DE2850248A1

DE2850248A1 - Hochfrequenzapplikator fuer die hyperthermiebehandlung

Info

Publication number: DE2850248A1
Application number: DE19782850248
Authority: DE
Inventors: Fred Sterzer
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1979-05-23
Also published as: JPS569340B2; FR2409053B1; GB2010056A; US4197860A; GB2010056B; FR2409053A1; JPS5479994A

Description

US-Ser.No: 853,585 RCA 72,016

AT: 2I.November 1977 Dr.ν.Β/Ε

RCA Corporation

New York, N.Y. (V.St.A.)

Hochfrequenzapplikatorfiir die Hyperthermiebehandlung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Applikator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, also einen Applikator für die Hyperthermiebehandlung von Gewebe, insbesondere menschlichem Körpergewebe.

Es ist bekannt, daß Krebsgeschwüre häufig dadurch erfolgreich behandelt werden können, daß man die Temperatur des Krebsgewebes erhöht. Diese Behandlung wird als Hyperthermie bezeichnet. Ein Verfahren zur Hyperthermi ebehandl ung besteht darin, das Tuniorgewebe mit elektromagnetischer Energie im Mikrowellenfreqneznbereich zu bestrahlen. Die Remperatur eines mit Mikrowellen bestrahlten Gewebevolumens hängt von der Leistung (d.h.der Intensität) der Mikrowellenstrahlung oder des Mikrowellensignals ab, die der Oberfläche des Körpergewebes zugeführt werden. Die Eindringtiefe von Mikrowellenstrahlung in das Gewebe ist eine inverse Funktion der Frequenz der Mikrowellen. Das behandelte Volumen läßt sich durch die elektrische und geometrische Konstruktion des Mikrowellenapplikators steuern, d.h. der Einrichtung, mit der die Mikrowellen auf das Gewebe zur Einwirkung gebracht werden.

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Eiη bekannter Mikrowellenapplikator enthält einen Hohlleiter, der flexible Wände hat und mit einem flexiblen dielektrischen Material gefüllt ist, so daß er an die Form einer unregelmäßigen Oberfläche des zu behandelnden Gewebes angepaßt werden kann, siehe Fig. 7 der US-PS 24 07 690.

Es ist bekannt, Tumore durch Erhöhung der Temperatur auf 43 ± 0,5⁰C zu behandeln. Dabei soll die Temperaturverteilung innerhalb des behandelten Gewebes möglichst gleichmäßig sein.

Bei den bekannten Hochfrequenzapplikatoren für die Mikrowellen-Hyperthermiebehandlung ist ein Wellen- oder Hohlleiter vorgesehen, um die Mikrowellenenergie von einer Antennenanordnung (die mit einem Mikrowellensignal gespeist wird) zu dem zu behandelnden Gewebe übertragen wird. In einem solchen Wellenleiter-Applikator ist jedoch die Verteilung der elektromagnetischen Energie von der Antennenanordnung häufig elektrisch ineffizient, z.B. infolge des Auftretens von stehenden Wellen (der Mikrowellenfrequenz) im Gewebe. Das Auftreten von stehenden Wellen ergibt aber eine ungleichmäßige Energieverteilung und damit eine ungleichmäßige Erwärmung des behandelten Gewebes.

Wie erwähnt, enthält also ein konventioneller Applikator für die Hyperthermiebehandlung eine Antennenanordnung sowie eine Anordnung zur Kopplung oder Übertragung elektromagnetischer Energie zwischen der Antennenanordnung und Gewebe, das sich außerhalb des Applikators befindet. Wenn die Antennenanordnung eines solchen Applikators erregt wird, z.B. durch Anlegen eines elektrisches Signals geeigneter Frequenz und Leistung, breitet sich elektromagnetische Energie von der Antennenanordnung durch die Kopplungsanordnung in das Gewebe aus, wodurch mindestens ein Teil des Gewebes erwärmt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Applikator der oben genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, daß eine gleichmäßigere Energieverteilung und Erwärmung im Gewebe gewährleistet ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochfrequenzappiikator der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dem Mikroweilenapplikator gemäß der Erfindung erzeugt die Antennenanordnung also die elektromagnetische Energie als eine elektromagnetische Energieverteilung, die durch die Kopplungsanordnung in das Gewebe strahlt und die Kopplungsanordnung enthält freifließendes dielektrisches Material, das in einem Beutel aus flexiblem Werkstoff verteilt ist, der sich an eine Oberfläche des Gewebes anzupassen vermag.

