JP3348216B2 - 特殊体の内部熱処理システム - Google Patents

特殊体の内部熱処理システム

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JP3348216B2 JP50331593A JP50331593A JP3348216B2 JP 3348216 B2 JP3348216 B2 JP 3348216B2 JP 50331593 A JP50331593 A JP 50331593A JP 50331593 A JP50331593 A JP 50331593A JP 3348216 B2 JP3348216 B2 JP 3348216B2
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ユニベールシテ デ ヌジャンス エ テクノロジードウリル
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、特殊体の内部熱処理システムおよびその
使用方法に関する。
背景技術 内部熱処理器具は、工業的プロセスに使用されるばか
りか、新しい動向として低体温法による治療方法にも使
用される。
上記２通りの適用分野において、この種の器具の本質
は、適用分野における熱処理される領域の温度の正確さ
にある。
特に例えば人体のような特殊体の熱処理を施す場合、
人体が本来具有するキャビティ（空洞）に、該キャビテ
ィ内の壁を対象としてマイクロ波エネルギー等のエネル
ギーを発散または収集する要素を導入し、結果として生
じる電界により対応する温度上昇を生じせしめる。
かかる熱処理は、所期の要求を満たすにも拘らず、熱
処理すべき領域たる特殊体の領域、すなわち、発生され
た熱が与えられる領域に関し、１または多くの温度セン
サを当該領域近傍に設置することなしには、該領域の温
度を十分な正確さで設定することができなかった。
熱処理される特殊体が人体である場合、キャビティへ
の上記温度センサの導入が行われることは言うまでもな
い。しかし、そのような処理方法は、キャビティへの温
度センサの導入が、熱エネルギー生成のための発熱要素
または吸熱要素の導入のためのキャビティの使用の妨げ
となる。そのような場合、２個の近接したキャビティ
は、これらのキャビティ間の領域に対して熱による処理
を行うことができない。
さらに熱を発生する電磁エネルギー源の近傍に温度セ
ンサを配置した場合、これらの温度センサ、特に半導体
能動デバイスによる温度センサは、動作中に強力な電磁
界を被ることとなるため、動作上不利である。
発明の目的 この発明の目的は、マイクロ波の応用による特殊体の
内部熱処理システムであって、発熱すべき領域の温度を
十分な精度で所望の温度とすることができるものを実現
することにより上記一連の不具合を改善することにあ
る。
この発明の他の目的は、マイクロ波の応用による特殊
体の内部熱処理システムであって、１または多くのマイ
クロ波エネルギー付与装置を有し、このマイクロ波エネ
ルギー付与装置がマイクロ波エネルギーの付与を一時的
に行っていないときに、熱処理すべき領域近傍の離間し
た各点であって、熱処理すべき領域の近傍のマイクロ波
エネルギーの付与点に対応した各点の瞬間的な温度を測
定する温度センサとしての役割を果すシステムを実現す
ることにある。
この発明の他の目的は、マイクロ波の応用による特殊
体の内部熱処理システムであって、熱処理される領域の
近傍に放射されるパワーのレベルについての幅広いダイ
ナミックレンジを有し、多様な応用分野へ使用し得る柔
軟性のあるシステムを実現することにある。
発明の開示 本発明に係るマイクロ波エネルギーによる特殊体の内
部熱処理システムは、所定周波数のマイクロ波の発生装
置を有しており、この装置の各チャネルは、周波数f1の
周期的変調波により振幅変調されたマイクロ波処理信号
であって、各チャネルのうち２個の連続したチャネルの
マイクロ波の搬送波が所定量だけ位相がシフトした関係
にあるような信号を各々発生する。少なくとも１個のマ
イクロ波付与装置が少なくとも１個のチャネルに割り当
てられており、このマイクロ波付与装置は熱処理すべき
領域近傍の独立した各点での当該チャネルによるマイク
ロ波エネルギーの付与を可能にする。また、このマイク
ロ波付与装置は、センサの役割を果し熱処理すべき領域
近傍の対応する独立点の絶対温度を測定し得る２重基準
温度放射計が接続されている。また、放射されるマイク
ロ波のパワーおよび熱処理される領域の独立点の瞬間温
度の計算および表示を行うコンソールが設けられてい
る。
本発明に係る特殊体の内部熱処理システムは、生活組
織、摂護腺の腺種、子宮内の腫等の熱処理に適用可能で
ある。
本発明に係る特殊体の内部熱処理システムおよびその
使用方法の詳細については以下図面を参照して説明され
る。
図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る特殊体の内部熱処理システムの
ブロック図、 第２図は図１に示す本発明に係るシステムの本質的構
成要素である２重基準温度放射計のブロック図、 第3a図は図１に示す本発明に係る特殊体の内部熱処理
システムを構成するのに使用され得る２重基準温度放射
計の非限定的態様を示す図、 第3b図、第3c図および第3d図は、本発明に係る特殊体
の内部熱処理システムの使用方法に係り、処理に先立ち
および／または処理中において最良のキャリブレーショ
ン精度条件下でのこのシステムのキャリブレーション処
理を説明する図、 第3e図は第3a図に示された２重基準温度放射計の態様
を示す図、 第４図は本発明に係る特殊体の内部熱処理、特に摂護
腺の腺種の熱処理に適用されるシステムの好適な非限定
的態様を示す図、 第5a図、第5b図および第5c図は本発明の本質的な特徴
に関連する温度センサとしての役割をも果し得るマイク
ロ波エネルギー付与装置の多様な態様を示す図、 第6a図は摂護腺の腺種の除去のための生活組織の熱処
理を行う場合における本発明に係る特殊体の内部熱処理
システムの使用方法を説明する図、 第6b図および第6c図は一般的な場合および特に第6a図
に示すような場合における本発明に係る特殊体の内部熱
