JP4528942B2 - 局所加温用立体共振器及びこれを用いた局所加温装置 - Google Patents

Description

本発明は、局所加温用立体共振器及びこれを用いた局所加温装置にかかり、特に、その端面の内側に内部突出部を備えた局所加温用立体共振器及びこれを用いた局所加温装置に関する。

従来より、特定の部位を加温する局所加温は、各種の技術分野で広く行われている。例えば、医療の分野では、高周波エネルギーを人体の患部に与えて加温し、血行障害、炎症性疾患、神経痛等の治療を行っている。

特に、癌（悪性腫瘍）は、熱に弱く、４２〜４３℃の温度で一定時間加温すると死滅することが医学的に知られているため、この熱的特性に着目し、上述した高周波エネルギーによる熱エネルギーを癌組織に加えることによってその温度を上昇させて治療する温熱治療法（ハイパーサーミア）が行われている。

この電磁波を用いたハイパーサーミアは、使用する電磁波の周波数によって、（１）マイクロ波加温方式（数百〔ＭＨｚ〕帯）、（２）ＲＦ（Ｒadio Ｆrequancy）加温方式（数百〔ＭＨｚ〕）に大別される。前者（マイクロ波加温方式）は、人体の表面付近（皮膚に近い箇所）に発生する表在性癌の治療には有効であるが、生体内での電磁波の減衰が大きいため、人体の内部深くに発生する癌組織を加温することが困難であり、深部癌に対してはその効果が期待できない。一方で、後者（ＲＦ加温方式）のものを図１３（ａ）に示すが、一対の平面電極１１１，１１２で人体１００を挟んで加温するため、比較的深部に発生する癌組織１０１を死滅させることは可能である。しかし、被加温体である人体には、その体表面には脂肪層が存在し、この脂肪層組織は電気抵抗が高いために他の組織よりも強く加温される。従って、電極から離れた人体の深部組織に関しては十分に加温することが困難となり、いぜんとして深部癌には有効に対応することができない。

そこで、比較的、人体の深部に発生する癌に対応可能な加温装置が、下記の特許文献１に開示されている。この加温装置は、図１３（ｂ）に示すように、導体で構成された立体共振器２１０の空胴内に、空胴の一部を窪ませて、あるいは、空胴内に別個の導体を突出させて加温用の集中電界を発生する内部電極２１１，２１２を形成した立体共振器を用いて、当該共振器に高周波供給装置２１５にて高周波を供給して内部電極２１１，２１２の間に配置した人体２００を加温する、というものである。そして、共振器の形状を、特に両端面に内円筒を形成した空胴円筒状にしている（符号２１１，２１２の内部電極を参照）。これにより、空胴共振器の壁面に内部の電磁界を囲むような形で高周波電流が流れており、上述したＲＦ型のものとは異なる電磁界が形成される。具体的には、電界が中央部に集中することとなり、これにより、中心軸近傍を局所的に加温することが可能となる。従って、体表面付近に脂肪層が存在したとしても、その脂肪層を超えて人体深部を加温することができ、深部癌の治療に利用することができる。

特許第２６１４８８７号公報

しかしながら、上述した内円筒が形成された空胴共振器では、人体深部まで加温することができるものの、体表面付近を含めて内円筒間を一様に加温してしまう、という問題が生じる。すなわち、加温対象が、人体の胃などの比較的深部に位置する組織であるにも関わらず、加熱が不要な体表面付近も加熱されてしまう、という問題が生じる。従って、上記従来例における共振器では、加温箇所の位置制御を行うことができず、効率のよい加温を行うことが困難である。同様に、加温する領域を狭めたり広げたりするという制御を行うことも困難である。

更に、上記従来例における空胴共振器を用いた加温装置では、電極間が一様に加温されるため、上述したように脂肪層が多い体表面付近では異常に加温されることから、体表面の冷却が必要となる。従って、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ボーラスと呼ばれる冷却部材（符号１１３，１１４或いは符号２１３，２１４）を電極（符号１１１，１１２或いは符号２１３，２１４）と人体（符号１００或いは符号２００）の間に配置しており、さらに、冷却装置（図１３（ａ）で符号１１６）により冷却用の水を循環させていたため、装置構成が複雑になる、という問題が生じる。

本発明では、上記従来例の不都合を改善し、局所的に加温することが可能な局所加温用立体共振器及びこれを用いた局所加温装置を提供することを、その目的とする。

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すなわち、本発明は、高周波電力が供給されることによって空胴内部に生じる電磁界の作用にて被加温体を加温する局所加温用立体共振器であって、
導体で構成され両端が閉塞された筒状の共振器本体と、この共振器本体の一方と他方の端面から前記空胴内部に向かってそれぞれ対向するように突設された導体から成る内部突出部とを備えると共に、この各内部突出部を、それぞれ保持手段を介して対応する各端面に着脱自在に装備し、
前記共振器本体を、その筒部分の中央部で一方の共振器本体部と他方の共振器本体部とに分割すると共に、この分割箇所の一部に分割保持機構を装備し、この分割保持機構の反対側に位置する分割箇所に前記被加温体用の搬入口を設けたことを特徴とする局所加温用立体共振器を提供するものである。

