JPH042276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は医用誘電加熱装置に係り、より詳細に
は高周波誘電加熱装置、特に腫瘍に対する温熱治
療等に適用され得る医用高周波誘電加熱電極装置
に係る。

癌細胞等が正常細胞と比較して熱に弱いことを
利用して患部を加熱することにより治療を行なう
高周波温熱治療は知られている。

従来の高周波加熱法では、例えば第１図及び第
２図に示す様に生体１の目標とする加熱部位２を
含む領域３を生体表面に配置された対向する２つ
の電極体４，５ではさみ、高周波電源６でこの腹
側及び背側電極体４，５間に高周波電流を流すこ
とにより温熱治療が行なわれていた。

この方法では、高周波電流が対向電極体間の領
域でほぼ平行に流れる故に目標とする加熱部位２
以外も同様な加熱を受ける虞れがあること、並び
に皮下脂肪層７と内腔臓器組織との間の電気定数
（導電率、誘電率）の違いの故に皮下脂肪層７の
方がより強く加熱される傾向があり、患者の熱感
愁訴、表層組織の熱傷の危険性等があることのた
めに、深部にある目標加熱部位２を治療温度まで
加熱することが困難であつた。

この問題を解決する一手段として、金属針等の
鋭利な導電性材料を目標加熱部位に配置し、対向
する２つの電極間の電界をこの金属針に集中させ
局所的加熱を行なう方法も試みられた。この方法
は電界を目標部位に集中させるためには有効であ
るが、金属針等の設置及び抜去に外科的手技を要
する点、並びに患者に苦痛を与える点において必
ずしも好ましいものではない。

前述の諸点に鑑み、患者に多大な苦痛を与える
ことなく生体深部の所与の領域を選択的に加熱す
る医用加熱装置として、生体の内腔に配置される
べき第一の電極手段と、前述の配置された第一の
電極手段と対向して生体表面に沿つて配置される
べき第二の電極手段とを備える医用誘電加熱装置
が開発されている。

本発明の目的は、生体深部の腫瘍等の温熱治療
に当つて、加熱すべき生体部位に対する第二の電
極手段の位置決めを容易化し得る医用誘電加熱装
置を提供することにある。

本発明によれば、前述の目的は、生体の腔内に
配置されるべき第一の電極手段と、前述の配置さ
れた第一の電極手段と対向して生体の表面に沿つ
て配置されるべき第二の電極手段とを備え、第一
の電極手段は、可撓性長尺の支持体と、支持体の
一端側において当該支持体の軸方向に沿つて前述
の支持体に支持された柔軟性を有する筒状の第一
の電極と、第一の電極を囲繞すると共に両端が支
持体に固着された伸縮性高分子製の袋状体と、袋
状体と第一の電極との間に形成される空間内に冷
却液を循環させる通路手段とを備えており、第二
の電極手段は、生体の前述の腔内に配置される第
一の電極手段と対向して生体の表面に沿つて配置
された際に第一の電極と協働して前述の第一の電
極手段近傍の生体部を強く加熱する電場を生体内
に生ぜしめるべく、前述の配置された第一の電極
手段の支持体の軸中心からみた加熱すべき生体部
位の生体表面への投影の周方向長さに相当する長
さを有すると共に、柔軟性を有する板状の第二の
電極と、第二の電極を収容すると共に前述の生体
表面に沿つて配置されるべく、柔軟性を有する高
分子製の外包体とを備えている医用誘電加熱装置
により達成される。