処理システムの使用方法を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、第１図を参照し、熱処理すべき部分へのマイク
ロ波エネルギーの付与による本発明に係る特殊体の内部
熱処理システムについて詳細に説明する。
同図に示すように、本発明に係るシステムは、所定周
波数f0のマイクロ波発生装置１を有している。このマイ
クロ波発生装置１は例えば周波数915MHzの進行波を出力
する発振器により構成される。
また、本システムは、第１図に示すように、少なくと
も１つのチャネル20,21がマイクロ波発生装置１により
発生されたマイクロ波の伝送のために設けられている。
各チャネルは、周波数f1の周期的変調波により振幅変調
されたマイクロ波処理信号を発生することが可能であ
る。チャネル20および21は、例えば第１図に非限定的態
様として図示されているように、振幅変調器が接続され
た増幅器により構成されている。
本発明に係る特に好ましい態様のシステムによれば、
２個の連続したチャネル、すなわち、第１図のチャネル
20および21のマイクロ波の搬送波は相互に所定量だけ位
相がシフトした関係にある。
詳細については後述するが、２個の連続したチャネル
によって伝送される搬送波のレベルで導入される位相シ
フトは、熱処理すべき領域ｚに付与されるマイクロ波エ
ネルギーについて極めて広いダイナミックレンジを得る
ことを可能にする。
さらに第１図に示されるように、本発明に係るシステ
ムは、少なくとも１つのチャネルと関連した少なくとも
１個のマイクロ波付与装置30,31を有する。マイクロ波
付与装置30は、例えばチャネル20に関連しており、他
方、マイクロ波付与装置31はチャネル21に関連してい
る。各マイクロ波付与装置は、対応するチャネルにより
供給されるマイクロ波エネルギーを、処理されるべき領
域ｚの近傍の独立点において付与することを可能にす
る。
本発明に係るシステムの特に有効な特徴によれば、該
システムは２重基準温度放射計４を有する。２重基準温
度放射計４は、マイクロ波付与装置30,31の一方または
他方に選択的に接続され、各マイクロ波付与装置は処理
される領域ｚの近傍の対応する独立点の絶対温度を測定
する温度センサとしての役割をも果す。
第１図において、２重基準温度放射計４は、第１の多
チャネルマイクロ波切換スイッチ５および第２の多チャ
ネルマイクロ波切換スイッチ６によりマイクロ波付与装
置30,31の一方および／または他方への接続態様を切り
換えることができる。なお、第１図においては２個の多
チャネルマイクロ波スイッチを使用した態様を開示して
いるが、これは同様な構成において１個の多チャネルマ
イクロ波スイッチのみを使用することを否定するもので
はない。
さらに第１図に示すように、本発明に係るシステム
は、放射されるマイクロ波のパワーおよび処理される領
域ｚの独立点の瞬間温度の演算および表示のための操作
卓７を有している。演算および表示のための操作卓７
は、例えば周辺装置を備えたマイクロコンピュータによ
り構成され、熱処理エネルギーの供給を担うマイクロ波
信号の搬送波の放射を制御すべくマイクロ波エネルギー
発生装置１に接続される一方、１または多くの位相シフ
ト回路、例えば伝送チャネル21に対して設けられた回路
210に接続される。ここで、位相シフト回路210の位相シ
フト動作は、演算および表示のための操作卓７のマイク
ロコンピュータによって制御される。なお、この位相シ
フト動作およびその制御については後述する。さらに演
算および表示のための操作卓７は、内部接続手段によ
り、マイクロ波付与装置30および31を、例えば２重基準
温度放射計４または各チャネル20,21のいずれに接続す
るようにマイクロ波切換スイッチ５および６を切り換え
ることが可能である。
本発明に係るシステムは、温度センサをも構成するマ
イクロ波付与装置30または31が、当該付与機能を発揮す
るための据え付けが独立した温度センサの導入によって
妨げられない点において従来の装置よりも極めて簡単化
されており、実行される熱処理の精度を、熱処理される
領域ｚに実効的に生じる温度の値に関してと同様に熱を
生成するマイクロ波エネルギーの実効的な付与点でのこ
の温度の測定について著しく向上させることができる。
熱処理される領域ｚにより生じる温度に関し最大の精
度を得ることを可能にする要素の１つは、本発明の主題
事項の１つに関する２重基準温度放射計４の使用であ
る。
かかる２重基準温度放射計について第２図を参照し詳
述する。
同図によれば、２重基準温度放射計４は、２個の入力
チャネル43a,43bを有する第１のマイクロ波切換スイッ
チ43を有している。これらの入力チャネルは、一方のチ
ャネル43aが付与装置の出力端に接続され、他方のチャ
ネル43bがマイクロ波短絡回路42へ接続される。マイク
ロ波切換スイッチ43の出力端43cは上記２個の入力の一
方または他方へ接続される。
また、２重基準温度放射計４は、第２図に示すよう
に、３個のチャネル411a,411b,411cを有するサーキュレ
ータ411を有している。第１のチャネル411aは第１のマ
イクロ波切換スイッチ43の出力端に接続され、第２のチ
ャネル411bはマイクロ波電子処理アセンブリ414,415,41
6,417の入力端に接続されている。サーキュレータ411の
第３のチャネル411cは基準入力、すなわち、後述する基
準温度の１つが入力される入力端を構成している。
第２図において、２重基準温度放射計４は少なくとも
２個の内部基準温度源47,48および第２のマイクロ波切
換スイッチ49を備えている。この第２のマイクロ波切換
スイッチ49は、各々が基準温度源47および48の各々に接
続された少なくとも２個の入力チャネル49aおよび49bを
有している。また、第２のマイクロ波切換スイッチ49は
サーキュレータ411cの第３の基準入力端に接続された出
力端49cを有している。
さらに２重基準温度放射計は、同期制御回路417を有
しており、この同期制御回路417は、少なくとも４個の
異なった連続した出力信号を得るため、第１のマイクロ
波切換スイッチ43および第２のマイクロ波切換スイッチ
49を駆動する。ここで、これらの出力信号の各々は、２
