JPH03275076A

JPH03275076A - 人体の局部温熱治療器

Info

Publication number: JPH03275076A
Application number: JP7655090A
Authority: JP
Inventors: Sergeev Khudoryafezev Jurij; ユーリー　セルゲーヴィッチ　クドリャフツェフ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-12-05

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）本発明は放射線治療器械に関し、より詳しくは局部温熱
治療器に関する。

本発明は、悪性腫瘍の治療及び理学療法に使用すること
ができる。

（従来の技術）従来知られている人体の局部温熱治療器は誘電体基板上
に配置された単一のマイクロ波共振子を有しており、該
マイクロ波共振子はその他方の側が遮蔽体で覆われてい
る。また、共振子及び遮蔽体には、給電線が電気的に接
続されている。共振子は基板と接触しており、該基板が
温熱治療を行うときに人体に向けられかつ該基板を通し
て電磁放射線が患者の身体に伝達されるように構成され
ている（例えば、米国特許第４．６００．０１８号及び
英国特許第２．１２２．０９２号参照）。

しかしながら、このような局部温熱治療器では、放射線
の波長が共振子の長さより場合には、人体により吸収さ
れるパワーを均一に分布させることがてきない。

従来知られている別の局部温熱治療器として、人体の照
射すべき部分に向けられる電磁波を発生するマイクロ波
放射器を備えたものかあり、この局部温熱治療器では、
放射電極及び遮蔽電極が、各電極の１つの辺に沿って配
置されたジャンパにより電気的に接続されており、また
画電極は誘電体基板の両側に配置されている。このマイ
クロ波放射器には、温熱治療を行うときに人体の照射す
べき部分に向けられる誘電体スペーサが取り付けられて
おり、該誘電体スペーサが、給電線により伝達される特
定波長の電磁振動により励起（励振）される電磁波を、
マイクロ波放射器から伝達するように構成されている（
例えば、米国特許第４，５８９、４２２号及び英国特許
第２．１３５．８９１号参照）。

しかしながら、この局部温熱治療器では、放射電極（共
振子）の長さより長い波長をもつ電磁放射線で、人体に
より吸収されるパワーを均一に分布させることはできな
い。

（発明が解決しようとする課題）従って本発明の目的は、放射電極の長さよりも長い照射
波長で人体により吸収されるパワーを均一に分布できる
ように、マイクロ波放射器のパラメータ及び寸法を構成
した人体の局部温熱治療器を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の上記目的は、次のような構成、すなわち、人体
の照射すべき部分に向けられる電磁波を発生するマイク
ロ波放射器を有しており、放射電極及び遮蔽電極が、少
なくとも１つのジャンパにより相互接続されておりかつ
誘電体基板の両側に配置されており、前記マイクロ波放
射器に配置された誘電体スペーサであって温熱治療を行
うときに人体の照射すべき部分に向けられて前記マイク
ロ波放射器から電磁波を伝達する誘電体スペーサと、特
定波長の電磁波振動を前記マイクロ波放射器に伝達する
給電線とを更に有している人体の局部温熱治療器におい
て、前記マイクロ波放射器の放射電極及び遮蔽電極が矩
形をなしておりかつそれらの辺が互いに対をなして平行
になるように前記誘電体基板上に配置されており、前記
ジャンパが、前記放射電極の一辺に平行でかつ前記誘電
体基板内の電磁波の四分の一波長だけ前記放射電極の反
対側の辺から間隔を隔てて配置されており、前記ジャン
パに平行な前記放射電極の辺から前記ジャンパに至る距
離が、前記誘電体基板内の電磁放射線の波長の四分の一
であり、前記放射電極の辺から前記遮蔽電極の任意の平
行な辺に至る距離が、前記誘電体スペーサ内の電磁放射
線の波長の０．２〜０．６倍であり、前記誘電体スペー
サの厚さが局部温熱治療器に供給される電磁放射線の波
長の０．００３〜０．０３倍であることを特徴とする人
体の局部温熱治療器により達成される。

好ましくは、前記ジャンパに平行でかつ前記誘電体基板
内の電磁放射線の波長の四分の一だけ前記ジャンパから
間隔を隔てて配置されている前記放射電極の前記辺から
、該辺に平行な前記遮蔽電極の各辺に至る距離を等しく
する。

また、人体と前記誘電体スペーサとの間に水冷システム
を設ける場合には、該水冷システムの水が充満されたキ
ャビティを、前記遮蔽電極の直ぐ上に配置しかつ前記遮
蔽電極の寸法と同じ寸法にすることができる。

