DE10310765A1

DE10310765A1 - Sonde und Vorrichtung für eine Thermotherapie

Info

Publication number: DE10310765A1
Application number: DE2003110765
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. Ueberle
Original assignee: Dornier Medtech Systems GmbH
Current assignee: Dornier Medtech Systems GmbH
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonde für eine Thermotherapie mit einer Antenne, wobei die Antenne zur Abstrahlung von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen abstimmbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde der genannten Art für eine Thermotherapie, wobei die Vorrichtung zum Bereitstellen von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde für eine Thermotherapie, sowie eine Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde.
Die gutartige Vergrößerung der Vorsteherdrüse (Prostata), auch benigne Prostata-Hyperplasie (BPH) genannt, ist hinsichtlich ihrer Verbreitung eine Volkskrankheit. Das altersbedingte und gutartige Wachstum der Prostata beginnt etwa ab dem 45. Lebensjahr. Etwa die Hälfte aller Männer über 60 Jahre haben nachweisbare Veränderungen im Sinne einer gutartigen Prostatavergrößerung; etwa 20 % müssen sich wegen tatsächlicher Beschwerden einer Therapie unterziehen. Im Anfangsstadium reicht eine sog. konservative Therapie mit Medikamenten häufig aus. In einem fortgeschrittenen Stadium wird üblicherweise eine operative Behandlung vorgenommen. Hierbei wird das vergrößerte Drüsengewebe weitgehend entfernt. Ein alternatives Verfahren ist die Thermotherapie (darunter soll hier jede Art der Wärmebehandlung durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen verstanden werden, z.B. die transurethrale Thermotherapie oder die Hyperthermie). Dabei wird beispielsweise mit Hilfe von Mikrowellen das Gewebe der Prostata erwärmt, auf Grund dessen die Gewebezellen absterben. Für dieses Verfahren wird üblicherweise eine Mikrowellenantenne mittels eines Katheters transurethral oder transrektal in die Nähe der Prostata gebracht, um dort die Mikrowellenstrahlung möglichst gezielt abgeben zu können. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass kein operativer Eingriff erforderlich ist, was die Belastung für den Patienten wesentlich verringert. Je nach Art der Thermotherapie wird das zu behandelnde Gewebe auf zwischen etwa 40 und etwa 200 Grad Celsius erwärmt.
Eine Mikrowellenvorrichtung zur Speisung einer Antenne für eine Thermotherapie sowie ein Katheter mit einer zugehörigen Antenne sind aus der US 5 916 241 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Mikrowellenvorrichtung und der zugehörige Katheter sind für die Ausstrahlung von Mirkowellen mit einer Frequenz von 915 MHz ausgelegt. Die Antenne ist in dem Katheterschaft angeordnet. Um die Antenne sind Volumen zur Aufnahme von Kühlwasser derart angeordnet, dass auf Grund der Absorption der thermischen Energie in dem Kühlwasser eine asymmetrische Abstrahlung der Mikrowellen erzielt wird.
In der WO 93/09845 ist ein Mikrowellen-Hyperthermiesystem offenbart, das zwei Katheter mit Antennen umfasst. Beide Antennen werden von derselben Energiequelle mit der gleichen Frequenz gespeist, wobei die relativen Phasen verschieden sein können.
Der Nachteil des Stands der Technik besteht darin, dass die Katheter für die Thermotherapie jeweils nur für die Abstrahlung einer Frequenz ausgelegt sind. Diese eine Frequenz ist aber häufig nicht an die individuelle Anatomie des Patienten angepasst. So kann beispielsweise bei einer kleinen Prostata die Eindringtiefe bei der Verwendung von Mikrowellenstrahlung von 915 MHz zu groß sein, so dass während der Behandlung auch gesundes Gewebe in hohem Maße zerstört wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sonde und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Anpassung der elektromagnetischen Strahlung an die individuelle Anatomie eines Patienten bei einer Thermotherapie ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sonde für eine Thermotherapie gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde für eine Thermotherapie gemäß Anspruch 10.
Somit wird erfindungsgemäß eine Sonde für eine Thermotherapie mit einer Antenne bereitgestellt, wobei die Antenne zur Abstrahlung von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen abstimmbar ist.
Da die erfindungsgemäße Sonde für die Abstrahlung von wenigstens zwei verschiedenen Frequenzen ausgebildet ist, erlaubt sie einer Verwendung für unterschiedliche Patientenanatomien. Außerdem können durch eine geeignet gewählte Anordnung der Abstrahlungsbereiche unterschiedliche Gewebebereiche gezielt behandelt werden. Die erfindungsgemäße Sonde kann beispielsweise zwei Antennen umfassen, die jeweils zur Abstrahlung einer anderen Frequenz ausgebildet sind.
