DE4020714A1

DE4020714A1 - Local hyper-thermal medical equipment handling tumours and rheumatism - uses liq. medium of high dielectric constant in space between tubing and body part to be treated

Info

Publication number: DE4020714A1
Application number: DE19904020714
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Boehme
Original assignee: ARDENNE FORSCHUNGSINST
Current assignee: ARDENNE FORSCHUNGSINST
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DD286109A5; DD286109B5

Abstract

Tubing (1) of conductive material is slidable over the part of the body to be heated. A sleeve of elastic material surrounds the body part is joined to the tubing, allowing the space between the latter and the body part to be filled with a liq. medium of high dielectric constant. Elements (4) project into the liq. medium through the tubing to induce an alternating electrical or magnetic field such that a standing waveguide wave can be excited in the tubing including the body part at the place to be heated to a definite max. Pref. both the sleeve and tubing are of several, variously combinable axial segments. ADVANTAGE - High concn. yet without burdening neighbouring tissue layers. Easy to handle.

Description

Die Einrichtung dient der medizinischen Therapie, vorzugsweise bei der Behandlung von Tumoren oder rheumatischen Erkrankungen. Es ist aber auch möglich, die Einrichtung für nichtmedizinische Zwecke zu nutzen, wenn eine intensive Erwärmung des Inneren von elektrisch schwach leitenden zylinderförmigen Objekten gefor dert wird.The device is used for medical therapy, preferably in the treatment of tumors or rheumatic diseases. But it is also possible to set up the facility for non-medical Use purposes when there is intense heating of the interior of electrically weakly conductive cylindrical objects is changed.

