JPH07121282B2

JPH07121282B2 - 癌性腫瘍の非侵入型高温治療装置

Info

Publication number: JPH07121282B2
Application number: JP62202600A
Authority: JP
Inventors: ケネス・エル・カー
Original assignee: マイクロウエイブ・メディカル・システムス・インコーポレーテッド
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-08-13
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: US4815479A; EP0256524A1; JPS6373974A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の背景］本発明は一般的には癌性組織即ち癌性腫瘍の高温治療装
置に関する。本発明は特に、活性ラジオメータの位相ア
レイ技術を採用した非侵入性癌性腫瘍治療のための装置
に関する。

癌性腫瘍はその温度を上げることにより成功裡に治療し
うることが知られており、この方法は一般的に高温治療
と称される。この点に関し、ある種の腫瘍は約43℃の温
度において収縮するかあるいは見えなくなることが知ら
れている。この知識に基いて、高温腫瘍治療の一好適方
法は、できれば腫瘍個所の組織のみを加熱して前記温度
まで腫瘍を加熱する。

最近では、高温治療は癌処理法として容認されている。
しかしながら、この方法は使用時例えば付属的処理では
外傷のみに対しては一般的に放射線療法に限定される。
外傷への使用に限定される主要な理由はエネルギを人間
の組織のある深さに集中させることができないことに関
係する。この点に関して、本発明の目的の１つは人体組
織の種々の深さでエネルギを集中させる高温治療装置を
提供することである。

高温治療装置においては、その治療を実施するための２
種類の技術が試みられてきた。第１の、より一般的な技
術は腫瘍組織を加熱するに要するトランスミッタの電力
を検出するために非マイクロ波による侵入性温度測定技
術を利用している。この技術においては、マルチアンテ
ナを採用し、振幅制御を利用する。この技術はビーム形
式を達成しない。

その他の技術は、単に温度をモニタするためにトランス
ミッタに関連してラジオメータ受信機を用いるがビーム
の集中を達成しない。前記の技術の例はスターザ（ster
zer）に対する英国特許第2,000,335号とコンバート他
（convert et al）に対する米国特許第4,312,364号に記
載されている。

したがって、本発明の目的は腫瘍に対してマイクロ波エ
ネルギを集中させて治療のためにエネルギを腫瘍に適正
に結合させる改良された高温治療装置を提供することで
ある。

本発明の別の目的は、癌の治療に対してマイクロ波検出
（放射測定法）とマイクロ波加熱（高温処理）とを組合
せる改良装置を提供することである。

［発明の要約］本発明の前述およびその他の目的、特徴および利点とを
達成するために、癌性腫瘍を高温治療する装置が提供さ
れる。この装置は治療のためにマイクロ波検出とマイク
ロ波加熱を組合せる装置である。ラジオメータが腫瘍
（目標）の放射率を感知して身体と腫瘍との間の軌道長
さ（位相）を検出する。腫瘍個所の上方に配置するよう
にされた複数のアンテナからなるアンテナアレイが設け
られている。アンテナの数は、既知の要素である腫瘍の
大きさと深さとにより規定される。作動の受信モードの
間、ラジオメータで検出された信号を最大にするようア
ンテナの信号の各々の位相を個別に調整する手段を含
み、アンテナからの信号を組合せて結合信号を供給する
手段が提供される、このように位相の一貫性を達成する
ためにラジオメータが採用されている。この技術におい
ては腫瘍自体は信号発生元として機能し、組織が公知の
伝達軌道となれるようにする。個々の軌道を位相調整す
ることにより、組織の層、変動および不均一性を勘案し
て腫瘍に対して位相の一貫性を提供する。また、当該装
置はトランスミッタ手段と、トランスミッタ手段の信号
を分割してアンテナアレイに結合させる手段を含む。相
互関係によって、作動の伝送モード中の伝送軌道は位相
が一貫しており、主要な腫瘍個所で均一な電力を結合で
きる。