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このような構成にすることにより、立体共振器（共振器本体）を分割することでその内部に装着された内部突出部の取り替えが容易になると共に、また、立体共振器内部への被加温体の搬入が容易となる。このとき、被加温搬入口が形成されていることで、より被加温体の搬入作業が容易となる。

また、共振器本体の分割構造を、例えば、分割された共振器本体部の内の少なくとも一方の共振器本体部が、分割保持機構に保持されつつ同一中心軸上に沿って往復移動可能な構造とする。あるいは、分割された共振器本体部の内の少なくとも一方の共振器本体部が、分割保持機能に保持されつつその分割領域の背面側を支点として当該共振器本体全体を曲折する形態で分割可能に作動する構造としてもよい。

また、上記全ての構成において、保持手段は、内部突出部を保持しつつ当該内部突出部を共振器本体の長手方向に沿って往復移動させる往復移動機構を備えた、という構成にすると望ましい。これにより、内部突出部の突出端の位置を容易に変更することができ、加温箇所の調整を容易に行うことができる。

さらに、本発明である高周波電力を供給することにより空胴内部に生じる電磁界の作用にて被加温体を加温する局所加温用の立体共振器を備えた局所加温装置にあっては、立体共振器を、導体で構成され両端が閉塞された筒状の共振器本体と、この共振器本体の一方と他方の端面から空胴内部に向かってそれぞれ対向するように突設された導体から成る内部突出部と、を備えた構成とすると共に、各内部突出部をそれぞれ保持手段を介して着脱自在に装備し、前記共振器本体を、その筒部分の中央部で一方の共振器本体部と他方の共振器本体部とに分割すると共に、この分割箇所の一部に分割保持機構を装備し、この分割保持機構の反対側に位置する分割箇所に前記被加温体用の搬入口を設けた構成とし、
前記保持手段が、内部突出部を保持しつつ当該内部突出部を共振器本体の長手方向に沿って往復移動させる往復移動機構を備えると共に、この往復移動機構の動作を個別に付勢する駆動手段を前記往復移動機構に併設し、前記各駆動手段の内の少なくとも一方の駆動手段を付勢して各内部突出部の内の少なくとも一方の内部突出部を他方の内部突出部に向かう方向又はその反対方向に移動させて任意の位置に設定制御する駆動制御部を設けた、という構成を採っている。

このとき、各内部突出部の内、一方の内部突出部の端面面積を他方の内部突出部の端面面積よりも小さく設定すると共に、駆動制御部は、駆動手段を介して一方の内部突出部を優先的に選択しこれを他方の内部突出部に向けて移動制御して被加温体の内部加温箇所を変化させる選択駆動制御機能を備えた構成としてもよい。

このような構成にすることにより、内部突出部の位置を駆動手段及び駆動制御部を用いて移動することで、立体共振器内に生じる電磁界分布を変化させることができ、これにより、被加温体の内部加温箇所を容易に変化させることができる。従って、より被加温体に応じた適切な局所加温を行うことができる。

本発明は、以上のように構成し、内部突出部を着脱自在に装備したので、その内部突出部の形状を変化させて装備することが可能となり、これにより立体共振器内に供給される高周波電力により生じる電磁界分布が変化し、同時に電磁界の作用による加温箇所が変化する。従って、被加温体の加温箇所に応じて内部突出部の形状を設定することで、積極的に加温箇所の制御を行うことができ、更に、共振器本体を、その筒部分の中央部で一方の共振器本体部と他方の共振器本体部とに分割すると共に、この分割箇所の一部に分割保持機構を装備し且つこの分割保持機構の反対側に位置する分割箇所に前記被加温体用の搬入口を設けたので、例えば人体の頭部内の癌に対する加温治療に際しては、その搬入が容易となり効果的な局所加温を実現することができる、という従来にない優れた効果を有する。

本発明は、被加温体が配置された立体共振器に高周波電力を供給して、これにより立体共振器内に生じた電磁界の作用にて、被加温体を局所的に加温する加温装置に用いる立体共振器に関するものである。特に、本発明は、内部突出部の形状を変更することで加温箇所を制御することができるため、被加温体が人体の腫瘍部である場合には、かかる腫瘍部を癌組織が死滅する温度で局所的に加温することができ、かかる用途において特に優れた効果を有する。以下、その構成、作用、効果について、各実施例において詳述する。なお、以下に説明する被加温体は、人体であることに限定されない。例えば、被加温体を食品とし、かかる食品を局所的に加温することに本発明を用いてもよい。

本発明の第一の実施例を、図１乃至図１０を参照して説明する。図１乃至図２は、本発明である加温装置及び立体共振器の構成を示す概略図である。図３乃至図５は、立体共振器１の構造を示す説明図である。図６乃至図１０は、内部突出部の形状等を変化させたときの立体共振器内の温度分布を示す説明図である。

