JPH03501165A - 高周波電流計及びパーソナル放射線計 - 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】 ３、請求項２記載の発明において、前記ループ（３４もしくは６４）は高抵抗率 材のシールド（３６もしくは７０）を含む発明。

４、　請求項１記載の発明において、前記ループ（３４もしくは６４）は高抵抗 率材のシールド（３６もしくは７０）を含む発明。

５゜　請求項３もしくは４記載の発明において、前記シールド（３６もしくは７ ０）は前記ループ（３４もしくは６４）周りに間隙（３８）を含むことを特徴と する発明。

６、　請求項３もしくは４記載の発明において、前記シールド（３６もしくは７ ０）は前記ループ（３４もしくは６４）周りに間隙（３８）を含み、前記シール ド（３６もしくは７０）は前記高抵抗率導体（３３，６２もしくは９２）と前記 物体（１０，３０もしくは７８）間の容量性結合を解消するように選定されてい る発明。

７、　請求項６記載の発明において、前記間隙（３８）は前記閉ループ（３４も しくは６４）に沿って全体に延在することを特徴とする発明。

８、　請求項７記載の発明において、前記シールド（３８）材の厚さに対する体 積抵抗率の比は１０００〜１．０００．０００Ωの範囲内である発明。

９、請求項６記載の発明において、前記シールド（３８）材は使用可能な感度及 び周波数応答を許す量だけ前記巻回された高抵抗率導体（３２，６２もしくは９ ２）から離されていることを特徴とする発明。

１０、請求項１，２もしくは４記載の発明において、前記ループ（３４もしくは ６４）は被検出電、流（１）の周波数の波長の３倍よりも短い周長を有すること を特徴とする発明。

１１、請求項１もしくは４記載の発明において、前記巻回導体（３２，６２もし くは９２）の終端（４２，４４）は各高抵抗率導線（４６，４８もしくは７２． ７４）を介して高インピーダンス電圧検出器（２４）に接続されており、抵抗（ ５２）が前記高抵抗率導線（４６もしくは４８）の一つに接続されていることを 特徴とする発明。

１２、請求項１１記載の発明において、前記巻回導体（３２）と前記高抵抗率導 線（４６）との間に整流器（５３）が接続されていることを特徴とする発明。

１３、動物の体（１０）内を流れる電流（１）を高周波電磁エネルギーの比吸収 率の表示として測定することにより、このような放射に曝される動物の体（１０ ）内の高周波電磁エネルギーの比吸収率を非侵害的に決定する検出器（１４，１ ５，２２，６０もしくは９０）において、前記検出器（１４，１５，２２，６０ もしくは９０）は２つの終端（４２及び４４）と各端（４２及び４４）から延在 する導線（４６，４８もしくは７２．７４）を有する導電体材のらせん状コイル （３２，６２もしくは９２）を含む電流検出器手段（１４，，１５，２２，６０ もしくは９０）と、前記電流検出器手段（１４，１５゜２２．６０及び９０）を 収納して体（１０）の一部の周りに付着され、前記２つの終端（４２及び４４） が互いに実質的に並置されて前記体（１０）部分の周りに閉ループコイル（４２ 及び４４）を形成する可撓性手段（３４もしくは６４）と、前記導線（４６，４ ８もしくは７２．７４）に接続され前記体（１０）中を流れる電流（１）により 前記コイル（４２及び４４）内に誘起される電圧を検出する手段（２４）を特徴 とする検出器。

Ｉ４．　請求項１３記載の発明において、前記コイル（３４，６４）導体材は高 抵抗率材であることを特徴とする発明。

１５、請求項１４記載の発明において、前記コイル（３４，６４）はその周りに シールド（３６）を含み、前記シールド（３６）材の厚さに対する体積抵抗率の 比は１０００〜１，０００，０００の範囲内であることを特徴とする発明。

１６、請求項１３．１４もしくは１５記載の発明において、前記コイル（３４， ６４）は非強磁性コアを有することを特徴とする発明。

１７、請求項１６記載の発明において、前記コイル（３４，６４）ターンはコイ ル（３４，６４）断面積に対するターンスペースの比を一定値に維持するように 離されていることを特徴とする発明。

＋８．　請求項１３．１４もしくは１５記載の発明において、前記コイル（３４ ，６４）はその周りに高抵抗率シールド（３６）を有することを特徴とする発明 。

１９、請求項１８記載の発明において、前記シールド（３６）は前記閉ループ全 体に沿って延在する間隙（３８）を有することを特徴とする発明。

２０、請求項１９記載の発明において、前記シールド（３６）材は前記コイル（ ３４，６４）から離されていることを特徴とする発明。

２１、請求項１８記載の発明において、前記ループは前記放射の前記周波数の波 長の３倍よりも短い周長を有することを特徴とする発明。

２２、請求項１３．１４もしくは１５記載の発明において、前記コイルの前記終 端（４２及び４４）は各高抵抗率導線（４６，４８もしくは７２．７４）を介し て電流検出器（２４）に接続されており、前記各高抵抗導線（４６，４８もしく は７２．７４）間に分路抵抗（５２）が接続されていることを特徴とする発明。

２３、請求項２２記載の発明において、前記電流検出器（２４）は高インピーダ ンスを有することを特徴とする発明。

２４゜　電磁エネルギーを加えられている動物の体（１０）内の異常加熱を検出 する方法において、前記電磁エネルギーをあまり乱さない電流検出プローブ（１ ４，１５）を前記体（１０）の少くとも一部の周りに配置し、前記プローブ（１ ４，１５）を監視しである閾値を越える前記プローブ（１４，１５）内の誘起電 圧を異常加熱の表示として示し、前記表示に応答して前記エネルギー印加に影響 を及ぼして前記異常加熱を低減するステップを特徴とする異常加熱検出方法。

２５、請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステップは前記体（１ ０）の位置を変えることを含む異常加熱検出方法。

２６、　請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステップは前記エネ ルギーの周波数を変えることを含む異常加熱検出方法。

２７、請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステップは前記エネル ギーの印加点を移動させることを含む異常加熱検出方法。

