JP2015119798A - マイクロ波治療器 - Google Patents

Abstract

【課題】インピーダンス整合工程を無くし安価で一定品質のアンテナを提供すると共に、局所加温しない人体接触可能なアンテナを提供することにより加熱効率の良い温熱治療及び治療患部以外への放射や他の電気機器への電波障害による誤作動を軽減する。【解決手段】マイクロ波治療器において、アンテナをパッチアンテナ構造とした接触使用可能手段と、アンテナから前記患部以外に放射される前記マイクロ波を減らし前記患部を効率良く治療できるようにした放射効率改善手段とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、生体患部にマイクロ波を放射して温熱治療を施すマイクロ波治療器に関するものであり、特に、マイクロ波を放射するアンテナに関するものである。

マイクロ波治療器は、アンテナから放射されたマイクロ波を生体組織に放射して加温する温熱治療器である。
アンテナから放射されたマイクロ波は、電磁界からなるマイクロ波エネルギーとして生体組織に吸収されることによって患部を加温することで温熱治療となる。
ここでマイクロ波は、それが有する周波数帯の特徴により、ヒータ等の伝導熱や赤外線等の輻射熱を用いた治療器と比較して患者の深部の加温が可能であり、また、アンテナと患者間に患者が着用する衣服等の障害物が存在していたとしても関係なく放射が可能であり、患者が衣服を脱がずに所望する患部を温熱治療できるという利点を有する。

図３（ａ）は従来のマイクロ波治療器の外観図である。この治療器では、比較的狭い範囲を治療する丸型アンテナ２４、広範囲を治療するワイドアンテナ２５が設けられており、治療する患部の範囲に応じてアンテナを使い分ける。

従来より温熱治療用のマイクロ波治療器に用いられている代表的なものとしてヘリカルアンテナがある。ヘリカルアンテナの構造を図３（ｂ１）に示す。ヘリカルアンテナは先端にらせん状の導体が設けられている点に特徴を有する。
マイクロ波はアンテナに接続された伝送線によってアンテナに導入されアンテナから人体に放射される。

ここで、伝送線とアンテナはインピーダンスが異なるため、そのまま接続して使用すると接続部で反射が生じて定在波が生じることにより、伝送線の焼損、マイクロ波発振部の破損等の障害が発生するという問題がある。このため、伝送線とアンテナのインピーダンスを調整して整合させる必要があるが、調整に係る製作費用は莫大であり、また人為的調整方法であるため常に一定品質を保てているかの問題もある。
この問題に対して、特許文献１では、伝送線とアンテナのインピーダンス整合について省力化、低コスト化に対する手段が開示されている。
しかし、インピーダンスの整合をする工程自体を無くす手段は開示されていない。

また、治療時、従来のアンテナ２４では人体１７から非接触で使用する。図４は従来の丸型アンテナ２４を患者の腰椎に放射させている様子を表した概略図である。この図からも判るようにアンテナ２４は人体１７から一定距離を離した状態で治療させている。
これは、従来のアンテナ２４の近傍で治療を行うと、当初予定する電場による加温以外の予定されていない磁場等による加温が発生することで、加温される部分にムラが発生し局所加温が発生するという問題があるからである。
この問題に対して、特許文献１では、アンテナ２４と人体１７との距離を一定距離以上に確保する手段が開示されている。
しかし、一定距離を確保するが故に、アンテナを取り扱いし易いよう小型にすることができないという問題が残る。

また、前述したとおり、アンテナ２４は非接触で使用するため、アンテナからのマイクロ波の漏れにより、治療する患部以外へ予期しない放射や、他の電気機器への電波障害による誤作動という問題点がある。
また、アンテナと人体との距離によっては、アンテナと人体間のインピーダンス整合が不適となり、予定している加熱効率が低下するという治療上の問題点もある。
この問題に対して、特許文献２では、電磁遮蔽カバーを設けた手段が開示されているが、前述と同様にアンテナを取り扱いし易いよう小型にすることができないという問題が残る。

