JPH03272779A - 人体組織の電磁加熱用アプリケータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全体としてビーム療法装置、殊に人体組織を電
磁加熱するアプリケータに関する。

本発明は生体療法に使用されると共に、悪性腫瘍治療中
において人体の局部的な高温状態を確保するために使用
することができる。

〔従来の技術］ 人体組織を電磁加熱するため、最新式の装置が現在使用
されており、それによると加熱される身体部分が２個の
電極間に配置されるようになっている。（米国特許第４
，１４０．１３９号）上記装置では最大加熱ゾーンの無
線周波電界の力線は脂肪組織と筋肉組織間の境界と直角
に走っている。脂肪組織と筋肉組織における電界強度値
間の比は上記組織の複素誘電率どうしの間の比と逆比例
し、その内部の発熱の大きさは上記組織の導電率値とそ
の内部の電界強度値の２乗の積によって決定されるため
、脂肪組織と筋肉組織内の発熱度値開の比Ｈは次の式で
表わすことができる。

但し、σ１−脂肪組織の導電率 σ２　□筋肉組織の導電率 ε１　□脂肪組織の複素誘電率 ε２　□筋肉組織の複素誘電率 人体の場合、上記比の値は７〜１０の範囲にあり、その
結果脂肪組織がひどく加熱されることになる。

以上のように脂肪組織が過熱されるため、筋肉組織内の
腫瘍部位を効果的に加熱することはできなくなる。脂肪
組織の加熱度を減らすため、公知装置では水を使用して
身体表面を冷やすようにしている。然しながら、脂肪ａ
ｍの厚さが１ｃ′１１１を超える場合、３°Ｃの水で冷
やした場合でさえ皮下脂肪が生ずる虞れがある。そのこ
とが今論じている装置が限定された数の場合しか応用で
きない理由である。というのは患者の皮下脂肪の厚さは
大抵の場合１（４）を超えるからである。

従来技術による電磁加熱用アプリケータで一対の容量性
電極より成るものが知られている。上記電極の場合、所
謂共面電極が身体部分表面に隣接する面内に配置され加
熱されるようになっている。

（ＩＥＥＥ紀要、６２（１）、１９７４、ガイＡ、肌し
一マンＪ、Ｆ、、ストーンブリッジ１．Ｂ、”電磁気力
応用治療法”、Ｐ５５−７５） 上記アプリケータにおける電界の力線は「脂肪筋肉」の
境界と直交してはいない。にもかかわらず、脂肪組織の
過熱度は依然高く、３．３に及ぷぷ。その他、上記アプ
リケータの著しい欠点は身体表面から深くなるにつれて
筋肉組織の発熱度が急激に落ちるから深い処に位置する
組織の加熱度が感知できる程不均等になることである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の一次的かつ本質的な目的は身体組織を電磁加熱
するためのアプリケータで、電極の構造を適当に変化さ
せることによって深部に位置する人体を均一に加熱する
と共に腫瘍組織と筋肉組織のその加熱度と極く僅かしか
異ならない脂肪層の加熱度を得るために適当な条件を保
証することのできるもの、を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は身体表面に近く位置する一対の容量性電極よ
り成る人体組織の電磁加熱用アプリケータにおいて、電
極がそれぞれ、人体組織を少なくとも部分的に包囲する
具合に、加熱される身体部分の両側に配置され、一方、
各電極の長さがその包囲される身体部分の周長の３分の
１を超え、各電極の面積が加熱身体部分の断面積の３分
の２を超えるようにすることによって達成される。

各電極は身体を完全に包囲することが有利である。同様
に、各電極が少なくとも２個の同種プレートより戒り、
それらが互いに電気的に相互接続されるようにすること
が都合が良い。

以下、本発明を若干の特殊例によって詳説する。

図面を参照して読まれたい。

〔実施例〕

以下に示すのは本発明の若干の実施例である。

同側において人体組織の電磁加熱用アプリケータは加熱
される人体部分３の各側に配置される一対の容量性電極
１（第１図）を備える。電極１．２は身体を部分的に包
囲し、各電極１．２の長さは包囲される人体部分４の周
長の３分の１を超える一方、各電極１．２の面積は身体
部分３の断面積の３分の２を超える。

