JPH0356745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は、ハイパーサーミア用加温装置に係
り、特に電磁波を利用して生体内の癌組織を局所
加温し、これによつて当該癌組織の再生機能を停
止せしめ致死に至らしめるためのハイパーサーミ
ア用加温装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、加温療法（「ハイパーサーミア」ともい
う）による治療法が脚光を浴びており、特に悪性
腫瘍を例えば46〔℃〕付近で１時間ないし２時間
の間連続加温するとともに、一定周期でこれを繰
り返すことにより癌細胞の再生機能を阻害せし
め、同時にその多くを致死せしめることができる
という研究報告が相次いでなされている（計測と
制御Vol.22、No.10）。この種の加温療法としては、
全体加温法と局所加温法とがある。この内、癌組
織およびその周辺だけを選択的に温める局所加温
法としては、電磁波による方法、電磁誘導による
方法、超音波による方法等が提案されている。

一方、癌組織への加温は、当業研究者間におい
ては既に知られているように43〔℃〕付近が加温
効果のある温度とされており、これより低いと効
果が薄れ、逆にこれよりあまり高いと正常組織に
対し害を与え好ましくない。即ちハイパーサーミ
アでは、癌組織に致死障害を与え、正常組織には
あまり害を与えないような狭い温度範囲に生体温
度を保たなければならない。

一方、生体内の深部加温については、生体機能
の特殊性例えば血流による冷却作用等により、当
該目的の部位を43〔℃〕前後の一定温度に１時間
ないし２時間の間保持するは容易ではない。特に
電磁波による加温療法は、生体表面の電磁波吸収
率が著しく大きいことから、従来技術では深部加
温に適さないとされ、長い間放置されており、僅
かになされている研究成果としては、例えば第１
図に示すように電磁波発生手段のオン（ON）又
はオフ（OFF）制御のみによる生体内部の加温
を意図したものが多い。

しかしながら、この第１図に示す従来例にあつ
ては、電磁波発生手段のオン・オフ制御であるこ
とから、加温部の温度変化の幅が著しく大きくな
る。これがため、電磁波発生手段がオン制御され
た場合の生体表面（入射面）における出力レベル
のピーク値が大きくなり、患者の苦痛が大きいと
いう不都合が生じていた。このことは、同時に、
従来例にあつては、加温部の温度変化に対する迅
速なる対応ができないことに起因していた。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる上記従来技術を勘案し、生体
内の加温箇所を、予め定めた所定の温度に継続し
て一定時間加温するとともに患者の苦痛を緩和
し、同時に加温部の温度変化に迅速に対応してリ
ツプルの少ない安定した加温温度を維持すること
のできるハイパーサーミア用加温装置を提供する
ことを、その目的とする。

〔発明の概要〕

そこで、本発明では、電磁波発生手段より出力
される電磁波を生体表面側から冷却手段を介して
生体内に向かつて照射伝播せしめるアプリケータ
と、冷却手段にて使用される冷却液の温度を調整
する液温調整手段と、アプリケータによる加温箇
所の温度測定を行う温度計測手段とを備えてい
る。そして、電磁波発生手段を必要に応じて停止
制御する主制御部を設けるとともに、この主制御
部が、更に、加温箇所の温度が設定値より高くな
つた時点で直ちに加温治療時間の進行を開始せし
めるとともに、一定時間毎に段階的に前記冷却機
構の冷却能力を増加制御する第１の制御機能と、
加温箇所の温度が設定値より低くなつた場合に一
定時間毎に段階的に冷却機構の冷却能力を低下制
御する第２の制御機能と、第１の制御機能を電磁
波発生手段に対するオフ制御機能に優先させて作
用せしめる第３の制御機能を備える、という構成
を採つている。これによつて、前述した目的を達
成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図ないし第５図
に基づいて説明する。

この第２図ないし第５図に示す実施例は、電磁
波発生手段としてのマグネトロン８より出力され
る電磁波を生体表面側から冷却機構３４を介して
生体内に向かつて照射伝播せしめるアプリケータ
２０と、冷却機構３４にて使用される冷却液の温
度を調整する液温調整手段としての冷却装置２１
と、アプリケータ２０による加温箇所の温度測定
を行う温度計測手段としての生体内温度センサ３
０とを備えている。