Durch den Hochfrequenzappiikator gemäß der Erfindung ergibt sich eine Ausbreitung der elektromagnetischen Energie von der Antennenanordnung zum Gewebe mit einer relativ gleichmäßigen Kopplung auf das Gewebe, so daß dieses sehr gleichförmig erwärmt wird und man dadurch die gewünschte gleichförmige Temperatur in dem bestrahlten Teil des Gewebes erhält.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 eine genauere Darstellung eines in Fig. 1 dargestellten Applikators.

In Fig. 1 sind die Hauptbestandteile eines Hyperthermiebehandlungsgerätes mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie die Anordnung dieser Bestandteile dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte Hyperthermiegerät enthält eine Mikrowellenquelle 10, welche ein Mikrowellensignal 16 liefert, welches über

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eine Leitung 14 mit Anschlüssen 12 und 22 einer Steuereinrichtung 20 zugeführt wird. Von der Steuereinrichtung 20 wird das Mikrowellensignal 16 über einen Anschluß 24 und eine Abstimmvorrichtung 30 in Richtung eines Pfeiles 36 einem Applikator 70 zugeführt. Der Applikator 70 enthält eine Antennenanorjnunc.= , die des Mikrcwellensignal 16 in eine räumliche elekt-* tromagnetische Energieverteilung umsetzt, die für die Bestrahlung von Gewebe 120 verwendet wird. Wie unten noch erläutert werden wird, erfolgt die Bestrahlung des Gewebes 120 mit der Mikrowellenenergie während bestimmter Intervalle unter Steuerung eines Taktgebers 50. Die zur Bestrahlung dienende verteilte elektromagnetische Energie wird durch den Taktgeber 50 periodisch unterbrochen, damit das Gewebe 120 ein Signal 34 abstrahlen kann, das in Richtung des Pfeiles 38 zur Steuereinrichtung 20 gelangt und von dieser über eine Leitung 29 und Anschlüsse 28 und 62 einem Radiometer 60 zugeführt wird. Das Signal 16 hat eine verhältnismäßig hohe Leistung und wird in ein verteiltes elektrisches Feld für die Bestrahlung des Gewebes 120 umgesetzt, während das Signal 34 eine verhältnismäßig niedrige Leistung hat und aus der vom erwärmten Gewebe 120 abgestrahlten elektromagnetischen Energie besteht. Die Mikrowellenquelle 10 enthält einen bekannten abstimmbaren Mikrowellengenerator, der Hochfrequenzsignale in einem Frequenzbereich in der Größenordnung von 100 bis 10000 MHz mit Leistungen von 1,0 bis mehreren einhundert Watt zu erzeugen vermag. Die Mikrowellenquelle 10 wird so eingestellt, daß am Anschluß 12 ein Signal solcher Frequenz und Leistung zur Verfugung steht, daß sich die gewünschte Eindringtiefe in das Gewebe 120 bzw. die gewünschte Erwärmung des Gewebes ergeben.

Die Steuereinrichtung 20, die ein geeignetes Schaltwerk enthält, gestattet u.a. eine Verbindung für das Mikrowellensignal 16 von der Eingangsleitung 14 zum Ausgangsanschluß 24 und über die Abstimmvorrichtung zum Applikator 70 herzustellen. Die Abstimmvorrichtung 30 dient in bekannter Weise zur Impedanzanpassung zwischen der Mikrowellenquelle 10 und einer noch zu beschreibenden Antennenanordnung des Applikators 70 und damit zur Anpassung der Impedanz der Mikrowellenquelle 10 an die eines Tumors 124, der sich innerhalb des Gewebes 120 befindet und durch die elektromag-

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netische Energie erhitzt werden soll. Die Steuereinrichtung 20 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie es in der DE-OS 28 27 003 beschrieben ist.

