DE3926934A1 - Hyperthermie-mikrowellenapplikator zur erwaermung einer begrenzten umgebung in einem dissipativen medium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hyperthermie-Mikrowellenapplika­ tor zur Erwärmung einer begrenzten Umgebung in einem dissipa­ tiven Medium, insbesondere zur Erwärmung kranken Gewebes im menschlichen Körper.

Hyperthermie als Hirntumortherapie stellt besondere Anforde­ rungen an das Behandlungssystem. Hoher Blutfluß, besondere Temperaturempfindlichkeit des gesunden Gehirngewebes und eingeschränkte chirurgische Möglichkeiten bei der Behandlung des Tumors bedürfen eines Hyperthermiesystems, das besonders kompakt ist und eine ausreichend hohe Wärmeenergiedeposition in einem vorgegebenen bzw. begrenzten Gebiet im Gehirn zuläßt.

In der Patentanmeldung P 38 31 016.3 werden Hyperthermie-Mi­ krowellenapplikatoren, Antennenanordnungen zur lokalen Erwär­ mung in einem dissipativen Medium, dem tumorkranken menschli­ chen Gewebe beschrieben. Dabei ermöglicht der Einbau von Lei­ tungstransformatoren am Ende eines koaxialen Speisekabels für eine Dipolantenne, daß es nur zur Erwärmung um die Dipol­ antenne, nämlich dem kranken menschlichen Gewebe, kommt und weniger entlang des Außenmantels des Speisekabels, nämlich dem gesunden menschlichen Gewebe.

Die Hyperthermie-Mikrowellenapplikatoren wie in der Patentan­ meldung P 38 31 016.3 beschrieben führen immer noch einen er­ heblichen Anteil elektrischer Energie über den Außenleiter zu­ rück, so daß es zu einer Erwärmung des dissipativen Mediums kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Patentan­ meldung P 38 31 016.3 beschriebenen Applikatoren so in ihrem Aufbau zu verbessern, daß die Erwärmung des dissipativen Me­ diums um den Antennenbereich beschränkt bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Kennzeichnen des An­ spruchs 2 löst die Aufgabe erfindungsgemäß für eine Monopolan­ ordnung.

Die weiteren Unteransprüche beschreiben einen vorteilhaften Einbau des Leitungstransformators vor der Antenne am Ende des koaxialen Speisekabels.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß in der Tat nur noch das die Antenne umgebenede dissipative Me­ dium erwärmt wird, nämlich dadurch, daß man jetzt einen defi­ nierten komplexen Widerstand am Kabelende hat und so keinen bzw. keinen nennenswerten Energierückfluß über den Außenmantel des Speisekabels mehr hat.

Zwei Ausführungsbeispiele, nämlich der Hyperthermie-Mikrowel­ lenapplikator als Dipolantenne und als Monopolantenne sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher be­ schrieben.

Es zeigen

Fig. 1 Dipolantenne mit π/2 - Transformator,

Fig. 2 Dipolantenne mit π - Transformator,

Fig. 3 Monopolantenne mit offenem π/2 - Transformator,

Fig. 4 Monopolantenne mit π - und π/2 - Transformator,

Fig. 5 Monopolantenne mit beidseitig offenem π - und π/2- Transformator,

Fig. 6 Hyperthermiediagramm mit Dipol-Antenne als Applikator.

Fig. 1 zeigt den Hyperthermie-Mikrowellenapplikator als Di­ pol, der sich von dem in der Patentanmeldung P 38 31 016.3 be­ schriebenen dadurch unterscheidet, daß der π/2-Transformator getrennt ist von der unteren, mit dem Außenmantel des Speisekabels verbundenen Dipolhälfte. Am oberen wie am unteren Ende des von der Mitte E aus gespeisten Dipols ist der Strom null. Der π/2-Transformator ist mit einem Dielektrikum gefüllt. Bei vorgegebener Gesamtlänge und konstanten Parametern von isolierendem Dielektrikum und umgebendem dissipativem Medium ist der komplexe Widerstand dieser Antenne konstant. Ein Rücklaufen von Energie über den Außenmantel des Zuführungskabels zum HF-Generator und damit ein eventuelles Aufheizen von dem das Speisekabel umgebenden, gesunden Gewebe ist nicht möglich.

Fig. 2 zeigt die Dipolantenne gemäß Fig. 1, jedoch mit einem π-Transformator. Hierbei wird offenes Leitungsende transfor­ miert. Der mechanische Aufbau gestaltet sich noch einfacher als bei der Dipolantenne nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Hyperthermie-Mikrowellenappli­ kator als Monopolantenne ausgebildet. Durch den π/2-Transfor­ mator, der am Antenneneinspeisepunkt E endet, wird ein offenes Leitungsende transformiert. Dieser Transformator transformiert einen Kurzschluß an die Stelle der leitenden Fläche (siehe hierzu Patentanmeldung P 38 31 016.3).

Um eine noch stärkere Konzentration der Energieabgabe erzielen zu können, sind, wie in Fig. 4 gezeichnet, mehrere π/2-Trans­ formatoren von der Einspeisestelle in Richtung Generator ko­ axial um das Speisekabel angeordnet.

Diese Transformatoren unterdrücken zum HF-Generator rücklaufende Restströme. In dieser Anordnung wird durch den innenliegenden π/2-Transformator ein offenes Leitungsende transformiert und durch den äußeren π/2-Transformator ein kurzgeschlossenes.