２８、請求項２５．２６もしくは２７記載の方法において、前記プローブを配置 するステップは前記部分（１０）を高抵抗率コイル（３２，６２もしくは９２） で包囲することを含み、前記監視ステップは前記コイル（３２，６２もしくは９ ２）内に誘起される電圧を読み取ることを含む異常加熱検出方法。

２９、請求項２５．２６もしくは２７記載の発明において、前記プローブを配置 するステップは前記体（１０）上の多数の位置にプローブ（１４，１５）を配置 することを含む異常加熱検出方法。

明　細　書 高周波電流計及びパーソナル放射線計 本発明は導体内の高周波電流を検出する装置、より詳細には導体の周りに配置さ れ高周波電流により生じる磁界を使用して周囲の電界や磁界を乱すことなく電流 を測定する装置に関する。

人間を電磁エネルギーに晒す結果生じる危険に関する関心が高まっている。無線 及びテレビ局、レーダー送信機、電子レンジ及び通信装置を含む多くの電磁放射 器が人間を非イオン化放射に晒すことに寄与している。さらに、産業労働者が無 線周波数ヒートシーラーや誘導加熱器等の装置からの電磁界に晒されることがあ る。送電線に使用する超高圧線の電磁界に晒されることも一般的となっている。

職業安全健康協会（ＮＩＯ３ｉ（）及び米国標準協会（ＡＮＳＩ）は安全基準を 定める試みを行なっている。

非イオン化電磁エネルギーの生物学的影響を調べるために動物モデル実験や理論 分析に相当の努力がなされている。この仕事の重要な部分は、さまざまな状況下 で吸収されるエネルギー量を決定する線量計測である。イオン化放射と違って、 吸収放射線量は単に入射磁束に関連するだけではないため、非イオン化電磁エネ ルギーの線量計測はイオン化放射の場合よりも遥かに困難である。

電磁エネルギーの吸収は、放射の周波数、分極及び他の性質だけでなく、人体の 寸法、構成及び姿勢にも依存する。一般的に、電界と磁界の関係が簡単ではなく 、放射源を正確に特徴ずけるのが困難な返電磁界状況の元で最も強烈な曝射が生 じる。

イオン化放射に一般的に使用されている装置に対応する電磁エネルギーの非侵害 型パーソナル放射線計に対する強いニーズがあるが、これまでのところ適切な非 侵害型装置は示唆されていない。電磁エネルギーの線量計測は、コンピュータシ ミュレーションだけでなく、実験室動物及び人間モデル内の温度や電磁界の侵害 型測定に制限されていた。人体外部の電磁界は入射及び分散波が重畳されており 、従って、人体近くで行われる測定は一般的に外部電磁界や入射波を正確に特徴 ずけることはできない。このため、一般的に非侵害型測定では吸収線量の有意予 想を行うことは不可能であった。

とりわけ、癌の放射線量計測や高熱治療等で、電磁エネルギーを治療に使用する 場合に患者が受ける放射線量を計量する装置に対する相当のニーズがある。高熱 治療は癌の補助治療としてかなり嘱望されているが、所要の精度で深部の腫瘍を 治療するのは困難である。治療しようとする領域外にエネルギーが沈着すること により高熱治療ではかなりの異常加熱が生じることが、コンピュータシミュレー ション及び臨床観察により示唆されている。

現在のところいくつかの開腔もしくは間質位置における温度を監視できるにすぎ ず、医師は治療中に患者の痛みの訴えに頼らざるを得ない。しかしながら、人体 の各部内位置の加熱は鈍い圧迫として知覚されることが多く、従って、患者の訴 えを解釈するのが難しく、シかも著しいダメージが生じることがある。

アンペアの法則によれば、閉路周りの磁界強度の線積分は、閉路領域中を通る総 電流に等しい。

断面積Ａ及び透磁率μを有する強磁性コアを形成して長さしの閉ループを作るこ とができる。コアの透磁率が高ければ、ループの任意の部分におけるコア内の磁 束は、次式に従って、ループにより囲まれる開口中を通る電流に関連する。

Φ＝μ　ＡＩ／Ｌ　（２） ループ上の任意の位置においてコア周りにＮターンからなるコイルを巻回するこ とができ、コイル上に誘起される電位は次式で与えられる。

Ｖ＝−ｊｖμＮＡ　Ｉ／Ｌ　（３） ここに、ｅｉｎｌは時間依存性とする。

（３）式はコイル両端間で測定される電位Ｖからの電流Ｉを決定するのに使用す ることができる。この原理はクランプオン電流計器において長年使用されている 。これらの装置により、断路したりサービスを中断することな電力回路内の交流 電流を測定することができる。別々のメーター、オツシロスコープもしくは他の 測定計器で使用するトランスジューサとして働く電流プローブも市販されている 。これらのプローブは開いて導体周りに配置されるクランプオン型か、もしくは 中央開口中に導体を通す必要のある固定構造型である。

現在のところ、電磁エネルギーの非侵害型線量計として使用できる装置はない。

従来の研究において、人体外部の電磁界が測定されたが、これらの測定は内部電 磁界を予測するのに適切ではないことが判った。他の研究により、人体付近に配 置された電界プローブは、プローブと人体間の距離を含む多数の要因に強く依存 する応答をすることが判った。例えば、Ｉ　ＥＥＥマイクロウェーブ理論及び技 術）・ランザクジョン第ＭＴＴ３３巻、第４４７〜４５２頁（１９８５年６月） 、ミスラ等の論文“人体の臨床モデル付近の電界プローブの応答”を参照された い。これらの研究により、人体外部で行われる簡単な電界測定は線量測定にとっ てほとんどもしくは全く値うちのないことが判った。

ユタ州、ツルトレークシティのＢＳＤメディカル社製ＢＳＤ環状位相アレイを使 用して高熱を誘起する際、非侵害型電界プローブを使用して、人体表面付近、特 にアプリケータ付近のいくつかの位置における軸方向電界を測定することを勧め る人もいる。これらのプローブによる測定値はアプリケータの調整に使用され、 このような測定が人体内部の電界に関連するものと推測される。環状位相アレイ は測定が行われる位置において主として軸方位の電界を発生するため、境界関係 により人体のすぐ内側の電界強度は表面付近で測定される強度にほぼ等しいこと が示唆される。しかしながら、このような測定は人体の断面上の全（軸方向）電 流分布を正確に反映せず、むしろ表面付近の電流に制限される。