Der Applikator 70 hat einen flexiblen Beutel 76, der sich der Kontur der Oberfläche 122 des Gewebes 120 anpaßt, wie in Fig. 2 genauer dargestellt ist. Der Applikator 70 dient dazu, das Mikrowellensignal 16 in ein verteiltes elektrisches Feld zur Bestrahlung des Gewebes 120 umzusetzen. Der Applikator bzw. der Beutel 76 ist mit einem frei fließfähigen dielektrischen Pulver gefüllt, das vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante im Bereich zwischen 5 und 50 hat. Als geeignet hat sich ein pulverförmiges Material mit der Dielektrizitätskonstante 12 erwiesen, das unter dem Handelsnamen ECCOFLO HiK von der Firma Emerson and Cuming, Inc., Canton, Massachusetts, V.St.A. vertrieben wird. Der Anschluß 75 des Applikators 70 ist mit der Steuereinrichtung 20 z.B. über ein 50 Ohm-Koaxialkabel 32, die Abstimmvorrichtung, ein 50-Ohm-Koaxial kabel 25 und den Anschluß 24 verbunden, der beliebig ausgebildet sein kann. Der Applikator 70 soll im Ideal falle eine Anpassung an die Impedanz des Gewebes 120 bewirken. In der Praxis ist jedoch eine ideale Anpassung recht schwierig. Nichtsdestoweniger arbeitet der Applikator umso besser, je vollkommener die Impedanzanpassung ist. Das Radiometer 60 ist eine bekannte Vorrichtung zur Messung von Strahlungsenergie und ist vorzugsweise auf ein bestimmtes Frequenzband im Mikrowellenbereich abstimmbar, z.B. auf den Frequenzbereich des Mikrowellen signals 16. Das Radiometer 60 ist so geeicht oder ausgebildet, daß es ein Signal liefert, welches der mittleren Temperatur der gemessenen Wärmeenergie bzw. des erfaßten Gewebes entspricht. Das Radiometer 60 ist vorzugsweise ferner mit einer Sensorschaltung versehen, die auf einer Ausgangsleitung 64 ein Temperatursteuersignal 65 liefert, das dazu dient, die Temperatur im Gewebe 120 entsprechend der dem Eingangsanschluß 62 zugeführten gemessenen Strahlungsenergie innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches (z.B. 43,0 t 0,5 ⁰C) zu halten, worauf unten noch näher eingegangen wird. Wenn die Temperatur entsprechend der durch das Radiometer 60 erfaßten Strahlungsenergie etwa 43,5 ⁰C betrifft (der oberen Grenze des Temperatursollwertbereiches), wird eine Vorderflanke 65a des Temperatursteuersignals 65 erzeugt. Das Signal 65 verhindert eine weitere Erwärmung des Gewebes 120,

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wie noch erläutert werden wird. Das Signal 65 dauert so lange an, bis die Temperatur auf etwa 42,5 ⁰C abgesunken ist, worauf das Radiometer das Signal 65 wieder auf Null abfallen läßt, was der Rückflanke 65 dieses Signals entspricht.

Der Taktgeber 50 liefert ein Zeitsteuersignal 54, das die Einschaltdauer bestimmt, während derer das Mikrowellensignal 16 von der Mikrowellenquelle 10 dem Gewebe 120 zugeführt und in diesem absorbiert wird. Ein geeigneter Taktgeber ist in der oben bereits erwähnten DE-OS 28 27 003 beschrieben. Der Taktgeber 50 erzeugt ein Zeitsteuersignal 55, das die Ausschal tperioden bestimmt, während derer das Radiometer 60 das Signal 34 mif3t, das aus der vom erhitzten Gewebe 120 abgestrahlten Energie besteht. Das Signal 65 vom Radiometer 60 veranlaßt also über dem Taktgeber 50, daß die Steuereinrichtung 20 das Mikrowellensignal 16 vom Applikator 70 auf eine künstliche Antenne 40 umschaltet und das vom Gewebe 120 abgestrahlte Signal 34 mißt. Das Gewebe wird dann also durch das Mikrowellensignal 16 nicht bestrahlt und seine Temperatur wird sinken, da das erhitzte Gewebe Wärme an das umgebende kühlere Gewebe und den Applikator abgibt. Wenn die Temperatur des Gewebes 120 etwa 42,5-⁰C erreicht, was durch das Radiometer 60 festgestellt wird, nimmt das Signal 65 wieder den Wert Null an, so daß das Signal 16 wieder dem Applikator 70 und dem Gewebe 120 zugeführt wird, während gleichzeitig das Radiometer 60 von der Leitung 25 abgetrennt wird, so daß es durch das Signal 16 hoher Leistung nicht beschädigt werden kann.