本発明の医用誘電加熱装置においては、第一の
電極手段は、支持体の一端側において支持体の軸
方向に沿つて当該支持体に支持された柔軟性を有
する筒状の第一の電極を備えており、また、第二
の電極手段は、生体の内腔に配置される第一の電
極手段と対向して生体表面に沿つて配置された際
に、第一の電極と協働して前述の第一の電極手段
近傍の生体部を強く加熱する電場を生体内に生ぜ
しめるべく、前述の配置された第一の電極手段の
支持体の軸中心からみた加熱すべき生体の部位の
生体表面への投影の周方向長さに相当する長さを
有すると共に、柔軟性を有する板状の第二の電極
を備えているが故に、第二の電極から生じる電気
力線が第一の電極を筒状としたことで第二の電極
と対向する加熱すべき生体部位を越えて回り込む
ことによつて、電界の強い領域が第一の電極手段
の袋状体の外周に沿うと共に加熱すべき生体の部
位の周囲に広範囲に亘つて形成され、その結果、
第二の電極手段を第一の電極手段の中心から見て
加熱すべき生体部位の投影となるような生体表面
の部位に正確に位置決めしなくても加熱すべき生
体部位を所定の温度に加熱し得る。即ち、本発明
の医用誘電加熱装置は、生体深部の腫瘍等の温熱
治療に当つて、加熱すべき生体の部位に対する第
二の電極手段の位置決めを容易化し得、電気力線
の回り込みがないために、第二の電極手段の位置
決めを容易にすべく、第二の電極の長さを第一の
電極手段の中心から見て加熱すべき生体部位の生
体表面への投影の周方向長さに相当する長さ以上
にした場合に較べて、加熱の無駄がなく生体に対
して安全である。

本発明の好ましい一具体例によれば、管腔臓器
内に配置されるべく構成された第一の電極手段は
全体として筒状に形成されており、生体外周上に
配置されるべく構成された第二の電極手段は全体
として比較的広い湾曲板状乃至平板状に形成され
ており、これら２つの電極手段にそれぞれ設けら
れた第一の電極と第二の電極との間に高周波電流
を流すことにより、第一の電極手段近傍により強
い電界分布を作り、第一の電極手段周辺の生体深
部のみを選択的に加熱し得る。

更に、第一の電極手段が管腔臓器内に配置され
るべく構成されている故に、この第一の電極手段
が経口、経肛門、経腔等の方法で容易に設置・抜
去可能であり、患者に与える苦痛が極めて小さく
抑えられる。

次に、本発明装置の概要を第３図乃至第８図に
基づいて説明する。第３図において、同軸に配置
された筒状の第一の電極手段１０（半径ａ）及び
筒状の第二の電極手段１１（半径ｂ＞ａ）が高周
波電源１２に接続されている。説明の簡明化のた
めに、二つの電極手段１０，１１間の空間は一定
の電気定数（導電率、誘電率）を有する等方性の
媒質で一様に満たされているとする。この時、電
極手段に設置される電極の端部での電界の歪みを
無視すれば、二つの電極手段１０，１１の間で電
気力線は放射状に拡がることになり、電界強度Ｅ
は第４図のように中心軸１３（第３図）からの距
離ｒに反比例してＥ∝１／ｒの形で減少する。単
位体積当りの発熱量Ｗは（導電率）×（電界強度）²
であるから、第５図に示すようにr²に反比例して
Ｗ∝１／r²の形で変化し、第６図に示す如く第一
の電極手段１０の近傍の領域１４がより強く加熱
される。

一方、第７図に示す様に筒状の第一の電極手段
１５と、筒状の第二の電極手段１１（第６図）の
一部よりなる湾曲板状の第二の電極手段１６又は
平板状の第二の電極手段とを高周波電源１７に接
続した場合には、電界分布は第４図の様に単純な
形では表わせないが、電界の強い領域は第８図に
符号１８で示すごとく第一の電極手段１５近傍で
且つ第二の電極手段側に偏つた部分となる。

実際の生体加熱では前記電気定数が空間的に一
様でない為、電界の分布は複雑になるが、第一の
電極手段近傍がより強く加熱されることに変りは
ない。

尚、生体管腔内に配置されるべく構成された第
一の電極手段は、該配置を可能とするように細
く、又第一の電極は第一の電極手段近傍の電場が
第二の電極手段近傍の電場と比較して大きくなる
ように全体として曲率の大きい外表面を有してい
ればよく、円筒状に限らずに楕円筒状、角筒状等
でもよく、複数個の導体細片を電気的に接続して
なるものでもよい。尚、後述の冷却媒体の管路と
なるように、第一の電極は中空であることが好ま
しいが、中実であつてもよい。

第二の電極は生体に接する部位での電場が比較
的弱くなるように全体として第一の電極より大き
く形成される限り、１枚の導体板のかわりに複数
個の導体片を電気的に接続してなるものでもよ
い。