特開２００８−０４３７７３号公報 特開２００４−３１３５８２号公報

マイクロ波治療器のアンテナは、伝送線とアンテナのインピーダンスを人為的な調整で整合させため製作費用は莫大となり一定品質も保て難く、また、アンテナは非接触で一定距離をもって使用しなければならないのでマイクロ波の漏れを防ぐ手段が必要になり、加熱効率を低下させずに小型にすることができないという問題点がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、インピーダンスの整合をする工程を無くし安価で一定品質のアンテナを提供すると共に、局所加温しない人体に接触可能なアンテナを作ることにより加熱効率の良い温熱治療をすることができ、さらに治療する患部以外への予期しない放射や他の電気機器への電波障害による誤作動を軽減することのできるマイクロ波治療器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
マイクロ波を発生する発振部と、
前記発振部を駆動するための電力を供給する電源部と、
患者の治療とする患部に前記マイクロ波を放射するためのアンテナと、
前記発振部から前記アンテナへ前記マイクロ波を伝送するための伝送部と、
を備えたマイクロ波治療器において、
前記アンテナをパッチアンテナ構造とすることで、前記アンテナを前記患部に接触して使用できるようにした接触使用可能手段と、
前記アンテナから前記患部以外に放射される前記マイクロ波を減らし前記患部を効率良く治療できるようにした放射効率改善手段とを設け
たことを主な特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロ波治療器が、
前記アンテナを構成するリフレクタ及びパッチの材質に軽量金属を用い、前記アンテナを平板状にした軽量平板アンテナを設け
たことを主な特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載のマイクロ波治療器が、
前記伝送部において、前記放射部の側面から伝送部が導出できるようにし
たことを主な特徴とする。

本発明によれば、インピーダンスの整合をする工程を無くし安価で一定品質のアンテナを提供すると共に、局所加温しない人体に接触可能な薄型アンテナを作ることで加熱効率の良い温熱治療をすることができ、さらに治療する患部以外への予期しない放射や他の電気機器への電波障害による誤作動を軽減することのできるマイクロ波治療器を提供することができるようになる。

本発明の請求項１及び２に係るマイクロ波治療器のアンテナの一実施例である。 従来のマイクロ波治療器のマイクロ波を発生させる回路ブロック図である。 従来のマイクロ波治療器の外観図、及び従来のアンテナの概略図である。 従来のアンテナを用いた治療の様子を表した概略図である。 本発明の請求項３に係るマイクロ波治療器のアンテナの一実施例である。 本発明の請求項１乃至３に係るマイクロ波治療器のアンテナの別の一実施例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の請求項１及び２に係るマイクロ波治療器のアンテナの一実施例である。図１（ａ）は、アンテナの正面図であり、マイクロ波が放出される面の外観図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すアンテナのＡ−Ａ’断面図であり、さらに人体に放射した状態の説明図である。
図２は、従来のマイクロ波治療器のマイクロ波を発生させる回路ブロック図である。
図３は、従来のマイクロ波治療器の外観図、及び従来のアンテナの概略図である。図３（ａ）は、従来のアンテナを有するマイクロ波治療器の本体の概略図である。図３（ｂ）は、従来のマイクロ波治療器のアンテナから放射されるマイクロ波の様子の説明図（ｂ）である。図３（ｃ）は、従来のマイクロ波が漏れないように電磁遮蔽カバーを設けたアンテナの説明図（ｃ）である。
図４は、従来のアンテナを用いた治療の様子を表した概略図であり、従来のアンテナと人体の非接触治療の様子を示したものである。
図５は、本発明の請求項３に係るマイクロ波治療器のアンテナの一実施例である。
図６は、本発明の請求項１乃至３に係るマイクロ波治療器のアンテナの別の一実施例である。当該図は請求項３の別の一実施例を示したものであるが、請求項１の別の一実施例の説明においても参照する図である。