異質誘電体の近似像を得るのにアクティブマイクロウェーブイメージング法も使 用されている。例えば、ＴＥＥＥアンテナ及び伝播トランザクション第ＡＰ−３ ３巻、第４１６〜４２５頁（１９８５年４月）のビコット等の論文“異質体のア クティブマイクロウェーブイメージングを参照されたい。関連する方法を使用し て非侵害型測定により人体内の電流分布を決定することができる。モーメント法 計算に基ずく他の手順も人体の非侵害型測定に使用できるものと考へられ、算術 モデルの結果によりこれらを使用してエネルギー分布の比吸収率（ＳＡＲ）を決 定できることが示唆された。これらの各方法が極めて複雑であり、特定用途プロ ーブによる正確な測定に基いた計算を必要とする。これらは、今のところパーソ ナル線量計として使用するのに適さぬように見える。

特許文献において、他の人達はさまざまな技術を使用して放射と人体間の相互作 用を計測しようとしている。

例えば、リチャードソンの米国特許第３，６３９．８４１号では、人体付近の電 界強度を測定する回路が設けられている。しかしながら、これらの測定は人体内 に誘起される電流を予測するのに適していない。放射測定に関する他の特許には 、赤外放射の検出に光電池を使用しているケル等の米国特許第３，２７７．３０ ０号、イオン化放射の検出にガイガーミューラー管を使用しているエリクソンの 米国特許第３．８７８．４９６号、及び局限領域上を通過する赤外線の中断を検 出することにより患者の活動を監視するウィリアムス　ジュニア等の米国特許第 ４，１９６．４２５号が含まれる。放射検出に関する他の特許には、電子レンジ や他のマイクロウェーブ源からのマイクロウェーブ放射の存在を示すのに使用す るハンドベルト受信機及びアンテナに関するラインデルの米国特許第４．１９９ ．７１．６号、紫外線放射の検出に太陽電池を使用しているツレンコ等の米国特 許第４，２２９．７３３号、及び電子レンジや他のマイクロウェーブ装置から発 生されるマイクロウェーブエネルギーの検出に適した装置を記述しているニュー マンの米国特許第４．３３８．５９５号が含まれる。特に後の３件の特許は、減 衰誘電体である人体等の物体により吸収されるエネルギー量の測定には全く用を なさない。

電流を運ぶ物体の周りの磁界を測定して電流を決定できることも良く知られてい る。磁界測定に基いて電流を決定する装置で良く知られている例として、導体周 りに配置するようにされている鉄心を代表的に含むクランプオン電流計が含まれ る。導体周りの磁界は次にクランプオン電流計の磁心を通り、コア周りの便利な 位置に巻線を配置することにより検出することができる。この技術を示す特許文 献には、ゴッドシャルク等の米国特許第２゜８０２．１８２号、ブツセンの第３ ．９８４．７９８号、シュバイツアーの第４，４５６．８７３号及びハレイの米 国特許第３，３２３．０５６号が含まれる。

後記するように、導体中の高周波電流を測定する時には、比抵抗率の高い非強磁 性コアを使用するのが好ましく、空気はこのようなコアの優れた例である。従来 の多くの特徴が、さまざまな目的に、空気コアを含む非磁性コアの使用を検討し ている。これには、フエチャントの米国特許第３．４３４．０５２号、ショーの 第３，６５２．９３５号、ボールドリッジの第４，３４８．６３８号、ヨークの 第４．５８１．５９８号、及びハインリツヒ等の第４，６２１，２３１号が含ま れる。しかしながら、低抵抗コイルにより周囲磁界を乱すため、前記特許に記載 された構造のいずれも動物の体等の導体中を流れる電流を測定するのに満足では ない。

本発明の一局面に従って、物体中を流れる高周波電流を検出する電流検出器が提 供される。検出器は実質的に閉ループのコア周りに多数回巻回され、被測定物体 の対応する寸法よりも大きい開口を有するループを有する導体を含んでいる。検 出器は導体が非抵抗率の高い材料であり、コアが非強磁性であり、コア断面積に 対するターンスペース比がループに沿った任意所与の点において一定であること を特徴としている。

本発明のもう一つの局面に従って、動物の体中を流れる電流を比吸収率の表示と して測定することにより、高周波電磁エネルギーを放射される動物の体中の高周 波電磁エネルギーの比吸収率を非侵害的に決定する検出器が提供される。検出器 は２つの終端と各端から延在する導線を有する導電材のらせん状コイルを含む電 流検出器手段と、電流検出器手段を収容し体の一部の周りに取りつけて２つの終 端が互いに実質的に並置されて体部分の周りに閉ループコイルを形成するように する可撓性手段と、導線に接続され体中を流れる電流によりコイル内に誘起され る電圧を検出する手段を特徴としている。

本発明のもう一つの局面に従って、電磁エネルギーを加えられている動物の体内 の異常加熱を検出する方法が提供される。この方法は、少くとも体の一部分周り の電磁エネルギーを乱さずに電流検出プローブを配置し、プローブを監視しであ る閾値を越えるプローブ内の誘起電圧を異常加熱の表示として示し、表示に応答 して異常加熱を低減するようにエネルギー印加に影響を与えるステップを特徴と している。

次の図面を参照として、本発明の一実施例についてこれから説明し、ここで、 第１図は癌の高熱治療を受けている患者を示し、第２図は第１図に示す患者に流 れる電流を測定するのに有用なパーソナル放射線計装置を示し、第２Ａ図は第２ 図の２Ａ−２Ａ線に沿った断面であり、第３図は本発明のパーソナル放射線計の 別の実施例を示し、 第４図は、第３図に示す、パーソナル放射線計を物体の周りに取りつけてその中 を流れる高周波電流を測定する一般的方法を示し、 第５図は本発明のパーソナル放射線計装置のさらにもう一つの実施例を示す。

