DE69027459T2

DE69027459T2 - Elektromagnetische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE69027459T2
Application number: DE69027459T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Saito
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2010-02-16
Also published as: EP0383334A3; US5163446A; EP0383334B1; ATE139455T1; DE69027459D1; EP0383334A2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine einen Hohlraumresonator verwendende elektromagnetische Heizeinrichtung zum Erwärmen eines lebenden Körpers oder eines Objeks und insbesondere auf eine elektromagnetische Heizvorrichtung, die mit Vorteil zur Erwärmung eines Lebewesens, beispielsweise für die Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten, verwendet werden kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Hohlraumresonatoren wurden herkömmlicherweise in elektromagnetischen Heizeinrichtungen zum Erwärmen lebender Körper und von Gegenständen verwendet. Gemäß einer typischen elektromagnetischen Heizvorrichtung, wie sie in den Fig. 25(A) und 25(B) gezeigt ist, ist ein Paar von Vorsprüngen (Stempel) 4a und 4b integral in der oberen und unteren Innenwand 2a und 2b eines Hohlraumresonators 1 vorgesehen, der aus einem zylindrischen metallischen Leiter besteht, wobei ein Paar von Öffnungen 3a und 3b in seiner Seitenwand 6 zur Einführung eines lebenden Körpers 5 oder eines Gegenstands vorgesehen ist. Hochfrequente elektromagnetische Energie wird dem Hohlraumresonator 1 von außen zugeführt.
Bei einer solchen elektromagnetischen Heizvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wiedergegeben ist, ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, hochfrequente elektromagnetische Energie auf einen gewünschten Punkt mit hohem Wirkunsgrad zu lenken. Es ist jedoch bekannt, daß, wenn sich die Größe des zu erwärmenden Objekts 5 ändert, sich die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators in einem solchen Ausmaß ändert, daß ein wirkungsvoller elektromagnetischer Erwärmungseffekt nicht erzielt werden kann. Es war daher erforderlich, die Frequenz des Oszillators zur Zuführung von Hochfrequenzenergie gemäß der Größe des Objekts zu verändern, um eine geeignete Erwärmung zu erzielen. Wenn jedoch die Oszillationsfrequenz eines Hochfrequenzoszillators variabel gestaltet werden muß, wird dementsprechend der Oszillator komplexer, und in Verbindung mit der Notwendigkeit, jedesmal wenn eine Frequenzänderung auftritt, eine Impedanzanpassung zu erzielen, wird die Vorrichtung in noch stärkerem Maße komplex und teuer.
Es ist vorstellbar, eine Verbindungsspule als Mittel zur Einstellung der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators und zur Erzielung einer effizienten übertragung von Hochfrequenzenergie in den Hohlraumresonator vorzusehen. Die Verwendung einer Verbindungsspule gewährleistet jedoch nicht notwendigerweise eine effiziente Zufuhr von Hochfrequenzenergie, da eine Änderung der Resonanzfrequenz des Hohraumresonators eine Anderung der Impedanz des Hohlraumresonators, wie sie die Quelle für hochfrequente elektromagnetische Energie sieht, erzeugt.
Ferner ist es bekannt, daß der Punkt der Konzentrierung von elektrischem Strom nur schwer festgehalten werden kann und die Tendenz hat, sich gemäß der Form und gemäß elektrischen Konstanten des zu erwärmenden Objekts zu verschieben. Aus diesem Grund ist es unmöglich gewesen, einen zu erwärmenden Ort stets auf einer hohen Temperatur zu halten. Es bestand daher der Wunsch, in der Lage zu sein, Hochfrequenzenergie auf einen streng lokalisierten Bereich des zu erwärmenden Objekts zu konzentrieren, unabhängig von den Bedingungen des zu erwärmenden Objekts.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf solche Probleme des Standes der Technik besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, eine einen Hohlraumresonator verwendende elektromagnetische Heizvorrichtung zu schaffen, welche hochfrequente elektromagnetische Energie auf ein zu erwärmendes Objekt mit hohem Wirkungsgrad auch dann übertragen kann, wenn sich die Bedingungen des Objekts geändert haben, und welche so eine wirkungsvolle Übertragung von elektromagnetischer Energie auf das Objekt gewährleisten kann.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektrogmagnetischen Heizvorrichtung, welche elektromagnetische Energie auf einen kleinen Bereich innerhalb des zu erwärmenden Objekts konzentrieren kann.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektromagnetischen Heizvorrichtung, welche einen inneren Teil eines Objekts ohne übermäßige Anhebung seiner Oberflächentemperatur erwärmen kann.
Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer elektromagnetischen Heizvorrichtung, die einfach im Aufbau und doch in der Lage ist, hochfrequente Energie auf ein zu erwärmendes Objekt mit hohem Wirkungsgrad unabhängig von den Bedingungen des zu erwärmenden Objekts zu übertragen.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch Vorsehen einer elektromagnetischen Heizvorrichtung zur Erwärmung eines lebenden Körpers oder eines Objekts, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, gelöst werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen anhand spezieller Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