（実施例）以下、添付図面を参照して本発明の特別な実施例につい
て詳細に説明する。

本発明による人体の局部温熱治療器は四分の一波長マイ
クロ波放射器１を有しており、該四分の一波長マイクロ
波放射器１は、誘電体基板２と、該誘電体基板２の一方
側に設けられた放射電極３と、誘電体基板２の他方側に
設けられた遮蔽電極４と、画電極３．４を接続するジャ
ンパ５とを備えている。

本発明の局部温熱治療器は更に、マイクロ波放射器１に
取り付けられておりかつ患者の身体７の方向に向いてい
る誘電体スペーサ６と、給電線８とを有しており、該給
電線８は、電極３及び４にそれぞれ接続された内側導体
ｌＯ及び外側導体９を備えている。

放射電極３及び遮蔽電極４は矩形をなしており、それら
のそれぞれの辺１１と１１’　　　１２と１２′１３と
１３′、１４と１４′が互いに対をなして平行になるよ
うに誘電体基板２上に配置されている。また、放射電極
３は遮蔽電極４よりも小さい。

放射電極３のサイズ及び形状と同じサイズ及び形状をも
つ導電エレメント１５（第３図）を誘電体基板２上に配
置することにより、誘電体スペーサ６内に対称的な電界
分布が得られるようになっている。

第３図に示すように、画電極３．４を相互接続している
ジャンパ５は、放射電極３の１つの辺（より詳しくは辺
１２）に平行に配置されている。

これらのジャンパ５は、誘電体基板２における電磁放射
線の波長（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒａｄｉ
ａｔｉｏｎ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）λ２の１／４だけ
、放射電極３の他方の辺１１から間隔を隔てて配置され
ている。

放射電極３の辺１１から、該辺１１に平行な遮蔽電極４
の辺１２′及び１１’に至るそれぞれの距離Ｘ１及びｘ
２は、誘電体スペーサ６における電磁放射線の波長λ６
の０．２〜０．６倍に設定される。

間隔を小さくすると、均一な熱発生領域の寸法を、同一
周波数で作動しかつ同じ基板材料を使用している従来技
術の局部温熱治療器において知られている均一な熱発生
領域の寸法以下に減少する。波長λ６の０．６倍より大
きい距離においては、３ｄＢ以下の非均一性をもつ作動
領域に熱を発生させることは実際上不可能である。

実験によれば、放射電極３の辺１１から遮蔽電極４の各
辺１２′及び１１′に至る距離Ｘ１、ｘ２を等しく設定
するのがよいことが分かっており、そうすれば、マイク
ロ波放射器ｌの製造を簡単化できることにもなる。

また、誘電体スペーサ６（第１図）は、熱発生領域の均
一性にも影響を与える。従って、その厚さｄは、マイク
ロ波放射器１に供給される電磁放射線の波長λの０．０
０３〜０．０３倍に設定される。

誘電体スペーサ６の厚さｄが０．００３λより小さいと
、電界に沿う充分なサイズの均一な熱発生領域を形成す
ることが不可能になる。また、誘電体スペーサ６の厚さ
ｄが０．０３λより大きく、かつ放射電極３の辺１１か
ら遮蔽電極４の辺１１′及び１２’に至る距離Ｘ２及び
Ｘｌが０．４λ／Ｊ′″ε〜０．５λ／ｆεの範囲内に
あるときには、０．５以下の相対熱発生（ｒｅｌａｔｉ
ｖｅ　ｈｅａｔ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を伴う減少し
た熱発生領域になる。ここで、εは誘電体スペーサ６の
材料の比誘電率、λは供給される電磁振動（ｅ−１ｅｃ
ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ）
の波長である。

このため、充分に大きな面積をもつ均一（非均一性が３
ｄＢ以下）な熱発生領域を得ることが不可能になる。

誘電体スペーサ６は、局部温熱治療器のケース１６（第
４図）の構成部品でもあり、水の入口及び出口として働
くユニオン継手１８．１９を備えたキャビティ１７から
なる冷却システムを構成している。キャビティ１７内に
はフィン２０が収容されていて、局部温熱治療器が曲げ
られた場合でもキャビティ１７を通って水が自由に流れ
ることができるようになっている。

ケース１６は、患者の身体に当てる側面が、ゴムのよう
な弾性材料からなる膜２１で構成されている。

キャビティ１７は遮蔽電極４の直ぐ上に配置されていて
、その寸法は遮蔽電極４の寸法と同じである。このため
、マイクロ波放射器１　（第１図）のかなりの長さに沿
って均一な熱発生領域を創出することができる。