前記したように、コア周りに巻線を有する磁性コア導体を包囲することにより、 導体中を流れる電流を測定できることが永い間知られている。また、強磁性コア を使用することなく非侵害型測定により電流を決定することもできる。断面積が Ａの均一間隔で巻回されたＮターンソレノイド巻線を長さしの閉ループに形成す ることができる。（誘磁率がμ０である）空気等の非強磁性コアの周りにコイル を形成すると、コイルに沿った任意の点におけるコア内の磁束は次式で与えられ る。

このコイル内に誘起される電位は次のようになる。

アンペアの法則を使用すれば、電位は次のようになる。

Ｖ＝−ｉｔｔｌｏＮＡ　Ｉ／Ｌ　（６）（６）式はコイル両端間電位Ｖから生じ る電流１を決定するのに使用することができる。この手順と（３）式に関して前 記した手順との違いは強磁性コアを必要としない点である。しかしながら、ター ン間の電線間隔とコアの断面１領域との比は、（６）式を使用する場合コイル長 にわたって一定でなければならない。従来のクランプオン電流計器は強磁性コア 及び低抵抗巻線を使用しており、従って周囲の電磁界が乱された。外部電磁界に より物体内に誘起される電流を測定する場合には、電磁界の乱れにより被測定電 流が影響を受け、不正確な結果を生じる。

本発明において、高抵抗巻線と共に非強磁性コアを使用すれば周囲の電磁界は乱 されず、従って、本発明は電磁界により誘起される電流を測定するのに有用なも のとなる。

関心のある電磁界は時間に依存するため、（３）式や（６）式に基いたパーソナ ル放射線計装置は、導体電流だけでなく変位電流にも応答しなければならない。

従って、装置の開口に体や他の物体が挿入されなくても、周囲環境による読取値 が存在する。体や他の物体が存在し且つ電磁界が軸方向に分極されていると、開 口内の変位電流によりかなりのエラーを生じることなくコイルと体との間で開口 内にかなりのスペースが存在することがある。

体の内側と外側の電界強度の大きさは匹敵できる程度であり、且つ筋肉と含水量 の高い体の他の組織との相対誘電率は大きいため、体内の電流密度は空中の変位 電流密度よりも遥かに大きい。さらに、体の組織の相対誘磁率の虚数成分が支配 的であるため、電流の測定値は組織内に沈着されるエネルギーに直接関連する。

この部分で生じる両方の誘導において、低周波数近似が暗示されている。ループ （Ｌ）の長さが収容された媒体内の波長よりも遥かに小さくはない場合には、コ イルへの伝播中に遅延された時間と減衰を修正する必要がある。これらの効果に より、コイルからの出力が減少する。

断面積にわたって一定と考へられる軸方向電流を有する円筒状筋肉を包囲するト ロイドの出力の伝播効果を示す計算値を第１表に示す。

第　■　表 （６）式のコイル出力の特定偏差に対する筋肉円筒の半径（ａｎ　） １　１０　２７．１２　５０　８０　１５［１（周波数ＭＩＬ！　）％ −１０２４７５３２１，５ −３０−２３１４１０８５（半径ａｎ）−５０・・　−２８２０１４９ ＡＭ放送に使用される周波数（およそＩＭｔｌｘ）において、（６）式からの値 は人体の態位の半径（２Ｊａｎ）を有する円筒に対して誤差は１０％以下である 。ＲＦヒートシーラ及び他の市販装置で一般的に使用される２７，１２ＭＨ＋に おいて、電位の半径（９ａｎ）を有する円筒では誤差が２０％以下となる。高熱 治療に使用する高周波数（＞８０ＭＨりにおいて、首や手足程の半径を有する円 筒では誤差がおよそ３０％となる。

骨及び脂肪の減衰は実質的に筋肉の減衰よりも小さいため、人体の測定の方が同 じ断面の筋肉円筒よりも誤差が小さいと思われる。（６）式の精度を制限する伝 播効果により、組織内の電磁エネルギーの沈着深さも制限される。このため、（ ６）式によりかなりの誤差が見られる状態は、電磁エネルギーにより有意加熱が 生じそうもない状態である。

米国標準協会（ＡＮＳＩ）は、人間の曝射に対して、入射電界（ｒｍｓ）を次の ように制限するよう催告している。

Ｆ＝０．３ＭＨＩから３．０ＭＨｘの周波数に対してＥ＝６３２Ｖ／ｍ Ｆ＝３．ＯＭ！（！から３ＱＭｔｌ！に対してＥ＝１８９７／Ｆ　Ｖ／ｍ Ｆ＝３０ＭＴｏから３００　Ｈ！に対してＥ＝６１．４Ｖ／ω ＡＮＳＩ委員会は、コンピュータシミュレーションのみならず、実験室動物及び 人間のモデルによる実験結果を使用して入射電界に対するこれらの制限を決定し た。

３ＭＨＩよりも高い周波数に対する２つの表現は吸収の周波数依存性を採捕して 、さまざまな曝射状況における身体の全エネルギー吸収率が選択限界を越えない ように立案されている。３Ｍ）ｌ！よりも低い周波数では、限界は主として電撃 ややけどの危険を考慮して設定された。

さまざまな曝射状況が考へられるため、ＡＮＳＩが催告する制限は場合によって は過剰保護となったり、もつと厳しい方が良い場合もある。曝射状況がはっきり しないため、ＡＮＳＩ委員会はエネルギー沈着のピーク率（比吸収率、ＳＡＲ， Ｗ／’単位体積）は任意の１ｇの身体組織に対して８Ｗ／ｋｇを越えてはならな いという付加催告を行う必要が生じた。現在入手できる装置は後の催告の施行に 対して侵害型測定を使用する必要がある。