本発明によれば、高温治療装置は、作動の受信モードの
間に作動し、単一の軌道特性を設定するマイクロ波放射
検出器と、作動の伝送モードの間に作動可能のマイクロ
波トランスミッタとを含む。癌性腫瘍を高温治療する方
法は、腫瘍個所の上方に複数のアンテナを配置したアン
テナアレイを提供し、それぞれアンテナアレイのアンテ
ナの１個に結合された、個別の双方向性信号チャンネル
を提供し、個別のチャンネルの信号を組合せて作動の受
信モードの間マイクロ波放射検出器に結合する過程を含
む。個別のアンテナの信号の位相はマイクロ波放射検出
器で検出された信号を最大にする。このことにより信号
の軌道特性を設定する。次は、マイクロ波トランスミッ
タを作動させ、マイクロ波トランスミッタの信号を分割
して作動の伝送モードの間信号チャンネルに結合してマ
イクロ波エネルギのビームを腫瘍個所に集中させる過程
である。

本発明の多数のその他の目的、特徴および利点は添付図
面に関連した以下の詳細説明を読めば明らかとなる。

［実施例］第１図と第２図とに示す実施例が示す本発明によれば、
癌の治療、特に癌性腫瘍の治療のための、マイクロ波検
出（放射線測定）とマイクロ波加熱（高温治療）とを組
合せる装置が提供されている。従来技術の装置と異っ
て、ラジオメータを使用することが好ましい本発明の装
置は腫瘍の放射率を感知して人体の表面と腫瘍との間の
軌道長さ（位相）を検出する。この点に関し、本発明の
技術は、すでに腫瘍の位置を特定ずみで、これからマイ
クロ波の高温治療法を用いて腫瘍を治療したいところで
あると想定する。一旦、腫瘍の位置と質量とが、例えば
癌性腫瘍検出の方法と装置とに関する。1985年11月７日
出願の本発明者による出願中の特願第06/795,976号に記
載の技術を例えば用いて既知となると、高温治療のため
に特定のアンテナアレイを選択すればよい。前記アンテ
ナアレイにおいて、採用されるアンテナの数は腫瘍の大
きさと深さとにより規定される、マルアンテナを用いる
ことにより人体表面で熱を分配し、望ましくない肌の加
熱を最小にする。

本発明によれば位相の一貫性を達成するためにラジオメ
ータが採用される。ラジオメータの出力側における信号
レベルは受信軌道の各々の位相を調整することにより適
正化される。

過去において、高温治療装置における位相の一貫性は信
号軌道の一部に対して得られたにすぎなかった。位相の
一貫性は通常のマイクロ波装置の軌道においてのみ得ら
れる。例えば、位相の一貫性はマイクロ波トランスミッ
タと、加熱源とアンテナエレメントの間でのみ制御され
うる。アンテナエレメントから腫瘍個所までの組織の軌
道は未知である。しかしながら、本発明によれば、信号
の軌道は信号発生元として腫瘍自体を見做すという概念
により決定しうる。本発明の作動の受信モードの間に個
別のアンテナからの個別の信号軌道を位相調整すること
により、信号が作動の伝送モードの間後で腫瘍に結合さ
れると位相の一貫性を提供する。このように、個別の信
号軌道即ちチャンネルのこの位相調整により、組織の層
の変動と不均一性とを勘案して腫瘍に位相一貫性を提供
する。

本発明の装置は相互関係に基き作動する。この相互関係
の概念は、作動の受取りモードの間に一旦位相調整が行
われると、腫瘍が信号発生元として機能する場合、前記
の同じ位相のセッティングが後で作動の伝送モードの間
に用いられ、位相の一貫性を提供し主要な腫瘍個所へ均
一に電力を結合することができる。

例えば複雑なレーダ構成において現在用いられているよ
うな位相アレイ伝送装置が知られている。しかしながら
前述のような位相アレイ技術を用いてビーム形成しよう
とする試みは、主として人体が自由空間とは異り、層状
であり、非均質かつ減衰性のため成功しなかったことが
明らかとされている。この点について、自由空間では位
相一貫性は問題でなく、かつ自由空間は、低減衰性で、
均一あるいは均質で、目標に関してアレイの全エレメン
トに対して共通のため位相一貫性は容易に達成できる。
前記装置においては、アンテナエレメントまでで、該エ
レメントを含む、当該装置の位相一貫性のみが関係す
る。また、自由空間の位相アレイ装置において、活性レ
ーダにおいては、目標は伝送信号により照射される。反
響即ち反射が戻りに受取られ、伝送と受信信号との間の
時間を測定することにより距離を検出できるようにす
る。また前記装置においては、伝送周波数と同じ周波数
で検出を達成する。他方、本発明によれば、前記技術は
組織が前述のように非均質で減衰性のため使用できな
い。