次に本発明による好ましい一詳細具体例を第９
図乃至第１１図に基づいて説明する。

第９図に本発明における第一の電極手段として
の電極構造体２０の断面図を示す。図中２１が第
一の電極としての筒状の電極であり、電極２１は
支持体としての外筒管２２上に設置されており、
内筒管２３中の電極リード線２４を介して高周波
電源（図示せず）の一方の出力端子に接続されて
いる。内筒管２３及び外筒管２２は後述の様に送
水管及び排水管としても機能する。電極構造体２
０は、生体治療時に目標とする管腔臓器への挿
入・抜去が容易となる様に可撓性を有することが
望ましく、内筒管２３及び外筒管２２としてゴ
ム、軟質塩化ビニル、シリコーン等の高分子材料
で形成されたもの、電極２１として金属箔、銅等
の金属編組品あるいはコイル状の金属線を導線で
短絡して形成される柔軟性のあるものを用いるの
が好ましい。

次に、電極構造体２０の通水系について説明す
る。外筒管２２の一端は終端栓２５で封止されて
おり、電極２１の付近において、外筒管２２の周
壁には複数の通水孔２６，２７，２８，２９があ
けられている。３０は伸縮性高分子薄膜よりなる
袋状体としての外包袋であり、その両端は外筒管
２２及び終端栓２５に電極２１を囲繞するように
接着されている。尚、気密であれば外包袋３０の
両端は外筒管２２に接着されるような配置であつ
てもよい。この電極構造体２０を目標とする管腔
臓器内に設置した後、内筒管２３を介してＡ方向
に通水すると、内外筒２２，２３間に設けられた
シリコーン封止材よりなる封止栓３１の右側の通
水孔２７，２９から電極２１又は電極２１と外筒
管２２間の空〓を通り外筒管２２の外包袋３０内
に水が流出し、外包袋３０が膨張を始める。更に
通水を続けると、外包袋３０は管腔臓器壁に接触
するまで膨張する。その後、余剰の水は封止栓３
１の左側の通水孔２６，２８より電極２１又は電
極２１と外筒管２２間の空〓を通り外筒管２２内
に流入し、外筒管２２を介してＢ方向に排出され
る。この通水は２つの効果をもたらす。第一に、
電極２１と管腔臓器壁との間の空〓を例えば生体
に近い電気定数の水で満たすことにより、患部の
より有効な高周波加熱を行ない得る。第二に、電
界強度は電極２１の表面で最も強い為、電極２１
の近傍は極めて強く加熱され熱傷を起す虞れがあ
るが、この部分を水循環という手段により強制冷
却することにより熱傷の発生を未然に防ぎ得る。
尚、上記２点の効果を発揮するものであれば、循
環する液体は水以外に生体に近似の電気定数（導
電率、誘電率）を有する液体等でも良い。また、
電極構造体２０の外径は対象とする管腔臓器内径
より小さければ任意でよく、電極２１の長さは目
標とする加熱すべき生体部位の長さに応じて選べ
ばよい。外筒管２２、内筒管２３、終端栓２５、
封止栓３１、外包袋３０、通水孔２６，２７，２
８及び２９は通路手段を構成する。

外包袋３０と電極２１との間に形成される空間
は、外包袋３０と電極２１及びこの電極の両端側
にそれぞれ位置する支持体としての外筒管２２に
よつて規定される空間を指称する。

次に第１０図及び第１１図により被加熱生体外
周に配置する第二の電極手段としての板状の電極
構造体４０の一具体例を説明する。第１０図は電
極構造体４０の外観図であり、外包袋４１は生体
に密着しやすい様に軟質塩化ビニル等の柔軟な高
分子膜材で作られている。この外包袋４１の内部
には第１１図に示すがごとく、銅等の金属箔、金
属編組品等からなる柔軟性且つ板状の第二の電極
４２及びこの電極４２の上に設置された水循環用
管４３が収容されている。電極４２はこれに接続
された電極リード線４４により高周波電源（図示
せず）の他方の端子に接続される。水循環用管４
３に軟質塩化ビニル等の柔軟性材料からなるのが
好ましい。電極４２、管４３及び外包袋４１で構
成される電極構造体４０を被加熱生体の外周に固
定する為に固定用柔軟性帯４５及び固定具４６が
外包袋４１に取り付けられている。外包袋４１の
内部には、電極４２と生体との間に空気層が生じ
ないように若干の水を入れることが望ましいが、
水のかわりに適当な電気定数を有するその他の液
体、柔軟性材料を入れておいてもよい。同様に水
循環用管４３を通る液体も水に限られない。とこ
ろで、既に説明したように第二の電極手段付近の
電界はかなり弱く、従つて加熱量も小さい。それ
故、場合によつては第二の電極手段付近の生体部
を強制冷却する必要がなく、水循環用管４３はな
くてもよい。また板状の電極４２の縦横寸法は、
第一の電極手段及び加熱すべき生体部位の位置及
び大きさにより決まるものであり、生体全周を覆
うような寸法の場合もある。