Eine mit Fig. 4 vergleichbare Ausführung des Hyperthermie-Mi­ krowellenapplikators zeigt die Monopolantenne in Fig. 5. Die Transformatoren transformieren innen (π/2-Transformator) und außen (π-Transformator) offene Leitungsenden.

In Fig. 6 ist der Hyperthermie-Mikrowellenapplikator als Mo­ nopol mit inneren, Richtung Generator geschlossenem π-Trans­ formator 5 dargestellt. Der geschlossene π-Transformator 5 ist wiederum von einem beidseitig offenen π-Transformator 5 umge­ ben.

Die erfindungsgemäßen Applikatoren zeigen, daß die Energieab­ gabe sehr stark um die Einspeisestelle E bis zu der Antennen­ spitze (Monopol) bzw. den Antennenspitzen (Dipol) konzentriert ist. Entlang der koaxialen Speiseleitung bis zur Einspeise­ stelle E gibt es keine bzw. nur noch eine vernachlässigbare Erwärmung der Umgebung. Im Anwendungsfall bedeutet das Schonung für das gesunde menschliche Gewebe.

Feldstärkemessungen um die erfindungsgemäße Dipolantenne, die dazu in ein dissipatives Medium eingetaucht war, sind in Fig. 7 dargestellt. Die Zusammensetzung des Mediums ist in der Pa­ tentanmeldung P 38 31 016.3 angegeben. Die komplexe Permitivi­ tät entspricht der von Gehirngewebe. Die Linien in Fig. 6 be­ schreiben Iso-SAR-Konturen (spezifische Absorptionsrate). Sie sind in 10%-Stufen wiedergegeben. Die SAR ist ein Maß für die pro Masse dissipatives Medium aufgenommene Leistung. Sie ist dem Betragsquadrat der elektrischen Feldstärke proportional. Die Einspeisung erfolgt in Punkt E der erfindungsgemäßen Di­ polantenne. Die Speiseleitung zu der Antenne verläuft von links vom Generator nach E zum Einspeisepunkt der Antenne, parallel zur Abszisse.

Die geschlossenen SAR-Linien 7 zeigen die lokale Aufwärmung des dissipativen Mediums um die Antenne, die im wesentlichen dort beschränkt bleibt.

Bezugszeichenliste

E HF-Einspeisepunkt, Antenneneinspeisepunkt
 1 obere Dipolhälfte, Monopol
 2 untere Dipolhälfte
 3 koaxiales HF-Speisekabel, Speisekabel
 4 π/2-Transformator
 5 π-Transformator
 6 Iso SAR-Linien

Claims (6)

1. Hyperthermie-Mikrowellenapplikator mit definierter, be­ grenzter Verteilung des elektromagnetischen Feldes in Form einer Dipol-Antenne, die auf dem Außenmantel des koaxialen Speisekabels eine Umhüllung zur Veränderung der Impedanz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die separate Umhüllung unterhalb der mit dem Außenmantel verbundenen Dipolhälfte ein π/2-Transformator (4) ist, der mit einem vorbestimmten Dielektrikum gefüllt ist,
• - das nach außen hin isolierte System Dipolantenne - π/2 - Transformator koaxiales Speisekabel, mit dem hauptsächlich die Dipolantenne umgebenden dissipativen Medium einen definierten komplexen Widerstand bildet, und so eine Erwärmung des dissipativen Mediums unmittelbar auf eine vorgebbare Dipolumgebung beschränkbar ist und damit eine Erwärmung des dissipativen Mediums entlang des Außenmantels des Speisekabels nicht stattfindet.

2. Applikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der mit dem Außenmantel der Speiseleitung verbundenen Dipolhälfte koaxial zur HF-Speiseleitung ein π-Transforma­ tor angebracht ist.

3. Abänderung des Applikators nach Anspruch 1 zu einem Mono­ polapplikator, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle der mit dem koaxialen Außenmantel verbundenen Dipolhälfte ein π/2-Transformator angebracht ist, so daß das nach außen isolierte System Monopolantenne π/2-Trans­ formator - koaxiales Einspeisekabel mit dem hauptsächlich die Dipolantenne umgebenden dissipativen Medium einen defi­ nierten komplexen Widerstand bildet und so die Erwärmung des dissipativen Mediums unmittelbar auf eine vorgebbare Monopolumgebung beschränkbar ist und damit eine Erwärmung des dissipativen Mediums entlang des Außenmantels des Spei­ sekabels nicht stattfindet.

4. Applikator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem π/2-Transformator zusätzlich ein zweiter π/2-Trans­ formator koaxial dazu angebracht ist, wobei beide Transfor­ matoren nur an der dem HF-Generator zugewandten Seite mit­ einander verbunden sind.

5. Applikator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß ein beidseitig offener π/2-Transformator koaxial zur HF- Speiseleitung angebracht ist, wobei das eine offene Ende am Einspeisepunkt E ist und das andere in Richtung HF-Gene­ rator zeigt und dazu koaxial ein π-Transformator angebracht ist.

6. Applikator nach Anspruch 3, dadurch kekennzeichnet, daß ein einseitig geschlossener π Transformator von einem beidseitig offenen π Transformator umgeben ist.