JP4559418B2 - マイクロ波治療のための照射アプリケータ - Google Patents

Description

本発明は照射アプリケータ（radiation applicator）に関する。特にマイクロ波治療装置に関する。

マイクロ波治療装置として公知の照射アプリケータはＰＣＴ/ＧＢ00/00682に開示されている。同装置はマイクロ波エネルギーを同軸ケーブル（coaxial conductor）を介し導体の末端のチップ領域（tip region:先端領域）に供給するジェネレータを備えている。同軸ケーブルの内側、外側導体の間に誘導体パッキングが設けられている。照射を行うアンテナを形成するために、チップにおける内側導体は外側導体を越えて突き出している。同アンテナは誘電体の円筒形胴体に、軸方向に埋め込まれている。誘電体の先端部のチップは生物学的物質（biological matter）に侵入しやすいように尖っている。

本発明の１つのアスペクトによれば、照射アプリケータは１つの端部における電力入力部（power input）と、その端部でアプリケータの軸方向に延びるアンテナと、同アンテナを取り巻き、周辺の物質(surrounding material)にマイクロ波を照射する誘電体を有するものであって、同誘電体は異なる誘電率を持つ複数のセクションから構成されることを特徴とする。前記複数のセクションはアンテナに沿って互いに軸方向に配置される。

誘電体の各セクションの誘電率は前記アプリケータが特定周波数又は最適動作の周波数レンジで動作するように選択される。この結果、所定の誘電率を持つ周辺部を構成する物質（material）にエネルギーを送ることができる。例えば、前記アプリケータから周辺物質へのエネルギー伝播（transfer）は物質の物理的性質を変える。いくつかの実施例では、誘電体のセクションごとの性質（sectioned nature）によりアプリケータが周辺物質に広帯域で適合するのを可能にする。これにより、同物質へ効率的にエネルギーを連続伝播することが可能になる。もっとも物質の性質は変化するけれども。

誘電体は３つの連続したセクションから構成されることが好ましい。第１セクションは電力ユニットに隣接して、第２セクションは照射の主要エミッター部として構成され、第３セクションはチップ部である。第２セクションの誘電率は第１セクションの誘電率より大きい。第２セクションの誘電率が大きいので、誘電体の全長は誘電体を第１セクションの物質で全体を構成する場合より短く出来る。前記長さは誘電体における照射波長に関係する。第３セクション（チップセクション）は、他の２セクションからの誘電値を持つ物質から構成され、周囲の物質に適合するように選択される。異なる誘電率をもつ複数のセクションを使用すると、誘電インターフェースからの反射を電力の入力部におけるマッチング又はチューニングのために使うことができ、最適電力伝播を行うようにできる。

誘電体のチップセクションを電力入力部から最も離れて配置することが好ましい。前記チップは周囲物質に侵入できるように尖っている。チップは誘電体から構成され導体ではないから、局部的な表面過熱を避けることができる。チップの誘電率は第２セクションの誘電率より小さいことが好ましい。更には、第１セクションと第２セクションの誘電率の中間であることが好ましい。

複数セクションを一体として構成してもよいし、別々の部品（separate components）として構成することもできる。後者の場合、端部端部を相互に合わせアセンブルする。

本発明は更に、誘電体のセクション間のインターフェースにおいて照射リフレクタを設け、照射伝播（transmission of radiation）を変調し、更にアプリケータをチューンする点に特徴がある。照射リフレクタは周囲の物質に照射するセクションの両側に設けられることが好ましい。電力入力部から遠い側のリフレクタは広い面積を有するので、電力入力部に近いリフレクタより大きいエネルギーを反射でき、アプリケータのチップへ送る照射伝播を減らすことができる。従って、誘電体からの照射エミッションは１つのセクションに制限することができる。
従って、誘電体からの照射は１つのセクションではより局所的になる。第２セクションからより大きいエネンルギーを照射するように設計されることが好ましい。

本発明の第２のアスペクトによれば、照射アプリケータは１つの端部に電力入力部と、周辺物質を照射するために端部で軸方向に延びる細長いアンテナとを有し、照射の送信を変調するために１つ又は複数の照射リフレクタが誘電体内でアンテナに沿って軸方向に配置される。

２つのリフレクタは誘電体の中間セクションにおいて離間して配置されることが好ましい。このセクションが周辺物質に照射を行うように設計される。電力入力部から遠い側のリフレクタが電力入力部に近い側のリフレクタより広い面積をもつので、アプリケータのチップへの照射伝播を低減できる。

本発明の第１アスペクト又は第２アスペクトに関連して使用されるリフレクタは誘電体の個々に対応するセクションの間のインターフェースに配置され、アプリケータに対し構造上のサポートを与える。例えば、リフレクタは誘電体のセクション及びアンテナに溶接（soldered）又は接合される（bonded）。
図面を参照して、実施例を使って本発明を説明する。