（構成）
本発明の局所加温装置は、図１（ａ）に示すように、導体で構成され両端が閉塞された筒状の立体共振器１と、この立体共振器１内に高周波電力を供給する高周波電力供給手段である安定化電源２及びＲＦアンプ３と、この供給する高周波電力の周波数を制御する周波数制御手段であるコントロール部４と、を備えている。また、上記装置全体の動作を制御するコンピュータ５も備えている。以下、各構成について詳述する。

本発明における局所加温用の立体共振器１は、基本的には、導体で構成され両端が閉塞された共振器本体１０と、その両端面である内底面に装着され、空胴内に向かって互いに対向するよう突出する内部突出部１１，１２と、を備えている。具体的に本実施例では、共振器本体部１０は円筒形状であり、その両端部が閉塞されている。すなわち、内部が空胴の円柱形状となっている。そして、その両端面の内側には、上述したように空胴内に突出する内部突出部１１，１２がそれぞれ対向して備えられており、この内部突出部１１，１２は、本実施例では、内円筒形状である。従って、これら内部突出部１１，１２の突出端面１１ａ，１２ａは円形状になっている。そして、この立体共振器１は導体で形成されており、内部突出部１１，１２も導体で形成されている。なお、この内部突出部１１，１２は、マイクロ波の分野ではリエントラントと呼ばれるものであり、図１（ｂ）に示す立体共振器１は、この分野の通常の知識を有する者において、リエントラント型空胴共振器と呼ばれているものである。

また、共振器本体１０の一端面（図２（ａ）では上側に位置する端面）には、ループアンテナ１３が備えられており、上述した安定化電源２、ＲＦアンプ３から高周波電力が供給されるようになっている。このループアンテナ１３を介して、立体共振器１内部に電磁波が供給されることとなる。

また、共振器本体１０の側壁面には、外部に通ずる２つの穴である被加温体搬入口が形成されており、かかる搬入口を通じて外部から被加温体である人体Ａが、立体共振器１内に配置される。そして、人体Ａの加温対象となる箇所（符号ａ）が予め判っている場合には、その加温対象部ａが内部突出部１１，１２の間に位置するように配置する（図２（ａ）参照）。

ここで、共振器本体１０は、円筒形状に限定されるものではない。軸方向に垂直な断面が方形又はその他の形状の筒状体であってもよい。また、内部突出部１１，１２の形状も同様に、円筒（円柱）形状に限定されるものではない。さらには、内部突出部１１，１２は、共振器本体１０の両端面（上底面、下底面）それぞれに備えられていることに限定されない。いずれか一方の端面にのみ形成されていてもよい。かかる場合には、一の内部突出部と他方の端面との間に被加温体Ａの加温対象部ａが位置するよう配置するとよい。

ここで、立体共振器１による加温原理を、図１（ｂ）を参照して簡単に説明する。図１（ｂ）は、立体共振器１内の電磁界分布を示す概略図である。この図において、実線矢印（Ｙ１）は電気力線を示し、点線矢印（Ｙ２）は磁力線を示す。

この図１（ｂ）に示すように、共振器本体１０内の内部突出部１１，１２の端面間には、一種のコンデンサが形成された状態になり、電界が集中的に生じ、また、その電界の周囲には同心円状の磁界が発生している。さらには、共振器本体１０の壁面には高周波電流が流れている。従って、この点が従来におけるＲＦ容量結合型加温方式（従来例にて説明した図１３（ａ）参照）の電極が形成する電磁界とは異なる。すなわち、内部突出部１１，１２の電界が大きくなり外側に広がると、この電界を取り囲んでいる磁界が小さくなるため、立体共振器の壁面に流れる高周波電流も小さくなる。このため、内部突出部１１，１２の端面間の電流も小さくなり、外側に広がった電界は中央部に押し戻され安定する。このように、空胴共振器では、内部突出部１１，１２の電界が大きくなると高周波電流の作用で、電界が中央部に押し戻されるため、内部の電界が中央部の電界が最も大きく、外側すなわち半径方向に向かって急激に減少する分布となる。この電界の作用により、被加温体自身の分子の摩擦熱で当該被加温体が加温されることとなる。

そして、加温対象である被加温体Ａは、主に上述したように人体であり、加温対象部ａが胴体内部に存在する場合には、胴体部を内部突出部１１，１２の間に配置し（図２（ａ）参照）、人体の頭部に存在する場合には（例えば、脳腫瘍部が加温対象部ａ）、図２（ｂ）に示すように、共振器本体１０の軸方向が横向きになるよう立体共振器１を配置し、かかる状態で内部突出部１１，１２の間に頭部を挿入する。従って、かかる場合には、患者の頭部に対して、上方から立体共振器１をかぶせるよう配置する。以下、かかる配置状態で、本発明である空胴共振器１の構成を詳述する。