さらに、前述したマグネトロン８を必要に応じ
て停止制御する主制御部１８が設けられている。
この主制御部１８が、更に加温箇所の温度が設定
値より高くなつた時点で直ちに加温治療時間の進
行を開始せしめるとともに、一定時間毎に段階的
に冷却機構３４の冷却能力を増加制御する第１の
制御機能と、加温箇所の温度が設定値より低くな
つた場合に一定時間毎に段階的に冷却機構３４の
冷却能力を低下制御する第２の制御機能と、上述
した第１の制御機能を電磁波発生手段に対するオ
フ制御機能に優先させて作用せしめる第３の制御
機能とを備えた構成となつている。

これを更に詳述すると、第２図に示す実施例に
おいて、ハイパーサーミア用加温装置は、マイク
ロ波発生部２と、第１および第２の駆動制御機能
を備えた制御部４と、マイクロ波照射部６とを、
その要部として構成されている。

マイクロ波発生部２は、マグネトロン８と該マ
グネトロン８を駆動する電源９とから成つてい
る。そして、制御部４における主制御部１８の指
令に基づいてコントロールされるスイツチ４６に
付勢されて、その出力がオン（ON）、オフ
（OFF）を繰り返すようになつている。

一方、マイクロ波照射部６は、本実施例では、
マイクロ波を生体へ照射するアプリケータ２０
と、このアプリケータ２０の開口部側すなわち生
体表面を冷却するための冷却機構３４とを要部と
し、これに癌組織の温度を検出する生体内温度セ
ンサー３０を装備した構成となつている。そし
て、冷却機構３４には、冷却液を冷却する液温調
整手段としての冷却装置２１と、該冷却装置２１
で冷却された冷却液たとえば水を循環させるポン
プ２２と、該ポンプ２２を駆動制御するためのポ
ンプコントローラユニツト２４と、冷却液の流量
を検出する流量センサー２６とが連結装備されて
いる。

アプリケータ２０、第３図に示すように生体３
２に密着して、該生体３２に電磁波を照射し、目
的の癌組織を加温するためのアンテナである。こ
のアプリケータ２０には、前述したように冷却機
構３４が装備され生体の皮膚部分での電磁波照射
に起因する誘電損失による著しい過熱に対し、こ
の生体表面を冷却することによつて、癌組織への
熱伝導を有効に利用しかつ皮膚部分の熱傷を防止
し得る構成となつている。

冷却機構３４には、本実施例では冷却液として
使用している水を通すためのパイプ３６が設けら
れており、冷却装置２１で冷却された水をポンプ
２２で強制的に循環させ、当該冷却機構３４内を
通過させることでアプリケータ２０の開口面すな
わち生体表面を冷却している。

一方、ポンプ２２の回転数はポンプコントロー
ラユニツト２４によつて一定流量に制御されてお
り、この回転数によつて水の流量を変化させ、生
体表面に冷却し、マイクロ波によつて加温されて
いる癌組織の温度を生体表面側から調整してい
る。この水の流量は流量センサー２６によつて検
出され、この検出された情報はＡ／Ｄ変換器３８
を介して主制御部１８へ送出され、ポンプ２２の
回転数を制御するための１つの基準値となる。

また、生体内温度センサー３０は、癌組織と温
度を検出するためのセンサーであり、ここで得ら
れる情報を基にして、ポンプ２２の回転数を調整
が行われる。

一方、主制御部１８は、上記各センサーで得ら
れた情報をＡ／Ｄ変換器３８，４２を介して入力
し、この情報とオペレータの指示を受けた入力部
４４とからの情報とに基づいて、癌組織の温度が
所望の値に保たれるようＤ／Ａ変換回路４８を介
してポンプ２２の回転数を、またスイツチ４６を
介してマグネトロン８の出力を各々制御するとと
もに、加温状態をオペレータに知らせるべく、上
述した各情報を出力部４４に送出するようになつ
ている。

この場合、主制御部１８は、ポンプコントロー
ラユニツト２４を介してポンプ２２の回転数を増
減制御するようになつている。また、主制御部１
８は、スイツチ４６を介してマグネトロン８の出
力を必要に応じて増減制御又はオン・オフ制御す
るようになつている。

