JPH01221177A

JPH01221177A - マイクロ波加熱プローブ

Info

Publication number: JPH01221177A
Application number: JP63258334A
Authority: JP
Inventors: Richard W Fetter; リチャード　ダブリュー　フェッター; Peter D Gadsby; ピーター　ディー　ガズビー; Jeffery L Kabachinski; ジェフリー　エル　カバンチンスキー
Original assignee: Marquette Electronics Inc
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies Inc
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1989-09-04
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: EP0317067A3; EP0317067A2; JPH0649081B2; US4841988A; US4841988B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】概要外側伝導体の間隙領域を軸方向の中央部分の間隙領域が
最大となるように軸方向に沿って変化させることにより
同軸マイクロ波加熱プローブに加熱パターンの一様性を
与える。

この軸方向の変化はピッチが変化するよう外側伝導体を
螺旋状に巻回することにより、又は一体となった外側伝
導体に寸法が軸方向に沿って変化する開口部を設けるこ
とにより与えられる。本発明は柔軟性のあるプローブ及
び固定型の１０−プのいずれにも適用できる。

産業上の利用分野本発明は加熱治療において有用であるマイクロ波プロー
ブに係り、特に同軸アンテナ構造を利用し主として生体
組織内へ侵入させて腫瘍の加熱治療を行う際に用いられ
るプローブに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題従来より、
ある種の癌細胞は通常健全な細胞にとって有害となる温
度よりも僅かに低い温度まで加熱すると破壊されること
が知られている。近年、電磁輻射を利用した加熱治療が
特に効果的であることが発見され、マイクロ波加熱を利
用した種々のタイプの装置が当該技術分野において知ら
れている。これらの中には、外部装置を用いてマイクロ
波のエネルギを皮膚及びその下にあって処置すべき腫瘍
を含む組織中に透過させる非侵入型のものがあり、明ら
かに健全な組織をも加熱することになる。このような欠
点があることがより直接的かつ正確にマイクロ波加熱を
行ない得る手段が求められている理由の一つとなってい
る。

こうして加熱プローブを生体の開口部を通して処置すべ
き部位まで挿入するか、又は皮膚から直接生体組織を通
して処置すべき部位へ挿入する、侵入による方法及びこ
れに関連する装置が開発された。かかる侵入による方法
及び装置は処置すべき組織の部分の温度をうまくコント
ロールし得るという点で有利である。

非侵入型の技術又は生体の開口部へ挿入されるよう設計
された侵入型ブＯ−プは多くの悪性腫瘍には届かず効果
的に処置することができないため、最近では長くて細く
生体組織内及び処置すべき腫瘍又は悪性腫瘍へ直接挿入
されるニードル状のプローブが非常に注目されている。

このようなプローブは挿入して使用する際の苦痛を和ら
げるため及び患者への外傷を軽減するために、不可避的
に小さな直径とせざるを得ない。

生体組織内へ直接挿入されるニードル状の先端部を有す
る侵入型マイクロ波加熱プローブには、固定型のものと
半田定型のものとがある。又プローブは、柔軟性があっ
てカテーテル内にまず装着され、これを通常のよく知ら
れた方法で生体組織内に挿入するものでもよい。カテー
テル内に装着するプローブを用いることの有利な点は、
プローブを別々に消毒する必要のないこと及び同時に行
う輻射治療のような別の処置のために既に挿入されてい
るカテーテルを利用できるということである。それにも
かかわらず組織内部に直接挿入して用いられる固定型プ
ローブがより便利であることから、状況によっては固定
型プローブが使用される。

マスクロ波プローブの種類にかかわらず、これら全てに
共通の問題は、プローブの有効な長さ（有効長）に沿っ
た軸方向及び有効な長さのまわりの半径方向の輻射エネ
ルギ及び加熱の一様なパターンを与えること、或いは加
熱パターンの制御及び指定を行うことである。加熱パタ
ーンを知ること及び予測し得ることは、加熱できる最大
範囲を処置すべき組織内に限定し健全な組織への過剰な
加熱を避けるために重要である。