Im folgenden soll nun der Hochfrequenz- oder Hyperthermie-Applikator unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert werden. Dem Applikator 70 wird das Signal 16 über ein verteiltes Netzwerk aus Antennen zugeführt, welches als Verbundantenne 100 ausgebildet und in einem Aluminiumgehäuse 71 angeordnet ist. Eine geeignete Verbundantenne ist in der US-PS 3 587 110 beschrieben. Die Verburidantenne 100 enthält ebene Dipolantennen 101, 102, 103, 104...109 und 110, die abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten eines Substrates oder einer Trägerstruktur angeordnet sind. Die ebe-^ nen Dipolantennen sind so angeordnet, daß sie Mikrowellensignale mit einer Strahlungsverteilung abstrahlen, die im wesentlichen nach unten in das di-

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elektrische Material 79 des Applikator? gerichtet ist. Die nach oben abgestrahlten Mikrowellensignale werden durch einen Reflektor 80 reflektiert, der so angeordnet ist, daß die von seiner Oberfläche reflektierten und sich dann nach unten ausbreitenden Signale die anderen Signale, die sich in das dielektrische Material 79 ausbreiten, verstärken.

Das dielektrische Material 79 ist, wie erwähnt, ein frei fließfähiges dielektrisches Pulver, dessen Dielektrizitätskonstante bei dem beschriebenen Beispiel den Wert 12 hat; an sich sind Pulver mit einer noch höheren Dielektrizitätskonstante vorzuziehen. Das dielektrisches Material 79 ist in einem flexiblen Beutel 76 verteilt, der aus einem Polyäthylenwerkstoff besteht, der Mikrowellensignale durchläßt. Der mit dem frei fließfähigen dielektrischen Material 79 gefüllte flexible Beutel 76 verleiht dem Applikator die gewünschte Flexibilität oder Anpassungsfähigkeit. Der Applikator kann sich dadurch an die Form der Oberfläche anpassen, an die er angelegt wird, wie einer Oberfläche 122. Der Applikator 70 paßt sich also auch unregelmäßig geformten Oberflächen an, wie einer unregelmäßigen Oberflächenkontur 126, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Das Gewebe, das z.B. ein mittels des Hyperthermyegerates zu behandelndes Krebsgeschwür enthält, ist in Fig. 2 mit 124 bezeichnet.

Der flexible Beutel 76 ist mit einer Abschirmschürze 24 aus einem flexiblen Netz- oder Gewebematerial umgeben, die sich genügend weit über den Beutel nach unten erstreckt, um mit der Oberfläche 122 in Berührung kommen und sich an diese anpassen zu können. Die flexible Abschirmschürze kann beispielsweise aus einem feinen fidel stahlgewebe bestehen, z.B. einem Gewebe aus 2mm Draht mit einer Maschenweite von 5x5 mm. Die Abschirmschürze 74 ist am Umfang des Applikators 70 angeordnet und verhindert ein Austreten von Mikrowellenstrahlung aus dem Applikator 70 und dem Gewebe, auf das er aufgesetzt ist.

In dem Fließfähigen Material 79 ist eine Flügel 78 ähnlich einem Ventilatorflügel angeordnet, der durch eine Schraube 77 oder dgl. an einer Welle 73 eines Motors 72 befestigt ist. Die Welle 73 wird mit einer Drehzahl von z.B. zwei Umdrehungen pro Minute gedreht. Der rotierende Flügel 78 dient als "Mode-Rührer". Mode-Rührer oder Vorrichtungen zur

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Strahiungsfeldveryleiehmäßigung sind aus der Technik der Mikrowel lenherde bekannt, siehe z.B. die US-PS 2 813 185.

Dem Applikator 70 wird das Mikrowellensignal 16 über den Anschluß 75 zugeführt, der seinerseits wiederum mit der Verbundantenne 100 verbunden ist. Die Dipolantennen der Verbundantenne 100 strahlen das Mikrowellensignal 16 in Form einer Anzahl elektrischer Strahlungsenergie-Feldmuster in den Applikator 70. Das dielektrische Material 79 des Applikators 70 koppelt diese Strahlungsenergie in den Tumor 124 und das umgebende Gewebe 120, das sich innerhalb der elektrischen Feldmiister befindet. Diese Strahlungsenergie bestrahlt also den Tumor 124 sowie das Gewebe 120 und erhöht deren Temperatur·. Die angestrahlte Feldverteilung kann durch Justierung der Abschirmschürze 74 auf das/Volumen des Tumors begrenzt werden. Die Erwärmung soll vorzugsweise nur im Tumor 124 und nicht im umgebenden Gewebe 120 stattfinden. In der Praxis wird man immer von Fall zu Fall bestimmen, wie die Erwärmung des Gewebes, das der Strahlungsenergie vom Applikator 70 nicht ausgesetzt werden soll, möglichst klein gehalten werden kann.