次に第４図に基づいて、上記装置の全体的な動
作について説明する。なお、ここで、癌組織に対
しての加温設定温度を一応43〔℃〕とする。

まず、冷却装置２１を稼働させ（第４図５０）、
十分に水が冷却された後、流量センサー２６から
検出される情報によつて、冷却水が最小循環され
るようにポンプ２２の回転数の制御を行う（同図
５２，５４）。そして、一定時間マイクロ波の照
射を行つた後（同図５６）、これに続いてマグネ
トロン８の出力を切り（同図５８）、生体内温度
センサー３０によつて生体内部の温度計測にはい
る（同図６０）。温度計測時にマイクロ波の照射
を行わないのは、マイクロ波の影響を受けて、生
体内に挿入された温度センサー３０に生じる僅か
な誤差を排除するためである。

温度計測がなされた後は、生体内部温度がオペ
レータによつて予め入力された生体内部温度設定
値（本実施例では43〔℃〕）より高いか否かが判断
される（同図６２）。内部温度が設定値より低い
場合は、主制御部１８の第２の制御機能が作動し
てポンプの回転数を１ステツプ下げることによつ
て生体表面の温度を上げ（但し、生体表面の熱傷
を避けるため、水の最小循環量を維持した状態
で：同図６４）、マイクロ波の照射によつて加温
されている癌組織が迅速に設定温度に達するよ
う、生体表面側から調整するようになつている。
この結果、癌部の温度が設定値より高くなつた場
合は、それが最初であれば、主制御部１８の第１
の制御機能が作用し、同時に主制御部１８の第３
の制御機能が作動して癌組織の温度が設定値より
下がるまでマイクロ波の照射を行わずに、温度計
測ループを繰り返す。そして、この間を利用し
て、ポンプ回転数を１ステツプづつアツプさせる
ことで（同図ステツプ68）生体表面の温度を下
げ、癌組織の温度が早く設定値に達するよう生体
表面側より温度調整を行う。

ところで、加温時間と癌組織を致死に至らしめ
るための相関関係は、癌組織が43〔℃〕付近の温
度になつてからの時間によつて左右される。した
がつて、本実施例では、加温部である癌組織の温
度が設定値を越えた時点から時間を計測し（同図
ステツプ66）、予めオペレータによつて入力され
た加温時間が到来したときに加温を終了する（同
図７２）。

第５図は、本実施例を用いて加温を行つたとき
の癌組織の温度分布状態（図中Ａ）と、従来技術
における制御で加温を行つたときの癌組織の温度
分布状態（図中Ｂ）とを示している。この図にお
いて、温度が上昇している間隔がマイクロ波照射
時であり、温度が下降している間隔が温度計測時
であり、温度計測時にはマグネトロン８の出力が
オフとなつている。この場合、従来技術において
は、癌部の温度に対して生体表面を冷却する水の
流量を可変していない点、目的温度（43〔℃〕）を
越えてもマイクロ波発振器のオン・オフ制御（一
定時間の加温と一定時間の休止）の繰り返しを続
けるという点から、内部の加温がきわめて不正確
となつている。これに対し、本実施例において
は、上記した制御方式を採用している点から、目
的温度にまで素早く達し、目的温度を越えても早
く冷却することが可能であることから、ほとんど
43〔℃〕一定に温度を保つている。

なお、上記実施例において、生体表面温度をよ
り正確に制御したい場合は、第６図に示すように
アプリケータ２０の冷却機構３４の水の排出側に
温度センサー２８を設け、これにより冷却液を介
して表面温度を計測し、ここからの情報をＡ／Ｄ
変換器４０を介して主制御部１８に入力させ、第
７図に示すフローチヤート（第７図は第４図のフ
ローチヤートの点線部分を変更したものであつ
て、そのほかは第４図と同様である）に基づいて
制御を行えばよい。即ち、内部温度が設定値より
低い場合は前記温度センサー２８によつて計測し
た表面温度（同図ステツプ60′）がオペレータに
よつて設定された表面温度より低いか否かを判断
し（同図ステツプ63）、表面温度が設定値より低
い場合は上述した如くポンプ２２の回転数を１ス
テツプ下げ（同図ステツプ64）、逆に表面温度が
高い場合はポンプ２２の回転数を１ステツプ上げ
る（同図ステツプ63′）という構成にすればよい。