Für die partielle oder globale intensive Erwärmung des mensch lichen Körpers (Hyperthermie) stehen eine größere Anzahl von Verfahren und Einrichtungen zur Verfügung. Es ist bekannt, die Hyperthermie invasiv, d. h. mit Verletzung (Durchstechen) der Haut durch die extracorporale Erwärmung des Blutes oder durch die unmittelbare Applizierung von elektrischen Strömen mittels in den menschlichen Körper eingebrachter Elektroden durchzu führen. Diese Methoden gestatten zwar gut die Erwärmung des Körperinneren, d. h. sie besitzen die oft angestrebte gute "Tiefenwirksamkeit", sind aber wegen der ihnen zugrunde lie genden Verletzung der Haut nur begrenzt einsetzbar. Als nicht- invasive Methoden ist die Applizierung von quasistationären elektrischen Feldern und elektromagnetischen Wellen, ein schließlich von Infrarot-Energie bekannt. Weiterhin ist be kannt, die Hyperthermie durch Applizierung von Ultraschall oder durch direkten Wärmeeintrag in den Körper unter Nutzung der Wärmeleitung und Wärmekonvektion im Körper zu erzielen. Diese Verfahren werden in vielen Ausführungsformen mit teil weise stark verschiedenartigen Eigenschaften und Effekten der Wärmeapplizierung genutzt. Die besonders im Blickpunkt des In teresses stehende Lokalhyperthermie von im Inneren des mensch lichen Körpers liegenden Tumoren, d. h. die Konzentration des Wärmeeintrages auf einen Ort im Inneren des Körpers, ist mit den bekannten Verfahrensvarianten und Einrichtungen nur be dingt oder nur mit relativ großem Aufwand möglich. Ursache hierfür ist, daß einerseits die statischen Felder generell ein von der Quelle ausgehend divergierendes Verhalten aufweisen und andererseits die mit steigender Frequenz immer besser fokussier baren (hochfrequenten) Strahlungsfelder bei ihrem Vordringen im verlustbehafteten Medium eine mit der Frequenz ansteigende Dämpfung erfahren. Der Transport von oberflächlich applizier ter Wärme in das Objektinnere durch Wärmeleitung oder -konvek tion ist der o. g. Zielstellung von vornherein nicht angepaßt.For partial or global warming of humans body (hyperthermia) are a larger number of Procedures and facilities available. It is known that Hyperthermia invasive, i.e. H. with injury (puncture) of the Skin through the extracorporeal warming of the blood or through the direct application of electrical currents by means of electrodes inserted into the human body to lead. Although these methods allow the heating of the Body interior, d. H. they have the often sought after good "Depth effectiveness", but are because of the underlying skin injury can only be used to a limited extent. As not- invasive methods is the application of quasi-stationary electric fields and electromagnetic waves finally known from infrared energy. Furthermore, be knows hyperthermia by applying ultrasound or by using heat directly in the body to achieve heat conduction and convection in the body. These methods are shared in many embodiments very different properties and effects of Heat application used. The particular focus of the In Tereses standing local hyperthermia from inside man tumors lying in the body, d. H. the concentration of the Heat is applied to a place inside the body the known process variants and facilities only be things or only possible with relatively great effort. reason for this is that on the one hand the static fields are generally a exhibit divergent behavior from the source and on the other hand, the more and more focused with increasing frequency visible (high-frequency) radiation fields as they penetrate in the lossy medium an increasing with frequency Experience damping. The transport of superficially applied heat into the interior of the object through heat conduction or convection tion is the above. Objective not adjusted from the outset.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für die Lokalhyperthermie von im Inneren des Rumpfes oder der Ex tremitäten des menschlichen Körpers liegenden Zielgebieten mit hoher Konzentration bei weitgehender thermischer Entlastung der oberflächennahen Gewebeschichten zu schaffen. Die Einrich tung soll in der Handhabung einfach sein und geringen appara tiven Aufwand erfordern.The invention has for its object a device for the local hyperthermia from inside the trunk or the ex targets of the human body high concentration with extensive thermal relief to create the near-surface fabric layers. The Einrich tion should be easy to use and small appara tive effort.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ein richtung gemeinsam mit dem Rumpf- bzw. Extremitätenabschnitt, in dessen Inneren das zu erwärmende Zielgebiet liegt, einen zylindrischen Hohlraumresonator darstellt, dessen Dielektri kum eine große und weitgehend konstante Dielektrizitätskonstan te besitzt und dessen Begrenzung in radialer Richtung durch ein zylindrisches Rohrstück mit elektrisch gut leitender Innenwan dung und in axialer Richtung durch einen großen Sprung der Di elektrizitätskonstanten auf einem großen Teil der Querschnitts fläche gebildet wird. Die hohe, weitgehend konstante Dielektri zitätskonstante innerhalb dieses Hohlraumresonators und der Sprung der Dielektrizitätskonstanten an den Stirnseiten wird im wesentlichen durch einen auf den Raum zwischen der Innen wand des Rohrstückes und den zu erwärmenden Körperteil begrenz ten und diesen Raum voll ausfüllenden Wasserbolus erreicht. Die Wandung dieses Wasserbolus wird durch eine den Körperteil ela stisch umschließende Manschette gebildet, die an den Stirnsei ten mit dem Rohrstück verbunden ist. In dem so gebildeten Hohl raumresonator wird über Elemente, d. h. kapazitive Koppelstifte ode induktive Koppelschleifen eine stehende Hohlleiterwelle angeregt, wobei die geometrische Anordnung und die elektrische Speisung der Elemente so gewählt werden, daß sich ein Wellen modus ausbildet, der in der maximal zu erwärmenden Zone die größte elektrische Feldstärke besitzt. According to the invention the object is achieved in that the one direction together with the trunk or extremity section, inside which the target area to be warmed is located cylindrical cavity resonator, the dielectric kum a large and largely constant dielectric constant te and its limitation in the radial direction by a cylindrical pipe section with an electrically well conductive inner wall dung and in the axial direction by a large jump in the Di electricity constants on a large part of the cross section area is formed. The high, largely constant dielectric rate constant within this cavity and the Jump of the dielectric constant at the end faces essentially by one on the space between the inside limit the wall of the pipe section and the body part to be heated and reached this room full water bolus. The Wall of this water bolus is ela cuff enclosing the table, attached to the forehead is connected to the pipe section. In the hollow thus formed room resonator is over elements, d. H. capacitive coupling pins or inductive coupling loops a standing waveguide shaft excited, the geometric arrangement and the electrical Feeding the elements can be chosen so that there is a ripple mode, which in the maximum zone to be heated has the greatest electric field strength.

Der Querschnitt der Einrichtung ist vorzugsweise kreisförmig. Es kann aber bei stark von der Kreisform abweichender Geome trie des in die Hyperthermie einbezogenen Körperteiles und/ oder bei stark dezentraler Position des zu erwärmenden Ziel gebietes innerhalb des Körperteiles auch vorteilhaft sein, dem Rohrstück eine den speziellen Bedingungen angepaßte nicht- kreisförmige Form zu geben. Dabei ist es im Interesse einer guten Anpassung an verschiedene derartige nicht-rotations symmetrische Bedingungen zweckmäßig, die Einrichtung aus meh reren, beliebig und flexibel kombinierbaren axialen Segmenten aufzubauen.The cross section of the device is preferably circular. It can, however, be used if the geome is very different from the circular shape the part of the body involved in hyperthermia and / or if the target to be heated is in a decentralized position area within the body part may also be advantageous Pipe section a non-adapted to the special conditions to give circular shape. It is in the interest of one good adaptation to various such non-rotations symmetrical conditions appropriate, the device from meh axial segments that can be flexibly combined build up.