Fig. 1(A) eine perspektivische Außenansicht einer Ausführungsform der elektromagnetischen Heizvorrichtung gemäß der Erfindung ist,
Fig. 1(B) eine Längsschnittansicht der elektromagnetischen Heizvorrichtung ist,
Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, welche einen wesentlichen Teil der Fig. 1(A) und 1(B) veranschaulicht,
Fig. 6(A), 7(A) und 8(A) schematische Seitenansichten von elektrischen Feldkonzentratoren sind,
Fig. 6(B), 7(B) und 8(B) schematische Ansichten der elektrischen Feldkonzentratoren von unten sind,
Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12, Fig. 13 Ansichten sind, die verschiedene Ausführungsformen der Frequenzeinstellmittel zeigen,
Fig. 14 eine Ansicht ist, welche einen Mechanismus zum Bewegen des elektrischen Feldkonzentrators zeigt,
Fig. 15 eine weitere Ausführungsform des Hohlraumresonators ist,
Fig. 16 eine Ansicht des Gesamtsystems der elektrischen Heizvorrichtung, gegeben als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist,
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der elektromagnetischen Heizvorrichtung gemäß der Erfindung ist,
Fig. 18 bis 21 Zeichnungen sind, welche verschiedene Ausführungsformen der Hochfrequenzenergieversorgungsschaltung für den Hohlraumresonator veranschaulichen,
Fig. 22 bis 24 Zeichnungen sind, welche verschiedene Arten der Erzielung einer Anpassung zwischen einem Speisekabel und einer Verbindungsspule zeigen,
Fig. 25(A) eine perspektivische Außenansicht einer herkömmlichen elektromagnetischen Heizvorrichtung ist, und
Fig. 25(B) eine Längsschnittansicht der herkömmlichen elektromagnetischen Heizvorrichtung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1(A) ist eine perspektivische Außenansicht eines Hohraumresonators 11 einer elektromagnetischen Heizvorrichtung, die als eine Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, und Fig. 1(B) eine Längsschnittansicht des Hohlraumresonators 11. Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen ist der Hohiraumresonator 11 ein zylindrischer Körper aus einem metallischen Leiter und mit Öffnungen 13a und 13b in seiner Seitenwand 16 zur Einführung eines lebenden Körpers oder eines Objekts 15 in diesen versehen. Ferner ist der Hohlraumresonator 11 innen mit elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b versehen. Diese elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b sind mit der oberen und unteren Wand 12a und 12b des Hohlraumresonators 11 nicht exakt integral, sondern werden von diesen mittels (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Halterungsmitteln gehaltert, so daß sie elektrisch voneinander getrennt sind. Ein Paar von Frequenzeinstellern 17a und 17b sind zwischen oberer bzw. unterer Wand 12a und 12b des Hohlraumresonators 11 und dem zugehörigen elektrischen Feldkonzentrator 14a bzw. 14b vorgesehen, so daß die Frequenz des Hohlraumresonators 11 durch Anderung von deren Dicken und relativen Dielektrizitätskonstanten eingestellt werden kann. Wenn die Resonanzfrequenz zu hoch ist, kann sie durch Erhöhung der Dicken der Frequenzeinsteller 17a und 17b und/oder durch Verwendung eines Materials hoher relativer Dielektrizitätskonstante für die Frequenzeinsteller 17a und 17b gesenkt werden. Umgekehrt, wenn die Resonanzfrequenz zu niedrig ist, können die Dicken der Frequenzeinsteller 17a und 17b vermindert oder ein Material mit niedriger relativer Dielektrizitätskonstante verwendet werden.
Die obere Wand 12a des Hohlraumresonators 11 ist außen mit einem Stecker 18 und innen benachbart zum elektrischen Feldkonzentrator 14a mit einer Verbindungsspule 20 versehen, die an ihrem einen Ende mit der oberen Wand 12a und an ihrem anderen Ende über einen einstellbaren Kondensator 19 mit einem Signalanschluß des Steckes 18 verbunden ist. Der variable Kondensator 19 dient als Impedanzanpassungskondensator (Impedanzanpassungselement).
Wenn ein zu einer Hochfrequenzspannungsquelle führendes Speisekabel mit dem Stecker 18 dieser elektromagnetischen Heizvorrichung zur Zuführung von Hochfrequenzenergie an den Hohlraumresonator 11 über den Stecker 18, den variablen Kondensator 19 und die Verbindungsspule 20 verbunden wird und ein lebender Körper oder ein Objekt 15 zwischen den elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b angeordnet wird, wird der lebende Körper oder das Objekt 15 erwärmt. Es ist möglich, Hochfrequenzenergie bloß durch Verbinden der Verbindungsspule 20 mit dem Stecker 18 zuzuführen, aber ein Anschließen dieser Verbindungsspule 20 an den Stecker 18 allein kann unter Umständen eine effiziente übertragung von Hochfrequenzenergie infolge einer Fehlanpassung der Impedanz zwischen der Verbindungsspule 20 und dem Speisekabel nicht gewährleisten. Deshalb ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der variable Kondensator 19 zwischen dem Stecker 18 und der Verbindungsspule 20 als Impedanzanpassungselement angeschlossen. Deshalb ist gemäß dieser Ausführungsform der variable Kondensator 19 zwischen dem Stecker 18 und der Verbindungsspule 20 angeschlossen. Der variable Kondensator 19 ist bei dieser Ausführungsform benachbart zur oberen Wand des Hohlraumresonators 11 angeordnet, er kann aber auch auf der oberen Wand außerhalb des Hohlraumresonators 11 angeordnet sein.