JPH02280773A - 温熱治療用ボーラス - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、電磁波を照射することにより癌細胞を死滅
させる温熱治療装置に使用され、特に、被検体の体表面
での電磁波の反射を抑えると同時に加温による体表面の
火傷を防止する温熱治療用ポーラスに関する。

Ｂ、従来技術 従来、この種のポーラスには、次のようなものがある。

被検体の１色部位置に相当する体表面と、患部にＴＬ電
磁波照射するアプリケータとの間に密着した状態で介在
される袋状のものや、アクリル等の剛性を有した絶縁物
で形成された容器状のもので、上面部にアプリケータの
侵入を許容する開口部を設け、底面部には被検体の体表
面との密着状態を保つためにシリコーンゴム等の弾性材
を用いたものがある。

これらのポーラスの内部には、アプリケータから照射さ
れる電磁波が被検体の体表面で反射するのを抑えるとと
もに、被検体の体表面の冷却を行うために、誘ｔＮＡが
低く、高い誘電率をもち、かつフレキシブルな物質（例
えば、超純水）が封入、あるいは充填されている。

Ｃ０発明が解決しようとする！！１！ａ上記のように、
ポーラスは、被検体の体表面の冷却を行うとともに、体
表面での電磁波の反射を抑えるために介在されるもので
あるため、ポーラス内の充填物は、人体に対してインピ
ーダンス整合がとれている状態であることが要求される
。

しかしながら、上述した従来のポーラス内に充填されて
いる超純水の比誘電率は電磁波の周波数が１００ＭＩＩ
ｚのとき、約７６程度であり、人体゛の比誘電率は約５
０程度である。周知のよテに、誘電体中の電波特性イン
ピーダンスＺは、一般に次式で表される。

２＝２．　　・１，７１７丁・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（＋１上式において、符号Ｚ、は真
空中の電波特性インピーダンス、°符号ε１は誘電体の
比誘電率である。この式から、あきらかなように電波特
性インピーダンスＺは、比誘電率の関数で表される。換
言すれば、比誘電率が異なる物質は、電波特性インピー
ダンスも異なる。

従って、超純水が充填されたポーラスと人体との電波特
性インピーダンスは異なり、インピーダンス整合もとれ
ていない状態になる。そのため、従来のポーラスによれ
ば、ポーラスと人体との間に見かけ上、境界面が介在さ
れることになり、被検体の体表面で電磁波の反射が生じ
たり、屈折により被検体内での電界分布に乱れが生じ、
温熱治療の効果が低減するという問題点がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、ポーラス内の充填物の比誘電率をコントロールす
ることにより、人体とのインピーダンス整合がとれる温
熱治療用ポーラスを提供することを目的としている。

００課題を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために次のような構成
を備えている。

即ち、この発明に係る温熱治療用ポーラスは、電気的絶
縁性を有するとともに、水との親和性をもら、少なくと
も比誘電率が水よりも低い物質を、純水に溶解してなる
水溶液を内部に充填したことを特徴としている。

巳０作用 この発明によれば、ポーラス内部に、電気的絶縁性を有
するとともに、水との親和性をもち、少な（とも比誘電
率が水よりも低いＩＦｌｌＦを、純水に溶解してなる水
溶液を充填することによって、ポーラスの比誘電率を超
純水よりも低くすることができ、その混合比を可変する
ことで、ポーラスの比誘電率がコントロールされる。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

茅ｍ桝 第１実施例゛は、この発明のポーラスを円筒型の空胴共
振器内に設置した例を示す。

第１図は被検体を挿入、した円筒型空胴共振器であり、
図（ａ）は横断面口、（図Ｃｂ）は縦断面図である。

符号１は、被検体Ｍを挿入するため・の開口部２を側周
面の前後に備えた′ｆ！筒型の空胴共振：器である。こ
の空洞共振ｒｉｌに、プローブ給電を行う場合には、そ
の上面部中央に給電点３ａが設↓すられ、ループ給電を
行う場合にはその周面中央部に給電点３ｂが設けられる
。