以下、本発明の請求項１乃至２に係るマイクロ波治療器について説明する。
本発明に係るマイクロ波治療器の構成を、図２に示す回路ブロック図、及び図３（ａ）の外観図に示す。ここで、図３（ａ）の従来型アンテナ２４、従来型ワイドアンテナ２５は図１（ａ）に記載の請求項１乃至２に係る円形パッチアンテナ６３に置き換える。
実際には図３（ａ）の本体を用いず、新たにマイクロ波治療器本体３１を円形パッチアンテナ６３、方形パッチワイドアンテナ６４に応じた専用の本体として製作しても良い。
なお、従来型アンテナ２４、従来型ワイドアンテナ２５は、本体３１から取り外し可能であるため、使用者の施設に設置済みの本体であっても従来型アンテナ２４、２５をパッチアンテナ６３、６４に簡単に繋ぎ替える事が可能である。このように、従来型アンテナの破損や故障等におけるメンテナンスにおいても、使用者の希望に応じてパッチアンテナ６３、６４が有効に使えるようにしておくことが望ましい。

マイクロ波治療器の回路ブロック図を図２に示す。なお、本体の制御部の機能は特段本発明に関連しないため詳細説明は省略し、ここでは、マイクロ波を発生させる発振部に係る回路ブロック図について主に説明する。
高圧トランス２１と、整流器２２と、マグネトロン２３と、アンテナ２４とから構成される。ＡＣ１００Ｖの交流入力は高圧トランス２１で昇圧された後、整流器２２で整流され、マグネトロン２３の陽極に供給され、マグネトロン２３の陽極電圧が発振電圧を超えるとマグネトロン２３が発振し、マイクロ波を発生し、発生したマイクロ波はアンテナ２４から放射される。主に高圧トランスを中心にこれらの回路を制御部で制御することでマイクロ波の放射を制御し温熱治療を行う。

マイクロ波が放射される従来型アンテナ２４には図３（ｂ１）に示すようなヘリカルアンテナが主に用いられていた。これは、インピーダンス整合を取る場合、ヘリカルアンテナの先端に位置するらせん形状の先端をカットするだけで比較的自由に調整をすることが可能なためである。
ただし、この調整を実施するためには、当該アンテナを作動させた上で調整する必要がある。この調整は、製作ロット毎に一律に調整したりすることは困難であったため、アンテナ個別に調整する必要があり、これまで創意工夫がされてきたが、インピーダンス整合を行う事自体が大変手間であった。

一方、近年の情報通信手段の発達により、特に携帯電話等における電波応用技術の発達により、電波応用技術に用いるアンテナに利用する各部の加工精度及びその品質が急速に改善されてきた。
そこで、これら電波応用技術を利用し、一般的に携帯電話等に用いられているパッチアンテナ構造を利用することで、これまで解決困難であった問題点を解決することが可能になった。

図１（ａ）に本発明の請求項１乃至２に係るパッチアンテナの構造図を示す。パッチアンテナ自体は、一般に公開されている技術であるため、基本原理の説明はここでは省略する。
図１（ａ）は円形パッチアンテナを利用したものである。図１（ａ）のパッチアンテナはリフレクタ１１、円形パッチ１２、アンテナカバー１６、同軸ケーブル１３、１４、１５からなり、リフレクタ１１がパッチに対するアースにあたる。

パッチとアース間に用いる材料は安定した低損失誘電材料が望まれるが、ここではコスト的なことから空気を採用することにしている。また、円形パッチ１２及びリフレクタ１１には軽量化するため軽量金属を用いている。材質としては、アルミニウム材料に代表的される非鉄合金等が挙げられる。したがって、これら材質に合わせマイクロ波を放射させる範囲に応じて、パッチとアース間の距離ｄ及び円形パッチの外径φを最適な値に設定する。なお、円形パッチの場合、給電ポイント２０は円形パッチ１２の中心に位置させる。アンテナからの放射を均一にするためである。リフレクタ１１の深さは放射されるマイクロ波エネルギーのムラが発生しない程度の厚みを設け、アンテナ内部にゴミや埃の侵入を防ぐためのアンテナカバー１６を設けて封じる。

ここで、従来より問題になったインピーダンス整合については、調整工程を部品加工技術に委ねることで、設計当初の最適化設計と各パーツの製造技術の向上により、安定したアンテナ性能を確保することができ、従来のインピーダンス整合を実施する必要性が無くなった。これにより、人為的調整作業も無くすことが可能となった。