［本発明の実施例］
図１で示される照射アプリケータは同軸ケーブル１を有する。同ケーブルは剛体でもフレキシブルでもよく、一端は図示しないマイクロ波電源に接続され、他端は照射チップ２で終端している。同チップ２は３つのセクション３、４、５を持つ円筒形誘電体から構成されている。同セクションは軸上に並んで、セクションの間のインターフェース部で相互に接触し連続体を形成している。
１つの外部セクション３は同軸ケーブル１の端部に接続されている。セクション３の一端部の一部分６の直径が削られ、同軸ケーブルの外側導体７に短い長さ挿入され確実に接続されている。同軸ケーブルの中心部導体８は本体２の軸穴９を通して３つのセクションを介して延長し、外側の第３セクション５で終端している。組み立てにおいて、メタルワッシャー１０はセクション４のインターフェース部でセクション３に溶接され、中心部導体８に溶接される。第２メタルワッシャー１１は第３セクション５とのインターフェース部で中央セクション４に溶接され、中央部導体８に溶接される。ワッシャー１０と１１は中心部導体８を介して誘電体の２つのセクション３，４を同軸ケーブル１の端部に固定する。第３セクション５は第２ワッシャーと中心部導体８に接合される(bonded)。

アプリケータの第３セクション５は治療する物質に挿入しやすくするために先の尖った形態を有している。これは、例えば、肝臓ガンの治療のように使用目的のために必要な程度先を尖らせて形成される。

動作において、中央部導体８のその部分（that portion）は外側導体７に比して長く延長して、照射のためのアンテナとなる。誘電体内の照射の波長は供給電力周波数と各種部品の誘電率に基づいて決められる。従って、照射波長は３つのセクション３，４，５毎に異なる。これら３つのセクションの誘電率を適当に選ぶことによりアプリケータをチューンして最適に動作させることができる。同誘電率は、セクション相互及びアプリケータが使用される周囲物質に関係するものである。

アプリケータのチューニングに影響する別のファクタはメタルガスケット１０，１１である。これらは照射リフレクターとして機能する。両ガスケットは入力に対し照射を反射する。入力部において適切のマッチングを行えば、チップ２へのエネルギー伝播を最大にできる。ガスケット１１の表面面積をガスケット１０の表面面積より大きくして、第３セクション５へ伝播するエネルギー量を減らしている。

チューニングに影響を与えるファクタは、外側導体７を超えて延びる中央部導体８の長さ、各誘電体セクション３，４，５の直径と軸長さ、ワッシャー１０，１１の厚みと直径である。

考慮しなければならないことは、誘電物質と各種部品の大きさの選択により、照射アプリケータの設計で大きな自由度が与えられ、広範囲の応用と性能要件に適合が可能になることである。

例えば、医療用照射アプリケータは図１に示される大きさを有する。以下更に詳述する。：ワッシャー１０の外径は、１．９ｍｍで、ワッシャー１１の直径は２．７ｍｍで、中心部導体８は外側導体より８．５ｍｍ長く突出している。；誘電セクション３，４，５はそれぞれ、誘電率１０のアルミナ、誘電率１００の酸化チタン、誘電率４７のＣａ−Ｔｉ−Ｎｄ−Ａｌである。この例のアプリケータは特に２．４５ＧＨｚの周波数、電力５０ｗでの動作に適合している。

上記例のアプリケータの性能を図２に示す。これは、動作周波数に対するアプリケータのチップから反射される電力の関係を示すものである。２．４５ＧＨｚ付近で反射波の落込み（ｄｉｐ）がある。これはこの周波数でチップへのエネルギー移送が最大であることに対応する。図２における落込み幅は約０．６ＧＨｚである。これはアプリケータに広帯域特性を与えるもので、様々な誘電率値の周辺物質に適応することが可能になる。

本発明の別の実施例では、空気を含め別の誘電物質が使用される。誘電セクションは３つに代え２つであったり、４つ又はそれ以上であったりする。誘電体セクションの各々又は何れかの外側の周囲に溝が形成される。また、誘電セクションは縦方向に細く形成される。

また、画像技術が使って、所望の位置にアプリケータをガイドする。アプリケータの直径は十分小さいのでガイドワイヤを介して挿入される。例えば、正確な治療を行うために超音波画像技術が使用される。

本発明に基づく、照射アプリケータのチップを通る軸セクションである。 入力周波数に対する〔図１〕の照射アプリケータの入力における反射照射（ｒｅｔｌｅｃｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）のグラフである。

Claims (6)

1. １端部における電力入力部と、
   周辺物質の中に照射を行うためにその端部でその軸上に延びる細長いアンテナと、
   前記アンテナに沿って相互に関係して軸上に設けられる、種々の誘電定数を持つ複数のセクションから構成されている誘電体とを有し、
   照射リフレクタを誘電体の２つのセクション間のインターフェースに配置し、照射の伝送を変調し、照射伝播を変調しアプリケータをチューンすることを特徴とする照射アプリケータ。
2. 前記誘電体が照射を行うように構成された第２セクションと、前記第２セクションと電極入力部と間に第１セクションとを有し、第１セクションの誘電率は第２セクションの誘電率より低いことを特徴とする請求項１記載の照射アプリケータ。
3. 前記誘電体は電力入力部から遠い外側セクションを有し、その誘電率は、第２セクションの誘電率より低いことを特徴とする請求項２記載のアプリケータ。
4. 前記外側セクションの誘電率は第１と第２セクションの誘電率の中間であることを特徴とする請求項３記載のアプリケータ。
5. 複数セクションが別々の部材から構成され、端部-端部相互に接してアセンブルされることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一記載のアプリケータ。
6. 照射リフレクタが周辺物質に照射を行うように構成されたセクションの各側に設けられ、電力入力部から遠い側のリフレクタの面積は電力入力部に近い側のリフレクタの面積より広く、アプリケータのチップへの照射伝播を低減することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアプリケータ。

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