給電点３ａまたは３ｂに、所定周波数の高周波電力、具
体的には、２分の１波長が空洞共振器ｌの直径に概ね等
しくなるような高周波電力を供給することにより、空洞
共振ＷＳｌ内に電界が上下方向シこ生し、しかも、空胴
共振器ｌの中心部における電界強度が他の部位よりも大
きくなるようなモード、即ち、Ｔ　Ｍ　ｅ　１゜モード
の電界分布が得られる。つまり、ＴＭ□。モードの電界
分布によれば、患者Ｍが挿入される空洞共振器１の中心
部で電界強度を極大にすることができるので、その中心
部にセットされた被検体Ｍの患部Ｐの加温効率を向上さ
せる点で好ましいといえる。

空胴共振器ｌ内部には、アクリル樹脂などの絶縁体で形
成された円筒形のポーラス４ａが設置されており、ポー
ラス４ａの側周面の前後には、空調共ｉ振器ｌと同様に
被検体Ｍを挿入するための開１０部′２．３が設けられ
ている。ポーラス４ａの内側はシリコーンゴムで袋状に
内張すされており、その内部には、ｍ体充填物Ａが充満
されている。ポーラス４ａの間口部２ａ内には、もう一
つのポーラス４ｂが設けられてル）る。ポーラス４ｂは
、アクリル樹脂などで形成された筒体の内側をシリコー
ンゴムで袋状に内張すし、その内部に液体充填物Ａが充
満された構造になっているゆ ポーラス４ａの内側のシリコーンゴムは、ポーラス４ａ
の筒体外面に密接し、ポーラス４ｂの内側のシリコーン
ゴムは被検体Ｍに密着した状態になっている。但し、被
検体Ｍ挿入前には、被検体Ｍの挿入を許容するためにポ
ーラス４ｂの液体充填物Ａは注入されておらず、被検体
Ｍ挿入後、液体充填物Ａを注入することにより、被検体
Ｍの体表面とポーラス４ｂとが、密着状態になるように
している。

液体充填物Ａは、比誘電率をコントロールすることで、
被検体Ｍとのインピーダンス整合をとるため、以下のよ
うに構成されている。

即ち、液体充填物Ａは、電気的絶縁性を有し、水と親和
性をもち、かつ、比誘電率が少なくとも水よりも低い物
質を、純水、好ましくは超純水に溶解した水溶液で構成
されている。

上記、液体充填物Ａの溶質に要求される特徴について、
以下に記す。

■電磁波が伝搬する媒質中の導電率が高いと電波…失が
高くなるため、上記の溶質は、電気的絶縁性を備えてい
る必要がある。

■純水に対し溶解しない物質であると、液体充填物Ａの
中で誘電率の不連続性が生じて電磁波の反射を引き起こ
し、また、液体充填物Ａの誘電率をコントロールするこ
とが困難になる。したがって、上記溶質は水と親和性を
持っている必要がある。

また、液体充填物Ａの誘電率を人体のそれに近づけるた
めに、この溶質の比誘電率は、少なくとも超純水よりも
低いことが必要である。

このような、特徴を備えた好ましい物質の一例として、
水酸基をもったを機化合物であるエチレングリコールを
挙げることができる。

以下、ポーラス４ａ、４ｂ（以下、総称する場合、符号
４で示す）内に充填する液体充填物Ａとして、エチレン
グリコールと超純水との水溶液を例にとり、ポーラス４
と被検体Ｍとのインピーダンス整合について述べる。

空胴共振器１内に使用されるポーラス４が被検体Ｍとの
インピーダンス整合をとるには、ポーラス４の電波特性
インピーダンスと、被検体Ｍの電波特性インピーダンス
とが一致している必要がある。電波特性インピーダンス
は、（１）式から比誘電率の関数で表されるので、ポー
ラス４の比誘電率と被検体Ｍの比誘電率が一致している
ことが、インピーダンス整合条件となる。