図３（ａ）に、本実施例における立体共振器１の断面図を示す。また、その右側面図を図３（ｂ）に示す。この図に示すように、本実施例における立体共振器１の外形は、円筒形状であり、かつ、その両端が円形状の板材にて塞がれた共振器本体１０にて構成されている。そして、この共振器本体１０は、その両端面が一方と他方との内部突出部に分離するよう、図３（ａ）において左右に、筒の長さ方向のほぼ中央で分割されている（一方の共振器本体部１０ａと他方の共振器本体部１０ｂ）。そして、各共振器本体部１０ａ，１０ｂの分割箇所の一部には、各共振器本体部１０ａ，１０ｂを保持する分割保持機構１０ａａ，１０ａｂが１つ又は複数備えられている。
尚、図３（ａ）の構造の場合には、上部と奥側及び手前側（図示せず）の三箇所に設けられている。この分割保持機構は、各共振器本体部１０ａ，１０ｂの分割箇所に固着された軸穴を形成した分割保持機構１０ａａ，１０ｂａと、その軸穴に挿通されるボルト及びこれに螺合するナットとにより構成される（図３（ａ）参照）。これにより、ボルト・ナットの螺合位置を変えることにより、ボルトの軸に沿って矢印Ｙ１１に示すように左右に往復移動可能な構成となっている。
また、上記分割保持機構が装着された側壁の一部（図３（ａ）の下部）には、連結した状態でほぼ円形状となる外部に通じる切除部１０ａｂ，１０ｂｂが形成されている。この切除部には、図２（ｂ）に示すように、共振器内部に人体の頭部を挿入したときに首が位置することとなり、被加温体搬入口として機能する。なお、上記分割保持機構は、仮想線で図示した支持部材にて上方から支持されており、これにより立体共振器が保持されている。

また、共振器本体１０の両端面の内部側、すなわち、両内底面１０ａｃ，１０ｂｃの中心には、突出端面を有する円筒形状の内部突出部１１，１２が備えられている。これら各内部突出部１１，１２の係合側の端部にはフランジ部が形成されていて、それぞれ内底面１０ａｃ，１０ｂｃにねじ等により固定されて装着される。そして、共振器本体１０の両内底面に設けられた各内部突出部１１，１２の間に、人体の頭部などの被加温体が配置されることとなる。

ここで、本実施例における内部突出部は、上述したようにねじ等の保持手段を介して共振器本体１０の内底面に着脱自在に装着されているため、別の内部突出部に交換することが容易である。従って、立体共振器１には、形状の異なる取り替え用の種々の内部突出部が用意されている。例えば、図３（ｃ）に示すように、突出長さが異なる内部突出部１２ａが用意されている。但し、これに限定されず、円筒径の異なる交換可能な内部突出部が用意されていても良い。すなわち、内部突出部１の突出端が平面形状であり、その平面面積が異なる部材が用意されていてもよい。

また、本実施例では、共振器本体１０の分割構造が、分割された共振器本体部１０ａ，１０ｂを保持しつつ、共振器本体１０の分割箇所を支点として屈折する構造にしてもよい。例えば、図４に示すように、分割保持機構１０ｃをヒンジにて構成してもよい。これにより、共振器本体１０が、被加温体搬入口とは背面側で屈曲されて当該被加温体搬入口側が開くこととなり（矢印Ｙ１２参照）、容易に被加温体を搬入することができる。また、内部突出部１１，１２も容易に交換可能となる。なお、共振器本体部１０ａ，１０ｂは、必ずしも分割されていることに限定されない。

さらに、内部突出部１１，１２を共振器本体１０の端面に装着するときの構造の他の例を、図５に示す。図５（ａ）左図は、共振器本体１０の端面付近の形状を示す断面図であり、右図は左図のＡ−Ａ断面図である。この図に示すように、かかる構成における内部突出部１４ａは、略円柱形状であり、その中心に軸方向に沿ってねじ穴が形成されている。また、これに対応して、共振器本体１０の端面の中心には、同一径のねじ穴が形成されている。そして、この端面に形成されたねじ穴に外側から挿入されるハンドル付きのねじ部材１５が、ねじ部を共振器本体１０の外側から内部に向かって挿入させるよう備えられている。そして、上記ハンドルを外部に位置させて、共振器本体１０の内部では内部突出部１４ａをねじ部に螺合することで、あらゆる形状の内部突出部を装着させることができる。なお、交換可能な形状の内部突出部の一例を図５（ｂ），（ｃ）に示す。例えば、突出端の面積や突出長さが異なる交換部材が用意されている（符号１４ｂ、符号１４ｃを参照）。

また、ここで、上記図５にて説明した構成の内部突出部１４ａ等を共振器本体１０の端面に装着する保持手段であるハンドル付きねじ部材１５は、内部突出部１４ａをその突出方向に沿って可動可能とする往復移動機構として機能する。すなわち、ハンドル部を回転させることにより、内部突出部１４ａの軸方向の位置を連続的に変化させることができ、その端面の位置調節を行うことができる。このとき、ハンドル付きねじ部材１５のハンドル部をねじの先端方向に押圧する押圧部材にて、当該ハンドル部の位置を固定することで、より確実に内部突出部１４ａの位置を固定することができる。