ＡＮＳＩ委員会は０．　３Ｍ）ｌ！よりも低い周波数に対してはまだ催告を行っ ていないが、低周波における電撃ややけどの危険性はＳＡＲではなく電流に直接 関連している。本発明は測定パラメータが電流であるため、これら低周波で使用 するのに特に適している。本発明のも・）一つの考えられる応用は電撃強度を計 量するために、電力会社の作業員の作業着に付１プるベルトの一部として製作す ることができるパーソナル放射線計である。゛レツツゴー”電流値が電力線周波 数で使用する安全基準として指定されている。ＳＡＲ値は電流の非侵害型測定及 び組織の誘電特性に対する発行値から計算することができる。

ビークＳＡＲのＡＮＳ　Ｘ催告限界は、局部値をこのよう近似すれば実施するこ とができる。

次に第１図を参照として、人間１０が高周波アプリケータ装置１２等からの電磁 エネルギーに曝射されると、人体により吸収されるエネルギーは電界ベクトルが 人体の長さに平行である場合に最大となることが、モデル実験及びコンビニ〜・ タジミュレーションにより判明Ｌ、これはＥ分極として知られている。マネキン 及びコンピュータシミュレーションにより、Ｅ分極では一つの位置の電流が他の 位置の電流と関連し７ているような電流Ｉが体内を垂直に流れる。本発明の放射 線計１４は脚や足首等の簡便な位置における電流Ｉを決定するのに使用すること ができる。腹部等の、治療を受ける人間１０の領域の周りに大型放射線計１５を 取りつけることもできる。組織の誘電特性に関する発行値をこれらの測定値と共 に使用して、人体の他の部分だけでなく、治療領域内の近似ＳＡＲを決定するこ とができる。

コンピュータシミュｌノージョン及びモデル実験により、塊状位相アＬノイやら せんコイル等の、Ｅ分極を生じるアプリケータ１２の方が他の分極を生じるアプ リケータよりも深部腫瘍の治療に適切であることが判った。コンピュータシミュ レーションにより異常加熱はＥ分極の場合に最も厳しいことが示唆された。第１ 図に示すように、環状位相アレイアプリケータ１２を腹部加熱に使用する場合、 灯の局部ＳＡＲが腹部の２倍にもなることが人間モデルを使用した実験により判 明した。らせんコイルアプリケータによる実験により、有意の異常加熱も観察さ れた。

現在のところ、臨床医は異常加熱の非侵害測定を行う手段を持っていない。本発 明の放射線計１４は方位もしくは他の循環電流に感応しないため、身体のさまざ まな部分を縦方向に流れる電流ｌを決定するのに有効に使用することができる。

高熱治療中の異常加熱は一般的にさまざまな狭い身体領域（例えば、首、腕及び 脚）内の軸方向電流によるものであるため、放射線計１４はこのような異常加熱 を示す道具として有用である。

ある産業労働者はその義務の一部として危険な電磁界に繰返し曝されることがあ る。第１図の放射線計１４等のパーソナル放射線計は曝射の結果誘起される電流 を決定して記憶するのに使用することができる。後に、記憶値を検索してその労 働者の体中のＳＡＲを近似するのに使用する。近似ＳＡＲが閾値を越えると、修 正動作が必要となる。脚や足首に対して決定されたＳ　Ａ　Ｒの局部値は特に興 味があり、それはピーク値がこれらの領域で生じることが多いためである。また 、身体の異なる部分をいくつかのパーソナル放射線計装置１４を使用することも できる。

本発明の原理は市販のクランプオン交流電流計及び電流プローブに使用されてい るものと関連している。しかしながら、これらの計器は線量計測には使用されて おらず、それらは本発明を適切に実施Ｖるのに重要ないくつかの条件を満さない かのように見える。本発明と市販装置との最も重要な違いは、市販装置が全て被 測定電流を誘起する電磁界を乱し、従って得られる任意の読取値が不正確となる ことである。本発明と従来技術とのもう一つの違いは、本発明によりかなり大き な開口が得られ、装置により電線だけでなく身体の胸部や他の位置を包囲できる ことである。さらに、特に高周波数において、従来のクランプオン電流計の巻線 に必要な大きなサイズにより装置の自己共振からの問題が大きくなる。これらの 問題はローディングのＱを低減することにより放射線計１４．１５では克服され た。もう一つの違いは既存のクランプオン電流計は強磁性コアを必要とし、それ は飽和及び誘磁率の周波数依存による誤差を避けるだけでなく、放射線計の重量 を低減するためにも避けなければならない。強磁性コアの使用はさらに、大きな 相対誘磁率による付加利得が望まれる低周波においても制限される。電力会社作 業員の電撃危険モニター等の応用においても、放射線計装置は軽重量とし９、不 快感なしに身体周りに紹み込んで容易に取りつけられるように柔軟で可調整とし なければならない。

次に第２図を参照として、トランスジューサ２２及び検出器２４を含むパーソナ ル放射線計２０を示し、それは第１図に示す電流Ｉを測定することができる。検 出器２４　ｉｔ任意の従来の高インピーダンス電圧検出器とすることができ、任 意のデジタル読取もしくは記憶装置がそ取りついていることが望ましい。トラン スジューサ２２は物体３０が通される中央開口２８を包囲するコイル２６を含ん でいる。物体３０はその中を電流が通る手足や他の導体とすることができる。

コイル２６は空気コア３４等の非強磁性材の周りに高抵抗導体３２を巻回して形 成される。空気コア３４の透磁率は低いため、コイル２６の各点における導体３ ２の隣接ターン間のターンスペースと、その点における、空気コア３４の断面積 との比は一定でなければならない。

望ましくは、ターンスペースと断面積とこの一定比はコイル２６の全長にわたっ て維持される。その理由は、開口２８内の任意の位置において等感度することで ある。

すなわち、物体３０を開口２８内の任意の位置に配置して、同じ結果を得ること ができる。強磁性コアを使用する場合には、強磁性コア内の全ての点において電 磁束が維持されるため、ターンスペースと断面積との一定比条件は必要ではない 。