電極１．２は第２図に示す如く、各々が身体を完全に包
囲するように設けることができる。

各電極Ｉ、２（第３図）は３枚以上のプレート５より成
る切片構造で、導ｇＡ６を経て電気的に相互接続されて
いる。

電界の力線７（第２図）は脂肪組織８と筋肉組織９を通
って一方の電極１から他方の電極２へ延びることによっ
て組織を加熱する。

電極１．２が身体を完全に包囲する場合、電界の力線７
は加熱される対象の軸が対称であるため交差することは
できず、上記軸に対して並行に配置される。この場合、
垂線から脂肪組織と筋肉紹織間の境界１０方向に至る力
、１７の偏差角は大きくなり、その結果、脂肪と筋肉の
境界面上での脂肪組織８の加熱比は小さくなる。同様の
効果は、より少ない程度ではあるが、電極ｌ、２が加熱
される身体部分３（第１図）を不完全にしか包囲しない
場合にも生ずる。電極が加熱される身体部分３をその周
長の約３分の１しか包囲しない場合にも脂肪組織８（第
２図）の過熱効果は少なくなることが感知できる。身体
をつつむ角度の大きさが更に小さくなると上記効果に悪
影響を及ぼし、その効果は、つつみ角が著しく小さくな
ると電極１゜２が殆んど平坦になってしまうため、殆ん
ど消滅する。

更にまた、脂肪組織８を過熱する程度は電極工、２の面
積と加熱される身体部分（第１図）の断面積間の比にも
依存する。加熱される身体部分３に沿って流れる無線周
波電流を解析すれば、上記電流は電極１下の円筒形部分
の側面を通って筋肉組織９（第２図）内へ流れ人み、身
体軸に沿って走り、他方電極２下の側面を経て流出する
ことが判る。この場合、筋肉組織９の最大加熱領域で電
極１．２間を流れる電流の平均密度Ｊ２は、身体の断面
積Ｓ２と電極の断面積３１間の比によって、脂肪組織８
の最大加熱領域で電極１．２下を流れる電流の平均密度
Ｊ、と関連づけられる。

３゜ 発熱密度は電流密度の２乗と正比例しているため、最大
加熱値Ｐ２□、Ｘにおける筋肉組織内の発熱密度と電極
（Ｐ、、、Ｘ）下の筋肉における発熱密度の値は以下の
ように互いに関連している。

脂肪組織８と筋肉組織における発熱量の値の比Ｈで電極
下にある上記組織間の境界ｇで有効な値は次の通り表現
される。

Ｐ。

従って、脂肪組織と筋肉組織における発熱量のＰ。

き、脂肪組織８の過熱度を設定することができる。

上記比は電極下の脂肪組織と筋肉組織間の境界１゜にお
けるＨの値と領域Ｓ１とＳ２間の比の双方に依存する。

即ち、 加熱される身体部分の断面積Ｓ２の３分の２を超える面
積ＳＩを有する電極を使用すると脂肪−筋肉境界１０に
おける脂肪組織の加熱比の値Ｈと比較して十分に低い比
Ｈ６を脂肪組織の最大加熱度と筋肉組織の最大加熱度の
間に得ることが可能になる。

かくして、Ｈ，の値によって規定される脂肪組織の過熱
度はＨの値とＨｏの値の双方が小さくなるためにＨのそ
れに対して低下することになる。

電極領域における上記増大は多くの場合電極が加熱され
る身体部分を完全もしくは部分的に包囲している場合に
のみ実行可能であるから、上記した脂肪組織の加熱度の
低下の仕組は共に緊密に結びついている。

上記の技術的な解決策を実際に適用すると、皮下脂肪組
織の加熱度を低める他に、筋肉組織の加熱度をより均一
にすることできる点に注意すべきである。加熱される身
体部分を電極で完全に包囲した場合、電流は、軸方向に
対称であるため身体の断面積上に殆んど均一に分布し、
その結果、身体がその断面全体にわたってすこぶる均等
に加熱されることになる。

上記加熱度は身体をつつむ角度が小さくなるにつれて、
より不均等になるが、たとえ加熱される身体部分が電極
によってその周長の３分の１しか包囲されなくとも従来
のアプリケータよりもその加熱度は依然ずっと高く維持
することができる。