要約すれば、人体の組織のように非均質で層状で減衰性
媒体においては、不可能でないとしても位相の一貫性は
通常の位相アレイ技術を用いて達成することは極めて難
しい。信号の検出を最大とするよう位相を調整するため
のラジオメータを関連して用いると共に、腫瘍自体が信
号発生元として作用する受信モードを含む、二重モード
作動のおかげで適正な付加的ビームが発生しうるのは本
発明の技術を介してのみである。これは、先に設定され
た位相セッティングをこれから用いる作動の伝送モード
と結合され、当該装置は同じ予め設定し、プリセットし
た軌道に沿って信号を結合し適正なビームを形成し、か
つ希望する軌道特性を提供するマイクロ波トランスミッ
タを組込んでいる。また、目標（この場合は腫瘍）の自
然放射率が信号の伝達特性を規定する。受信機は身体の
実際の放射を測定できるラジオメータであることが好ま
しい。放射測定法とは受信した放射線の測定のことであ
る。放射測定法は熱による放射からのものと見做される
電磁エネルギを測定する技術と定義される。医療放射測
定法の方は人体からの自然放射の測定である。この点に
関し、絶対値零より上のいずれの目標物も、放射線放射
により支配される程まで電磁エネルギを放射する。

本発明の実施例を示す第１図を参照する。第１図におい
て、腫瘍個所は全体的に10で示す。第１図に示す装置
は、複数の反射計14と位相シフタ16とにより当該装置20
に連結する複数のアンテナ12を含むマルチアンテナ装置
である。前記装置20は電力分割器と結合器との組合せで
ある。前記装置20は一方の側において、各々の位相シフ
タ16を結合する複数の端子を有する。前記装置は他方の
側においてスイッチ24と結合する単一の端子を有する。
第１図に示すように、スイッチ24の方は一方の側でマイ
クロ波トランスミッタと、他方の側で検出用のマイクロ
波ラジオメータとに接続されている。

前述したように、本明細書では作動の受信モードと伝送
モードを称する、基本的には２種類の個別の作動モード
がある。これらの作動モードは基本的には相互に独立し
ている。位相シフタ16が調整され、その後作動の変移モ
ードにおいて高温治療が実際に行われる作動の受信モー
ドの間に信号軌道が規定される。スイッチ24は前記の２
種類の作動モードの間の制御を行うよう作動する。同様
に、前記装置20に対して入力が提供され、そのため前記
装置は作動の伝送と受信モードの間以下説明のように異
る要領で機能する。

第１図に示す実施例においては、位相調整は位相シフタ
PS₁−P^SNとして識別される位相シフタ16により達成され
る。位相調整は機械的あるいは電子的に実施し、伝送／
受信スイッチ24に結合された装置20の出力側で信号の強
度を最大とできる。この作動は、装置20が個別の位相シ
フタからの信号の全てを基本的に組合せて伝送／受信ス
イッチ24に結合された単一出力信号を提供するＮウェイ
結合器として機能する作動の受信モードの間に発生す
る。

位相シフタ16の前記の調整によりマイクロ波軌道を通じ
て腫瘍から、Ｎウェイの電力結合器として機能する装置
20までの各信号軌道の電気的長さを基本的に調整して位
相追加状態を提供する。相互関係により、受信機（ラジ
オメータ）を外し、トランスミッタを接続するとすれ
ば、同じ信号軌道を用いて同様に腫瘍にエネルギを結合
し、エネルギ集中のパターンを達成することができる。
この場合、スイッチ24は、基本的にはラジオメータを外
し、代りにトランスミッタを接続し、トランスミッタが
スイッチ24を介して装置20に結合される伝送モードとな
るよう作動する。作動の伝送モードにおいて、装置20
は、スイッチ24から信号入力を取入れ、該入力を、個別
の位相シフタ16を含む個別の信号チャンネルに分割する
Ｎウェイの電力分割器として作用する。次いで、これら
の信号は先にセットされた位相シフタによりアンテナ12
に結合され、信号を腫瘍個所10に結合する。