即ち、被検体Ｍの比誘電率と液体充填物Ａの比誘電率が
一致するように、液体充填物の重量比を設定することに
よって、インピーダンス整合条件を満足することができ
る。

次に、第２図、および第３図に示す実測値データを参照
して液体充填物への好ましい重量比を説明する。

第２図は、人体腹部の比誘電率と、電磁波の周波数との
関係を実測値で示した特性図、第３図は、エチレングリ
コールと超純水の水溶液の比誘電率と、その水溶液中に
超純水が占める割合との関係を実測値で示した特性図で
ある。

なお、第２図に示した特性図は、テフロンを充填した同
軸プローブを人体腹部に押し当てて、電磁波を放射し、
その反射係数を測定する同軸プローブによる反射法を用
いて、反射係数と比誘電率との相関関係から人体腹部の
比誘電率を求めた結果を示している。

空胴共振器１内に発生する電磁波の周波数を例えば、１
００ＭＨｚに想定すると、この周波数における人体腹部
の比誘電率は５７であることが第２図から判る（第２図
中、−点鎖線で示す）、従って、被検体Ｍとのインピー
ダンス整合をとるためには、ポーラス４内の液体充填物
Ａの比誘電率も５７であることが条件となる。第３図に
示すように、エチレングリコールと超純水との水溶液の
比誘電率が５７となるには、水溶液中に占める超純水の
割合が、４０％であればよい（第３図中、点鎖線で示す
）、このような液体充填物Ａをポーラス４内に充満すれ
ば、被検体Ｍとのインピーダンス整合条件が満足される
ことになり、空胴共振器１内に発生した電界分布を乱す
ことなく、被検体Ｍ内の目的とする部位を加温すること
ができる。

また、ポーラス４と被検体Ｍとのインピーダンス整合が
とれた状態になっているので、被検体Ｍの位置を移動さ
せても空胴共振器１内の電界分布を乱すことがないため
、被検体Ｍ内の異なる部位を加温する場合には、第４図
に示すように被検体Ｍの位置を移動させることによって
、目的とする、患部Ｐを容易に局所加温することができ
る。

第１実施斑 第２実施例は、第１実施例に示したエチレングリコール
と超純水との水溶液が充填されたポーラスを、アプリケ
ータと被検体Ｍの体表面との間に介在した例を示す。

第５図は、その縦断面図である。

被検体Ｍ内にある、患部Ｐに電磁波を照射する導波管型
のアプリケータ５がポーラス８の上面部に密着した状態
で設置され、ポーラス８の底部は、被検体Ｍの患部位置
に相当する体表面に密着されている。

導波管型のアプリケータ５の内部には、アプリケータ５
の大きさを制限するために超純水が充満され、アプリケ
ータ５とポーラス８とが接触する面には、前記超純水と
ポーラス８内の液体充填物Ａが混合されないようにアク
リル板等の絶縁板９が介在されている。

ポーラス８は、シリコーンゴムなどの弾性材料で形成さ
れた袋形状となっており、その内部には、第１実施例と
同様のエチレングリコールと超純水との水溶液である液
体充填物Ａが充満されている。

ポーラス８の両端部には、前記液体充填物Ａの流入口６
、および流出ロアが設けられており、流入口６と流出ロ
アには、被検体Ｍの体表面を冷却するための図示しない
還流経路が連通接続されている。

また、ポーラス８の上下方向の長さしは、アプリケータ
５と被検体Ｍとのインピーダンス整合をとるために、放
射される電磁波の波長の１／４の長さに設定されている
。

このような、ポーラス８と被検体Ｍとのインピーダンス
整合について以下に述べる。

まず、上記のように電磁波の波長の１／４の長さに設定
されたポーラス８に要求されるインピーダンス整合条件
は、アプリケータ５内の超純水の電波特性インピーダン
スを２１．被検体Ｍの電波特性インピーダンスをＺｚ、
ポーラス８内の液体充填物への電波特性インピーダンス
をＺｌ、とおくと、次式で表される。