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform war der Hohlraumresonator 11 mit einem Paar von elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b versehen und ist als zylindrischer Körper aufgebaut, so daß ein lebender Körper 15 in dem Raum, der zwischen den elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b definiert ist, angeordnet werden kann. Der Hohlraumresonator der vorliegenden Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine zylindrische Form, sondern kann auch rechteckige und andere Formen haben. Er kann mit wenigstens einem elektrischen Feldkonzentrator 14, wie in Fig. 2 veranschaulicht, versehen sein, kann einen Frequenzeinsteller 17 zwischen dem elektrischen Feldkonzentrator 14 und einer Bodenwand des Hohlraumresonators 11, wie in Fig. 3 gezeigt, aufweisen, oder kann ein Paar von elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b zur Anordnung eines zu erwärmenden lebenden Körpers oder Objekts dazwischen, wie in Fig. 4 veranschaulicht, aufweisen.
Auch kann das freie Ende des elektrischen Feldkonzentrators 14 spitz zulaufen, wie in den Fig. 6(A) und 6(B) gezeigt, oder zu einer sphärischen Form abgerundet sein, wie in den Fig. 7(A) und 7(B) gezeigt, oder speziell in eine Form gebracht sein, welche einem gewünschten Erwärmungsmuster entspricht, wie in den Fig. 8(A) und 8(B) gezeigt.
Da elektrischer Strom vom freien Ende des elektrischen Feldkonzentrators 14 injiziert wird, ist es möglich, einen extrem engen Bereich durch Verwendung einer spitzen Form am freien Ende des elektrischen Feldkonzentrators, wie in den Fig. 5, 6(A) und 6(B) gezeigt, zu erwärmen. Wenn das freie Ende, wie in den Fig. 7(A) und 7(B) veranschaulicht, sphärisch ist, wird ein geringfügig weiterer Bereich erwärmt. Wenn das freie Ende flach ist, kann ein noch weiterer Erwärmungsbereich erreicht werden. Durch eine solche geeignete Auswahl der Form des freien Endes des elektrischen Feldkonzentrators wird es möglich, nicht nur die zu erwärmende Stelle zu steuern, sondern auch die Form des zu erwärmenden Bereichs, so daß ein hoher therapeutischer Effekt bei der Behandlung von Krebs durch Erwärmen nur des canzerösen Abschnitts gemäß dieser Form erzielt werden kann.
Die Möglichkeit einer Einstellung der Resonanzfrequenz durch Änderung der Dicken und der relativen Dielektrizitätskonstanten der Frequenzeinsteller 17a und 17b ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 diskutiert worden. Im folgenden werden verschiedene weitere Beispiele von Frequenzeinstellern beschrieben.
Fig. 9 zeigt einen Aufbau, bei welchem die Relativlage zwischen dem elektrischen Feldkonzentrator 14 und dem Frequenzeinsteller 17 verändert werden kann. Der Frequenzeinsteiler 17 ist mit einer Zahnstange versehen, die durch ein Zahnrad 172 angetrieben werden kann, so daß der Frequenzeinsteiler 17 durch Drehen des an der Bodenwand 12 montierten Zahnrades 172 bewegt werden kann.
Fig. 10 zeigt einen Aufbau, bei welchem der Frequenzeinsteller 17 in Form eines Fächers vorgesehen ist, wobei das Basisende diese Fächerform 173 drehbar befestigt ist, so daß das freie Ende des Frequenzeinstellers 17 gedreht werden kann.
Gemäß dem in den Fig. 9 und 10 gezeigten Aufbau können die Relativlage zwischen dem elektrischen Feldkonzentrator 14 und dem Frequenzeinsteller 17 und die Bereiche der einander gegenüberliegenden Oberflächen geändert werden. Infolgedessen kann die Resonanzfrequenz des gesamten Hohlraumresonators 11 verändert werden. Wenn die Resonanzfrequenz zu hoch ist, können die Flächen der einander gegenüberliegenden Oberflächen erhöht und damit die Resonanzfrequenz erniedrigt werden. Umgekehrt, wenn die Resonanzfrequenz zu niedrig ist, können die Flächen der einander gegenüberliegenden Oberflächen vermindert und damit die Resonanzfrequenz erhöht werden. Es ist also möglich, eine feste Resonanzfrequenz durch geeignetes Bewegen des Frequenzeinstellers gemäß den Abmessungen des darin aufgenommenen lebenden Körpers oder Objekts zu erzielen. Da ein Oszillator ohne Fähigkeit, seine Frequenz zu ändern, bei einem Bruchteil der Kosten der Herstellung eines Oszillators mit veränderbarer Frequenz hergestellt werden kann, lassen sich die Gesamtkosten der gesamten Heizvorrichtung drastisch verringern.