コア３４は、空気のような、低誘磁率を有し、通常シアチルミー及び高熱治療に 関連して誘起される高周波電流を測定して、誘起電磁界を乱さぬようにしなけれ ばならない。空気、もしくは他の可撓性低透磁率材の、コアはさらにコル２６が 可撓性で導体３０周りに非円型状に当てがうことかできるという利点を有しいて る。例えば、第１図の人間１０が試験台上に配置され且つ第１図のパーソナル放 射線計１４が第２図の放射線計２０と対応する場合には、放射線計２０は人間の 足首領域層りに配置される。この位置において、コイル２６は円型よりもむしろ 長円型となる。コイル２６の長さを、患者ごとに実質的に変動する、足首や他の 測定位置周りの周長よりも大きくすることができるため、これは特に有利である 。

高抵抗率導体３２は、体積抵抗率と導体厚及び径との比が１．０００Ω〜１，０ ００．０００Ω、好ましくはおよそ１００，０００Ωとなるような体積抵抗率を 持たなけばならない。導体３２の材料は、例えば、カーボンロードテフロンもし くは導電性ゴム材とすることができる。高抵抗率導体３２を使用する目的は、そ の領域内にある任意既存の電界の乱れを防止もしくは禁止することである。理想 的には、空気コア３４上の巻線３２は開口２８内の導体３０からの磁界にしか応 答しない。この磁界は導体３０中を流れる電流■により発生され、前記したよう に、アプリケータ１２からのＳＡＲに関連している。導体３２により形成される 巻線の高抵抗率により、電流誘起電磁界の乱れによる偽読取りも防止される。

トランスジューサ２２と物体３０間の容量性結合を防止するために、コイル２６ 周りに高抵抗率材の静電シールド３６が巻かれる。シールド３６内の間隙３８は コイル２６の閉ループに沿って全体に延在している。間隙３８の目的はシールド を介した磁気結合のみを行うようにすることである。それは、ＩＩ！ｌｌｌ１幅 とすることができる。

シールド３６はカーボンロードテフロン材や導電性ラバー材製とすることができ る。シールド３６材の厚さに対する体積抵抗率の比は理想的には１００．０００ Ωでなければならないが、１，０００Ω〜１，０００，０００Ωの範囲とするこ とができる。シールド３６の存在及び、前記した、ターンスペースと断面積との 一定比により物体３０はコイル２６の開口２８内の任意の点に配置して、しかも 実質的に同じ読取値を得ることができる。

シールド３６を適切に作動させるために、シールド３６の内面とコイル２６を形 成する導体３２の外面との間にスペース４０を残す。スペース４０はコイル２６ の自己容量を低減して、装置２２の感度と周波数応答を高めるために必要である 。２〜３■の距離をスペース４０に使用することができる。

物体３０に電流が流れると、コイル２６のコア３４内に含まれる物体３０周りに 磁界が生じる。コア３４内のこの磁界によりコイル２６の各ターンに電圧が誘起 される。次に、高インピーダンス電圧検出器２４により測定される、コイル２６ を形成する高抵抗率導体３２の両端４２．４４間の全電圧により物体３０を流れ る電流が示される。コイル２６のターン間に均一なスペースを維持するために、 コイル２６の両端４２．４４は互いに実質的に隣接配置し、正規のターンスペー スに等しいスペースによって分離しなければならない。このスペーシングは、前 記したように、コイル断面積に対するターンスペースの比が一定でないことによ る誤差を最少とするために必要である。しかしながら、コイル２６の残り全体に ついて断面積に対するターンスペースの比を一定に維持するように注意すれば、 両端４２．４４の接合点にある誤差が許容される。

高抵抗率導体３２の両端４２．４４から延在する導線は、シールド５０内に収容 された、高抵抗導線４６゜４８により高インピーダンス電圧検出器２４へ接続さ れる。導線４６．４８を、カーボンロードテフロンもしくは導電性ゴム等の、高 抵抗率材で形成し、且つ同様な高抵抗率シールド５０を設ければ、周囲電磁界の 乱れは最少限に維持される。

装置２２は、コイル２６の巻線によるインダクタンス、コイル２６とシールド３ ６の結合による容量、コイル２６の自己容量及び導体３２の抵抗を含み、ＲＬＣ 共振回路を生成する。この共振回路による装置２２の感度は、クォリティファク ター（Ｑ）が１０以下に低減されない限り、周波数に強く依存する。Ｑの低減は 、１０００Ωとすることができる。抵抗器５２をコイル２６と並列に付加して行 うことができる。また、代表的に１０Ωの抵抗器をコイル２６と並列に付加する ことができる。ある応用において、好ましく使用される、導体３２の高抵抗率材 により、付加抵抗器を使用することなく安定動作を行うのに充分なだけＱを低減 することができる。しかしながら、ある応用では、Ｑをさらに低減する必要があ り、抵抗器５２等の抵抗器が必要とされる。

高抵抗導線４６．４８及び（長い導線に対してはＩＭＨ＋より高く、短い導線に 対してＩＯＭＨ！よりも高い）高周波数を使用すると、導線４６．４８内の無線 周波数減衰により極端に敏感な検出器２４を必要とする。この減衰を低減するた めに、ダイオード５３を付加してコイル２６の出力電圧を整流することができる 。外部回路容量が平滑コンデンサとして働き、遥かに減衰の少い直流電圧を導線 ４６．４８を介して検出器２４に与える。放射源を変調し且つ検出器２４にフィ ルターを付加することができれば、信号対ノイズ比を改善することができる。

次に、第３図及び第４図を参照として、ベルト放射線計６０を示し、第２図に関 して詳記した構造は、人間の足首や肘等の、物体層りに固定して第１図型環境で 使用するかもしくは潜在的に危険度の高い電磁エネルギ環境で働く人間によりパ ーソナル放射線計として使用されるベルト構成として製作される。ベルト放射線 計６０装置は、そこを流れる電流を測定しようとする他の任意の導体周りに固定 することもできる。

ベルト放射線計６０は第２図に関して前記したように空気コア６０を包囲する高 抵抗率コイル６２を含んでいる。放射線計６０の一端からはベルクロ等の、フッ ク及びループ型ファスナーのフック側等の、コネクターの一部６６が延在してい る。コネクターの他の部分６８はコイル６２の反対端上に破線で示され、フック 及びループ型ファスナーのループ部とすることができる。コネクタ一部６８はコ イル６２を包囲するシールド材７０上に配置することができ、２つのコイル６２ 端を締着して閉コイル６２を形成する時にコネクタ一部６６と嵌合される。