Der durch die Strahlungsenergie erhitzte Tumor 124 erzeugt seinerseits Strahlungsenergie, die durch die Verbundantenne 100 empfangen und in das Signal 34 umgewandelt werden wird. Das Signal 34 wird in Richtung des Pfeiles 38 zurück zur Steuereinrichtung 20 übertragen. Die Steuereinrichtung 20 leitet dieses Signal zum Radiometer 60 weiter, wie noch erläutert werden wird. Das Radiometer 60 ist auf die Frequenz des Mikrowel lerisignals 16 abgestimmt. Das Signal 34 stellt ein Maß für die Wärmeenergie des Gewebes 124 und damit der im Gewebe 124 absorbierten Wärme dar. Dadurch, daß man das Signal 34 mißt, wie es in der bereits erwähnten DE-OS 28 27 003 beschrieben ist, läßt sich die mittlere Temperatur des durch das Signa 1 16 bestrahlten gewebevolumens bestimmen.

Die Steuereinrichtung 20 überträgt also während einer ersten vorgegebenen Zeitspanne das die Erwärmung bewirkende Signal 16 zum Appli-

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kator 70, um den Tumor 124 zu bestrahlen und überträgt dann während einer zweiten Zeitspanne das die Temperatur anzeigende Signal 34 zum Radiometer 60, um die mittlere Temperatur des erhitzten Gewebes zu bestimmen. Eine typische Einschaltdauer für die Bestrahlung des Tumors 124 ist 5,0 Sekunden und eine typische Abschaltdauer für die Messung des Signals 34 ist 1,5 Sekunden. Die Ein- und Ausschaltzeiten werden durch den Taktgeber 50 bestimmt, sie wechseln einander fortlaufend ab, so daß die Temperatur des Tumors 124 erhöht und in dem kritischen Temperaturbereich von 43,0 * 0,5 ⁰C gehalten wird. Die Ein- und Ausschaltzeiten, d.h. die Bestrahlungs- und Meß-Perioden werden unterbrochen, wenn die Temperatur des Tumors 124 sich dem oberen Grenzwert (43,5 ⁰C) des kritischen Temperaturbereiches genügend weit genähert hat, damit eine unerwünschte überhitzung des Tumors verhindert wird. Das Radiometer ist so geeicht, daß es die Gefahr einer solchen überhitzung rechtzeitig feststellt und dann das die Heiz- und Meßzyklen unterbrechende Signal 65 erzeugt. Der Taktgeber 50 führt als Reaktion auf das Signal 65 der Steuereinrichtung 20 das Signal 55 zu, wodurch das Signal 16 dann jeweils zwischen dem Applikator 70 und der künstlichen Antenne 40 umgeschaltet wird. Wenn die Temperatur des Tumors 124 auf etwa 42,5 ⁰C abfällt (die untere Grenze des gewünschten Temperaturbehandlungsbereiches), gibt das Radiometer wieder die aufeinanderfolgenden Bestrahlungs- und Meßzyklen frei, während deren in der oben erläuterten Weise der Tumor 124 bestrahlt bzw. seine Temperatur gemessen wird.

Das Mikrowellensignal 16 wird dann wieder auf den Applikator und die Verbundantenne 100 gekoppelt. In der Verbundantenne 100 wird das Signal 16 auf die einzelnen ebenen Dipolantennen 101, 102, ...110 verteilt. Die Dipolantennen strahlen die elektromagnetische Energie in nach unten gerichteten Strahlungsfeldern in das dielektrische Material 79 des Applikators direkt und über den Reflektor 80 und die Abschirmschürze 74 ab. Bei einer gleichmäßigen Anordnung oder Matrix von Antennen wird die Strahlungsenergie mit einer verhältnismäßig gleichförmigen Verteilung über den ganzen Applikator verteilt. Der Applikator 70 begrenzt diese gleichförmige Energieverteilung in Richtung auf den Tumor 124 und strahlt diese Energie in

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den Tumor 124 durch die sich mit dem Applikator 70 in Berührung befindende Haut ein. Nähere Einzelheiten über die Wärmewirkung einer solchen Strahlung können der oben erwähnten Offenlegungsschrift entnommen werden.