ここで、内部突出部１１，１２等の形状を変更することの効果について説明する。立体共振器１内において共振状態とすると、その内部における電磁界の作用により内部突出部１１，１２間に配置された被加温体が加温されるが、その加温箇所は共振器内部の形状に応じて変化する。このときのシミュレーションによる被加温体の温度分布の解析結果を説明する。なお、温度分布解析は、立体共振器１内に被加温体を配置したときの状態をモデル化して、共振周波数の高周波電力を供給したときの様子をシミュレーションして、以下の数式を３次元有限要素法を用いて求めることができる。

また、この電磁界分布の計算結果から加温熱エネルギー分布を数（４）式を用いて求める。

さらには、立体共振器内に配置される被加温体Ａである人体の温度分布は、数（５），（６）の生体熱伝導方程式を三次元有限要素法を用いて求めることができる。

ここで、Ｗｈ：電磁波による加温熱エネルギー、Ｗｃ：血流による冷却熱量、ρ：体積密度、ｃ：比熱、κ：熱伝導率、Ｆ：組織内の血流量、Ｍ：代謝熱、Ｍｏ：基礎代謝熱、Ｔｂ：血液温度、である。

そして、内円筒形状である内部突出部１１，１２の端面の直径を変えてシミュレーションしたときの温度分布の変化を、図６乃至図８を参照して説明する。図６に示すものは、立体共振器１の外径を８０〔ｃｍ〕とし、内円筒径をｄ＝５，１０，２０〔ｃｍ〕と小さくしたときのものであるが、この図に示すように、径を小さくしていくにつれて、より局所的に加温することが可能であることがわかる。また、立体共振器の外径が４０〔ｃｍ〕の場合であって、内円筒径がｄ＝５，１０，１５，２０〔ｃｍ〕のときの内円筒端面に対して平行な方向への局所加温領域の変化について詳しく見ると、図７（ａ）に示すように、かかる方向には内円筒径が小さくなるにつれて、局所加温領域が狭まっていることがわかる。
一方、内円筒の対向する方向、すなわち、立体共振器の軸方向への局所加温領域は、図７（ｂ）に示すように、内円筒径が大きくなるにつれて狭まっていくことがわかる。さらに、異なる内円筒径の場合における解析結果を図８に示す。
この図では、立体共振器の外径が１２０〔ｃｍ〕の場合のものであり、図８（ａ）は周波数ｆ＝９５．４〔ＭＨｚ〕で内円筒の直径を４０〔ｃｍ〕、図８（ｂ）は周波数ｆ＝１０５．３〔ＭＨｚ〕で内円筒の直径を２０〔ｃｍ〕、図８（ｃ）は周波数ｆ＝１１７．４〔ＭＨｚ〕で内円筒の直径を１０〔ｃｍ〕、として、被加温体Ａ内での最高温度が４３℃となるようそれぞれ加温電力を制御した。そして、図８（ｄ）は、各内円筒に対する正規化温度を示したものである。
これらの図を見ても判るように、内部突出部１１，１２である内円筒径を小さくすることで、より局所加温することが可能である。これにより、被加温体Ａが人体であり、その加温対象部ａが癌組織である場合には、癌組織の位置や大きさに応じて使用する内円筒をシミュレーションにより調べることができ、かかる形状に一致又は近似する内部突出部を装着することで、より効果的な局所加温を実現することができる。

次に、被加温体Ａの位置を変更したときの加温箇所の変化を解析した様子を、図９を参照して説明する。なお、被加温体Ａの位置を変更することは、内部突出部１１，１２の突出長さを変更することにより対応することができる。図９（ａ）は周波数ｆ＝９４．７〔ＭＨｚ〕で、被加温体Ａの位置を内部突出１１，１２間における中央の位置から下方（ｚ方向）に４〔ｃｍ〕移動したときの温度分布を示し、図９（ｂ）は周波数ｆ＝９１．８〔ＭＨｚ〕で、被加温体Ａの位置を内部突出１１，１２間における中央の位置から下方に８ｃｍ移動したときの温度分布を示す。
そして、図９（ｃ）は、被加温体Ａを内部突出部間の中央に配置したとき（Ｌ＝０）と、上記図９（ａ）のとき（Ｌ＝４）と、図９（ｂ）のとき（Ｌ＝８）との正規化温度を示したものである。これらの図を見ると、加温箇所にほぼ変化はないものの、わずかではあるがその移動方向と同一の方向に移動することがわかる。従って、患者の位置を調整することでより加温対象部ａに対応した局所加温を行うことができる。