Vorzugsweise können die wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen im Mikrowellenbereich liegen. Unter einer Mikrowellenfrequenz wird hier und im Folgenden eine Frequenz im Bereich zwischen etwa 100 MHz und 10 GHz verstanden.
Eine solche erfindungsgemäße Sonde kann insbesondere in vorteilhafter Weise bei der Behandlung einer benignen Prostata-Hyperplasie eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Sonde erlaubt die Abstrahlung von wenigstens zwei Mikrowellenfrequenzen. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sonde ermöglicht somit bei einer Thermotherapie eine Anpassung an die individuelle Anatomie des Patienten. Durch die Wahl einer geeigneten Frequenz wird die Eindringtiefe gesteuert; die Zerstörung von gesundem Gewebe kann somit stark reduziert werden. Außerdem kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Sonde auch die Anzahl benötigter Thermotherapiegeräte verringert werden, da der behandelnde Arzt nicht mehr für unterschiedliche Prostatagrößen entsprechende Thermotherapiegeräte mit jeweils geeigneten Antennen bereithalten muss.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der zuvor beschriebenen Sonden kann die Antenne einen ersten Antennenbereich zur Abstrahlung eines elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz und wenigstens einen zweiten Antennenbereich zur Abstrahlung eines zweiten elektromagnetischen Signals mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Frequenz aufweisen. Jeder Antennenbereich ist dabei auf eine Frequenz abgestimmt. Auf diese Weise kann die Sonde dazu verwendet werden, unterschiedliche Gewebebereiche je nach Antennenbereich mit elektromagnetischen Signalen unterschiedlicher Frequenz zu beaufschlagen. Insbesondere erlaubt die Verwendung einer einzigen Antenne mit zwei Antennenbereichen zur Abstrahlung von jeweils verschiedenen Frequenzen, dass die Speisung über nur ein Kabel erfolgen kann.
Prinzipiell ist die Antenne der erfindungsgemäßen Sonde nicht auf eine bestimmte Antennenform beschränkt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann wenigstens ein Antennenbereich in Form einer Wendelantenne ausgebildet sein. Grundsätzlich ist der Wirkungsgrad einer Dipolantenne maximal, wenn die Länge der Antenne der halben Wellenlänge der emittierten Strahlung entspricht. Eine Dipolantenne für die Abstrahlung einer typischen Frequenz von beispielsweise 915 MHz würde eine Länge von etwa 8 cm aufweisen. Dies ist insbesondere für Prostataanwendungen zu groß, so dass eine solche Antenne über einen bedeutenden Bereich umsonst abstrahlt. Dieser Nachteil wird durch die Verwendung einer Wendelantenne überwunden, da die erforderliche Länge des Schafts, um den die Antenne gewickelt wird, geringer ist als die Länge einer entspre chenden normalen Dipolantenne. Die erforderliche Länge ergibt sich aus der Anzahl und der Steigung der Windungen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der zuvor beschriebenen Sonden kann ein zweiter Antennenbereich Teil des ersten Antennenbereichs sein. Somit wird also eine erste Frequenz über die gesamte Länge eines ersten Antennenbereichs abgestrahlt und eine zweite Frequenz über einen Teil des ersten Antennenbereichs. Auf diese Weise wird eine Antenne bereitgestellt, welche die Abstrahlung von zwei Frequenzen ermöglicht, ohne die tatsächliche Länge der Antenne zu erhöhen.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative kann ein zweiter Antennenbereich in Fortsetzung des ersten Antennenbereichs angeordnet sein. In diesem Fall liegen die Schwerpunkte der Abstrahlung an verschiedenen Orten. Dies ermöglicht eine gezielte Aufheizung von unterschiedlichen zu behandelnden Bereichen, beispielsweise des Blasenhalses und der Prostata.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung aller zuvor beschriebenen Sonden kann diese ein elektronisches Bauelement umfassen, wobei das Bauelement als Schalter und/oder Kombinator ausgebildet ist, um elektromagnetische Signale mit unterschiedlichen Frequenzen bzw. Kombinationen hiervon auf die Antenne zu schalten.
Falls das Bauelement als Schalter ausgebildet ist, kann jeweils eine der wenigstens zwei Frequenzen auf die Antenne geschaltet werden. Somit kann einerseits über den Schalter eine dem zu bestrahlenden Bereich angepasste Frequenz gewählt werden. Andererseits können durch das Hin- und Herschalten zwischen verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Gewebebereiche nacheinander erwärmt werden.