個のマイクロ波切換スイッチ43および49の可能な接続状
態の各々に対応するものである。
また、第１のマイクロ波切換スイッチ43は少なくとも
２個の入力チャネルを有し、第２のマイクロ波切換スイ
ッチ49も少なくとも２個の入力チャネルを有する。
第２図に示すように、サーキュレータ411の出力端411
bはマイクロ波付与装置414に接続され、マイクロ波付与
装置414の出力端はマイクロ波検波器415の入力端415bに
接続されている。マイクロ波検波器415の出力端415aは
サンプリング回路416に接続され、このサンプリング回
路416はマイクロ波検波器415から出力される信号のサン
プル値を出力端418を介し演算および表示用操作卓７へ
出力する。
演算および表示用操作卓７は、同期制御回路417の制
御の下、上記４個の連続した信号のサンプル値に基づ
き、処理される領域ｚについての付与装置の反射係数お
よびマイクロ波切換スイッチ，接続ケーブルの損失とは
独立に、付与装置の領域の温度を演算する。
処理される領域ｚの絶対温度の値は、第２図において
第２のマイクロ波切換スイッチ49に接続され、符号47お
よび48により示される抵抗要素から検知される基準温度
T1およびT2と、サンプリング回路416の出力端の電圧と
に基づいて決定される。ここで、サンプリング回路416
の出力端の電圧は、サンプリング回路416の反射係数ｒ
および通過帯域幅Ｐとは独立のものである。
本発明の主題事項であるシステムに設けられた第２図
に示す２重基準温度放射計の詳細な動作については、19
89年７月27日に本願発明者の名において出願され、1991
年２月１日に第2650390号として公開されたフランス国
特許第89 10148号に開示されている。
２重基準温度放射計４を有する本発明に係るシステム
の好適な態様について第3a図を参照し説明する。
一般に２重基準温度放射計４により構成される温度測
定装置は、第２図において示した２チャネルを有するマ
イクロ波切換スイッチ43を主要な構成要素として含む。
このマイクロ波切換スイッチは、マイクロウェーブF912
0型またはF9220型の汎用型の切換スイッチによって構成
することができ、動作周波数に合せて調整され、演算器
の入力端411aを付与装置30のアンテナまたは上述した短
絡回路42へ接続する。
符号B1が共に付されたマイクロ波切換スイッチ43およ
びこれに対応する付与装置間の接続ケーブルと、同マイ
クロ波切換スイッチおよび短絡回路42間の接続ケーブル
は、信号の伝送に係る係数が同じになるように、低損失
であり、かつ、同じ長さのケーブルでなければならな
い。
サーキュレータ411は、広帯域のサーキュレータであ
り、その帯域幅は少なくとも本システムの中心周波数付
近の1GHzに等しい値を有し、２重基準温度放射計４に対
し、1.2GHz、3GHzまたは9GHzのいずれかに等しい値とさ
れる。上記サーキュレータは例えばNARDA COS 2652等
の３チャネルサーキュレータを使用することができる。
マイクロ波切換スイッチ49は、基準温度TRj（ｊ＝1,
2）を供給する２個のソース47,48を切り換えることがで
きる。
マイクロ波切換スイッチ43および49の切り換え位置の
組み合わせは、以下の表に示されるように、サンプリン
グユニット416の出力端において多様な信号S1,S2および
S3,S4を得ることを可能にする。
上記信号の値を示す式において、Ｋはボルツマン定
数、Ｐは２重基準温度放射計４の通過帯域幅、ｒは付与
装置30または31の反射係数である。上述のサンプリング
された信号は演算および表示用の操作卓７を構成するマ
イクロコンピュータに格納され、これらの信号の線形結
合 Va≒S1−S2 Vb≒S3−S4 が得られ、これにより以下の関係式に基づき被処理領域
ｚの絶対温度を得ることが可能となる。
Ｔ＝（VaTR2−VbTR1）／（Va−Vb） このように被処理領域ｚの絶対温度の値は、基準温度
TR1およびTR2に基づいて演算することができ、かつ、２
重基準温度放射計の反射係数ｒおよび通過帯域幅Ｐに関
し完全に独立に演算することができる。
本発明の主題事項であるシステムに設けられる２重基
準温度放射計４についてのさらに詳細な説明は、既に述
べたフランス国特許に開示されている。
第3a図に示したように、２重基準温度放射計４は、３
個の出力端を備えたサンプリングモジュール420を有し
ている。サンプリングモジュール420の第１の出力端421
は２重基準温度放射計４のマイクロ波周波数帯域での短
絡回路に接続され、サンプリングモジュール420の第２
の出力端422は放射計のマイクロ波周波数帯域において
所定の抵抗値に調整された第１の抵抗に接続されてお
り、この抵抗は先ず所定の温度T1において取り扱われ
る。サンプリングモジュール420の第３の出力端423は放
射計のマイクロ波周波数帯域において同一の所定の抵抗
値に調整された第２の抵抗に接続されており、この抵抗
は先ず所定の温度T2において取り扱われる。
２重基準温度放射計のマイクロ波切換スイッチ43は、
第２図に示したように、多チャネルマイクロ波切換スイ
ッチ643によって置き換えてもよい。ここで、スイッチ6
43は、例えば第２図における２チャネルマイクロ波切換
スイッチ43と第１図における多チャネルマイクロ波切換
スイッチ６の結合である。
多チャネルマイクロ波切換スイッチ643は、２重基準
温度放射計４の測定入力をなす入力端をマイクロ波付与
装置30または31の一方もしくはサンプリングモジュール
の出力端の一方のいずれかに選択的に結合することがで
きる。ここで、多チャネルマイクロ張切換スイッチ643
は、６個の入力端と１個の出力端を有する切換スイッチ
であり、６入力端には643a,b, d,e,f,gなる符号が各々
付され、出力端には643cなる符号が付されている。ここ
で、入力端643d,e,fは３出力サンプリングモジュール42
0の第１出力端421,第２出力端422および第３出力端423
に各々接続される。また、入力端643g,643a,643bは第１
図に示す多チャネルマイクロ波切換スイッチ５の端子5
a,5dおよび短絡回路42に接続される。
第3a図より、２重基準温度放射計４の測定入力は多チ