さらに、互いに対向して配置された２つの内部突出部１１，１２の内円筒径をそれぞれ異なるよう変更した場合の解析結果を、図１０を参照して説明する。ここで、上方に位置する内円筒径をｄ１、下方に位置する内円筒径をｄ２とし、この場合に、被加温体Ａの位置も移動する（中央に対して下方にＬ〔ｃｍ〕だけ移動する）。そして、図１０（ａ）は、ｄ１＝４０〔ｃｍ〕，ｄ２＝１０〔ｃｍ〕、Ｌ＝８のときの被加温体Ａの温度分布である。この図を見ると、被加温体の局所加温部が下方に位置していることが判る。すなわち、小さい径の内円筒側に加温箇所が移動することとなる。このことは、図１０（ｂ）の他の場合との比較図からもわかる。

このように、立体共振器の形状、特に、内部突出部の端面面積や突出位置、さらには、立体共振器内における被加温体の位置を変化させてシミュレーションを行うことで、被加温体の加温箇所に応じた適切な共振周波数を見つけることができ、より効果的な加温を行うことができることがわかる。従って、本発明では、上述した内部突出部をあらゆる形状のものに交換可能な構成とすることが可能であるため、被加温体の加温箇所を適切に加温できる内部突出部をシミュレーションにて検索して、かかる形状の内部突出部を装着することで、効果的に局所加温することができる。

ここで、図１に開示した加温装置の他の構成について詳述する。コントロール部４は、周波数可変発振器（図示せず）とインピーダンス整合器（図示せず）とから成る。これら各機器は、立体共振器１内に供給される高周波電力の周波数の調整及びインピーダンスの制御を行うよう作動する。これは、立体共振器内の共振周波数は、内部に挿入される物体の状態により変化するため、立体共振器内に有効に電力を供給するためには立体共振器１内の共振周波数と励振周波数を一致させる必要があり、また、アンプと立体共振器のそれぞれの入力インピーダンスは異なるので、高周波電力を立体共振器内で有効に消費できるためには整合をとる必要があるからである。なお、コントロール部４の出力では、電力が小さく、挿入被温体を十分に加温できないので、ＲＦアンプで加温可能な電力に増幅する。

また、本実施例におけるコントロール部４には、内部にＥＥＰＲＯＭなどのメモリからなる記憶部（図示せず）を備えており、後述するように、予め被加温体Ａによって特定される１又は２以上の共振周波数が記憶されている。そして、かかる共振周波数を選択する操作部も備えられていて、その内の一の周波数が選択されることで、かかる周波数の高周波電力を立体共振器１に供給するよう、上記周波数可変発振器にて、安定化電源２、及び、ＲＦアンプ３からの出力を制御する。なお、上記予め記憶される共振周波数については後述する。

また、コンピュータ５は、コントロール部４で行う周波数の走査及びインピーダンスの整合等、装置全体の制御を行う機能を有している。

（動作）
まず、立体共振器１内に被加温体Ａを挿入して所定の周波数の高周波電力を供給したときの電磁界分布、及び、温度分布を、コンピュータにてシミュレーションする。その算出方法については省略するが、このとき、立体共振器内に生じる電磁界分布が、被加温体の加温箇所を局所的に加温可能な分布となるよう、内部突出部１１，１２の形状を算出する。すなわち、上述したように、シミュレーションにおいて、上下の対となる内部突出部１１，１２の先端面積である内円筒径を変えたり、突出長さを変えたりする。そのうち、その箇所のみを局所的に加温可能な内部突出部の形状、また、被加温体の位置を算出し、それを加温装置やオペレータが認識できるよう外部（例えば、コンピュータ５のディスプレイ）に出力する。

その後、算出された形状の内部突出部１１，１２を実際に共振器本体１０に取り付け、立体共振器１の内部に被加温体Ａを配置する。このとき、人体のうち頭部が被加温体である場合には、共振器本体１０を中央で分割して、かかる分割箇所から頭部を本体部内部に挿入する。その後、共振器本体１０を分割箇所で連結することで、首が切除部に位置することとなるため、頭部に完全に立体共振器１が覆いかぶさった状態となる。このとき、内部では、頭部を左右から内部突出部１１，１２の端面間に空間をあけて挟まれた状態になる。

そして、その後、シミュレーションで設定された共振周波数の高周波電力を立体共振器内に供給することで、当該立体共振器内に電磁波の共振を発生させる。このとき、コントロール部４内部に備えられた周波数可変発振器（図示せず）とインピーダンス整合器（図示せず）により、小電力（例えば５〔Ｗ〕以下）の加温状態でインピーダンス調整（マッチング調整）を行い、より適切な共振周波数を設定するよう微調整を行う。そして、かかる周波数で供給する高周波電力を大きくし、加温治療を行う。これにより、シミュレーション通りの温度分布となり、局所的に加温可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について、図１１を参照して説明する。本実施例における内部突出部１６の先端には、先端の面積や突出長さを変更する先端装着部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃが装着可能なよう、係合部となるねじ穴が形成されている。そして、このねじ穴を介して、先端の面積が広い円板状の部材１６ａや、逆に面積が狭く突出長さを長くする円柱状の部材１６ｂなどを装着できる。また、内部突出部１６の先端を狭持する狭持手段１６ｃａを備えた略円柱形状の部材１６ｃも装着可能である。これにより、狭持手段１６ｃａにて内部突出部１６の先端付近に配置させることができ、その位置を手動にて容易に変更可能である。これにより、より容易に内部突出部の形状を変更することができる。なお、この狭持手段は、円柱形状の部材１６ｃの内側に向かって曲折した板バネ部材にて構成されている。