また、第８図に示す如く癌部１００が表体面近
くに存在する場合は、無侵襲（生体内部に第６図
に示す温度センサー３０を挿入する必要がないこ
と）で加温が可能となる（第８図参照）。即ち、
癌部が生体表面近くに存在する場合は、癌部の温
度と生体表面温度がほぼ等しいと考えてよいこと
から、生体内に挿入した温度センサー３０の代わ
りに、温度センサー２８からの情報に基づいて水
の流量制御を行えばよい（第９図参照）。

また、この場合は、温度センサー２８がマイク
ロ波の影響を受けないことから、温度計測時にマ
グネトロン８の出力を切る必要はない。したがつ
て、第１０図に示すように、マグネトロン８の出
力をオンにした後に（同図ステツプ102）、生体表
面の温度計測を行い（同図ステツプ104）、表面温
度が設定値より低い場合はポンプ２２の回転数を
下げて（同図ステツプ106）そのままマイクロ波
の照射を行い続け、表面温度が設定値より高くな
つた場合は、マグネトロン８の出力を切り（同図
ステツプ108）、ポンプ２２の回転数を１ステツプ
上げ（同図ステツプ110）、表面温度が設定値より
下がるまではマイクロ波の照射を行わずにこのル
ープを繰り返すという制御方式を採用してもよ
い。この方式は第９図のものと比べてより正確に
目的の部位への加温が可能である。

更に、生体内加温部の温度計測に関しては、電
磁波の影響が少ない温度計を使用する場合は当然
のことながらマイクロ波を照射したまま測定する
ように構成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成され機能するので、
これによると、主制御部が、温度計測手段が予め
定めた設定値よりも大きい値を検知した場合に直
ちに作動して冷却機構の冷却機能を増大させると
ともに、必要に応じて電磁波発生手段を停止制御
し、一方、温度計測手段が予め設定された制定値
よりも小さい値を検知した場合には直ちに作動し
て冷却機構の冷却機能を低下させるという構成を
採用したので、従来より困難視されていた生体に
対する電磁波伝播が容易となり、これにより生体
内の加温箇所を予め設定した所定温度に長時間継
続して加温することができ、かつ生体表面の過熱
による熱傷の発生も有効に抑えることができ、加
温箇所の温度変化に対しては、電磁波の出力調整
に優先して冷却機構も作動するようになつている
ことから、比較的深部にまで加温領域を広げるこ
とが可能となり且つ高精度に対応することがで
き、設定温度のリツプルの少ない安定した加温温
度を長時間維持することができるという従来にな
い優れたハイパーサーミア用加温装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例による電磁波発生手段による加
温例を示す線図、第２図は本発明の一実施例を示
す全体的系統図、第３図はアプリケータの一例を
示す斜視図、第４図は第２図の動作を示すフロー
チヤート、第５図は第２図の実施例による加温状
態を従来例との比較において示した線図、第６図
は他の実施例を示す系統図、第７図は第６図の動
作を示すフローチヤート、第８図はその他の実施
例を示す系統図、第９図ないし第１０図は各々第
８図の動作を示すフローチヤートである。 ８……電磁波発生手段としてのマグネトロン、
１８……主制御部、２０……アプリケータ、３０
……温度計測手段、３４……冷却機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁波発生手段より出力される電磁波を生体
   表面側から冷却手段を介して生体内に向かつて照
   射伝播せしめるアプリケータと、前記冷却手段に
   て使用される冷却液の温度を調整する液温調整手
   段と、 前記アプリケータによる加温箇所の温度測定を
   行う温度計測手段とを備え、 前記電磁波発生手段を必要に応じて停止制御す
   る主制御部を設けるとともに、 この主制御部が、更に、 前記加温箇所の温度が設定値より高くなつた時
   点で直ちに加温治療時間の進行を開始せしめると
   ともに、一定時間毎に段階的に前記冷却機構の冷
   却能力を増加制御する第１の制御機構と、 前記加温箇所の温度が設定値より低くなつた場
   合に一定時間毎に段階的に前記冷却機構の冷却能
   力を低下制御する第２の制御機能と、前記第１の
   制御機能を前記電磁波発生手段に対するオフ制御
   機能に優先させて作用せしめる第３の制御機能を
   備えていることを特徴としたハイパーサーミア用
   加温装置。