ャネル切換スイッチ643の端子643gまたは643aのいずれ
かにより生成される。
多チャネル切換スイッチ643、同スイッチの上記入力
およびそれらの多様な接続点間の接続ケーブルは、第3a
図に示すように同じ長さのケーブルB1によって構成する
ことが好ましい。ケーブルの長さはケーブルにより生じ
る損失を考慮し装置のバランスを確保するように選択さ
れる。
特殊体の内部熱処理システムの調整のための処理に関
し、第3a図の実施例に従って第3b図〜第3d図を参照して
説明する。
調整処理において、まず、第１のステップとして、付
与装置30,31に基づき同様な方法により調整が行われ
る。場合によっては、２重基準温度放射計４の測定入力
は多チャネルマイクロ波切換スイッチ643の端子643cと
考えることができ、多チャネルマイクロ波切換スイッチ
643の説明において述べた入力端の１つに接続される。
本発明の主題事項に係る調整処理においては、第3b図
に示すように、２重基準温度放射計の測定入力が調整モ
ジュール420の第１の出力端421に接続され、２重基準温
度放射計の測定入力が短絡状態となる。２重基準温度放
射計４の第２の多チャネルマイクロ波切換スイッチ49
は、第3b図に示すように、第１の基準温度源TR1に、次
いで第２の基準温度源TR2に接続される。そして、サン
プリング回路416から供給される各々に対応する値Vo1お
よびVo2が、測定されてメモリに記憶される。
そして、本調整処理においては、第２のステップとし
て、２重基準温度放射計４の測定入力がサンプリングモ
ジュール420の第２の出力端422に接続される。そして、
上記測定入力は所定の温度T1に対応した所定の抵抗値の
抵抗に接続される。第２の多チャネルマイクロ波切換ス
イッチ49は第１の基準温度源TR1に接続され、次いで第
２の基準温度源TR2に接続される。そして、サンプリン
グ回路416から供給される各々に対応する信号の値V11お
よびV12が測定されて記憶される。
そして、本調整処理においては、第３のステップとし
て、２重基準温度放射計４の測定入力がサンプリングモ
ジュール420の第３の出力端423に接続される。そして、
上記測定入力は所定の温度T2に対応した所定の抵抗に接
続される。そして、第２の２重基準温度放射計４の多チ
ャネルマイクロ波切換スイッチ49は第１の基準温度源TR
1に接続され、次いで第２の基準温度源TR2に接続され
る。そして、サンプリング回路416から供給される各々
に対応する値V21およびV22が測定されたメモリに記憶さ
れる。
ここで、上記メモリに記憶される各値は各々以下の式
を満足する。
Vij＝Ｋ・△Ｆ（ａ・K2×Ｔ×（１−ρ） ＋Tcab・K2（１−ａ）・（１−ρ） −a2ρ＋TRj（a2＋K22ρ−K12）） 上記式において、 Vijは上記メモリに記憶される各値、 Ｋは回路の利得Ｇとボルツマン定数KBの積、 △Ｆは２重基準温度放射計の通過帯域幅、 TRjは第１基準温度TR1または第２基準温度TR2であ
り、ｊは１または２、 K1およびK2はチャネル１および２に対応した第１のマ
イクロ波切換スイッチ643の損失係数、 ａは２重基準温度放射計４の測定入力と調整モジュー
ル420の多くの入力端とを接続する接続ケーブルの損
失、 Tcabは、２重基準温度放射計４の入力端が第２入力端
422または第３入力端423および調整モジュール420の対
応する抵抗に接続された接続状態であるρ＝０の場合お
よび２重基準温度放射計４の入力端が第１入力端421お
よび調整モジュール420の対応する短絡回路に接続され
た接続状態であるρ＝１の場合における接続ケーブルの
温度である。
上記メモリに記憶された値Vijおよび上記装置のパラ
メータを含む線形方程式が演算用および表示用の操作卓
７を構成するマイクロコンピュータが行うデジタル演算
により解かれ、上記パラメータが決定される。
調整処理における上述した多くのステップは、上述の
サンプリングされた電圧値Vijが線形であり、装置の物
理的パラメータが独立変数であると考えられることよ
り、本発明の範囲から出ることなく変更可能である。
上述の調整処理は、調整モジュール420の抵抗に対応
した温度T1およびT2が調整可能である場合に、研究所に
おいて行われる調整という意味において以下説明する方
法により実施することができる。かかる場合の調整処理
においては、 第１に、上記調整処理における第１のステップが実行
され、 第２に、基準温度TR1,TR2に関し、上記調整処理にお
ける第２および第３のステップが連続的に実行される。
その際、調整温度T1またはT2における零度として検知さ
れる対応値TZ1,TZ2についてサンプリング回路416から供
給される対応する値V11,V12またはV21,V22について０値
が得られるように調整温度T1,T2の２つのうち１つが調
整される。各零度は以下の式を満足する。
TZj ＝（TRj・K12 −Tcab・K2（１−ａ）＋Voj）／（ａ・K2・Ｋ・ΔＦ） 上記式において、ｊは実際に使用される基準温度に応
じて値１または２をとり得るインデックスである。
Ｋは回路の利得とボルツマン定数KBの積である。
第3a図の実施例において、多チャネル切換スイッチ64
3の端子643bに接続される短絡回路643および調整モジュ
ール420の出力端421に接続される短絡回路の存在は、シ
ステム全体の物理的バランスを良好なものとするように
同一の接続ケーブルを使用することを意味する。このバ
ランス調整は、装置状態が満足し得るバランス状態を示
す一方または他方の短絡回路を切り換える時に、サンプ
リングモジュール416から供給される信号または電圧の
比較により測定誤差と同一または実質的同一な値に抑制
される。
短絡回路の一方は除去可能であり、かかる場合、例え
ば第3e図に示すように調整モジュール420の短絡回路お
よび同モジュールの第１出力端643dは除去され、多チャ
ネルマイクロ波切換スイッチ643は入力が１個少なくな
る。そして、調整モジュール420は２出力422および423
を有する調整モジュールが使用される。このような調整
モジュールの変更は、既に説明したものと等価な調整モ
ジュールの実現を可能にする。
