DE3137581A1

DE3137581A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der lokalen leistungsdichte in elektromagnetisch verlustbehafteten koerpern bei erwaermung mit impulsfoermiger hochfrequenzleistung

Info

Publication number: DE3137581A1
Application number: DE19813137581
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr.-Ing. 5300 Bonn Caspers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1983-10-13

Abstract

Bei der Anwendung von Mikrowellen-Hyperthermie besteht das Problem, die lokale Temperaturverteilung möglichst ohne Einführung von Sonden zu bestimmen. Anstatt der normalerweise üblichen CW-Hyperthermie wird zunächst die gleiche mittlere Leistung in Form kurzer Impulse appliziert. Die kurzen Impulse erzeugen im Körper meßbare mechanische Stoßwellen, auch schon bei relativ geringen mittleren Leistungsdichten (vgl. Mikrowellenhöreffekt). Die so erzeugten mechanischen Stoßwellen sind mit geeigneten Mikrophonen an der Körperoberfläche erfaßbar und können dann im Sinne einer Rekonstruktion der lokalen Quellenverteilung und damit der Rekonstruktion der HF-Leistungsdichteverteilung ausgewertet werden.

Description

Patentbeschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der lokalen Leistungsdichte in elektromagnetisch verlustbehafteten Körpern bei Erwärmung mit impulsförmiger Hochfrequenzleistung (Hyperthermie).
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der lokalen Leistungsdichte, speziell bei Hyperthermieanwendungen, und eine Vorrichtung, die die Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht.
Die konventionelle Hochfrequenzhyperthermie wird meist mit Hochfrequenzlelstung ausgeführt, die entweder unmodu.
liert ist oder allenfalls ein Testverhältnis nahe 1 aufweist. Eine genauere Bestimmung der lokalen Temperaturverteilung gestaltet sich ohne das Einführen von Thermosonden meist schwierig und ist oft recht ungenau. Bekannt sind in dem Zusammenhang Mikrowellenradiometer als externer Temperatursensor.
Hier wird eine vom Mikrowellenhöreffekt her bekannte Erscheinung ausgenutzt, nämlich daR bei Einstrahlung kurzer HF-Impulse mit einem sehr geringen Tastverhältnis (Dauer des Impulses/Dauer der Impulspause) während des Impulses eine geringfügige periodische (bei periodischen Impulsen) und stoßartige Material erwärmung eintritt, die auch bei kleinen Erwärmungen innerhalb dieses Zeitraums (z.B. 1/1000 Co zu deutlich meßbaren mechanischen bzw. akustischen Stoßwellen führt. Aus diesem Grunde wird die zur Hyperthermiebehandlung benötigte Hr-Leistung in Form kurzer periodischer Impulse zugeführt. Die dabei im Körper entstehenden mechanischen Schwingungen werden an der Oberfläche mit geeigneten elektromechanischen Wandlern (Ultraschallmikrophone) er faßt und als Eingangsdaten in einen Rekonstruktionsalgerithmus gegeben, der daraus die lokale Verteilung der akustischen Quellen errechnet und damit auch eine Aussage über die lokale Hochfrequenz-Leistungsdichteverteilung. Da sich gewisse elektromagnetische Einstreuungen in die Mikrophone während der Dauer der einzustrahlenden HF-Impulse nur schlecht vermeiden lassen, die empfangenen akustischen Impulse aber durch die Laufzeit im Körper erheblich verzögert werden, kann eine Zeitfilterung dieser evtl. vorhandenen Störung vorgenommen werden, was jedoch hinreichend kurze HF-Impulse sowie ein geeignetes Tastverhältnis voraussetzt.
Die eigentliche Ermittlung der lokalen Temperaturverteilung kann auf mehrere Arten und Weisen erfolgen. Sind gewisse Anfangs- und Randwerte sowie die lokale Leistungsdichteverteilung bekannt, läßt sich die raum-zeStliche Temperaturverteilung näherungsweise berechnen. Gleichzeitig ändern sich die lokalen akustischen Obertragungsparameter (Gruppen- und Phasenlaufzeit, Dämpfung) durch die Temperaturänderung innerhalb gewisser Grenzen. Diese Anderungen lassen sich unter Umständen aus den Empfangssignalen ablesen und erlauben eine direktere Aussage über die lokale Temperaturverteilung.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der lokalen Leistungsdichte in elektromagnetisch verlustbehafteten Körpern bei Erwärmung mit impulsförmiger Hochfrequenzleistung (Impuls-Hyperthermie), dadurch gekennzeichnet, daß die durch die stoßartige Erwärmung und damit der bundene mechanische Ausdehnung während der Dauer eines Impulses erzeugten mechanischen Schwingungen unter Verwendung geeigneter Obertrager (Mikrophone) im bestrahlten Körper oder an seiner Oberfläche bezüglich Laufzeit, Phasenlage der Trägerschwingung und Amplitude erfaßt werden und im Sinne einer lokalen Leistungsdichterekonstruktion ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß aus der änderung der akustischen Obertragungsparameter Phasen- und Gruppenlaufzeit sowie Dämpfung infolge einstrahlungsbedingter Temperaturerhöhung die lokale Temperaturänderung ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Störungen durch direkte Oberkopplung von Hochfrequenzleistung in die (Ultraschall-) Mikrophone die zeitliche Länge der Hochfrequenzimpulse klein ist gegen die mittlere akustische Laufzeit der betrachteten Region des bestrahlten Körpers und der zeitliche Abstand der HF Impulse groß ist gegenüber der mittleren akustischen Laufzeit.