マイクロ波プローブとしては２種類のものが用いられて
きており、その１つは単極マイクロ波アンテナ型のもの
、他は双極同軸アンテナ型のものである。単極アンテナ
型プローブは、単一の長いマイクロ波伝導体がプローブ
（ときには誘電体スリーブで被われている）の端部にお
いて露出されており、マイクロ波のエネルギは一般に伝
導体の軸に垂直に輻射される。しかし、所謂単極型プロ
ーブは、一様性がなくしばしば予測不能な加熱パターン
を与え、この加熱パターンはプ０−プの先端より先には
届かない。このため最近では、同軸構造の所謂双極アン
テナ型のものがより注目されている。これらのものは外
側伝導体の末端のまわりに外側に内命した同軸“スカー
ト”を有する構造を含んでいる。

典型的な同軸プローブは、プローブの軸に沿って延在す
る長（て細い内側伝導体の回りを取り囲む誘電体、及び
この誘電体のまわりを更に被う外側伝導体を含んでいる
。エネルギ又は熱を外向きに有効に輻射するために、外
側伝導体のある部分又は複数の部分が選択的に取り除か
れる。この種の構造は時に「漏洩導波管」又は「漏洩同
軸アンテナ」と呼ばれる。プ０−プの有効長に沿って除
去された外側伝導性材の位置、サイズ、領域の違いは、
それによって与えられる加熱パターンに対し明らかに大
きく影響する。このような構造の主要な目的の一つは、
全体的に一様な加熱パターン或いはプローブ先端部の選
ばれた領域においてより細かく制御され指定されるパタ
ーンを与えることである。アメリカ合衆国特許４，２０
４，５４９号は、同軸プローブにおいて加熱パターンの
制御を行うために外側伝導体の短い半円柱状部分を除去
することを開示しているが、加熱パターンの制御におけ
る一様性については議論されていない。７メリカ合衆国
特許４．６６９．４７５号は、プローブの選択された中
間的な軸の長さにわたって外側伝導体の全周にわたる円
柱部分を除去した同軸アンテナプローブを開示している
。しかし、この加熱パターンそれ自体は開示又は記述さ
れておらず、又個々の方向あるいは複数方向を向いたプ
ローブの加熱パターンはプローブに供給されるマイクロ
波１ネルギを変化させることにより制御される。アメリ
カ合衆国特許４，６５８，８３６号は、長さ全体にわた
って加熱を行うために外側伝導体を軸方向の長い部分に
わたって除去することを開示している。加熱のパターン
の制御は外側の誘電体の被覆材の厚さを変化させること
により、又は軸方向外側伝導体部材を同一方向に変化さ
せることによって行なわれる。別の具体例では、外側伝
導体は一様な二重らせん形に設けられ、輻射漏洩のため
の必要な間隙を与えている。しかしこのらせん形を用い
ることの有用性は、プローブに柔軟性を与えプローブの
長さに沿った加熱パターンの相対的な回転を与えること
として開示されている。結局このらせん形のプローブは
、特に体の開口部又は腔部への挿入を意図したものであ
り、生体組織内へ直接挿入するためのものではない。

組織内における加熱処置のための同軸プローブにおける
加熱パターンの制御は今だに問題となついる。プローブ
の有効長に沿って軸方向に加熱パターンを制御し指定し
得ることは重要である。これらのプローブの直径を非常
に小さく維持しなければならないことから、外部誘電体
層の有効直径を増加させることになる加熱パターン制御
手段を用いることは実際的でない。改良される加熱パタ
ーン制御手段は、柔軟性のあるものであろうと固定型の
ものであろうと、組織内挿入プローブの代表内な構造と
互換性をもたせるべきである。

課題を解決するための手段及び作用本発明によれば、同軸マイクロ波プローブの有効長の軸
方向に沿った外側伝導体の間隙領域を、軸方向の中央部
分が最大間隙領域でこれの両側がこれよりも小さい間隙
領域となるよう変化させることにより、プローブの半径
方向及び有効長の軸方向において加熱パターンの一様性
を与える。

好ましい具体例において、典型的な連続状外側伝導体は
実質的にプローブの有効加熱長の全体にわたって除去さ
れ又は取り除かれ、そこへ給電ワイヤを外側伝導体の間
隙領域が変化するよう間隔を変化させて螺旋状に巻回す
る。特定のプローブ構造の特徴に応じて非常に広い範囲
の巻回パターンを用いることができる。典型的には、プ
ローブの有効長は巻回ピッチが異なるいくつかのセクシ
ョンに分割される。これらのセクションは全体的に対称
的なパターンであっても、又非対象であってもよく１つ
のセクション内部のピッチも一様であってもよいし変化
させてもよい。ピッチが変化するセクションは主たるセ
クションの間に与えられ、夫々の各セクション自体は巻
回が変化するサブセクションを含んでいてもよい。