次に第４図を参照し、生活組織、特に摂護腺の腺腫の
熱処理に適した本発明による特殊体の内部熱処理システ
ムについて説明する。
同図に示すように、本発明に係るシステムは、マイク
ロ波エネルギー発生装置１の出力端に並列接続された第
１、第２および第３の伝送チャネル20,21および22を有
している。また、第１および第２のマイクロ波付与装置
30および31を有している。ここで、第１のマイクロ波付
与装置30は直腸用の付与装置であり、第１の伝送チャネ
ル20の出力端へ接続される一方、第４図における第１お
よび第２の多チャネルマイクロ波切換スイッチ５および
６により第２の伝送チャネル21の出力端または２重基準
温度放射計４の測定入力へ選択的に接続される。
第２のマイクロ波付与装置31は尿道用の付与装置であ
り、第１の多チャネルマイクロ波切換スイッチ５および
第２の多チャネルマイクロ波切換スイッチ６により、第
３の伝送チャネル22の出力端または２重基準温度放射計
の測定入力に選択的に接続される。
第１および第２のマイクロ波付与装置30,31は、自動
温度制御流体を付与装置の各々へ供給する自動温度調節
装置８により制御される。自動温度調節装置について
は、この分野の当業者によく知られた構成要素であるた
め、詳細な説明は省略する。
第２および第３の伝送チャネル20および21は、各々、
プログラマブル位相シフト回路210,211を有しており、
これらのプログラマブル位相シフト回路210,211は各々
に対応するマイクロ波付与装置30,31へ供給されるマイ
クロ波の搬送波の位相をシフトする。
各伝送チャネル20,21,22は各々に対応するマイクロ波
増幅用の増幅器201,211,221を有している。これらの各
増幅器は所定のマーク／スペース比の一連のパルスに従
って搬送波を変調する変調器としての役割をも果し得る
ものであり、マーク／スペース比は各マイクロ波付与装
置によりその管轄領域に実際に与えられるマイクロ波の
エネルギーを決定する。このマイクロ波変調増幅器は、
市場において入手可能な周波数f0が実質的に915MHzのマ
イクロ波の増幅および変調のための一般的な変調増幅器
により実現可能であるため、詳細な説明は省略する。
次に第5a図〜第5c図を参照し、尿道用のマイクロ波付
与装置について詳述する。
同図によれば、Foley型のプローブ内に、マイクロ波
コネクタ3110および同軸ケーブルを介して対応する切換
スイッチに接続されるワイヤアンテナ311を有してい
る。尿道用マイクロ波付与装置は、入水チューブ312お
よび出水チューブ313を上記プローブ内に有しており、
かかる構成により、自動温度調節装置８により供給さ
れ、自動温度調節制御用流体としての役割を果す水を供
給することができる。
マイクロ波ケーブルによって構成されるワイヤアンテ
ナ311は、当該ワイヤアンテナの端部から適切な距離だ
け離れた位置に設けられたストップ3113を有しており、
Foley型のプローブにおけるアンテナの実効的な長さを
調整するのに使用される。ストップ3113は例えばプラス
ティック素材により製造され、マイクロ波ケーブルに取
り付けられる。
第5b図に示すように、ワイヤアンテナ311は、端部が
マイクロ波の進行方向を向いて突出した同軸ケーブルに
よって構成されており、長さｈの部分3111はシールドが
除去され、同軸ケーブルの中心導体のこの部分は誘電体
によって被覆されている。長さh'の部分3112は、この同
軸ケーブルの完全に剥き出し状態の中心導体によって構
成されている。長さｈおよびh'は、マイクロ波の搬送波
の周波数f0および加熱すべき領域のサイズに基づいて決
定される。
婦人科への適用を考慮した場合、第5a図および第5b図
に示す付与装置を第5c図に示すように変更すればよい。
この場合、長さｈおよびh'の各部分を誘電体によるキ
ャップ3114によって覆う。このキャップは周囲の組織と
ワイヤアンテナとのインピーダンス整合を行うべく楕円
形をなしている。
第４図に示す本発明に係るシステムの使用状態での動
作に関し、特に摂護腺の腺腫の熱処理の場合について、
第6a図〜第6c図を参照し詳細に説明する。
上述の場合、熱処理プロセスにおいては、直腸用およ
び尿道用のマイクロ波付与装置30および31の各々に対応
した適切な生理学的キャビティへの導入の後、上記付与
装置30および31に対し所定のエネルギーのマイクロ波を
供給すると共に、熱処理すべき領域ｚに伝達されるエネ
ルギーを変調するため、連続した２チャネルによって伝
送されるマイクロ波の搬送波の相対的な位相を所定の変
調用プログラムに従って変調する。
第6a図に示すように、熱処理すべき領域ｚは、熱処理
すべき摂護腺を含んでおり、２個の付与装置の導入後、
これらの２個の付与装置の間に挟まれた状態となる。
第6b図に示すように、位相変調、すなわち、第１およ
び第２の付与装置30,31によって放射される電界の相対
的な位相の値φの選択は、熱処理すべき領域ｚ内に、振
幅ERがER＝2E・cosφを満足する電界を発生することが
でき、上記振幅の２乗、すなわち、付与装置の１つによ
って発生される電界の４倍に比例したエネルギーの付与
を行う効果を有する。従って、熱処理すべき領域ｚに実
際に与えられるエネルギーに関し非常に広い範囲のダイ
ナミックレンジが得られ、このダイナミックレンジは変
調がない場合に与えられるエネルギーのダイナミックレ
ンジの２倍となる。マイクロ波の搬送波および各付与装
置によって放射される電界の相対的な位相のプログラム
に従った変調は、熱処理すべき領域ｚに与えられるエネ
ルギー量、最終的には上記領域に付与される温度増分が
変調されるように連続的にまたは離散的かつ逐次的に行
われる。
第6c図において、熱処理すべき領域ｚの温度上昇の変
化の態様は、一定温度Tassに向うものであり、付与装置
30,31の一方または両方による周期的な放射によって維
持される。
サーボ制御の目標である温度Tassおよび傾斜ｐまたは
温度のサーボ制御の収束性はマイクロ波エネルギーの付
与に基づき医師により決定される。
本発明の好ましい特徴によれば、傾斜ｐまたは温度の
サーボ制御の収束性は、１分当り0.8℃から1.2℃までの
温度増分△Ｔにより時間的に増加する温度の単調増加関
数に合せて選択される。