コイル６２の各端からは導線７２．７４が延在しており、それらはコネクタ一部 ６６をファスナ一部６８に付着する時に導線シールド７６に沿って挿入されるよ うにされている。部分６６を部分６８に付着する時に、放射線計６０を形成する 組立てられた閉ループにシールド７６を取りつける（図示せぬ）手段を含むこと ができる。

コネクター６６．６８の２つの部分は、部分６６が部分６８と付着する時に、導 線７２と７４はコイル６２を形成するターン間と同じスペースだけ互いに離され るように配置しなｊＪればならない。コイル６２を導体周りに閉ループを形成す るように充分可撓性とするために、シールド７０は導電性ゴム等の可撓材としな ければならない。

次に第４図を参照として、ベルト放射線計６０を物体７８周りに付着する方法を 示す。物体７８は放射線計６０のコイル６２により形成される開口８０内の中心 に配置する必要はない。さらに、開口８０は円型状とする必要もない。前記した ように、高抵抗率導線及びシールディングを使用すれば、開口８０内の導体７８ の正確な位置は重要ではない。しかしながら、コイル６２長もしくは第２図及び 第３図に示すように接続した場合のその周長は、被測定周波数の波長の３倍より も短くしなければならない。理想的には、コイル６２の周長は被測定周波数の波 長よりも短くなければならないが、波長周波数の３倍までは許容可能誤差で使用 することが実験により判明した。

次に第５図を参照として、本発明の原理に従って作動するクランプオン電流計９ ０を示す。電流計９０はコイル９２及びコイル９２の両端９８，１００から後方 へ延在する一対の導線９４．９６を含んでいる。導線９４゜９６の出口点がコイ ル９２の隣接ターン間距離と実質的に同じ量だけ互いに離されるように、両端９ ８．１００を離さなければならない。導線９２．９４はコイル９２の可撓性シー ルド９９付近へ埋設し主ハンドル１０２中を延在し、そこから出て第２図に示す 高インピーダンス電圧検出器２４等の検出器へ接続される。第２のハンドル１０ ４も設けられ、主ハンドル１０２から角方向に離されている。ハンドル１０４が ハンドル１０２に向って回転すると、コイル９２の両端９８，１００は破線で示 す、ように離され、被試験導体をコイル９２により画定される開口１０６内へ挿 入することができる。ハンドル１０４を解除すると、コイル９２のスプリング張 力により放射線計９２は第５図に実線で示す構成に再位置決めされる。ハンドル １０２．１０４間に付加スプリングを配置してクランプオン電流計９０の閉成を 助けることができる。

再び第１図を参照として、第２図〜第５図に関して記載した任意の放射線計を使 用して、患者１０の胸中を流れる電流Ｉを測定することができる。患者１０の胸 中を流れる電流Ｉはアプリケータ１２からのエネルギーにより生じる異常加熱を 示すものと考えることができる。この異常加熱の発生を決定するために、人間の 四肢に沿ったさまざまな位置に放射線計１４が配置される。第１図に示すように 、放射線計１４は人間１０の足首用りに配置される。他の類似の放射線計を人間 １０の脚、腕もしくは首に沿った他の場所へ配置して異常加熱を監視することが できる。

検出器２４による高電流読取りから異常加熱が発見されると、医師もしくは技師 は手足の位置を調整したり、アプリケータ１２からのエネルギーの周波数を変え たり、アプリケータ１２エネルギーの焦点を変えることかできる。多数の放射線 計を使用するのではなく、第５図に示すクランプオン放射線計９０を各手足に沿 って移動させて異常加熱を監視することができる。

放射線計１５は第３図に示すベルト型装置、もしくはアプリケータ１２自体の一 部として人間の腹部周りに配置される。放射線計１５は異常加熱を監視するので はなく、被治療領域内のＳＡＲを監視するようにされている。

検出器２４の読取値が低すぎる場合には、不充分なエネルギーしか加えられてい ないかもしくはアプリケータ１２が適切に焦点合せされていないことを示す。放 射線計の読取値が高すぎる場合には、アプリケータ１２により加えられるエネル ギーを低減しなければならない。