特に固定型又は半固定型プローブに適用でき外側伝導体
が典型的に薄いしつかりした金属カバーとなっている他
の具体例において、複数のスロットを軸方向に間隔を置
いて連続的に設けその長さ及び深さを変化させることに
より外側伝導体の間隙領域を軸方向に変化させる。これ
らのスロットは好ましくはプローブの軸に垂直であって
軸方向にある間隔で並んだ複数の面内にあるように、横
方向に設けられる。螺旋形に巻回された具体例と同様に
、これらのスロットのサイズ又は間隔は、プローブの有
効長の中央部に−おいて最大間隙領域を、又軸方向に沿
ってこの両側に相対的に小さい間隙領域を与えるよう設
定される。スロットのパターンは軸方向に対して対称で
も非対象でもよく、又は螺旋形に巻回される具体例と同
様の方法で変化させてもよい。

両具体例の一般的な配置は、プローブの半径方向および
軸方向において希望する加熱パターンの一様性を与える
ことが見い出され、又この加熱パターンは先端部より先
にも達する。

実施例以下図面とともに本発明の具体例について説明する。

第１図においてマイクロ波プローブ１０は従来通りの小
さい直径の柔軟性のある同軸ケーブルより構成される。

このケーブルは、ケーブルの長さ方向の軸に沿って延び
、回りを適当な誘電体１２によって被われたワイヤ状の
中央伝導体を含む。

種々の誘電体が使用できるが、プラスチック材料、例え
ばＰＴＦＥなどがしばしば用いられる。誘電体は更に金
属の編組線構造の外側伝導体１３によって被われている
。単一の中央伝導体１１及び編組線状の外側伝導体１３
はともに、好ましくは電気伝導度を向上させるために銀
メツキを施した銅をベースとする金属よりなるが、他の
適当な金属ももちろん同様に使用できる。プローブ１ｏ
の接続部に近い方の端部は従来通りのマイクロ波のエネ
ルギ源（図示せず）に接続するための標準的な同軸コネ
クタ１４を為している。

これまで説明した従来通りの同軸ケーブルは本発明にお
いてプローブの端部に沿って編組線状の外側伝導体１３
の円柱状部分が除去されている。

外側伝導体の軸方向に沿って除去された部分の長さは、
有効な加熱パターンが発生される有効な長さという見地
からみたプローブの有効長を決定する。プローブの先端
部には短い編組線状外部伝導体１６を残して以下に述べ
る導通接続を容易にすることもでき、又この部分も取り
去って、別の方法で導通接続を行うこともできる。

ケーブル端部の編組線状の外部伝導体１３を除去した部
分の代わりとして、細いワイヤ１７が外側伝導体１３の
コネクタに近い方の端部と自由端との間の誘電体１２の
回りに螺旋状に巻回される。

第３図を参照すると、適当な導通接続１８及び１９がワ
イヤ１７と外側伝導体１３の両側の端部との間で行われ
、これらの間にワイヤが螺旋状に巻回されている。これ
とは別に、プローブの端部における短い外側伝導体１６
を取り去った場合は、単にプローブの先端までワイヤを
螺旋状に巻回する。

第１図に示されるプローブの具体例では、有効長（又は
軸方向の加熱パターンの長さ）は約４ｃＩＩ（近似的に
１．５インチ）、中央伝導体１１の直径は０．００フイ
ンチである。円柱状の誘電体被覆１２の外径は０．０３
３インチ、編組線状外側伝導体の厚さは約０．０１０イ
ンチである。又給電ワイヤ１７の直径は０．００フイン
チであり、従って有効長部分のプローブの外径は０．０
４フインチとなる。

図示される螺旋状の巻回パターンは中央部２０及びこれ
に隣り合う両端部分２１を有する。ワイヤ１７は、好ま
しくは間隔をあけであるピッチで巻回部分の全体にわた
って巻回され、中央部分２０におけるこの間隔は、マイ
クロ波エネルギの漏洩又は輻射に対し外側伝導体におけ
る最大間隔領域を与えるよう最大となっている。図示さ
れるプローブにおいて、中央部分２０の長さは約０、２
５０インチであり、両方の端部２１の長さは０．２９５
インチである。中央部分２０におけるワイヤ１７の巻回
の間隔のピッチは０．０２８１インチであり両方の端部
２１における間隔のピッチは０、００９５インチである
。中央部分２０と端部２１との間には適当なピッチの遷
移ゾーンが与えられる。