かかる電極は身体の一方側を加熱する必要がある場合に
は常に使用するに便利である。

若干の場合には、例えば身体の胴部を加熱しようとする
場合には電極は相当長くする必要があり、そのためそれ
らを実際上応用することは不便になる。

上記欠点を除去するに鑑みて、各電極は２個以上の独立
のプレート５（第３図）として形成すると、個々のプレ
ート５の数を適当に変えられるため電極の大きさを広い
範囲で変えることができると共にそれらを患者の身体に
配列しやすくなる。

その他、この場合、プレート５の相互配置を変更するこ
とによって身体断面に対して行う加熱度を制御容易にす
る可能性が与えられる。

〔作　用〕

本発明のアプリケータの作用は以下の通りである。ひと
たび無線周波電位Ｕを電極１．２に附与すると、両者間
に無線周波電気回路が確立され、その力線（第２図）を
脂肪組織８と筋肉組織９を通って電極１から電極２へと
延びることによって上記組織を温める。

電界が加熱される身体部分３のＺ軸上に放射方向底部を
欠いているのはアプリケータが軸方向に対称であるため
である。そのため、電界の力線７は身体表面に対して平
行な位置をとる傾向があり、その結果脂肪と筋肉の境界
１０における力線７の勾配は大きくなる。このことはま
た、境界１０における脂肪組織９の相対的加熱度が小さ
くなる結果をもたらす。

プレート５の全面積は加熱される身体部分３の断面積の
３分の２を上廻るから、力線７の密度、従って電極１．
２間の身体断面を横切って流れる電流の密度は電極工、
２下の筋肉組織８の表面上のそれよりごく僅かに低いか
高いかである。その結果、電極１．２間の領域における
発熱の大きさは、電極１．２下の筋肉組織８の表面上の
それよりも極く僅かに低いか高いである。その結果、境
界８における脂肪組織８の加熱比Ｈの値と比べて脂肪組
織９における発熱度の最大値間の比Ｈは十分に小さくな
る。かくして、Ｈｏの値によて規定される脂肪組織８の
過熱度は相当低くなる。

作業周波数４０．６８ＭＨｚを使用して、外径１６０、
脂肪組織２ｃ１１１、および人体脂肪組織と筋肉組織の
特性に相当する電気物理学的パラメータを有する人体肢
体の円筒形模擬体上でアプリケータによって形成される
発熱分布を調査した。

更に、本発明の類似体であり原型である対向配置された
平坦で共面の電極を有するアプリケータを同し電気生理
学的パラメータと脂肪層を有する生物体の平坦な２重層
の模擬体についてテストした。

テスト中のアプリケータの電極のサイズを得られた脂肪
組織の加熱比の値を以下に表記する。

全てω例において、模擬体表面は電極プレートから２ｃ
ｍ隔でた。

表より従来公知のアプリゲータでは脂肪組織は相当程度
過熱され筋肉組織の効率的な加熱に悪影響を及ぼ１こと
は明らかである。

発明の提案４”るアプリケータによれば脂肪組織の過熱
度を相当減少さゼ、若干の場合には筋肉組織の優勢な加
熱度を達成することさえ可能である１、（Ｈ，＜１の場
合） 第４図は本発明のｆ案するアプリゲータを用い、模擬体
杏電極によ°ζ完全に包囲して加熱した場合に２重層円
筒形肢体のｖＡ擬体の軸に沿９、て発斗″６る熱分布に
関して実験上得られたデータをグラフ形に表示し７たも
のである。

上記グラフ図においては、発熱、［ｌ；Ｐは縦座標に表
わされ、一方、模擬体軸に沿う座標は横座標Ｇこ表わさ
れる。点２　＝、＝　０は電極間の鉗離の中点をふす。

電極の位置は横座標の軸下方の直線区画によって示され
る。曲線１１は脂肪層の加熱度を表わし、曲線２２と１
３はそれぞれ表面１−と模擬体釉上の動因組織の加熱度
を表わ１゜ 筋肉組織の加熱の最大値は電極間の中間面内にあり、〜
方、最大イーの半分εご等しいレベルにある加熱ゾーン
の長さは電極中心間の距離にほぼ等（７く、脂肪組織の
加熱の最大価は電極中心点下にほぼ位置しており、筋肉
組織の最大加熱度よりもずっと低い。曲線１２．１３を
比較すると関連する筋肉組織に対する加熱の均一・度は
大きいことが判る。

