, 1951, McGraw-Hill Book Company, NY
6. Meinke-Gundlach: Taschenbuch für Hochfrequenztechnik 1968, Springer Berlin/Heidelberg
7. S. Jacobsen and F. Melandsø: The concept of using multifrequency energy transmission to reduce hot spots during deep-body hyperthermia. Ann Biomed Eng. 2002 Jan, 30(1) 34-43
8. Ikeda H, Tanaka M, Matsuo R, Fukuda H, Yamada R, Yamamoto I.: Development of a new heating needle for interstitial hyperthermia compatible with interstitial radiotherapy. Radiat. Med. 2001 Nov-Dec, 19(6), 285-9 If a (lossy) dielectric, in this case the patient to be treated, is introduced into a cavity resonator, an increase in the displacement current density occurs in the dielectric ( FIG. 3). The damping of the electrical field in the dielectric causes the latter to heat up. By multiple feeding according to claim 3, fields of different orientations can be superimposed such that a heat concentration arises. The generation of an elliptical or more circular rotation of the electric field vector in the cavity resonator appears particularly favorable. As a result of the electric field strength falling from the center towards the edges, the maximum of the conduction is concentrated in the center. With appropriate positioning of the patient, a tumor inside the body can be treated well. Literature 1. H. Wehner, von Ardenne, S. Kalthofen: Whole-body hyperthermia. , ., Int. J Hyperthermia, 2001 Vol 17 No 1 , 19-17
2. A. Szasz, O. Szasz, N. Szasz: Electrohyperthermia: a new paradigm in cancer therapy, Deut. Z. f. Oncology, 33rd year 3/2001, 91-99
3. P. Wust, R. Felix, P. Deuflhard: Oncology, Spectrum of Science, December 1999
4. BSD, Hyperthermia CD-ROM, Dr. Sennewald Medizintechnik GmbH, Munich
5. N. Marcuvitz: Waveguide Handbook, 1951, McGraw-Hill Book Company, NY
6. Meinke-Gundlach: Paperback for radio frequency technology 1968 , Springer Berlin / Heidelberg
7. S. Jacobsen and F. Melandsø: The concept of using multifrequency energy transmission to reduce hot spots during deep-body hyperthermia. Ann Biomed Eng. 2002 Jan, 30 ( 1 ) 34-43
8. Ikeda H, Tanaka M, Matsuo R, Fukuda H, Yamada R, Yamamoto I .: Development of a new heating needle for interstitial hyperthermia compatible with interstitial radiotherapy. Radiat. Med. 2001 Nov-Dec, 19 ( 6 ), 285-9

Claims

1. Applicator for targeted overheating (hyperthermia) of malignant tissue by radio frequency (VHF, UHF), in which the patient is partially exposed to an electromagnetic field in a metallic cavity resonator, characterized in that a cylindrical cavity, the cross section of which is relatively large compared to the patient - / Treatment cross section is selected, is excited in a resonance frequency.

2. Applicator according to claim 1, characterized, that parts of the patient's body that should not be warmed by metallic Umbrellas can be protected.

3. Applicator according to claim 1, characterized, that to achieve a targeted heat concentration with more than one Radio frequency coupling into the resonator either with the same frequency and with power certain phase difference, or high-frequency power with different frequencies can be fed.

4. Applicator according to claim 1, characterized, that the cavity resonator consists of a plastic body that is metallic on the inside is coated.