本発明による特に有効なシステムによれば、50Wの最
大放射電力に対応した放射パワーは、連続した放射の各
々により与えられるパワー増分について下記関係式を満
足するように調整される。
△Ｐ＝Ｍ・△Ｔ＋Ｎ・△Ｔ（理論値）／△Ｔ（実際値） 上記式において、 △Ｐは付与装置31,30の一方または両方により与えられ
るパワー増分、 Ｍは領域、究極的には熱処理される組織および使用され
る付与装置に依存した比例係数、 △Ｔは２基準温度放射計による測定結果についての温度
増分 Ｎは組織、使用される付与装置および医師により選択さ
れた温度増加率に依存した比例係数 △Ｔ（理論値）は演算および表示用操作卓７を構成する
マイクロコンピュータのメモリに記憶された値であり、
これらの値はエネルギー付与に際して医師により使用さ
れるデータベースを構成するものであり、 △Ｔ（実際値）は２重基準温度放射計により測定された
温度であって、所定量のマイクロ波エネルギーの付与に
よる独立した２個の測定温度間の温度増分である。
温度増加率を表す値ＭおよびＮは上記データベースに
書き込まれ、その全体が医師により使用される。
所定の位相シフト値について、被処理領域ｚにおける
最も温度の高い点は摂護腺の厚さと関連して尿道の前部
または直腸の後部において移動する。最大の熱効率を得
るため、超音波によって求められる摂護腺の体積につい
て、多様な位相およびチャネルの各々により放射される
マイクロ波のパワーの比を演算することができる。例え
ば、各チャネルにより供給されるパワーが等しく、か
つ、３チャネルにより同相のマイクロ波が供給される場
合、最高温部は尿道および直腸壁の間のほぼ中央に位置
する。
他の熱処理モードは、各チャネル、特に２個の連続し
たチャネルにより供給される搬送波の位相を、時間の関
数として、０゜から180゜の間で連続的にあるいは例え
ば以下のように固定の位相シフト値に変化させる。
ｔ＝０の場合 尿道用のマイクロ波付与装置31 位相＝ 0゜ 直腸用のマイクロ波付与チャネル21 位相＝ 0゜ 直腸用のマイクロ波付与チャネル20 位相＝120゜ ｔ＝４秒の場合 巡回的交換 尿道用位相＝120゜ 他の位相は０゜とされる。
繰り返し時間は選択は、熱処理される被処理領域ｚの
幾何学的形状および体積の関数となる。この繰り返し時
間は、最適な熱的効果を得るため、これまでに行われた
理論的研究に従い、３秒から９秒の間とする。
多チャネルマイクロ波切換スイッチは、マイクロ波エ
ネルギー付与装置、温度センサまたは検出器として機能
する多様な付与装置の切り換えを可能にするものであ
る。例えば、付与装置の１つ、例えば直腸用付与装置を
用いて組織を加熱し、尿道用付与装置および／または直
腸用のチャネルの１つ等による放射計により温度を測定
することができる。
以上、マイクロ波エネルギー付与による特殊体の内部
熱処理システムとして、２重基準温度放射計の使用によ
り被処理領域の温度を極めて正確に決定することができ
る高性能のシステムについて説明した。本発明に係るシ
ステムは、マイクロ波付与装置がマイクロ波エネルギー
の付与点での温度センサとしても使用される点で使用上
の優れたフレキシビリティを有する。かかる優れたフレ
キシビリティを有する本発明に係るシステムは、２個の
連続した付与装置により供給されるマイクロ波の搬送波
の位相変調機能を有することにより、医師が被処理領域
の最高温部を移動させることができ、上記特殊体の被処
理領域を観察することができるという利点を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シヴ， モーリス フランス国 59650 ヴィルヌーヴ ダ スク アレ デ テラス ２ (72)発明者 ソザンスキー， ジャン−ピエール フランス国 59239 チューメリー リ ュ ピエール ブロソレッテ ９アー (72)発明者 モシェット， イヴ フランス国 59230 ホーブルダン エ ネティエレ ザン ウェッペ リュ ド ュ ケジュンヌ ６ (72)発明者 ヴァンルート， ダニエル フランス国 62100 カレ ブールヴァ ール ドュ ８メ 320 (56)参考文献 特開 平２−180279（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−501270（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開2650390（ＦＲ，Ａ １) ソ連国特許発明1345142（ＳＵ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 18/18

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マイクロ波エネルギーの被処理部への付与
    による特殊体の内部熱処理システムであり、第１の所定
    の周波数のマイクロ波エネルギーの発生装置と、該発生
    装置により発生されたマイクロ波エネルギーの伝送のた
    めのチャネルであって、各チャネルが第２の所定の周波
    数の周期的な変調信号によって変調されたマイクロ波処
    理信号を生成可能である少なくとも２個のチャネルとを
    有し、２個の連続したチャネルのマイクロ波エネルギー
    の搬送波は所定量の位相シフトを有するものであり、さ
    らに前記少なくとも２個のチャネルに関連し、被処理領
    域の近傍の各独立点での前記チャネルにより供給された
    マイクロ波エネルギーの付与を確保する少なくとも１個
    のマイクロ波付与装置と、放射されるマイクロ波のパワ
    ーおよび被処理領域の各独立点の瞬間温度を演算し表示
    する手段とを有するシステムにおいて、 前記少なくとも１個のマイクロ波付与装置に選択的に接
    続され、センサとしての役割を果し、被処理領域近傍の
    対応する独立点の絶対温度を測定し得る放射計と、 前記放射計に接続された３出力の調整モジュールとを有
    し、 調整モジュールの第１の出力は放射計のマイクロ波周波
    数帯域において電気的短絡回路に接続され、 調整モジュールの第２の出力は放射計の周波数帯におい