Falls das Bauelement als Kombinator ausgebildet ist bzw. einen Kombinator umfasst, kann außerdem eine Kombination von wenigstens zwei Signalen mit verschiedenen Frequenzen auf die Antenne geschaltet werden, was eine gleichzeitige Erwärmung mit unterschiedlichen Eindringtiefen und/oder von unterschiedlichen Gewebebereichen erlaubt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die zuvor beschriebenen Sonden wenigstens eine Kühleinrichtung umfassen. Auf diese Weise kann unmittelbar an die Sonde angrenzendes Gewebe gekühlt und somit geschützt werden.
Vorzugsweise kann die wenigstens eine Kühleinrichtung zur Absorption von elektromagnetischer Energie ausgebildet sein. Durch eine geeignete Anordnung der wenigstens einen Kühleinrichtung wird ein Teil der abgestrahlten Energie bereits absorbiert, bevor sie in das Gewebe eindringt. Auf diese Weise kann eine gezielte Behandlung bestimmter Gewebebereiche erzielt werden.
Die Kühleinrichtung kann beispielsweise als Hohlraum in der Sonde ausgebildet sein, der von Wasser als Kühlmittel durchflossen wird. Der Hohlraum kann auf einer Seite der Sonde ein wesentlich größeres Volumen aufweisen als auf einer anderen, um auf der einen Seite mehr elektromagnetische Energie zu absorbieren, so dass dahinter liegendes Gewebe nur geringfügig erwärmt wird.
Vorzugsweise sind die zuvor beschriebenen Sonden zur transurethralen, transrektalen und/oder interstitiellen Verwendung ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde der zuvor beschriebenen Art für eine Thermotherapie bereitgestellt, wobei die Vorrichtung zum Bereitstellen von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Auswahl zwischen wenigstens zwei Eindringtiefen bei der elektromagnetischen Bestrahlung von Gewebe.
Vorzugsweise können die wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen im Mikrowellenbereich liegen.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung zur Speisung einer Antenne ein elektronisches Bauelement umfassen, wobei das Bauelement als Schalter und/oder Kombinator ausgebildet ist, um elektromagnetische Signale mit verschiedenen Frequenzen bzw. Kombinationen hiervon auf den Ausgang der Vorrichtung zu schalten. Damit wird in vorteilhafter Weise eine zeitlich aufeinander folgende Bestrahlung mit verschiedenen Frequenzen bzw. eine gleichzeitige Bestrahlung mit einer Kombination von verschiedenen Frequenzen ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können alle zuvor beschriebenen Vorrichtungen zur Speisung einer Antenne wenigstens einen Oszillator und einen Leistungsverstärker umfassen. Die wenigstens zwei Frequenzen können beispielsweise durch einen Oszillatorerzeugt werden, der zwei verschiedene Frequenzen bereitstellen kann. Gemäß einer vorteilhaften Alternative kann die Vorrichtung wenigstens zwei Oszillatoren für verschiedene Frequenzen aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vor wenigstens einen Oszillator ein Attenuator geschaltet. Leistungsverstärker weisen häufig Schwankungen in ihrer Verstärkercharakteristik auf. Diese Schwankungen können in vorteilhafter Weise durch einen Attenuator kompensiert werden. Vorzugsweise ist der Attenuator zur Anpassung an den Leistungsverstärker ausgebildet. Eine solche Anpassung kann beispielsweise über eine Rückkopplung erfolgen.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein System für eine Thermotherapie mit einer der zuvor beschriebenen Sonden und einer der zuvor beschriebenen Vorrichtungen zur Speisung einer Antenne bereitgestellt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen in schematischer Darstellung
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antenne einer erfindungsgemäßen Sonde;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antenne einer erfindungsgemäßen Sonde; und
3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speisung einer Antenne.
1 stellt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Antenne 2 einer Sonde (nicht gezeigt) für eine Thermotherapie dar. Die Antenne 2 ist als Wendelantenne ausgebildet. Die Speisung, üblicherweise ein Koaxialkabel, ist mit 1 bezeichnet. Die Wendelantenne 2 umfasst zwei Antennenbereiche 3 und 4, wobei der zweite Antennenbereich 4 in Fortsetzung des ersten Antennenbereichs 3 angeordnet ist. Die Antennenbereiche 3 und 4 werden durch einen Block 5 getrennt. Beispielsweise kann die Antennenform so modifiziert werden, dass lokal eine starke Impedanzänderung oder ein Impedanzsprung für eine der Frequenzen entsteht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antennenbereich 4 kürzer als der Antennenbereich 3 und somit für die Abstrahlung einer höheren Frequenz als der Antennenbereich 3 ausgebildet. Falls eine derartige Antenne an einer Sonde angeordnet ist, ermöglichst sie einerseits durch den Antennenbereich 4 eine gezielte Aufheizung z. B. des Blasenhalses, andererseits über den Antennenbereich 3 eine großflächige Bestrahlung der Prostata. Durch eine geeignete Anordnung von Einrichtungen zur Absorption von elektromagnetischer Energie um die Antennenbereiche können die zu bestrahlenden Bereiche weiter eingegrenzt werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne 2. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Antenne 2 wiederum zwei Antennenbereiche 3 und 4. In diesem Fall ist jedoch der zweite Antennenbereich 4 Teil des ersten Antennenbereichs 3. Der zweite Antennenbereich 4 wird durch den Block 5 definiert. Der Antennenbereich 3 nimmt die gesamte Länge der Antenne 2 ein und ist für die Abstrahlung einer niedrigeren Frequenz als der Antennenbereich 4 ausgebildet.
