DE3926934C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Hyperthermie-Mikrowellenapplika
toren mit definierter, begrenzter Verteilung des elektromagne
tischen Feldes in Form einer Dipol-Antenne gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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.
Einen Mikrowellenapplikator in Form einer kollinearen An
tennenanordnung wird in der US 47 00 716 beschrieben. Die
Anordnung besteht aus einer Vielzahl abgestimmter koaxialer
Antennenelemente, die elektrisch in Reihe zueinander ge
schaltet sind. Dadurch soll entlang der Antenne eine möglichst
gleichmäßige Aufheizung der nahen Antennenumgebung durchge
führt werden können. Für eine maximale, lokale Leistungsüber
tragung im Antennenbereich ist das proximale Ende der Antenne
mit einem dielektrischen Abschluß zur Impedanzanpassung ver
sehen. Diese Impedanzanpassung weist einen größeren Durch
messer als die eigentliche Antenne auf und ist dadurch in der
Einführtiefe in Gewebe begrenzt. Aufgrund des geometrischen
Aufbaus der Antenne und ihrer Außenabmessungen ist diese zum
Einsatz in der Hirntumortherapie nicht geeignet.
Im Rahmen einer umfassenden Abhandlung in Electromagnetics
Vol. 1, S. 51-72, 1981 diskutiert R.W. King et al. unter dem Titel
"Embedded Insulated Antennas For Communication And Heating"
auf den Seiten 51-72 Theorie und Praxis von Antennen mit Mono
pol- und Dipolaufbau für die Kommunikation und Erwärmung von
dielektrischem Material. Insbesondere auf Seite 57 und 58 wird
in dem Abschnitt 3.2 ein gattungsgemäßer Hyperthermie-Mikrowellenapplikator
in Form einer Dipolantenne beschrieben, welche Kurzschlußab
schnitte in Form von "metal disks" zur Bildung von "choke
section" aufweist. Durch diese Maßnahmen, die als impedanz
vergrößernde Mittel wirken, werden die Mantelströme reduziert,
so daß die größte Leistungsabgabe im Antennendipol erfolgt.
Dieser Aufbau ist für die Hirntumortherapie wiederum nicht ge
eignet aufgrund des Aufbaus der "choke section" durch die
"metal disks". Insbesondere werden die "metal disks" bei
dünnem Koaxialkabel schnell unwirksam, wenn der Dipolaußen
durchmesser klein sein muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hyperthermie-
Mikrowellen-Applikator in Dipolbauweise für die interstitielle
Therapie so zu verbessern, daß mit diesem lokal begrenzte und
kleine Tumore auch in der Tiefe des Gehirns nur im unmittel
baren Antennenbereich aufgeheizt werden können, ohne daß das
den Tumor umgebende gesunde Gewebe überhitzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der an der proximalen Seite
der Dipolantenne angebrachte und mit einem Dielektrikum ge
füllte π/2-Transformator, der zur Dipolantenne hin geöffnet
ist, gestattet eine solche lokal begrenzte Aufheizung von Ge
webe. Durch die Bauweise, daß der Außendurchmesser der Dipol
antenne der gleiche ist wie der des π/2-Transformators, ist
das Einbringen der Antenne in tieferliegende Gewebsregionen
ohne Einschränkung möglich.
Eine weitere Lösung ist
im nebengeordnetem Anspruch 2 angegeben. Hierbei ist ebenfalls an der proximalen
Seite der Dipolantenne ein Transformator angebracht. Es
handelt sich jetzt um einen π-Transformator, der, beidseitig
offen, mit einem Dielektrikum ausgefüllt ist und denselben
Außendurchmesser wie die Dipolantenne selbst aufweist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß
in der Tat nur noch das die Antenne umgebende, dissipative Me
dium erwärmt wird, nämlich dadurch, daß man jetzt einen defi
nierten komplexen Widerstand am Kabelende einbaut und so
keinen bzw. keinen nennenswerten Energierückfluß über den
Außenmantel des Speisekabels mehr hat.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 Dipolantenne mit π/2-Transformator,
Fig. 2 Dipolantenne mit π-Transformator,
Fig. 3 Hyperthermiediagramm mit Dipol-Antenne als Applikator.