    て所定の値の第１の調整抵抗に接続されると共に処理に
    おいて所定の値の第１の温度T1に合わせられ、 調整モジュールの第３の出力は放射計の周波数帯におい
    て前記第１の調整抵抗と同じ値の第２の調整抵抗に接続
    されると共にこの第２の抵抗は処理において所定の温度
    T2に合わせられるものであり、さらに 前記チャネルに関連したマイクロ波付与装置の１つまた
    は前記調整モジュールの出力の１つを選択的に、前記放
    射計の測定入力に接続することができる多チャネルマイ
    クロ波切換スイッチを具備し、 前記放射計は、 一方が多チャネル切換スイッチによって付与装置の出力
    に接続され、他方がマイクロ波短絡回路に接続される２
    入力と、２入力の一方または他方に接続される出力と、
    ３個の連続したチャネルを有し、第１のチャネルが第１
    のマイクロ波切換スイッチの出力に接続され、第２のチ
    ャネルがマイクロ波電子処理アセンブリの入力に接続さ
    れ、第３のチャネルが基準入力を構成するサーキュレー
    タとを有する第１のマイクロ波切換スイッチと、 少なくとも２個の内部基準温度源および各々が前記少な
    くとも２個の基準温度源の出力に接続された少なくとも
    ２個の入力チャネルと前記サーキュレータの第３の基準
    入力に接続される出力を有する第２のマイクロ波切換ス
    イッチを有し、 前記電子処理アセンブリが、 少なくとも４個の異なった連続出力信号を得るために第
    １のマイクロ波切換スイッチおよび第２のマイクロ波切
    換スイッチの両方に作用する同期制御回路を有し、前記
    少なくとも４個の信号の各々は２個のマイクロ波切換ス
    イッチを接続するための少なくとも４個の可能な状態の
    各々に対応し、第１のマイクロ波切換スイッチは２入力
    チャネルを有し、第２のマイクロ波切換スイッチは少な
    くとも２個の入力チャネルを有し、 さらにマイクロ波増幅器によりサーキュレータの出力に
    接続される入力を有するマイクロ波検出器を有し、 マイクロ波検出器の出力に接続され、マイクロ波検出器
    により供給されるサンプル値を前記演算および表示手段
    に供給するサンプリング回路を有し、 該演算手段は同期制御回路の制御の下、前記少なくとも
    ４個の連続信号のサンプル値に基づき、付与装置の領域
    の温度を、被処理領域についての付与装置の反射係数、
    マイクロ波切換スイッチおよび接続ケーブルの損失とは
    独立に演算し得るものである内部熱処理システム。
  2. 【請求項２】摂護腺のような生体組織の処理を行うシス
    テムであり、 前記マイクロ波エネルギー発生装置の出力に並列に接続
    された第１、第２および第３の伝送チャネルを有し、 さらに第１および第２のマイクロ波付与装置を有し、こ
    こに第１のマイクロ波付与装置は直腸用の付与装置であ
    って第１のチャネルの出力に直接接続される一方、第２
    のチャネルの出力または放射計の基準入力に第１および
    第２の多チャネルマイクロ波切換スイッチにより選択的
    に接続され、第２のマイクロ波付与装置は尿道用の付与
    装置であって第３のチャネルの出力または放射計の基準
    入力に前記第１の多チャネルマイクロ波切換スイッチお
    よび第２の多チャネルマイクロ波切換スイッチにより選
    択的に接続されることを特徴とする請求項１記載のシス
    テム。
  3. 【請求項３】前記第１および第２の付与装置は自動温度
    調整制御がなされることを特徴とする請求項２記載のシ
    ステム。
  4. 【請求項４】前記第２および第３のチャネルは各々対応
    する付与装置により伝送されるマイクロ波エネルギーの
    搬送波のためのプログラマブル位相シフト回路を有する
    ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の
    システム。
  5. 【請求項５】前記第２の尿道用の付与装置はFoley型プ
    ローブ内に構成され、 マイクロ波コネクタおよび同軸ケーブルを介して対応す
    る多チャネル切換スイッチに接続されるワイヤアンテナ
    と、 水流の提供を可能ならしめるプローブ内の入水チューブ
    および出水チューブとを具備することを特徴とする請求
    項２乃至４のいずれかに記載のシステム。
  6. 【請求項６】前記ワイヤアンテナが該ワイヤアンテナの
    端部から所定距離だけ離されて配置され、前記Foley型
    プローブ内でのワイヤアンテナの実効的長さの調整を可
    能ならしめるストップを有することを特徴とする請求項
    ５記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記ワイヤアンテナは前記同軸ケーブルに
    より形成され、該同軸ケーブルはマイクロ波の伝播方向
    の端部に、 同軸ケーブルの被覆が除去され、該同軸ケーブルの中心
    コアがケーブルの誘電体により覆われた長さｈの部分
    と、 前記同軸ケーブルにおける完全に剥き出し状態の前記中
    心コアにより構成された長さh'の部分とを有し、 長さｈおよびh'はマイクロ波エネルギーの周波数f0に基
    づいて決定されることを特徴とする請求項５または６記
    載のシステム。
  8. 【請求項８】前記ワイヤアンテナは前記同軸ケーブルに
    より形成され、該同軸ケーブルはマイクロ波の伝播方向
    の端部に、 同軸ケーブルの被覆が除去され、該同軸ケーブルの中心
    コアがケーブルの誘電体により覆われた長さｈの部分
    と、 前記同軸ケーブルにおける完全に剥き出し状態の前記中
    心コアにより構成された長さh'の部分とを有し、 長さｈおよびh'はマイクロ波エネルギーの周波数f0に基
    づいて決定され、 婦人科への適用のため、前記長さがｈおよびh'の部分が
    誘電体のキャップにより覆われ、前記ワイヤアンテナの
    ためのインピーダンス整合が可能であることを特徴とす
    る請求項５または６記載のシステム。