Gemäß dem in Fig. 11 veranschaulichten Aufbau besteht der elektrische Feldkonzentrator 14 aus einem Paar von leitfähigen Zylindern 141 und 143 sowie einer zwischen dem inneren leitfähigen Zylinder 141 und dem äußeren leitfähigen Zylinder 143 so zwischengelegten Metallfeder 142, daß eine günstige elektrische Leitung zwischen diesen erzielt wird. Die elektrischen Feldkonzentratoren 141 und 143 können bewegt und deformiert werden. Ihr Gesamtvolumen kann einfach durch Ziehen oder Drücken des leitfähigen Zylinders 143 des elektrischen Feldkonzentrators in Bezug auf den anderen leitfähigen Zylinder 141 mit der Hand oder anderen geeigneten Mitteln geändert werden. Der elektrische Feldkonzentrator 14 ist in dem Hohlraumresonator 11 aufgenommen und nimmt einen Teil seines Innenraums ein. Durch Erhöhen des eingenommenen Raums kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumsresonators gesenkt werden. Umgekehrt kann durch Vermindern des eingenommenen Raums die Resonanzfrequenz erhöhet werden. Daher kann gemäß dieser Ausführungsform die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 11 durch Erhöhen des Gesamtvolumens der leitfähigen Zylinder 141 und 143 des elektrischen Feldkonzentrators 14 durch Strecken der leitfähigen Zylinder 141 und 143 gesenkt werden, und dieser Vorgang kann auch umgekehrt werden. Kurz gesagt, kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumsresonators eingestellt werden.
Gemäß dem in Fig. 12 veranschaulichten Aufbau sind die Bodenwand 12 oder die Seitenwand 16 des Hohlraumresonators 11 und der elektrische Feldkonzentrator 14 durch eine Spule 173 miteinander verbunden. Gemäß dem in Fig. 13 veranschaulichten Aufbau sind die Bodenwand 12 des Hohlraumresonators 11 und der elektrische Feldkonzentrator 14 durch einen leitfähigen Stab 174 miteinander verbunden.
Die Resonanzfrequenz eines Hohlraumresonators kann durch Einfügen der Spule 173 zwischen der Wandoberfläche des Hohlraumresonators und dem elektrischen Feldkonzentrator 14 gesenkt werden. Durch Veränderung der Form dieser Spule und damit ihrer Induktivität kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators verändert werden. Durch Schrumpfen der Spule wird ihre Induktivität erhöht und die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators gesenkt. umgekehrt kann durch Ausdehnen der Spule die Resonanzfrequenz erhöht werden. In einem Hochfrequenzbereich wird eine Induktivität auch dann erzeugt, wenn leitfähige Drähte oder leitfähige Stäbe anstelle einer Spule verwendet werden, und die Resonanzfrequenz kann gemäß der Dicke der leitfähigen Drähte oder leitfähigen Stäbe oder ihrer Anzahl eingestellt werden. Beispielsweise nimmt mit zunehmender Dicke oder Anzahl der verwendeten Leiter die Induktivität ab und die Resonanzfrequenz zu. Ferner kann durch Hinzufügen eines Frequenzeinstellers 17 aus einem dielektrischen Material und/oder eines einstellbaren Kondensators 171 die Resonanzfrequenz weiter einjustiert werden.
Gemäß dieser Ausführungsformen kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 11 durch Hinzufügen einer Spule gesenkt werden, und eine niedrige Resonanzfrequenz kann unter Beibehaltung des Durchmessers des Hohlraumresonators erzielt werden. Allgemein gesprochen ist ein Oszillator für eine niedrigere Frequenz wirtschaftlicher, und dieses Verfahren erlaubt eine wirtschaftliche Herstellung der Vorrichtung. Fig. 14 zeigt ein Beispiel für die Halterung des elektrischen Feldkonzentrators 14. Der elektrische Feldkonzentrator 14 wird durch eine Bodenwand 12 und Seitenwände 16 mittels Drähten 51, 52 und 53 aus dielektrischern Material gehaltert. Der elektrische Feldkonzentrator 14 kann durch Ziehen an diesen Drähten 51, 52 und 53 durch Rollen oder Elektromotoren 54, 55 und 56 bzw. durch Nachlassen dieser Drähte vertikal und seitlich bewegt werden. Es ist auch möglich, den elektrischen Feldkonzentrator 14 durch Befestigen des elektrischen Feldkonzentrators 14 mit einem dielektrischen Stab anstelle von Drähten 51, 52 und 53 zu befestigen und diese dielektrischen Stäbe vertikal und seitlich zu bewegen.
Es ist auch möglich, den elektrischen Feldkonzentrator aus zwei oder mehr Teilen aufzubauen, von denen jeder teilweise befestigt ist und sich nur an seinem freien Ende bewegen kann.
Durch Ändern der Lage des elektrischen Feldkonzentrators ist es möglich, das Muster des elektrischen Stroms, der am freien Ende desselben injiziert wird, zu ändern. Wenn daher die zu erwärmende Stelle nur leicht geändert werden soll, kann dies erreicht werden, ohne den lebenden Körper oder das Objekt zu bewegen. Wenn es in irgendeiner Weise unbequem ist, die Resonanzfrequenz und/oder die Impedanz durch Bewegen des elektrischen Feldkonzentrators zu ändern, kann die zu erwärmende Stelle ohne wesentliche Beeinflussung der Resonanzfrequenz und der Impedanz geändert werden, indem der elektrische Feldkonzentrator aus zwei oder mehr Teilen aufgebaut wird, die teilweise befestigt sind, so daß eine Bewegung ihrer freien Enden zugelassen ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine genau Positionierung des zu erwärmenden Teils möglich, und es kann ein hoher therapeutischer Effekt im Falle der Erwärmung eines lebenden Körpers erzielt werden. Wenn ein lebender Körper zwischen einem Paar von beweglichen Feldkonzentratoren (die nur an ihren freien Enden beweglich sein können) anzuordnen ist, kann auch bei Bewegung der elektrischen Feldkonzentratoren eine gewünschte zu erwärmende Stelle tief innerhalb des lebenden Körpers stets erwärmt werden, und der tiefe Körperabschnitt kann auf eine hohe Temperatur erwärmt werden, solange die elektrischen Feldkonzentratoren geeignet in verschiedenen Richtungen bewegt werden, wohingegen das Fließmuster des elektrischen Stroms auf der Körperoberfläche sich dauernd ändert und einen übermäßigen Anstieg der Oberflächentemperatur verhindert.