第５図は筋肉組織区画乙こ対する発熱追舅布に関して実
験Ｊ得られたデ・夕をグラフ形に表わしたもので、同う
−タは本発明のアプリゲータを伸用し°ζ模擬体を電極
で完全に包囲したり（曲線１４）模擬体をくの周長の半
分に沿って包囲したり（曲線１５）して円筒形模擬体を
加熱した場合、および平坦な共面電極を右する公知アプ
リケ−タによって平坦な模擬体を加熱（曲線１６）した
時に得られたもσ）である。

ｈ記グラフ図において、発熱量の相対的大きさ１）は縦
座標に表わされでいる。円筒形模擬体の筋肉層の径は１
２Ｃ１１１に等しい。

上記曲線は模擬体を完全６ご包囲した場合、筋肉＆［１
織区画全体の加熱の均一度が高く、また模擬体を電極で
のその周長の半分に沿って包囲した場合乙こばかかる加
熱の均一度はやや高い比を表わしでいる。即ち、発熱度
が５（）パーセントだ目小さくなる時の深度は筋肉組織
の径が１２ｅｉ＋の場合８（・ｍになる。

曲線１４と１５を曲線１６と比較すると本発明のアプリ
ケータによって得ることのできる発熱分布は公知のアプ
リケータによっ、て得られるものよりもずっと均一であ
ることが判る。後者の場ａ↓こは、発熱度が５０％低下
する深度はわずかに２１計であって深部に位置する腫瘍
を加熱するためＣコぞのようなアプリケータを使用する
ことは不可能になる。

本発明のアプリケータは化学療法とガンマ線放射療法と
組合わせて肢体と内臓器官（じん臓、肝臓）の深部に位
置する腫瘍の高体温に対して使用された。１４人の患者
に対し２で全部で３０同の高温期間を実施したがその際
、腫瘍温度は４２へ・４３°Ｃの範囲番ご維持した。

［発明の効果〕 本発明のアプリゲータは皮下組織を相当過熱することな
く肢体や胴体の如く円筒形もしくはほぼ円筒形の人体部
分を均等に加熱するご、とが７−きる。

この特徴によって深部に位置する人体の肢体・胴体の悪
性１ｆｉ瘍に対し７て本発明のアプリケータを広範に適
用すること力＜　ＩＩＪ能になる。

本発明アプリゲータを実際に適用ｔｈば電磁気高温化法
の使用を伴う悪性腫瘍の治療を目的とする治療法の能率
を高めることが著しく可能にｔｌ、す、歪のことによっ
て悪性腫瘍の治療の能率は全体とし７て高められること
になろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明明乙こよるアプリケータの全体図、第２図
は第１図のアプリケータの縦断面図、第３図は切片電極
を有する本発明のアプリケータの概略図、 第４図は生物組織模擬体の軸に沿−）加熱分布の特性曲
線図、 第５図は筋肉組織区画全体にわたる発熱度分布の特性曲
線図。 １．２−容量性電極、　３−加熱身体部分、４・・・包
囲身体部分、５−プレート、６−導線、７−電界力線、
８−・脂肪組織、９−・−筋肉組織、１０・−脂肪と筋
肉の境界、１１．１２．１３．１４．１５゜１６−特性
曲線。 ７θ ５ ４ 八Ｂ２ 汚Ｅ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、身体表面に近接して配置される一対の容量性電極よ
   り成る人体組織を電磁加熱するためのアプリケータにお
   いて、電極（１、２）がそれぞれ人体を少なくとも部分
   的に包囲するように、加熱される身体部分（３）の両側
   上に配置される一方、上記電極の長さが包囲される身体
   部分（４）の周長の３分の１を超え、各電極（１、２）
   の面積が上記身体部分（３）の断面積の３分の２を上廻
   ることを特徴とする前記アプリケータ。 ２、電極（１、２）がそれぞれ身体を完全に包囲する請
   求項１記載のアプリケータ。 ３、電極（１、２）がそれぞれ互いに電気的に相互接続
   される少なくとも１枚の同種プレート（５）より成る請
   求項１もしくは２記載のアプリケータ。