  9. 【請求項９】ａ）前記放射計の測定入力を前記調整モジ
    ュールの第１の出力に接続し、前記放射計の測定入力を
    短絡状態とし、 放射計の第２の多チャネル切換スイッチを第１の基準温
    度源TR1および第２の基準温度源TR2に順次切り換え、 前記サンプリング回路から供給される信号における対応
    する値Vo1,Vo2を測定してメモリに格納し、 ｂ）前記放射計の測定入力を前記調整モジュールの第２
    の出力に接続し、該測定入力を所定の値の温度T1に対応
    した所定の値の抵抗に接続し、 放射計の第２の多チャネル切換スイッチを第１の基準温
    度源TR1および第２の基準温度源TR2に順次切り換え、 前記サンプリング回路から供給される信号における対応
    する値V11,V12を測定してメモリに格納し、 ｃ）前記放射計の測定入力を前記調整モジュールの第３
    の出力に接続し、該測定入力を所定の値の温度T2に対応
    した所定の値の抵抗に接続し、 放射計の第２の多チャネル切換スイッチを第１の基準温
    度源TR1および第２の基準温度源TR2に順次切り換え、 前記サンプリング回路から供給される信号における対応
    する値V21,V22を測定してメモリに格納し、 メモリに記憶された値Vo1,Vo2;V11,V12;V21,V22に関す
    るシステムの線形方程式に関し、 Vijが上記メモリに記憶される各値、 Ｋが回路の利得Ｇとボルツマン定数KBの積、 △Ｆが放射計の通過帯域幅、 TRjが第１基準温度TR1または第２基準温度TR2であり、
    ｊが１または２、 K1およびK2がチャネル１および２に対応した第１のマイ
    クロ波切換スイッチ643の損失係数、 ａが放射計の測定入力と調整モジュールの多くの入力端
    とを接続する接続ケーブルの損失、 Tcabが、放射計の入力端が第２入力端または第３入力端
    および調整モジュールの対応する抵抗に接続された接続
    状態であるρ＝０の場合および放射計の入力端が第１入
    力端および調整モジュールの対応する短絡回路に接続さ
    れた接続状態であるρ＝１の場合における接続ケーブル
    の温度である場合に、各値が Vij＝Ｋ・△Ｆ（ａ・K2×Ｔ×（１−ρ） ＋Tcab・K2（１−ａ）・（１−ρ） −a2ρ＋TRj（a2＋K22ρ−K12）） を満足するように解を求めることを特徴とする請求項１
    から８のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記調整モジュールが調整される温度T1
    およびT2は調整可能であり、前記調整モジュールは、 a'）前記ステップａ）を行い、 b'）基準温度TR1およびTR2について順次前記ステップ
    ｂ）またはｃ）を行い、その際に調整温度T1またはT2に
    おける零度に対応する値であって、 ｊを値１または２をとり得るインデックス、Ｋ＝Ｇ・K
    B'（sic）とした場合に、 TRZj ＝（TRj・K12 −Tcab・K2（１−ａ）＋Voj）／（ａ・K2・Ｋ・ΔＦ） なる関係式を満足するTRZ1,TRZ2についてサンプリング
    回路から供給される対応する値V11,V12またはV21,V22に
    ついて０値が得られるように調整温度T1またはT2を調整
    することを特徴とする請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記熱処理は、前記マイクロ波付与装置
    または付与装置の適切な生理学的キャビティまたはキャ
    ビティへの導入後、 所定のエネルギーのマイクロ波を前記マイクロ波付与装
    置または付与装置へ供給し、 被処理領域または部分に伝達されるエネルギーレベルを
    変調するため、２個の連続したチャネルにより伝送され
    るマイクロ波エネルギーの搬送波の位相を所定の変調プ
    ログラムに従って変調することを特徴とする請求項１乃
    至10のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記マイクロ波エネルギーの搬送波の相
    対的な位相の変調プログラムは連続的または離散的増加
    により行われることを特徴とする請求項11記載の装置。
  13. 【請求項１３】摂護腺の腺腫の熱処理装置であって、 直腸用および尿道用の付与装置を対応する生理学的キャ
    ビティに導入し、その際、直腸用付与装置は、マイクロ
    波エネルギーの搬送波の位相のシフトされたチャネルお
    よび位相のシフトされていないチャネルによってマイク
    ロ波エネルギーが供給され、かつ、尿道用付与装置はマ
    イクロ波エネルギーの搬送波の位相のシフトされたチャ
    ネルからマイクロ波エネルギーが供給されることが可能
    であり、処理すべき摂護腺の領域は２個の付与装置の間
    に位置するものであり、 前記マイクロ波付与装置または付与装置に所定のレベル
    のマイクロ波エネルギーを供給し、 被処理領域に伝達されるエネルギーレベルを変調し、被
    処理領域の温度のサーボ制御を達成するため、２個の連
    続したチャネルにより伝送されるマイクロ波エネルギー
    の搬送波の相対的な位相を変調することを特徴とする請
    求項11記載の装置。
  14. 【請求項１４】１分当り0.8℃乃至1.2℃の間の温度増加
    率により温度が時間の関数としての単調増加関数に従い
    変化するようにサーボ制御における温度の傾斜ｐまたは
    収束性が選択されることを特徴とする請求項13記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】２個の連続したチャネルにより伝送され
    るマイクロ波エネルギーの搬送波の相対的な位相の変調
    は０゜から180゜までの連続的な位相変化または固定的
    な位相シフト値により行われることを特徴とする請求項
    13または14記載の装置。
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