Fig. 1 zeigt den Hyperthermie-Mikrowellenapplikator als Di
pol. Der π/2-Transformator ist, von der proximalen Dipolhälfte
getrennt zu ihr hin geöffnet und mit seinem anderen Ende, dem
proximalen, galvanisch mit dem Außenleiter der Zuleitung ver
bunden. 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 Gesamt
länge und konstanten Parametern von isolierendem Dielektrikum
und umgebendem dissipativem Medium ist der komplexe Widerstand
dieser Antenne konstant. Ein Rückfließen von Energie über den
Außenmantel des Zuführungskabels zum HF-Generator ist nicht
möglich. Damit wird ein Aufheizen von gesundem Gewebe entlang
dem Kabel vermieden.
Fig. 2 zeigt die Dipolantenne gemäß Fig. 1, jedoch mit einem
π-Transformator. Hierbei wird ein offenes Leitungsende
transformiert. Der mechanische Aufbau gestaltet sich noch ein
facher als bei der Dipolantenne nach Fig. 1.
Die erfindungsgemäßen Applikatoren zeigen, daß die Energieab
gabe sehr stark um die Einspeisestelle E bis zu den Antennen
spitzen des Dipols konzentriert ist. Entlang der koaxialen
Speiseleitung gibt es keine bzw. nur
noch eine vernachlässigbare Erwärmung der Umgebung. Im An
wendungsfall bedeutet das Schonung für das gesunde Gewebe.
Feldstärkemessungen um die erfindungsgemäße Dipolantenne, die
dazu in ein dissipatives Medium eingetaucht war, sind in Fig.
7 dargestellt. Die komplexe Permitivität des erwärmten Mediums
entspricht der von Gehirngewebe. Die Linien in Fig. 7 be
schreiben Iso-SAR-Konturen (spezifische Absorptionsrate). Sie
sind in 10%-Stufen wiedergegeben. Die SAR ist ein Maß für die
pro Masse dissipativen Mediums aufgenommene Leistung. Sie ist
dem Betragsquadrat der elektrischen Feldstärke proportional.
Die Einspeisung erfolgt in Punkt E der Dipolantenne. 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 hauptsächlich
dort beschränkt bleibt und weiter außerhalb keine berück
sichtigenswerten Erwärmungsinseln mehr zeigt.
Bezugszeichenliste
E HF-Einspeisepunkt, Antenneneinspeisepunkt
1 obere Dipolhälfte
2 untere Dipolhälfte
3 koaxiales HF-Speisekabel, Speisekabel
4 π/2-Transformator
5 π-Transformator
6 Iso SAR-Linien
1 obere Dipolhälfte
2 untere Dipolhälfte
3 koaxiales HF-Speisekabel, Speisekabel
4 π/2-Transformator
5 π-Transformator
6 Iso SAR-Linien
Claims (2)
1. Hyperthermie-Mikrowellenapplikator mit definierter, be
grenzter Verteilung des elektromagnetischen Feldes in Form
einer Dipol-Antenne, die auf dem Außenmantel des koaxialen
Speisekabels ein Mittel zur Veränderung der Impedanz auf
weist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Mittel ein an der proximalen Seite des Dipols ange
ordneter π/2-Transformator ist, welcher als ein den Außen
leiter koaxial umgebender und zum Dipol hin geöffneter mit
einem Dielektrikum gefüllter Topf ausgebildet ist, wobei
beide Dipolelemente und der π/2-Transformator gleichen
Durchmesser ausweisen.
2. Hyperthermie-Mikrowellenapplikator mit definierter, be
grenzter Verteilung des elektromagnetischen Feldes in Form
einer Dipol-Antenne, die auf dem Außenmantel des koaxialen
Speisekabels ein Mittel zur Veränderung der Impedanz auf
weist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Mittel ein an der proximalen Seite des Dipols ange
ordneter π-Transformator ist, welcher als eine den Außen
leiter koaxial umgebende beidseitig offene, mit einem Di
elektrikum gefüllte Hülse ausgebildet ist, wobei beide Di
polelemente und der π-Transformator gleichen Durchmesser
aufweisen.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3926934A DE3926934A1 (de) | 1989-08-16 | 1989-08-16 | Hyperthermie-mikrowellenapplikator zur erwaermung einer begrenzten umgebung in einem dissipativen medium |
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JP2511180A JPH04504218A (ja) | 1989-08-16 | 1990-08-16 | ハイパーサーミアマイクロ波アプリケータ |
US07/671,877 US5358515A (en) | 1989-08-16 | 1990-08-16 | Microwave hyperthermia applicator |
PCT/DE1990/000627 WO1991002560A1 (de) | 1989-08-16 | 1990-08-16 | Hyperthermie-mikrowellenapplikator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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EP (1) | EP0438564A1 (de) |
JP (1) | JPH04504218A (de) |
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