Mit einer modifizierten Ausführungsform des Applikators gemäß der Erfindung kann der Tumor 124 mit einer Energieverteilung bestrahlt werden, die im Gewebe 120 und insbesondere innerhalb des Tumors 124 ungleichförmig ist. Durch eine entsprechende Verteilung der einem Tumor zugeführten Energie kann die Abkühlung kompensiert werden, die in· den seitlichen Umfangsbereichen 124b des behandelten Tumors 124 durch das umgebende Gewebe 120 verursacht wird. Bei einer gleichmäßigen Verteilung der eingestrahlten elektromagnetischen Energie ergibt sich durch diesen Kühleffekt des unbehandelten Gewebes 120 eine Art von Wärmesenke (über die benachbarten Gewebeteile 120a). Durch eine solche Wärmesenke kann im Tumor 124 ein Temperaturgradient entstehen, so daß die Temperatur in einem mittleren Bereich 124a höher ist als in einem Randbereich 124b. Dieser Temperaturgradient läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Randbereiche 124b des Tumors mit stärker konzentrierter elektromagnetischer Energie bestrahlt als den mittleren Bereich 124a. Eine höhere Konzentration der elektromagnetischen Energie in den Randbereichen 124b des Tumors 124 läßt sich dadurch erreichen, daß man die Dipolantennen (101, 102,...) in den Randbereichen der Verbundantennen 100 stärker konzentriert oder dichter anordnet als im mittleren Teil. Mit einer solchen Anordnung ist dann die Intensität des von der Verbundantenne 100 in den Applikator 70 abgestrahlten Signals im Randbereich des Applikators größer als in der Mitte. Die entsprechende Erhöhung der Mikrowellen intensität bewirkt dadurch dann in den Randbereichen eine stärkere Wärmezufuhr, die die Wärmeverluste der Randbereiche kompensiert, gleichzeitig wird der Heizeffekt im mittleren Bereich 124a verringert.

Eine ungleichförmige Verteilung der elektromagnetischen Energie im Tumor 124 kann auch durch eine entsprechende Verteilung der Leistung des Mikrowellensignals 16 auf die Dipolantennen der Verbundantenne 100 bewirkt werden, wobei in dieser die Dipole räumlich gleichmäßig oder ungleich-

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üiäßig angeordnet sein können. Gemäß einer Ausgestaltung 4er vorliegenden Erfindung wird ein größerer Anteil der Leistung des Signals 15 den Dipolantennen in den Randbereichen der Verbundantenne zugefühfet als den verteilten Dipolen im mittleren Bereich 4er Antennenanordnung 100.Wie man die Leistung in Verbundantensien in gewünschter Weise verteilen kann, ist bekannt. Die Leistungsverteilung kann beispielsweise dadurch gesteuert werden_s daß man die Abmessungen der Speiseleitungen der am Umfang angeordneten Antennen bzw. der in der Mitte angeordneten Antennen so wählt, daß die Impedanz der Anordnung die gewünschte Leistungsverteilung ergibt. Die von den am Umfang angeordneten Antennen abgestrahlte höhere Leistung bewirkt wieder eine stärkere Erwärmung., d.h. eine stärkere Wärmezufuhr, zu den Randbereichen 124b des behandelten Tumors im Vergleich zu dem mittleren Bereich 124a.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung, wird die Gleichmäßigkeit der Bestrahlung des Tumors durch die oben erwähnte Mode-Rührtechnik verbessert. Das Mode-Rühren wird dadurch bewirkt, daß man den Rührflügel 78 mit einer geringen Drehzahl, z.B. 1 U/min in den elektrischen Feldern rotieren läßt, die von der Verbundantenne 100 ausgehen. Der rotierende Flügel 78 kann aus Metall bestehen und für die elektrischen Felder an der Berührungsstelle mit dem Flügel einen Kurzschluß bilden. Ein solcher Kurzschluß stört die im Applikator 70 herrschende elektrische Feldverteilung, die manchmal auch als Mode- oder Schwingungsform- bzw. Schwingungstypverteilung bezeichnet wird. Durch die zyklische Störung werden etwaige stehende Wellen im Applikator 70 und im behandelten Tumor 124 verzerrt.oder "verschmiert". Die auf diese'Weise gestörten stehenden Wellen können beispielsweise sonst durch eine Änderung der Dielektrizitätskonstante im Gewebe selbst und durch eine ungleichmäßige Impedanzanpassung zwischen dem Applikator 170 und dem Gewebe 120 entstehen.