第５図は、本発明の局部温熱治療器により患者の身体７
内に均一な熱発生領域が得られるようにした設計形態（
ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を示すも
のである。プロット２２は、身体７内に発生される熱Ｐ
の、Ｘ軸（このＸ軸は、加熱される身体７内での電界の
力線２３に沿う長さに相当する）に沿う分布を、その最
大値Ｐ。に関して示すものである。プロット２２から明
らかなように、熱は、放射電極３の長さを超える距離に
おいて、実際に均一に発生されている。

第６図は、２２０ｍｍＸ　３００ｍｍの寸法の遮蔽電極
４を備えた本発明による局部温熱治療器により得られる
均一な熱発生領域２５についての実験的に求められた境
界２４を示すものである。

プロット２２′は、２００ｍｍＸ　２２０ｍｍのサイズ
の領域内で実験的に求めたＰ／Ｐｏの分布を示すもので
ある。

本発明による人体の局部温熱治療器は次のように作動す
る。

先ず、患者の身体７の照射すべき部分を局部温熱治療器
の膜２１がぴったりと覆い（第４図、第５図）、マイク
ロ波放射器ｌと身体７との安定した電気的結合が得られ
るように、局部温熱治療器を身体７の照射すべき部分に
当てる。これにより、誘電体スペーサ６はマイクロ波放
射器ｌと身体７との間に配置される。温熱治療を行う間
、キャビティ１７を通して水を流し、身体７の表皮層を
冷却する。

特定周波数のマイクロ波電力を給電線８に供給すると、
放射電極３及び遮蔽電極４は、マイクロ波電界により励
起（励振）される四分の一波長の平らで矩形をなす共振
子を形成する。放射電極３の辺１１（すなわち、遮蔽電
極４に接続されていない側の辺）におけるこの電界の力
線２６（第５図）は、誘電体スペーサ６内に進入して、
放射電極３により形成される等価マイクロ波伝達線（ｅ
ｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ　１ｉｎｅ）、導電エレメント１５及び
患者の身体７を励振する。このとき、誘電体スペーサ６
は、等価マイクロ波伝達線の絶縁体として機能する。誘
電体スペーサ６の電気的パラメータ、すなわち、誘電体
スペーサ６の伝搬定数β及び減衰定数αは、誘電体スペ
ーサ６の誘電率及び厚さによって決定される。

等価伝達線内で放射電極３の辺１１の右側及び左側から
励起されたマイクロ波は、放射電極３の辺１２及び導電
ニレメン１−１５の辺２７（第５図）に向かって伝搬さ
れる。マイクロ波はここで反射されて、等価伝達線内に
定在波パターン（ｓｔａｎｄｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｐａｔ
ｔｅｒｎ）を発生する。このため、この等価伝達線に沿
う熱発生量（発熱量）Ｐは、これを流れる電流の二乗に
比例し、次式から求めることができる。

Ｐ　＝に＋　Ｃｃｈ　２ａ　（Ｌ−Ｘ）−ｃｏｓ　２β
（Ｘ、−Ｘ）〕但し、（０≦Ｘ≦Ｘ１のとき）Ｐ　＝に２［ｃｈ　２（１（Ｘ２−Ｘ）−ｃｏｓ　２β
（Ｘ２−　Ｘ））但し、（０≧Ｘ≧Ｘ２のとき）ここで、Ｘ５、Ｘ２は、放射電極３の辺１１から遮蔽電極４の辺
１２′、１１’に至る距離、 βは、等価伝達線中のマイクロ波の伝搬定数、αは、等
価伝達線中のマイクロ波伝搬の減衰定数、ｋｌ、ｋ２は、計数逓減率（ｓｃａｌｉｎｇ　ｆａｃｔ
ｏｒｓ）、Ｘは、電界の力線２３（第５図）に平行な軸
に沿う座標、ｃｈは、双曲線余弦（ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ　ｃｏｓｉ
ｎｅ）、である。

患者の身体７中を流れる電流は、身体７の組織中のマイ
クロ波電界２３に比例し、身体の照射される部分に局部
的な過熱を生じさせる。

プロット２２は、放射電極３に沿う熱発生量の変化を視
覚的に示すものであり、放射電極３の長さを超えて拡か
る充分に大きな領域２５（第６図）内での実際の均一な
熱分布を示している。従って、マイクロ波放射器１を前
述の寸法に選択することにより、温熱治療のための均一
で充分な量の熱を発生させることができ、このことは実
験的に証明されている。