プローブによって与えられる実際の加熱パターンは、ワ
イヤ１７と外側伝導体１３との導通接続部１８．１９を
越えて軸上の両方向へと延びている。典型的には、加熱
パターンはプローブの先端を約０．２インチ（０，５国
）越えるところまで延びる。これよりプローブによって
与えられる有効加熱パターンは近似的に４αとなる。

第２図は第１図に示されている螺旋状に巻回されたプロ
ーブの他の具体例であって、特により長いプローブ構造
に適合するものを示す。全体的に第２図におけるプロー
ブ２３の各部分は第１図の具体例と共通であり、従って
同一符号を付しである。従来通りの同軸ケーブルは内側
伝導体材１１を有しており、これは誘電体１２によって
被われ、更にこのまわりには外側伝導体１３が配置され
ている。前述した編組線構造の外側伝導体はプローブ２
３の端部において誘電体１２を露出するよう切り取られ
ている。ワイヤ１７は外側伝導体１３の端部との導通接
続部１８から始まって、螺旋状に巻回され、本具体例で
はプローブの末端まで達する。ワイヤは間隔をおいて巻
回され、巻回のピッチはプローブの長さ方向にわたり中
央部に最大間隔を有するよう変化する。しかしこの具体
例では、中央部分２４自身の中でも巻回の間隔が変化し
ている。

図に示す構造において、巻回部の中央部分２４は、間隔
の狭い部分２７とその両側の間隔の広い部分２８とを有
している。末端部分２６では再び巻回の間隔が狭くなっ
ている。一つの好ましい構造として夫々の末端部分２６
の長さを０．４７２インチ、巻回のピッチを０．０１６
９インチとする。中央部の両端部分２８の長さは夫々０
．６８９インチで巻回のピッチが夫々０．０２７６イン
チ、中央部分の一部分２７は両方の末端部分２６と等し
く長さが０．４７２インチでピッチが０．０１６９イン
チである。

第２図示のプローブの有効加熱パターンは近似的に８１
或いは３インチ強である。加熱パターンは実質的にその
長さ全体にわたって一様な半径方向の深さを有している
。プローブに供給されるマイクロ波エネルギのパワーレ
ベルに応じて一様な加熱パターンは半径方向へ１１又は
それ以上延びる。加熱パターンは短い編組線状外側伝導
体１３を越えて軸方向のプローブのコネクタに近い側へ
とと延びているので、熱電対をこの位置に設けることが
できる。この方法によれば熱雷対又は他の熱センサの接
続はブＵ−ブの機能には干渉せず、更に測定される温度
がプローブによって有効に与えられる温度を表わすこと
になるような位置に取り付けられる。

第４図及び第５図は、固定型又は半固定型の構造であっ
てカテーテルを用いず生体組織内へ直接挿入されること
を意図したプローブの具体例を示している。プローブ３
０は基本的な同軸構造となっており軸状の内側伝導体材
３１、これを取り囲む誘電体３２、及び伝導性の外部シ
ェル又は伝導層３３を含んでいる。プローブの先端部の
先まで届く所望の加熱パターンを与えるために外側伝導
Ｊｆ５３３は先端が適度にとがった形状とされプローブ
の先端部において内側伝導体３１と導通接続部３５を形
成する。

外側伝導層３３において軸方向に変化する間隙領域を与
えるため、プローブ３０の対向する両側の外側層３３及
びその下を誘電体３２を内部に切り込んだ横向きの一連
のスロット３４が設けられている。スロット３４は軸方
向に沿ったスロットパターンの中央部において最も長く
最も深く、そこから軸に沿って両側にゆくに従って次第
に小さくなる。中央部に位置する最も深いスロットはプ
ローブの直径の約３分の１とされ、そこから軸の両反対
方向へゆくに従って、好ましくは第５図中に破線３６で
示す滑かな曲線に一致してその深さは減少する（浅くな
る）。

好ましい具体例における固定型のプローブ３０の外径は
０．０８６インチである。スロットパターンは０．２５
インチ間隔の９個のスロット３４を含み、先端に最も近
い小さいスロットは先端から０．３７５インチのところ
にある。しかし上記の数値はかなり広い範囲で変更する
ことができる。プローブ上の外側表面を滑らかにするた
め、及びプロー１のインピーダンスを生体組織とよりよ
（整合させるためにスロット内は高い誘電定数を有する
材質、例えば二酸化チタンなどによって満たされる。