手続補正間 平成１年８月Ｚ日

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．物体（１０，３０もしくは７８）中を流れる高周波電流（Ｉ）を検出する電 流検出器（１４，１５，２２，６０もしくは９０）において、前記検出器（１４ ，１５，２２，６０もしくは９０）は実質的に閉ループコア（３４もしくは６４ ）の周りに多数のターンで巻回された導体（３２，６２もしくは９２）を含み、 前記ループ（３４もしくは６４）は前記被測定物体（１０，３０もしくは７８） の対応する寸法よりも大きい開口（２８，８０もしくは１０６）を有し、前記導 体（３２，６２もしくは９２）が高抵抗部材であり、前記コア（３４もしくは６ ４）が非強磁性であり、前記コア（３４もしくは６４）断面積に対する前記導体 （３２，６２もしくは９２）ターンスペースの比が前記ループ（３４もしくは６ ４）に沿った任意所与の点において一定であることを特徴とする電流検出器。
2. ２．請求項１記載の発明において、前記巻回導体（３２，６２もしくは９２）の 終端（４２，４４）は第２の高抵抗導体（４６，４８もしくは７２，７４）を介 して電圧検出器（２４）に接続されていることを特徴とする発明。
3. ３．請求項２記載の発明において、前記ループ（３４もしくは６４）は高抵抗率 材のシールド（３６もしくは７０）を含む発明。
4. ４．請求項１記載の発明において、前記ループ（３４もしくは６４）は高抵抗率 材のシールド（３６もしくは７０）を含む発明。
5. ５．請求項３もしくは４記載の発明において、前記シールド（３６もしくは７０ ）は前記ループ（３４もしくは６４）周りに間隙（３８）を含むことを特徴とす る発明。
6. ６．請求項３もしくは４記載の発明において、前記シールド（３６もしくは７０ ）は前記ループ（３４もしくは６４）周りに間隙（３８）を含み、前記シールド （３６もしくは７０）は前記高抵抗率導体（３３，６２もしくは９２）と前記物 体（１０，３０もしくは７８）間の容量性結合を解消するように選定されている 発明。
7. ７．請求項６記載の発明において、前記間隙（３８）は前記閉ループ（３４もし くは６４）に沿って全体に延在することを特徴とする発明。
8. ８．請求項７記載の発明において、前記シールド（３８）材の厚さに対する体積 抵抗率の比は１０００〜１，０００，０００Ωの範囲内である発明。
9. ９．請求項６記載の発明において、前記シールド（３８）材は使用可能な感度及 び周波数応答を許す量だげ前記巻回された高抵抗率導体（３２，６２もしくは９ ２）から離されていることを特徴とする発明。
10. １０．請求項１，２もしくは４記載の発明において、前記ループ（３４もしくは ６４）は被検出電流（Ｉ）の周波数の波長の３倍よりも短い周長を有することを 特徴とする発明。
11. １１．請求項１もしくは４記載の発明において、前記巻回導体（３２，６２もし くは９２）の終端（４２，４４）は各高抵抗率導線（４６，４８もしくは７２， ７４）を介して高インピーダンス電圧検出器（２４）に接続されており、抵抗（ ５２）が前記高抵抗率導線（４６もしくは４８）の一つに接続されていることを 特徴とする発明。
12. １２．請求項１１記載の発明において、前記巻回導体（３２）と前記高抵抗率導 線（４６）との間に整流器（５３）が接続されていることを特徴とする発明。
13. １３．動物の体（１０）内を流れる電流（Ｉ）を高周波電磁エネルギーの比吸収 率の表示として測定することにより、このような放射に曝される動物の体（１０ ）内の高周波電磁エネルギーの比吸収率を非侵害的に決定する検出器（１４，１ ５，２２，６０もしくは９０）において、前記検出器（１４，１５，２２，６０ もしくは９０）は２つの終端（４２及び４４）と各端（４２及び４４）から延在 する導線（４６，４８もしくは７２，７４）を有する導電体材のらせん状コイル （３２，６２もしくは９２）を含む電流検出器手段（１４，１５，２２，６０も しくは９０）と、前記電流検出器手段（１４，１５，２２，６０及び９０）を収 納して体（１０）の一部の周りに付着され、前記２つの終端（４２及び４４）が 互いに実質的に並置されて前記体（１０）部分の周りに閉ループコイル（４２及 び４４）を形成する可撓性手段（３４もしくは６４）と、前記導線（４６，４８ もしくは７２，７４）に接続され前記体（１０）中を流れる電流（Ｉ）により前 記コイル（４２及び４４）内に誘起される電圧を検出する手段（２４）を特徴と する検出器。
14. １４．請求項１３記載の発明において、前記コイル（３４，６４）導体材は高抵 抗率材であることを特徴とする発明。
15. １５．請求項１４記載の発明において、前記コイル（３４，６４）はその周りに シールド（３６）を含み、前記シールド（３６）材の厚さに対する体積抵抗率の 比は１０００〜１，０００，０００の範囲内であることを特徴とする発明。
16. １６．請求項１３，１４もしくは１５記載の発明において、前記コイル（３４， ６４）は非強磁性コアを有することを特徴とする発明。
17. １７．請求項１６記載の発明において、前記コイル（３４，６４）ターンはコイ ル（３４，６４）断面積に対するターンスペースの比を一定値に維持するように 離されていることを特徴とする発明。
18. １８．請求項１３，１４もしくは１５記載の発明において、前記コイル（３４， ６４）はその周りに高抵抗率シールド（３６）を有することを特徴とする発明。
19. １９．請求項１８記載の発明において、前記シールド（３６）は前記閉ループ全 体に沿って延在する間隙（３８）を有することを特徴とする発明。
20. ２０．請求項１９記載の発明において、前記シールド（３６）材は前記コイル（ ３４，６４）から離されていることを特徴とする発明。
21. ２１．請求項１８記載の発明において、前記ループは前記放射の前記周波数の波 長の３倍よりも短い周長を有することを特徴とする発明。
22. ２２．請求項１３，１４もしくは１５記載の発明において、前記コイルの前記終 端（４２及び４４）は各高抵抗率導線（４６，４８もしくは７２，７４）を介し て電流検出器（２４）に接続されており、前記各高抵抗導線（４６，４８もしく は７２，７４）間に分路抵抗（５２）が接続されていることを特徴とする発明。
23. ２３．請求項２２記載の発明において、前記電流検出器（２４）は高インピーダ ンスを有することを特徴とする発明。
24. ２４．電磁エネルギーを加えられている動物の体（１０）内の異常加熱を検出す る方法において、前記電磁エネルギーをあまり乱さない電流検出プローブ（１４ ，１５）を前記体（１０）の少くとも一部の周りに配置し、前記プローブ（１４ ，１５）を監視してある閾値を越える前記プローブ（１４，１５）内の誘起電圧 を異常加熱の表示として示し、前記表示に応答して前記エネルギー印加に影響を 及ぼして前記異常加熱を低減するステツプを特徴とする異常加熱検出方法。
25. ２５．請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステツプは前記体（１ ０）の位置を変えることを含む異常加熱検出方法。
26. ２６．請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステツプは前記エネル ギーの周波数を変えることを含む異常加熱検出方法。
27. ２７．請求項２４記載の方法において、前記影響を及ぼすステツプは前記エネル ギーの印加点を移動させることを含む異常加熱検出方法。
28. ２８．請求項２５，２６もしくは２７記載の方法において、前記プローブを配置 するステツプは前記部分（１０）を高抵抗率コイル（３２，６２もしくは９２） で包囲することを含み、前記監視ステツプは前記コイル（３２，６２もしくは９ ２）内に誘起される電圧を読み取ることを含む異常加熱検出方法。
29. ２９．請求項２５，２６もしくは２７記載の発明において、前記プローブを配置 するステツプは前記体（１０）上の多数の位置にプローブ（１４，１５）を配置 することを含む異常加熱検出方法。