Ｚ３＝、？”Ｔ；　、／’７；”・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）超純水の比誘電率をε２．被検
体Ｍの比誘電率を６２、液体充填物Ａの比誘電率をε３
．とおくと、各媒質の電波特性インピーダンス２．．２
．．２．、は、（１）式から、次のように表される。

Ｚ　Ｉ　−Ｚ　ｏ・１　／７ＴＴ−・・−・−・＝＝　
・（３）Ｚｚ＝２０　・１／ｒ丁１・・・・・・・・・
・・・（４）Ｚ’＋＝Ｚｏ　　・１／　ＦＴ「・・・・
・・・・・・・・（５）これらの式において、符号Ｚ０
は真空中の電波特性インピーダンスである。

（３）式、および（４）、（５）式を（２）弐に代入す
ると、インピーダンス整合条件を満足するための液体充
填物Ａの比誘電率ε、は、次式で表される。

εコー、／″−−−５ＥＴ−Ｉｆｆ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（６）即ち、液体充填物Ａの
比誘電率が、この（６）式を満足するように、エチレン
グリコールと超純水からなる液体充填物Ａの重量比を決
定してやれば、ポーラス８はインピーダンス整合条件を
満たすことができる。

次に、第１実施例と同様に、第２，３図の実測値データ
を基にして、１を磁波の周波数を１００Ｍ）仕に設定し
たときの液体充填物Ａの重量比の値を記す。

第２図から、この周波数における人体腹部の比誘電率ε
、は５７となる。また、超純水の比誘電率ε２は、１０
０Ｍ１ｔｚにおいて７８であることが知られているので
、液体充填物Ａの比誘電率ε。

は、（６）式から約６４となる。第３図に示すように、
エチレングリコールと超純水との水溶液である液体充填
物Ａの比誘電率が６４になるには、水溶液中に占める超
純水の割合が、約６５％であれば（第３図中、二点鎖線
で示す）、被検体Ｍとのインピーダンス整合条件を満た
すことができる。

なお、再実施例において、超純水と溶解する物質として
、エチレングリコールを例にあげたが、その他の例とし
て、同様に水酸基をもつ有機化合物であるメチルアルコ
ール、エチルアルコール。

ｎ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール。

などを挙げることができる。

Ｇ１発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る温熱治
療用ポーラスは、電気的絶縁性を有するとともに、水と
の親和性をもち、少なくとも比誘電率が水よりも低い物
質を純水に溶解してなる水溶液を充填し、これらの重量
比を調整することで、ポーラス自体の比誘電率を可変し
、その電波特性インピーダンスを可変することができる
ため、電磁波の周波数や被検体の加温部位に応じたイン
ピーダンス整合条件を満足することができる。

これにより、被検体の体表面での電磁波の反射や、屈折
を抑えることができ、有効な温熱治療を遂行することが
可能となる。

更に、被検体を移動させても、被検体内の電界分布を乱
すことがないため、被検体を移動させることによって、
加温部位を選択することも可能となる。

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例に係り、第
１図（ａ）、　（ｂ）は、第１実施例に係る温熱治療用
ポーラスを空胴共振器に使用したときの横断面図と縦断
面図、第２図は人体腹部の比誘電率と電磁波の周波数と
の関係を示す特性図、第３図はエチレングリコールと超
純水との水溶液の比誘電率と水溶液中に占める超純水の
割合との関係を示す特性図、第４図は被検体を移動させ
た状態の空胴共振器の横断面図、第５図は第２実施例に
係る温熱治療用ポーラスを導波管型のアプリケータに使
用したときの横断面図である。

４８・・・ポーラス Ａ・・・液体充填物 特許出願人　株式会社　島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的絶縁性を有するとともに、水との親和性を
   もち、少なくとも比誘電率が水よりも低い物質を、純水
   に溶解してなる水溶液を内部に充填したことを特徴とす
   る温熱治療用ボーラス。