Der Hohlraumresonator 11 der oben beschriebenen Ausführungsform besteht aus einem einzigen Körper, er kann aber auch mit vertikalen Trennlinien in ein Paar von halbzylindrischen Teilen 11a und 11b unterteilt sein, die durch ein Verbindungsteil (Scharnier) 111 so verbunden sind, daß einer von ihnen in Bezug auf den anderen geöffnet und geschlossen werden kann, wie dies in Fig. 15 veranschaulicht ist. In diesem Fall sind, falls nötig, die elektrischen Feldkonzentratoren auch in zwei Teile 14aa und 14ab sowie 14ba und 14bb unterteilt.
Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, einen großen lebenden Körper oder ein großes Objekt in dem Hohlraumresonator nicht nur durch die Öffnung 13, sondern ohne große Schwierigkeit auch durch Öffnen der haibzylindrischen Teile 11a und 11b anzuordnen. Wenn der Hohlraumresonator teilbar sein soll, sollter er mit einer vertikalen Trennungslinie wegen der Überlegung teilbar sein, daß der elektrische Strom, der vertikal längs der Wandoberfläche 16 im Hohlraumresonator fließt, nicht behindert sein soll. In diesem Fall kann die Änderung der Resonanzfrequenz minimiert werden, auch wenn die Verbindung durch das Verbindungsteil unzureichend sein sollte. Auch der Verlust ist minimiert. Kurz gesagt, kann gemäß dieser Ausführungsform ein großer lebender Körper oder ein großes Objekt ohne Schwierigkeiten im Hohlraumresonator aufgenommen werden, ohne daß der Verlust erhöht oder die Resonanzfrequenz beeinflußt wird.
Die in Fig. 16 dargestellte elektromagnetische Heizvorrichtung weist einen Tisch 40 zur sicheren Abstützung eines lebenden Körpers 15 sowie einen Mechanismus 41 auf, welcher einen Hohlraumresonator 11 in einer relativ zum Tisch 40 drehbaren Weise haltert. Der Hohlraumresonator 11 selbst kann aus dem in Fig. 1(B) dargestellten bestehen. Der Drehmechanismus 41 besteht aus einem C-Arm 42, der den Hohlraumresontor 11 über Trägerstäbe 44 an seinen beiden Enden trägt, und einer Antriebseinheit 43 zum Drehen dieses C-Arms 42.
Gemäß dieser Ausführungsform variiert, wenn der Hohlraumresonator 11 in Bezug auf die den lebenden Körper 15 tragende Basis gedreht wird, abhängig vom Winkel des Hohlraumresonators 11 das Muster des Stromes auf der Körperoberfläche, aber elektrischer Strom wird den canzerösen Geweben in der Mitte des lebenden Körpers zur wirkungsvollen Erwärmung derselben stets zugeführt. Es läßt sich daher ein konzentrierter Erwärmungseffekt ohne übermäßige Erwärmung der Oberfläche erreichen und ein signifikanter Vorteil auf dem Gebiet der Krebsbehandlung gewinnne.
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der elektromagnetischen Heizvorrichtung. Diese elektromagnetische Heizvorrichtung umfaßt eine Hochfrequenzspannungsquelle 33, einen Hohlraumresonator 11, einen Impedanzanpassungsbedingungsdetektor 34, einen Resonanzbedingungsdetektor 35, einen Impedanzanpassungsbedingungseinstellmotor 36, einen Frequenzeinstellmotor 37 und eine Steuereinheit 38, welche den Impedanzanpassungseinstellmotor 36 gemäß der mit dem Impedanzanpassungsbedingungsdetektor 34 festgestellten Impedanzanpassungsbedingung und den Frequenzeinstellmotor 37 gemäß der mit dem Resonanzbedingungsdetektor 35 festgestellten Resonanzbedingung steuert.
Der Hohlraumresonator 11 enthält ein Paar von elektrischen Feldkonzentratoren 14a und 14b, einen Frequenzeinsteller 17, eine Verbindungsspule 20 und eine Lageveränderungseinheit 200, die die Lage der Verbindungsspule 20 in Bezug auf den elektrischen Feldkonzentrator 14a (siehe Fig. 6) ändert, was hier als Beispiel einer Impedanzanpassungseinheit wiedergegeben ist, sowie eine Verbindungsspule 39 zur Feststellung einer Resonanzbedingung.
Gemäß dieser Ausführungsform wird Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzspannungsquelle 33 an den Hohlraumresonator 11 geliefert. Die Impedanzanpassungsbedingung zwischen der Verbindungsspule 20 des Hohlraumresonators 11 und der Hochfrequenzspannungsquelleneinheit 33 wird durch den Impedanzanpassungsbedingungsdetektor 34 festgestellt, und die Steuereinheit 38 stellt automatisch den Impedanzanpassungsbedingungeinstellmotor 36 gemäß der festgestellten Impedanzanpassungsbedingung so ein, daß eine optimale Impedanzanpassungsbedingung erzielt wird. Falls nötig kann eine Spannung im Hohlraumresonator 11 durch die Verbindungsspule 39 als Meßprobe für den Resonanzbedingungsdetektor 35 gewonnen werden, und die Steuereinheit 38 steuert den Frequenzeinstellmotor 37 und feinjustiert den Frequeneinsteller 17 so, daß die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 11 der Frequenz der Hochfrequenzspannungsquelleneinheit 33 angepaßt und eine maximale Nachweisausgabe gewonnen wird.