Vorzugsweise umfassen die Sonden eine Einrichtung zum Positionieren der Sonde in einer festen Position. Bei einer solchen Einrichtung kann es sich beispielsweise um einen aufblasbaren Ballon handeln, wie bei einem Foley-Katheter. Durch eine genaue und fixierte Positionierung kann die Effektivität der Thermotherapie insbesondere bei Verwendung einer Antenne mit verschiedenen Abstrahlbereichen gesteigert werden.
In 3 wird schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde für eine Thermotherapie gezeigt. Die Vorrichtung umfasst zwei Oszillatoren 6 und 6' für verschiedene Frequenzen f₁ und f₂ . Die Oszillatorsignale werden durch Leistungsverstärker 7 und 7' verstärkt, wobei zwischen Oszillator 6, 6' und Leistungsverstärker 7, 7' jeweils ein Attenuator 8, 8' geschaltet ist, mit dessen Hilfe Leis tungsschwankungen des Leistungsverstärkers kompensiert werden. Die Ausgänge der Leistungsverstärker 7 und 7' sind mit den Eingängen eines Schalters 9 verbunden. Der Schalter 9 dient dazu, eines der beiden Wechselstromsignale mit Frequenz f₁ oder f₂ auf den Ausgang 10 zur Antenne hin zu schalten. Der Schalter 9 kann vorzugsweise einen Kombinator umfassen (nicht gezeigt), mit dessen Hilfe auch eine Kombination der Wechselstromsignale auf die Antenne geschaltet werden kann.
Falls die Antenne an einer Sonde zur Thermotherapie angeordnet ist, kann der Schalter 9 auch an der Sonde angeordnet sein. Es ist nicht erforderlich, dass der Schalter Teil der Vorrichtung ist. Alternativ kann die Vorrichtung auch nur einen Oszillator umfassen, der zur Erzeugung von Wechselstromsignalen mit verschiedenen Frequenzen dient. In diesem Fall ist ein separater Schalter nicht mehr erforderlich.
Es versteht sich, dass die in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale nicht auf die jeweilige Kombination beschränkt sind, sondern sich auf verschiedenste Art und Weise kombinieren lassen.

Claims

Sonde für eine Thermotherapie mit einer Antenne, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zur Abstrahlung von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen abstimmbar ist.
Sonde nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen im Mikrowellenbereich liegen.
Sonde nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antenne einen ersten Antennenbereich zur Abstrahlung eines ersten elektromagnetischen Signals mit einer ersten Frequenz und wenigstens einen zweiten Antennenbereich zur Abstrahlung eines zweiten elektromagnetischen Signals mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Frequenz aufweist.
Sonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei wenigstens ein Antennenbereich in Form einer Wendelantenne ausgebildet ist.
Sonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein zweiter Antennenbereich Teil des ersten Antennenbereichs ist.
Sonde nach einem der Ansprüche 1–4, wobei ein zweiter Antennenbereich in Fortsetzung des ersten Antennenbereichs angeordnet ist.
Sonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem elektronischen Bauelement, wobei das Bauelement als Schalter und/oder Kombinator ausgebildet ist, um elektromagnetische Signale mit unterschiedlichen Frequenzen bzw. Kombinationen hiervon auf die Antenne zu schalten.
Sonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit wenigstens einer Kühleinrichtung.
Sonde nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine Kühleinrichtung zur Absorption von elektromagnetischer Energie ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Speisung einer Antenne einer Sonde für eine Thermotherapie nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Vorrichtung zum Bereitstellen von elektromagnetischen Signalen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen im Mikrowellenbereich liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit einem elektronischen Bauelement, wobei das Bauelement als Schalter und/oder Kombinator ausgebildet ist, um Wechselstromsignale mit verschiedenen Frequenzen bzw. Kombinationen hiervon auf den Ausgang der Vorrichtung zu schalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–12 mit wenigstens einem Oszillator und einem Leistungsverstärker.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei vor wenigstens einen Oszillator ein Attenuator geschaltet ist.
System für eine Thermotherapie mit einer Sonde nach einem der Ansprüche 1–9 und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–14.