作動の伝送モードの間、電気軌道の長さが高熱を加えた
ために変化するとすれば、トランスミッタはオフとさ
れ、再びラジオメータが使用されて軌道長さを規定し、
そのため連続的にプロセスを繰返し、かつ適正な位相の
一貫性が保たれるように作動を連続的にモニタする。再
び、伝送モードから受信モードへ、そして伝送モードへ
の前記の変動がスイッチ24により制御される。このスイ
ッチは手動スイッチでよい。

第１図に示す閉鎖ループシステムにおいては、ラジオメ
ータは温度差をモニタ（温度測定法）し、供給された電
力を制御し続けるために使用しうる。前述の接続と遮断
の機能はスイッチ24によって達成される。また前述のよ
うに、前記装置20が作動の受信モードの間Ｎウェイの結
合器として作動しているが、作動の伝送モードの間はＮ
ウェイの分割器となる。伝送／受信スイッチ24は、機械
的および電子的実施例を含む数種の実施例において設け
ることができる。もしスイッチ24がフェライトの二重化
および／またはスイッチングの使用を介する電子スイッ
チであるならば、その挿入損が重要な要素となる。機械
スイッチは挿入損が0.1dB以下で絶縁は60dBより大き
い。スイッチング時間は機械スイッチでは遅くなるが、
スイッチング速度は特定の用途においてはそれ程重要で
ない。

本発明の代替実施例を示す第２図を参照する。第２図に
示す方法は伝達機能と受取り機能とを分けるために送受
切換器を採用し、基本的に挿入信号を個別の軌道即ちチ
ャンネルへ入るようにする。この特定の方法により個々
のトランスミッタの軌道の位相一貫性が保持されるもの
と想定して各チャンネルに供給される電力レベルを独立
して制御できる。

第２図においては、第１図に示すものと類似の要素を識
別するために同じ参照番号を用いている。前記アンテナ
は複数の反射計に結合され、反射計の方は複数の位相シ
フタ16に結合されている。位相シフタの方は複数のサー
キュレータ30に接続されている。また、これらサーキュ
レータも、多数の入力側を備えたＮウェイ電力結合器32
に接続されている。また、第２図はＮウェイの電力分割
器34を示す。この分割器への入力はマイクロ波トランス
ミッタからである。電力分割器の数個の出力側は個別の
チャンネルに結合され、そのためアンテナと同様分割器
34から同数の出力側があることが好ましい。前記出力側
の各々は電力増幅器36と一極／単投スイッチ38を介して
サーキュレータ30の第３の端子に接続されている。結合
器32に関しては、これもアンテナと同数の入力端子を有
することが注目される。結合器32の出力側は一極／単投
スイッチ42を介してラジオメータに接続されている。

第２図に示す実施例においては、作動の受信モードの
間、Ｎウェイの電力結合器32が作動するがＮウェイ電力
分割器34の方は非作動である。マイクロ波トランスミッ
タは作動していないが、マイクロ波ラジオメータは作動
しうる状態で、かつ位相シフタを調整しうる状態であ
る。このように、作動の受信モードの間、腫瘍自体が信
号発生元として作用し、信号はアンテナ、反射計および
各チャンネルの位相シフタを介してサーキュレータ30に
結合される。一極／単投スイッチ38は開放しており、そ
のため信号軌道はサーキュレータ30から直接Ｎウェイ電
力結合器32に延びる。一極／単投スイッチ42は閉鎖し、
そのため結合器32の出力側での結合された信号がラジオ
メータに結合される。次いで、個々の位相シフタ16が個
々にラジオメータでの信号を最大にするよう調整され
る。このため適正な信号結合用の信号軌道を設定し、特
に腫瘍とアンテナとの間の信号軌道における、即ち非均
質の組織における信号軌道特性を適正化する。

位相シフタが調整され、ラジオメータの信号が最大化さ
れた後、当該システムは作動の伝送モードに切換わる。
作動のこのモードにおいては、Ｎウェイの電力結合器32
は基本的に使用不可とされ、トランスミッタがマイクロ
波信号をＮウェイ電力分割器34へ送り、そこで信号は分
割され、個別の電力増幅器36および一極／単投スイッチ
38を介して個別のチャンネルの各々に結合される。一極
／単投スイッチ38が閉鎖され、信号はサーキュレータ30
に結合され、そこから位相シフタ、反射計およびアンテ
ナを介して腫瘍個所に結合される。先に調整し、伝送に
対して適正状態にセットずみの位相シフタ16は腫瘍個所
に結合した信号を適正化して、この信号のビームを形成
して腫瘍個所が適度に加熱されるようにする。