Wenn die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators automatisch der Frequenz der Hochfrequenzspannungsquelleneinheit angepaßt wird, wird hochf requente elektrische Leistung stets wirkungsvoll injiziert. Ferner kann eine perfekte Impedanzanpassungsbedingung zwischen der Verbindungsspule des Hohlraumresonators und der Hochfrequenzspannungsquelleneinheit automatisch erreicht werden, und dies trägt zu einer wirkungsvollen Injektion von Hochfrequenzenergie bei.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen waren die elektrischen Feldkonzentratoren außer Kontakt mit dem Frequenzeinsteller, die vorliegende Erfindung beschränkt sich aber nicht auf diese Ausführungsformen, sondern ist auch auf eine Ausführungsform anwendbar, die einen Frequenzeinsteller und einen elektrischen Feldkonzentrator integral kombinieren. Ferner ist es anstelle einer Einstellung der Frequenz des Hohlraumresonators möglich, die Frequenz der Hochfrequenzspannungsquelle mit manuellen oder anderen Mitteln einzustellen, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
Unter Bezug auf Fig. 18 ist es möglich, Hochfrequenzenergie durch bloßes Anschließen der Verbindungsspule 20 an den Stecker 18 zuzuführen, aber ein Anschließen dieser Verbindungsspule 20 an den Stecker 18 kann infolge einer Fehlanpassung der Impedanz zwischen der Verbindungsspule 20 und dem Speisekabel unter Umständen eine wirkungsvolle Übertragung von Hochfrequenzenergie nicht gewährleisten. Deshalb ist gemäß der in Fig. 19 veranschaulichten vorliegenden Ausführungsform der variable Kondensator 19 zwischen dem Stecker 18 und der Verbindungsspule 20 als Anpassungseinheit angeschlossen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der veränderbare Kondensator 19 außenseitig der oberen Wand des Hohlraumresonators 11 angeordnet, er kann aber auch innenseitig der obere Wand des Hohlraumresonators 11 angeordnet sein.
Gemäß den in den Fig. 1 bis 19 veranschaulichten Anpassungsschaltungen wird durch Einstellen des veränderbaren Kondensators 19 die Resonanzfrequenz der Verbindungsspule 20 so verändert, daß sie mit der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 11 zusammenfällt. Wenn die Impedanz der aus der Verbindungsspule 20 und dem veränderbaren Kondensator 19 bestehenden Schaltung mit derjenigen des Speisekabels zusammenfällt, wird Hochfrequenzenergie höchst effizient dem Hohlraumresonator 11 zugeführt.
Wenn die Impedanz der Verbindungsspule 20 nicht mit derjenigen des Speisekabels zusammenfällt, können ein Paar von veränderbaren Kondensatoren 19a und 19b zur Anpassung der Resonanzfrequenz der Verbindungsspule 20 und zur Teilung der Impedanz in einen Wert, der zur Impedanz des Speisekabels paßt, verwendet werden, wie dies in den Fig. 20 und 21 gezeigt ist. Wenn die veränderbaren Kondensatoren 19, 19a und 19b entfernt von der Verbindungsspule 20 angeordnet sind, wird, da sich das zwischen diesen erstreckende Kabel in einem Zustand der Impedanzfehlanpassung befindet, der Fluß von Hochfrequenzstrom gestört und dadurch Wärme erzeugt, mit dem Ergebnis, daß die elektromagnetische Hochfrequenzenergie nicht wirkungsvoll auf den Hohlraumresonator 11 übertragen wird. Um zu verhindern, daß dies eintritt, werden die veränderbaren Kondensatoren 19, 19a und 19b benachbart zur Verbindungsspule 20 angeordnet.
Gemäß der elektromagnetischen Heizvorrichtung dieser Ausführungsformen kann Hochfrequenzenergie wirkungsvoll dem Hohlraumresonator zugeführt werden, da die Resonanzbedingung der Verbindungsspule zur Zuführung von Hochfrequenzenergie an den Hohlraumresonator erzielt und deren Impedanz an diejenige des Speisekabels durch Verwendung eines veränderbaren Kondensators angepaßt werden kann. Infolgedessen kann der im Hohlraumresonator angeordnete lebende Körper oder das dort angeordnete Objekt wirksam erwärmt werden.
Fig. 22 zeigt einen Hohlraumresonator 11 für die elektromagnetische Heizvorrichtung, bei welchem ein Stück eines nicht-leitenden Drahts 201 an der Verbindungsspule 20 angebracht ist, wobei das andere Ende des Drahts durch eine Rolle oder einen Motor 202 von außerhalb des Hohlraumresonators 11 aufgewickelt oder abgewickelt wird, so daß der Abstand zwischen der Verbindungsspule 20 und dem elektrischen Feldkonzentrator 14 eingestellt werden kann. Dies ist auch auf den Fall anwendbar, bei welchem nur eine Verbindungsspule 20 verwendet wird, wie dies bei der in Fig. 18 veranschaulichten Ausführungsform der Fall ist, und die Impedanz der Verbindungsspule 20 nicht an die des Speisekabels angepaßt ist.