次に、本発明の第３の実施例について、図１２を参照して説明する。本実施例においては、上述した内部突出部１７を共振器本体１０に保持する保持手段が、当該内部突出部１７を共振器本体１０の長手方向（軸方向）に沿って往復移動させる往復移動機構２１，２２を備えると共に、この往復移動機構の動作を個別に付勢する駆動手段２３を往復移動機構２１，２２に併設している。そして、さらに、この駆動手段２３を付勢して内部突出部１７を同一方向又は反対方向に移動させて任意の位置に設定制御する駆動制御部２４を備えている。
具体的には、図１２（ａ）に示す構成では、往復移動機構２１，２２をラック・ピニオンにて構成し、駆動手段２３をピニオンギアを駆動するモータにて構成することで実現できる。なお、図示していないが、他方の端面にも別の内部突出部が装着されており、これを往復移動させる往復移動機構及び駆動手段、駆動制御部を別途備えていてもよい。
又、駆動制御手段が一つ備えられているだけでもよい。その場合には、駆動制御手段は、各駆動手段の内の少なくとも一方の駆動手段を制御して各内部突出部の内の少なくとも一方の内部突出部を他方の内部突出部に向かう方向又はその反対方向に移動させて任意の位置に設定制御する。

尚、上記構成に加えて、各内部突出部の内、一方の内部突出部の端面面積を他方の内部突出部の端面面積よりも小さく設定すると共に、駆動制御部は、駆動手段を介して一方の内部突出部を優先的に選択しこれを他方の内部突出部に向けて移動制御して被加温体の内部加温箇所を変化させる選択駆動制御機能を備えた、という構成にしてもよい。すなわち、径の小さい内部突出部を被加温体に近づけるよう移動制御することで、上述した図１０に示すような配置となり、近づけた内部突出部側に被加温体の加温箇所を積極的に移動制御することができる。

また、図１２（ｂ）に示すように、左右の内部突出部１７，１８を連結部材２５にて連結し、その連結部材上に形成されたラック２１とピニオンギア２２にて、同一方向に内部突出部１７，１８を移動する、という構成にしてもよい。このとき、ピニオンギア２２を駆動するモータ２３を制御する駆動制御部２４は、被加温体Ａの内部加温箇所を当該被加温体の表面に近い位置に設定するに際して、当該加温箇所に近い方の内部突出部を被加温体の表面に近づけるように駆動手段２３を駆動制御する選択駆動制御機能を備えている。
即ち、図１２（ｂ）において、被加温体Ａの右側側面付近を加温する場合には、その旨の指示を駆動制御部２４に入力すると、内部突出部１７，１８が左方向に移動するよう駆動制御される。
これにより、右側に位置する内部突出部１７が被加温体Ａに近く位置することとなり、上述したようにその内部では加温箇所が内部突出部１７に近くなるよう移動することとなる。

なお、内部突出部１７，１８を可動する機構は図１２に開示した機構に限定されない。往復移動機構には、図１１（ｃ）に示す手動式のものも含まれる。

本発明にかかる立体共振器は、高周波電力が供給されることにより被加温体を加温する加温装置にて利用することができ、産業上利用可能である。

図１（ａ）は、局所加温装置の構成を示す概略図であり、図１（ｂ）は立体共振器内に生じる電磁界分布の一例を示す図である。 図２（ａ）は、立体共振器の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）は、その使用例を示す概略図である。 本発明である立体共振器の構成を示す概略図である。図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の右側面図である。また、図３（ｃ）は、内部突出部の交換部材を示す断面図である。 本発明である立体共振器の他の構成を示す断面図である。 図５（ａ）は、本発明である立体共振器の他の構成の一部を示す断面部（左図）及び右側面図（右図）であり、図５（ｂ），（ｃ）は、内部突出部の交換部材を示す断面図である。 内部突出部の円筒径を変更したときの被加温体の温度分布変化を説明する図である。 内部突出部の円筒径を変更したときの被加温体の温度分布変化を説明する図である。図７（ａ）は、内部突出部端面に沿った方向における加温箇所の変化を示し、図７（ｂ）は、内部突出部の突出方向における加温箇所の変化を示す図である。 内部突出部の円筒径を変更したときの被加温体の温度分布変化を説明する図である。図８（ａ）乃至（ｃ）は、円筒径を変化したときの被加温体内部の温度分布変化の様子を示す図であり、図８（ｄ）は、温度分布を正規化したときの図である。 立体共振器内における被加温体の配置位置を変更したときの被加温体の温度分布変化を説明する図である。図９（ａ），（ｂ）は、被加温体の配置位置を変化したときの被加温体内部の温度分布変化の様子を示す図であり、図９（ｃ）は、温度分布を正規化したときの図である。 内部突出部の円筒径を変更したときの被加温体の温度分布変化を説明する図である。図１０（ａ）は、上下の円筒径が異なるよう変化させたときの被加温体内部の温度分布変化の様子を示す図であり、図１０（ｂ）は、温度分布を正規化したときの図である。 図１１（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ内部突出部の他の構成の一例を示す概略図である。 図１２（ａ），（ｂ）は、それぞれ内部突出部を可動する機構の一例を示す概略図である。 図１３（ａ），（ｂ）は、従来例における加温装置の構成を示す概略図である。