Wenn die stehenden Wellen nicht gestört werden, tritt eine ungleichmäßige Erwärmung des Tumors 124 auf, da stehende Wellen bekanntlich örtliche Maxima und Minima bilden, so daß bestimmte Bereiche des Tumors einer maximalen Intensität und andere wiederum einer minimalen In-

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des Strahlungsfeldes ausgesetzt werden. Durch das Mode-Rühren Ksrdsn die stehenden Wellen sowohl im Applikator 70 als auch im Tumor zyklisch gestört, so daß sich die Bereiche maximaler und minimaler Energie der stehenden Wellen im Tumor 124 ändern. Durch diese Störung werden periodische, zeitlich veränderliche elektrische Feldverteilungen im ganzen Tumor 124 erzeugt und die Gleichförmigkeit der Temperatur im Tumor entsprechend verbessert.

Der Hyperthermieapplikator gemäß aer Erfindung gewährleistet also eine gleichmäßigere Erwärmung und geringere Temperaturgradienten im Gewebe 120. Gewünschtenfalls läßt sich die die Erwärmung bewirkende Energie in Randbereichen des Gewebes stärker konzentrieren, um Wärmeverluste zu kompensieren, die sonst die gewünschte Erwärmung des Gewebes ungleichmäßig machen wurden. Das am Beispiel der Hyperthermiebehandlung beschriebene Gerät läßt sich auch für andere Zwecke verwenden, z.B. eine therapeutische Behandlung von Organen des menschlichen oder tierischen Körpers, wie des Herzens, der Leber, der Nieren, der Hypophyse usw.

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Claims

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RCA 72,016 17.November 1978

US-Ser.No. 853,585 72016 Dr.v.B/E

Filed: November 21, 1977

RCA Corporation

New York, M.Y. (V.St.A.)

ll°£ilfreguenzapplikator fur die Hyperthermiebehandlung Patentansprüche

y Hochfrequenzapplikator für die Hyperthermiebehandlung mit einer Antennenanordnung und einer zur übertragung von elektromagnetischer Energie zwischen der Antennenanordnung und außerhalb des Applikators befindlichem Gewebe dienenden Kopplungsanordnung, durch die die Antennenanordnung mit einer bestimmten Verteilung der elektromagnetischen Energie in das Gewebe strahlt, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kopplungsanordnung (70) frei fließfähiges dielektrisches Material enthält, das sich in einem Beutel (76) aus flexiblem Werkstoff befindet, der sich an eine Oberfläche (122) des Gewebes (120) anzupassen vermag.
2. Applikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsanordnung ferner ein rotierendes Bauteil (78) enthält, das in dem dielektrischen Material angeordnet ist und eine zeitliche Änderung der von der Antennenanordnung (100) in das Gewebe (120) eingestrahlten elektromagnetischen Energieverteilung bewirkt.

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rOSTSCIIKCK MilNTHKN .N'It. (101 ISHO(I - HAMItKONTO II 1ΓΓΙ1ΙΙΛ NIC MONC'ITISN <m.SI 7(1OS(IU K)I HTO.
3. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung mehrere ebene

Di pol elemente (101, 102...) enthält, die auf einem Substrat verteilt sind und ein verteiltes Netzwerk von Antennenelementen bilden.
4. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Dipol elemente (101, 102...) an den Rändern des Substrats eine höhere Konzentration haben als in einem mittleren Bereich des Substrats.
5. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Dipol el entente (101, 102...) auf dem Substrat in einer Matrix angeordnet sind und da{i eine Vorrichtung vorgesehen ist, um Strom von einem Matrixeingang (75) derart auf die Dipolelemente zu verteilen, daß die an den Rändern des Substrats angeordneten
Dipolelemente mehr Energie abgeben als die im mittleren Bereich des Substrats angeordneten Dipolelemente.

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