本発明の局部温熱治療器は、２０ｃｍの長さまでの軟組
織の肉腫ができた６人の患者に対して、ガンマ線治療と
組み合わせて２４回温熱治療を行うのに使用された。腫
瘍の下の温度は、■時間に亘って４２〜４３℃に維持さ
れた。この治療の後で外科手術が行われた。

（発明の効果）本発明による局部温熱治療器は、電界に沿って横たわる
患者の身体内に、従来の公知の単一マイクロ波放射器を
用いた局部温熱治療器により発生される範囲よりも３〜
４倍長い、均一な立体的熱発生領域を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による局部温熱治療器の一部を断面し
たところを示す斜視図である。第２図は、本発明によるマイクロ波放射器の頂部を示す
斜視図である。第３図は、本発明によるマイクロ波放射器の別の実施例
を示す斜視図である。第４図は、本発明による局部温熱治療器の一実施例を断
面したところを示す斜視図である。第５図は、本発明により照射中の身体に均一な熱の場を
発生できる設計形態を示すものである。第６図は、本発明による局部温熱治療器の実験的に測定
された特性を示すものである。 ■・・・マイクロ波放射器、３・・・放射電極、５・・・ジャンパ、７・・・人体、９・・・外側導体、１１．１２．１３．１４１１′、１２′、１３′ １５・・・導電エレメント、２・・・誘電体基板、４・・・遮蔽電極、６・・・誘電体スペーサ、８・・・給電線、１０・・・内側導体、・・・放射電極の辺、１４’・・・遮蔽電極の辺、１６・・・ケース、７・・・キャビティ、８．１９・・・ユニオン継手、０・・・フィン、　　　　　２１・・・膜、２．２２′
・・・プロット、３・・・力線、４・・・均一な熱発生領域の境界、５・・・均一な熱発生領域、６・・・力線、７・・・導電エレメントの辺。ｒ広３ｒ広４ｔｙｐ。Ｆ広５

Claims

【特許請求の範囲】

（１）人体の一部（７）に向けられる電磁波を発生する
マイクロ波放射器（１）を有しており、放射電極（３）
及び遮蔽電極（４）が、少なくとも１つのジャンパ（５
）により電気的に相互接続されておりかつ誘電体基板（
２）の両側に配置されており、温熱治療を行うときに人
体の照射すべき部分（７）に当てられる側において前記
マイクロ波放射器（１）に配置された誘電体スペーサ（
６）であって前記マイクロ波放射器（１）から電磁波を
伝達する誘電体スペーサ（６）と、特定波長の電磁波振
動を前記マイクロ波放射器（１）に伝達する給電線（８
）とを更に有している人体の局部温熱治療器において、
前記マイクロ波放射器（１）の放射電極（３）及び遮蔽
電極（４）が矩形をなしておりかつそれらの辺（１１、
１２、１３、１４；１１′、１２′、１３′、１４′）
が互いに対をなして平行になるように前記誘電体基板（
２）上に配置されており、前記ジャンパ（５）が、前記
放射電極（３）の一辺（１２）に平行でかつ前記誘電体
基板（２）内の電磁波の四分の一波長だけ前記放射電極
（３）の反対側の辺（１１）から間隔を隔てて配置され
ており、前記ジャンパ（５）に平行な前記放射電極（３
）の辺（１１）から前記ジャンパ（５）に至る距離が、
前記誘電体基板（２）内の電磁放射線の波長の四分の一
であり、前記放射電極（３）の辺（１１）から前記遮蔽
電極（４）の任意の平行な辺（１１′、１２′）に至る
距離が、前記誘電体スペーサ（６）内の電磁放射線の波
長の０．２〜０．６倍であり、前記誘電体スペーサ（６
）の厚さが電磁放射線の波長の０．００３〜０．０３倍
であることを特徴とする人体の局部温熱治療器。
（２）前記ジャンパ（５）に平行でかつ前記誘電体基板
（２）内の電磁放射線の波長の四分の一だけ前記ジャン
パ（５）から間隔を隔てて配置されている前記放射電極
（３）の前記辺（１１）から、該辺（１１）に平行な前
記遮蔽電極（４）の各辺（１１′、１２′）に至る距離
が等しいことを特徴とする請求項１に記載の人体の局部
温熱治療器。
（３）人体（７）と前記誘電体スペーサ（６）との間に
は水冷システムが配置されており、該水冷システムの水
が充満されたキャビティ（１７）が、前記遮蔽電極（４
）の直ぐ上に配置されておりかつ前記遮蔽電極（４）の
寸法と同じ寸法を有していることを特徴とする請求項１
に記載の局部温熱治療器。