１ 立体共振器
２ 安定化電源（高周波電力供給手段）
３ ＲＦアンプ（高周波電力供給手段）
４ コントロール部（周波数制御手段）
１０ 共振器本体
１０ａａ，１０ｂａ 分割保持機構
１１，１２，１６，１７ 内部突出部
２１，２２ 往復移動機構（ラック，ピニオン）
２３ 駆動手段
Ａ 被加温体
ａ 加温対象部

Claims (10)

1. 高周波電力が供給されることによって空胴内部に生じる電磁界の作用にて被加温体を加温する局所加温用立体共振器であって、
   導体で構成され両端が閉塞された筒状の共振器本体と、この共振器本体の一方と他方の端面から前記空胴内部に向かってそれぞれ対向するように突設された導体から成る内部突出部とを備えると共に、この各内部突出部を、それぞれ保持手段を介して対応する各端面に着脱自在に装備し、
   前記共振器本体を、その筒部分の中央部で一方の共振器本体部と他方の共振器本体部とに分割すると共に、この分割箇所の一部に分割保持機構を装備し、この分割保持機構の反対側に位置する分割箇所に前記被加温体用の搬入口を設けたことを特徴とする局所加温用立体共振器。
2. 前記共振器本体の一方と他方の端面に装備される各内部突出部は、その先端面積を同一とした、ことを特徴とする請求項１記載の局所加温用立体共振器。
3. 前記共振器本体の一方と他方の端面に装備される各内部突出部は、その先端面積がそれぞれ異なった大きさに設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の局所加温用立体共振器。
4. 前記共振器本体の一方と他方の端面に装備される各内部突出部は、その突出長さがほぼ同一に設定されていることを特徴とする請求項１記載の局所加温用立体共振器。
5. 前記共振器本体の一方と他方の端面に装備される各内部突出部は、その突出長さがそれぞれ異なって設定されていることを特徴とする請求項１記載の局所加温用立体共振器。
6. 前記共振器本体の分割構造は、分割された各共振器本体部の内の少なくとも一方の共振器本体部が、前記分割保持機構に保持されつつ同一中心軸上に沿って往復移動可能な構造としたことを特徴とする請求項１に記載の局所加温用立体共振器。
7. 前記共振器本体の分割構造は、分割された共振器本体部の内の少なくとも一方の共振器本体部が、分割保持機構に保持されつつその分割領域の背面側を支点として当該共振器本体全体を曲折する形態で分割可能に作動する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の局所加温用立体共振器。
8. 前記保持手段は、前記内部突出部を保持しつつ当該内部突出部を前記共振器本体の長手方向に沿って往復移動させる往復移動機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の局所加温用立体共振器。
9. 高周波電力を供給することにより空胴内部に生じる電磁界の作用にて被加温体を加温する局所加温用の立体共振器を備えた局所加温装置において、
   前記立体共振器を、導体で構成され両端が閉塞された筒状の共振器本体と、この共振器本体の一方と他方の端面から前記空胴内部に向かってそれぞれ対向するように突設された導体から成る内部突出部とを備えた構成とすると共に、前記各内部突出部をそれぞれ保持手段を介して着脱自在に装備し、
   前記共振器本体を、その筒部分の中央部で一方の共振器本体部と他方の共振器本体部とに分割すると共に、この分割箇所の一部に分割保持機構を装備し、この分割保持機構の反対側に位置する分割箇所に前記被加温体用の搬入口を設けた構成とし、
   前記保持手段が、前記内部突出部を保持しつつ当該内部突出部を前記共振器本体の長手方向に沿って往復移動させる往復移動機構を備えると共に、この往復移動機構の動作を個別に付勢する駆動手段を前記往復移動機構に併設し、
   前記各駆動手段の内の少なくとも一方の駆動手段を付勢して前記各内部突出部の内の少なくとも一方の内部突出部を他方の内部突出部に向かう方向又はその反対方向に移動させて任意の位置に設定制御する駆動制御部を設けたことを特徴とする局所加温装置。
10. 前記各内部突出部の内、前記一方の内部突出部の端面面積を他方の内部突出部の端面面積よりも小さく設定すると共に、
    前記駆動制御部は、前記駆動手段を介して前記一方の内部突出部を優先的に選択しこれを前記他方の内部突出部に向けて移動制御して前記被加温体の内部加温箇所を変化させる選択駆動制御機能を備えている、ことを特徴とする請求項９記載の局所加温装置。