Durch Bewegen der Verbindungsspule 20 auf den elektrischen Feldkonzentrator 14 hin und von diesem weg wird die Impedanz der Verbindungsspule 20 verändert. Wenn die Verbindungsspule 20 näher an den elektrischen Feldkonzentrator 14 heran gebracht und weiter von ihm entfernt wird, nimmt die Impedanz der Verbindungsspule 20 ab bzw. zu. Daher ist es durch Bewegen der Verbindungsspule 20 in einen geeigneten Abstand vom elektrischen Feldkonzentrator 14 möglich, eine Impedanzanpassung zwischen der Verbindungsspule 20 und dem elektrischen Feldkonzentrator 14 zu erzielen.
Fig. 23 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Abstand zwischen der Verbindungsspule 20 und dem elektrischen Feldkonzentrator 14 variabel gemacht ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind ein Stecker 18, ein veränderbarer Kondensator 19 und eine Verbindungsspule 20 in einer Halterung 182 eingebaut, die längs eines Schlitzes 181 beweglich ist, der in einer Bodenwand 12 des Hohlraumresonators 11 vorgesehen ist.
Fig. 24 zeigt eine weitere Ausführungsform zur Erzielung einer Impedanzanpassung. Ein freies Ende 203 einer Verbindungsspule 20 kann sich in und aus einem Hohlraumresonator 11 von dessen oberer Endwand 12a aus bewegen, und ein Teil des freien Endes 203 der Verbindungsspule 20 kann durch ein Klemmelement 204 und eine Befestigungsschraube 205 festgelegt sein.
Durch Verändern der Länge der Verbindungsspule 20 können die Resonanzfrequenz und die Impedanz der Verbindungsspule 20 geändert werden. Je kürzer die Verbindungsspule 20 ist, desto höher wird die Resonanzfrequenz und desto niedriger wird die Impedanz. Es ist daher in Verbindung mit der Verwendung eines veränderbaren Kondensators 19 möglich, eine Resonanzbedingung und Impedanzanpassung zu erzielen.
Da die Resonanzbedingung der Verbindungsspule zur Zuführung von Hochfrequenzenergie an den Hohlraumresonator erzielt und die Impedanz der Verbindungsspule an diejenige des Speisekabels angepaßt werden kann, kann auch bei dieser Ausführungsform Hochfrequenzenergie wirkungsvoll dem Hohlraumresonator zugeführt werden. Infolgedessen kann ein im Hohlraumresonator angeordneter lebender Körper oder ein dort angeordnetes Objekt wirkungsvoll erwärmt werden.
Gemäß der elektromagnetischen Heizvorrichtung der Erfindung kann ein starker Strom in dem zu erwärmenden Teil konzentriert werden, und die thermische Wirkung des elektrischen Stroms erwärmt diesen Teil auf eine hohe Temperatur. Der Temperaturanstieg in Teilen mit einer kleinen elektrischen Stromkonzentration wird minimiert und eine hochkonzentrierte Erwärmung möglich gemacht. Da ferner der elektrische Feldkonzentrator und der Hohlraumresonator elektrisch außer Kontakt sind, ist es möglich, einen Frequenzeinsteller dazwischen anzuordnen und die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators einstellbar zu machen.
Da ein elektrischer Feldkonzentrator, der elektrisch außer Kontakt mit dem Hohlraumresonator ist, und Frequenzeinstellmittel vorgesehen sind, kann, wenn ein lebender Körper im Hohlraumresonator angeordnet und die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators durch die Größe des lebenden Körpers beeinflußt wird, die Resonanzfrequenz unter Verwendung der Frequenzeinstellmittel auf einen festen Wert eingestellt werden. Die Frequenz der Hochfrequenzspannungsquelleneinheit kann daher fest sein, und es wird möglich, eine drastische Verminderung der Gesamtkosten der Heizvorrichtung zu erzielen und Funkstörungen zu vermindern.
Gemäß der in Fig. 17 veranschaulichten Ausführungsform ist es, da eine optimale Impedanzanpassungsbedingung durch die Verwendung der Verbindungsspule für die Feststellung eines Signals im Hohlraumresonator, des Resonanzdetektors zum Abgreifen des Signals von der Verbindungsspule und der Steuereinheit, welche die Frequenzeinstellmittel gemäß der Resonanzausgabe steuert, automatisch erzielt werden kann, möglich, eine optimale Resonanzbedingung und eine optimale Heizbedingung durch Einstellen der Frequenzeinstellmittel auch dann zu erzielen, wenn sich die Frequenz infolge einer Änderung der Größe oder der Lage des lebenden Körpers oder des Objekts ändert, so daß eine effektive elektromagnetische Heizvorrichtung geboten wird.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 kann, da die Anpassungseinheit benachbart zur Verbindungsspule innerhalb oder außerhalb des Hohlraumresonators vorgesehen ist, Hochfrequenzenergie mit hohem Wirkungsgrad übertragen werden. Da ferner die Anpassungseinheit benachbart zur Verbindungsspule vorgesehen ist, gibt es einen sehr geringen Energieverlust im Weg zwischen diesen, und dies trägt ebenfalls zu einer wirksamen Übertragung von Hochfrequenzenergie bei.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Impedanzanpassungsmittel verwenden, sind, da eine optimale Impedanzanpassungsbedingung durch die Verwendung der Steuereinheit, welche die Impedanzanpassungsbedingungseinstellmittel steuert, automatisch erzielt werden kann, keine Anstrengungen erforderlich, eine angepaßte Impedanz zu erzielen, und eine Zufuhr von Hochfrequenzenergie kann unter optimalen Bedingungen erzielt werden.