第４図の破１３７は、本発明の加熱プローブの夫々の具
体例によって得られる一様な加熱パターンの代表例であ
る。上記で説明した夫々の具体例は外側伝導体上に設け
られた間隙の回りに軸対称なパターンを有する。このよ
うな対称性は既に述べたように必ずしも必要なものでは
なく、間隙の非対象なパターンを含む種々の変形も所望
の加熱パターンを与えるために同様に用いられる。

本発明とみなされる事項を示し、かつ明確に特許を請求
している特許請求の範囲内に、本発明を実施するための
種々の態様が含まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は特に柔軟性のある同軸プローブに適用できる本
発明の具体例の、一部を断面図とする縦方向の図、第２図は長いプローブに特に適用可能な外側伝導体が巻
回されたパターンを示す第１図と同様の図、第３図は第１図に示すプローブの一部を拡大した図、第４図は本発明の他の具体例を示す固定型構造のプロー
ブを横からみた図、第５図は第４図に示すプローブを上から見た図である。１０・・・マイクロ波プローブ、１１・・・内側伝導体
、１２．３２・・・誘電体、１３・・・外側伝導体、１
４・・・コネクタ、１６・・・編組線状外側伝導体、１
７・・・ワイヤ、１８．１９・・・接続部、２０．２４
・・・中央部分、３０・・・プローブ、３１・・・内側
伝導部材、３３・・・外側伝導層、３４・・・スロット
、３５・・・導通接続部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プローブの長さに沿って軸方向に延在する伝導性
の内側部材と、該内側部材をその長さ全体にわたって包
囲する誘電体と、該誘電体を包囲し輻射されたエネルギ
の漏洩が所望の加熱パターンを与えるようプローブの有
効長の範囲内に間隙領域を持つた外側伝導性部材とを有
する組織内侵入型の加熱処置用同軸マイクロ波プローブ
において、該有効長の中央部分において最大間隙領域を与え、軸上
該中央部分の両側の部分により小なる間隙領域を与える
ためにプローブの該有効長の軸方向に沿って間隙領域を
変化させてなる加熱処置用同軸マイクロ波プローブ。
（２）外側伝導体は有効長に沿ってピッチの間隔が変化
する螺旋状に巻回されたワイヤを有する請求項１記載の
同軸マイクロ波プローブ。
（３）プローブは本質的に一様な円柱状の外径を有する
請求項２記載の同軸マイクロ波プローブ。
（４）前記ワイヤのピッチはプローブの外径の２５パー
セントから８５パーセントの範囲内で変化する請求項３
記載のマイクロ波プローブ。
（５）前記ワイヤの螺旋状の巻回は、ピッチが大きい中
央部分及びこれに近接し相対的にピッチが小さい部分を
有する請求項３記載のマイクロ波プローブ。
（６）前記ワイヤの螺旋状の巻回はプローブの軸に沿つ
て対称的である請求項５記載のマイクロ波プローブ。
（７）前記中央部分は巻回間隔のピッチが変化する螺旋
状の巻回を有する請求項５記載のマイクロ波プローブ。
（８）前記内側部材はプローブの先端部において前記外
側部材と導通可能に接続された請求項２記載のマスクロ
波プローブ。
（９）前記外側伝導性部材は一連のスロットを有する薄
い金属層よりなる請求項１記載のマイクロ波プローブ。
（１０）前記一連のスロットは前記プローブの軸に対し
横向きに、かつ有効長に沿つて軸方向に間隔をあけて配
置された請求項９記載のマイクロ波プローブ。
（１１）前記一連のスロットは中央部分にあるものが最
も長くそこから両軸方向に向うに従ってその長さが減少
する請求項８記載のマイクロ波プローブ。
（１２）前記一連のスロットは前記金属層を通つて前記
誘電体に延在しその最大の深さが前記プローブの直径の
約３分の１である請求項１１記載のマイクロ波プローブ
。
（１３）前記プローブの直径に対し反対側に等しい一連
のスロットを有する請求項１１記載のマイクロ波プロー
ブ。
（１４）薄い外側の金属層は先端へ行くに従つて細めら
れ、前記プローブの先端において前記内側部材と導通接
続されてなる請求項１２記載のマイクロ波プローブ。
（１５）前記一連のスロットは誘電体によって満たされ
てなる請求項１２記載のマイクロ波プローブ。