Es ist auch möglich, das Rohrstück aus leitendem Material, z. B. Kupfer, herzustellen.It is also possible to make the pipe section from conductive material, e.g. B. copper.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, die Ele mente unsymmetrisch anzuordnen, so daß - ggf. gemeinsam mit ei ner nicht-gleichartigen Speisung dieser Elemente - eine defor mierte Hohlleiterwelle mit einem nicht-zentral gelegenen Maxi mum der elektrischen Feldstärke anregbar ist.Another advantageous embodiment consists of the ele to arrange elements asymmetrically, so that - if necessary together with egg a non-uniform supply of these elements - a defor lubricated waveguide shaft with a non-centrally located maxi mum of the electric field strength can be excited.

Der Wasserbolus, dessen Funktion primär in der Mitgestaltung des Hohlraumresonators liegt, kann gleichzeitig zur Kühlung oder zusätzlichen Erwärmung mitgenutzt werden.The water bolus, whose function is primarily to help shape it of the cavity resonator can also be used for cooling or additional heating can be used.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß mit der Einrich tung eine sehr markante Konzentration der elektrischen Feld stärke und damit der Wärmeerzeugung im Inneren eines zylinder artigen biologischen Objektes, vorzugsweise im Rumpf oder in einer Extremität eines Patienten, erreicht werden kann und da mit insbesondere eine sehr intensive Lokalhyperthermie tief liegender Tumore ermöglicht wird.The advantages of the invention are that with the Einrich a very striking concentration of the electric field strength and thus the generation of heat inside a cylinder like biological object, preferably in the trunk or in an extremity of a patient, can be reached and there with in particular a very intense local hyperthermia deep lying tumors is made possible.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Lokal hyperthermie, Fig. Hyperthermie 1 a longitudinal section through a device for local,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Einrichtung. Fig. 2 shows a cross section through a device.

Die Einrichtung besteht aus einem kreisförmigen, metallischen Rohrstück 1, dessen Innenwandung mit einem Kupfer- oder Sil berbelag ausgekleidet ist, einer Manschette 2 aus Gummi, die zusammen mit dem Rohrstück 1 einen Wasserbolus 3 umschließt. Sechs Elemente 4, das sind magnetische Koppelschleifen, ragen durch das Rohrstück 1 in den Wasserbolus 3. Die Einrichtung umschließt zentrisch einen Körperabschnitt 5 (Teil des mensch lichen Rumpfes) mit einem lokal zu erwärmenden Tumor 6.The device consists of a circular, metallic pipe section 1 , the inner wall of which is lined with a copper or silver berbelag, a sleeve 2 made of rubber, which encloses a water bolus 3 together with the pipe section 1 . Six elements 4 , which are magnetic coupling loops, protrude through the pipe section 1 into the water bolus 3 . The device centrally encloses a body section 5 (part of the human torso) with a locally heated tumor 6 .

Die Koppelschleifen 4 werden gleichphasig mit HF-Strom gespeist. Die Frequenz dieses HF-Stromes ist so gewählt, daß sich in dem Resonator eine stehende TM₀₁₁-Welle ausbildet; bei diesem Wel lentyp besitzt die elektrische Feldstärke im Zentrum der Ein richtung ihr absolutes Maximum.The coupling loops 4 are fed in phase with HF current. The frequency of this HF current is selected so that a standing TM ₀₁₁ wave forms in the resonator; With this type of wave, the electric field strength at the center of the device has its absolute maximum.

Claims

1. Device for local hyperthermia, characterized in that an over the section of the body part in which the area to be heated is slidable pipe section ( 1 ), the inner wall of which is highly conductive, with an elastic sleeve ( 2 ), which in the tube piece perteil encloses (1) introduced Kör and closes ver the space between the pipe piece (1) and the body part at the ends of the tubular piece (1) is connected, that the volume enclosed by the sleeve (2) and inner tube wall high with a liquid medium Dielectric constant is filled in and that elements ( 4 ) for inducing an electrical or magnetic alternating field are arranged on the inner tube wall such that in the tube piece ( 1 ) including the body part introduced into the tube piece ( 1 ) a standing waveguide shaft with a clear maximum of the elec trical field strength can be excited at the location to be heated.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pipe section is made of conductive material.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the cross section of the pipe section ( 1 ) is adapted to the shape of the body part to be warmed.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the pipe section ( 1 ) and the sleeve ( 2 ) from several, variably combinable axial segments can be assembled.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the elements ( 4 ) are arranged asymmetrically.