Claims

1. Elektromagnetische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines lebenden Körpers oder eines Gegenstands, mit

einem Hohlraumresonator (11) aus einem hohlen elektrisch leitfähigen Material zur Aufnahme eines lebenden Körpers oder eines Gegenstands und Erwärmung desselben durch ein darin erzeugtes elektromagnetisches Hochfrequenzfeld, und

wenigstens einem elektrischen Feldkonzentrator (14, 14a, 14b), der in dem Hohlraumresonator (11) angeordnet ist, gekennzeichnet durch

Resonanzfrequenzeinstellmittel mit einer an ein Eingangsende des Hohlraumresonators (11) angeschlossenen Verbindungsspule (20),

Impedanzanpassungsmittel (19), die benachbart zu der Verbindungsspule angeordnet sind, und

dadurch daß wenigstens ein elektrischer Feldkonzentrator (14, 14a, 14b) in dem Hohlraumresonator (11) getrennt davon so angeordnet ist, daß ein Frequenzeinsteller (17, 17a, 17b, 175) zwischen dem elektrischen Feldkonzentrator (14, 14a, 14b) und dem Hohlraumresonator angeordnet werden kann, oder so, daß der elektrische Feldkonzentrator (14) in Bezug auf den Hohlraumresonator (11) beweglich ist.

2. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrische Feldkonzentrator einen rohrförmigen Körper (14) mit einem Vorsprung an seinem freien Ende aufweist.

3. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrische Feldkonzentrator ein Paar von elektrischen Konzentrierungselementen (14a, 14b) aufweist, die voneinander im Abstand liegen und einen Raum zur Aufnahme eines zu erwärmenden lebenden Körpers oder Gegenstands dazwischen definieren.

4. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Impedanzanpassungsmittel einen veränderbaren Kondensator (19) aufweisen.

5. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Impedanzanpassungsmittel Mittel (26, 200) zum Bewegen der Verbindungsspule (20) aufweisen.

6. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, welche ferner

eine Abnahmespule (39) zum Abnehmen eines Signals in dem Hohlraumresonator (11),

Resonanzbedingungsnachweismittel (35) zum Nachweisen eines von der Abnahmespule (39) ausgegebenen Signals, und

Steuermittel (38) zum Steuern von Bewegungsmitteln (37) zum Bewegen des Frequenzeinstellers gemäß Ausgaben der Resonanzbedingungsnachweismittel (35) aufweist.

7. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach Anspruch 6, welche ferner Mittel (34) zum Feststellen einer Impedanzanpassungsbedingung und Mittel (36) zum Einstellen der Impedanzanpassungsbedingung aufweist, wobei die Steuermittel (38) sowohl die Bewegungsmittel (37) als auch die Mittel (36) zur Einstellung der Impedanzanpassungsbedingung gemäß Ausgaben der Resonanzbedingungsnachweismittel (35) und der Impedanzanpassungsbedingungsnachweismittel (34) steuern.

8. Elektromagnetische Heizvorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, welche ferner bewegliche Trägermittel (43) zum Bewegen des Hohlraumresonators (11) in Bezug auf einen zu erwärmenden lebenden Körper oder Gegenstand aufweist.