本具体例において、電極構造体２０は、可撓性
長尺の外筒管２２と、外筒管２２の一端側におい
て外筒管２２の軸方向に沿つて外筒管２２に支持
された柔軟性を有する筒状の電極２１と、電極２
１を囲繞すると共に両端が外筒管２２に固着され
た伸縮性高分子製の外包袋３０と、外包袋３０と
電極２１との間に形成される空間内に冷却液を循
環させる前述の通路手段２２，２３，２５，２
６，２７，２８，２９，３０，３１とを備える。

また、電極構造体４０は、電極構造体２０が生
体の腔内に配置される電極構造体２０と対向して
生体表面に沿つて配置された際に、電極２１と協
働して前述の電極構造体２０近傍の生体部を強く
加熱する電場を生体内に生ぜしめるべく、前述の
配置された第一の電極手段の支持体の軸中心から
みた加熱すべき生体部位の生体表面への投影の周
方向長さに相当する長さを有すると共に、柔軟性
を有する板状の電極４２と、電極４２を収容する
と共に前述の生体表面に沿つて配置されるべく、
柔軟性を有する高分子製の外包袋４１とを備え
る。

実施例 以上説明した第一の電極手段としての電極構造
体２０を被加熱生体としての犬５０の加熱すべき
部位である食道５１内に配置し、第二の電極手段
としての電極構造体４０を犬５０の胸かく部５２
の一側外周上に配置し、上記２つの電極構造体２
０，４０の電極２１，４２を高周波電源５３（周
波数13.56MHz、出力200W）に接続して、犬食道
５１の加温を試みた例について第１２図乃至第１
４図に基づいて述べる。

第１２図には、実験に用いた犬胸部断面及び電
極構造体２０，４０の配置が示されている。５２
は胸部断面、５１は加熱すべき生体部位である食
道、５４は肺、５５は脊柱であり、電極構造体２
０は食道内に、電極構造体４０は外周上に設置し
た。またＴ１〜Ｔ６は各部の温度測定用に設置し
た測温用テフロン被覆微小熱電対である。熱電対
Ｔ６は第１２図に示す様に電極構造体４０側の皮
下脂肪層に配設され、他の熱電対Ｔ１〜Ｔ５は食
道５１の近傍に配設された。より詳細には、食道
付近拡大図である第１３図に示すように、電極構
造体２０外周の電極構造体４０側に熱電対Ｔ１
を、電極構造体２０の外周で電極構造体４０の反
対側の２ケ所に熱電対Ｔ２，Ｔ３を、食道５１の
組織内に熱電対Ｔ４を、そして食道５１の外壁に
熱電対Ｔ５を配置した。実験では熱電対Ｔ１の温
度指示を高周波電源５３の入切の制御に用いた。
具体的には熱電対Ｔ１の指示が上限温度44℃に達
した際に電源５３を切り、自然冷却の後熱電対Ｔ
１の指示が下限温度42℃まで低下した際に電源５
３を入れるという過程を繰り返した。