ラジオメータ自体は当該システムの全体ノイズに影響す
るノイズを発生させる。したがって、全体システムの出
力はアンテナが受取ったノイズのみならず当該システム
内で発生したノイズも含む。トランスミッタに関連した
電力レベルが諸要素の温度を上昇させ、受取り軌道共通
に熱を伝達させる。このため位相と振幅とを変動させる
ので、トランスミッタの電力がオフの際作動の受信モー
ドの間ラジオメータを用いて周波数を調整する必要があ
る。この調整は各部分において簡素性と共通の構成要素
性を保つことにより最小としうる。作動の伝送モードの
間双方の実施例に示すように、アンテナの不整合は反射
計を用いることにより対処できる。このため、順方向か
つ反射された電力を測定できるようにする。反射計に関
して、好ましくは緩く結合させても信号の損失に対する
影響は無視しうる程である。

本発明の技術は侵入性および非侵入性の双方のアンテナ
エレメントに使用できる。さらに、ラジオメータはトラ
ンスミッタと同じ周波数である必要がないことに注目す
べきである。必要に応じ、フィルタリングと共に周波数
分離を用いてトランスミッタから敏感な受信機をさらに
絶縁することができる。

アンテナクラスタの一実施例を示す第３図を参照する。
第３図は５本アンテナを使用した実施例を示すものであ
る。また、第３図は腫瘍個所10に関連させて前記アンテ
ナを示す。

前述のように、一旦他の技術により腫瘍の位置が特定さ
れ、その大きさが検出されると、異った形態のアンテナ
アレイを用いればよい。

本発明の限定数の実施例を説明してきたが、当該技術分
野の専門家には、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲
内に入るその他の多くの実施例や修正が可能なことが明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック線図、第２図は本発明の第２の実施例のブロック線図、および
第３図は本発明に採用されるアンテナクラスタの概略図
である。図において、 10…腫瘍個所、12…アンテナ 14…反射計、16…シフタ 20…電力分割器／結合器、24…スイッチ 30…サーキュレータ、32…電力結合器 38,42…スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナからなるアンテナ・アレイ
と、前記複数のアンテナでそれぞれ受信されたアンテナ信号
を結合して結合信号を供給する信号結合手段と、前記結合信号を最大化するために前記アンテナ信号の各
々の位相を個別に調整する位相調整手段と、マイクロ波信号を発生して伝送するトランスミッタ手段
と、前記マイクロ波信号を分割して、前記位相調整手段を介
して位相調整をした後に前記複数のアンテナのそれぞれ
に伝達する信号分割手段と、を備えた癌性腫瘍の非侵入型高温治療装置。
【請求項２】前記信号結合手段がＮウエイ結合器を含む
請求の範囲第１項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項３】前記位相調整手段が、複数の個別の位相シ
フタを含む請求の範囲第２項に記載の非侵入型高温治療
装置。
【請求項４】前記アンテナ信号の受信モードと前記マイ
クロ波信号の伝送モードとの間で切換える手段を含む請
求の範囲第３項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項５】前記信号分割手段がＮウエイ分割器を含む
請求の範囲第３項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項６】前記Ｎウエイ結合器、前記Ｎウエイ分割
器、前記位相シフタの間を接続するサーキュレータを含
む請求の範囲第５項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項７】前記トランスミッタ手段を前記Ｎウエイ分
割器に接続する手段と、前記Ｎウエイ分割器の出力側を
前記サーキュレータに接続する手段とを含む請求の範囲
第６項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項８】前記結合信号を受信するラジオメータを含
む請求の範囲第７項に記載の非侵入型高温治療装置。
【請求項９】前記Ｎウエイ結合器の出力側を前記ラジオ
メータに接続する手段を含む請求の範囲第８項に記載の
非侵入型高温治療装置。
【請求項１０】前記Ｎウエイ分割器の出力側を前記サー
キュレータに接続する前記手段が直列に接続された増幅
器と開閉スイッチとを含む請求の範囲第９項に記載の非
侵入型高温治療装置。