また、これら各部の寸法を均一に放射されるよう最適化することで、アンテナ６３から放射されるマイクロ波１８が面として放射されるようになった。図２（ｂ）に人体にアンテナ６３を接触させて使用した場合に面として放射されるマイクロ波１８の様子を示した。
なお、図１（ａ）では、接触面を単純に平面形状にしているが、リフレクタ１１の設計により凹型の形状など患者の患部に合わせた形状に設計することも可能である。

図６に別の一実施例として、方形パッチワイドアンテナ６４を示す。これは、方形パッチ６１を用いることで広い範囲の治療を行うことができる。また、薄型アンテナとすることで薄型を有する部分も広く設けられる。この形状を利用する場合、給電ポイントを偏心させることが可能である。

いずれにせよ、注意点としては、同軸ケーブル１５の導出部は取り扱いにより非常に折り曲げられる可能性があり、性能劣化し易いため、ケーブルブッシュ１９を設けて補強する必要がある。
また、同軸ケーブル１５は、従来のものから特に変更する必要はないが、その性能により温度上昇する可能性があるため、同軸ケーブル導体部１３、同軸ケーブル誘電部１４の品質と共に十分注意する必要がある。

以上によって、パッチアンテナ構造を用いることにより、インピーダンスの整合をする工程を無くし安価で一定品質のアンテナを提供すると共に、局所加温しない人体に接触可能な薄型アンテナを作ることで加熱効率の良い温熱治療をすることができ、さらに治療する患部以外への予期しない放射や他の電気機器への電波障害による誤作動を軽減することのできるマイクロ波治療器を提供することができるようになる。

以下、本発明の請求項３について説明する。
図５、図６に示すようにグリップ５１をケーブルブッシュ１９の代わりに用いて当該グリップ内に同軸ケーブル１５を通すことで、当該アンテナ部の側面から同軸ケーブル１５を導出することが可能となる。
図４の治療の様子からも判るように治療する際には、従来のアンテナであればアンテナ後部に空間がなければ治療患部に放射することが不可能であった。このため、マイクロ波治療器は、施設内における設置場所の制約、また、患者の治療する患部の制約があった。
図５、図６に示すようにアンテナ後部にケーブルを突き出さない形状とすることで、それら制約を無くすことが可能となる。

１１ リフレクタ
１２ 円形パッチ
１３ 同軸ケーブル導体部
１４ 同軸ケーブル誘電部
１５ 同軸ケーブルシース
１６ アンテナカバー
１７ 人体
１８ マイクロ波
１９ ケーブルブッシュ
２０ 給電ポイント
２１ 高圧トランス
２２ 整流器
２３ マグネトロン
２４ 従来型アンテナ
２５ 従来型ワイドアンテナ
３１ 本体
５１ グリップ
６１ 方形パッチ
６２ 給電ポイント
６３ 円形パッチアンテナ
６４ 方形パッチワイドアンテナ

Claims (3)

1. マイクロ波を発生する発振部と、
   前記発振部を駆動するための電力を供給する電源部と、
   患者の治療とする患部に前記マイクロ波を放射するためのアンテナと、
   前記発振部から前記アンテナへ前記マイクロ波を伝送するための伝送部と、
   を備えたマイクロ波治療器において、
   前記アンテナをパッチアンテナ構造とすることで、前記アンテナを前記患部に接触して使用できるようにした接触使用可能手段と、
   前記アンテナから前記患部以外に放射される前記マイクロ波を減らし前記患部を効率良く治療できるようにした放射効率改善手段とを設け
   たことを特徴とするマイクロ波治療器。
2. 前記アンテナを構成するリフレクタ及びパッチの材質に軽量金属を用い、前記アンテナを平板状にした軽量平板アンテナを設け
   たことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波治療器。
3. 前記伝送部において、前記放射部の側面から伝送部が導出できるようにし
   たことを特徴とする請求項１乃至２に記載のマイクロ波治療器。

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