第１４図に経過時間ｔ（分）と各部の温度変化
Ｔ（℃）の関係を示す。加熱開始前、皮下脂肪層
の熱電対Ｔ６の指示温度が31℃、その他の部位の
指示温度は34℃であつた。加熱開始後約３分で熱
電対Ｔ１の指示が44℃に達したため電源５３を切
り、その後約1.5分で42℃まで低下した所で電源
５３を入れ再加熱し、１分弱後で44℃に達し、再
び電源５３を切つた。以降これを繰返した。食道
５１近辺の他の熱電対Ｔ２〜Ｔ５の温度指示は熱
電対Ｔ１の温度指示の変化とほぼ同様に変化し、
熱電対Ｔ１の指示温度に比べて、熱電対Ｔ４の指
示温度は約0.5℃高く、熱電対Ｔ２の指示温度は
約１℃、熱電対Ｔ５の指示温度は約２℃、熱電対
Ｔ３の指示温度は約４℃低かつた。熱電対Ｔ６で
検出された皮下脂肪層の温度は僅かながら増加傾
向にあつたが、その昇温は10分間で２℃程度で熱
傷の危険性はなかつた。更に昇温を抑えたければ
電極構造体４０の循環水量を増やすなどの手段を
講ずればよい。熱電対Ｔ１より電極構造体２０か
ら遠い位置にある熱電対Ｔ４の指示が若干高いの
は熱電対Ｔ１付近が循環水により冷却されている
ことによる。以上の結果が示す通り、本発明の加
熱装置により電極構造体２０付近の加熱すべき生
体部位である食道５１が選択的に加熱され得るこ
とが確められた。

本発明によれば、腔内の腫瘍等の温熱治療に当
つて、加熱すべき生体部位に対する第二の電極手
段の位置決めを容易化し得ると共に加熱の無駄が
なく、生体に対して安全な医用誘電加熱装置を提
供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の医用加熱装置の説明
図、第３図乃至第８図は本発明加熱装置の概要を
示す二つの例の説明図、第９図乃至第１１図は本
発明による好ましい一具体例の加熱装置の電極手
段（電極構造体）の詳細を示す説明図、第１２図
乃至第１４図は第９図乃至第１１図に示された電
極手段（電極構造体）を用いて犬の食道の加熱を
行なつた例を示す説明図である。 １０，１５，２０……第一の電極手段（電極構
造体）、１１，１６，４０……第二の電極手段
（電極構造体）、２１，４２……電極、５０……
犬、５１……食道、Ｅ……電場。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体の腔内に配置されるべき第一の電極手段
   と、前記配置された第一の電極手段と対向して生
   体表面に沿つて配置されるべき第二の電極手段と
   を備え、前記第一の電極手段は、可撓性長尺の支
   持体と、当該支持体の一端側において前記支持体
   の軸方向に沿つて前記支持体に支持された柔軟性
   を有する筒状の第一の電極と、当該第一の電極を
   囲繞すると共に両端が前記支持体に固着された伸
   縮性高分子製の袋状体と、当該袋状体と前記第一
   の電極との間に形成される空間内に冷却液を循環
   させる通路手段とを備えており、前記第二の電極
   手段は、生体の前記腔内に配置される第一の電極
   手段と対向して前記生体表面に沿つて配置された
   際に前記第一の電極と協働して前記第一の電極手
   段近傍の生体部を強く加熱する電場を生体内に生
   ぜしめるべく、前記配置された第一の電極手段の
   支持体の軸中心から見た加熱すべき生体部位の生
   体表面への投影の周方向長さに相当する長さを有
   すると共に、柔軟性を有する板状の第二の電極
   と、前記第二の電極を収容すると共に前記生体表
   面に沿つて配置されるべく、柔軟性を有する高分
   子製の外包体とを備えている医用誘電加熱装置。 ２ 前記第二の電極が、前記周方向と交差する方
   向に関して、前記軸方向における前記第一の電極
   手段の袋状体の長さに等しい長さを有する特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記外包袋の前記周方向に関する双方の側端
   部の夫々に、前記第二の電極手段を前記生体表面
   に固定するための固定用柔軟性帯を備えている特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ４ 前記固定用柔軟性帯の各自由端部に、前記固
   定用柔軟性帯を所定の長さに維持するための固定
   具がそれぞれ設けられている特許請求の範囲第３
   項に記載の装置。 ５ 前記生体表面と対向する前記第二の電極の表
   面と、当該表面と向い会う前記外包袋の面との間
   に、前記生体表面を冷却するための水循環用管を
   備えている特許請求の範囲第１項から第４項のい
   ずれか一項に記載の装置。