JPH07185018A - 温熱治療装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無侵襲温度測定の採用による測定精度の向上
効果を確保しながら、患部を常に治療に最適な温度に加
温することができる安全性および信頼性にすぐれた温熱
治療装置を提供する。 【構成】 生体の温度を熱電対２によって生体との接触
により測定し、その測定値が目標温度となるようマイク
ロ波出力部１２の出力（加温出力）を制御する。また、
生体の温度をラジオメータ１３によって無侵襲で測定
し、この測定値に応じて加温出力制御用の目標温度を定
期的に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の患部を加温して
治療する温熱治療装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度測定技術には、接触式の温度測定と
非接触式の無侵襲温度測定がある。接触式の温度測定の
例としては、熱電対、白金素子、サーミスタ、光ファイ
バ温度計等があるが、これらは接触している部分の温度
を測定するものであるから、測定対象物の組織への刺入
が必要となったり、体腔内での使用は難しい。

【０００３】無侵襲温度測定の例としては、測定対象物
から放出されるマイクロ波を受信して測定を行なうラジ
オメトリ方式、マイクロ波を生体に放射してそのマイク
ロ波の散乱や吸収の様子を像にするマイクロ波ＣＴを用
いる方法、ＭＲＩを用いる方法など、いくつもの手法が
世の中に存在している。ラジオメトリ方式では、特開昭
59-192925 号公報に示されるものがある。

【０００４】実際にこの無侵襲温度測定の方法を用い、
生体の患部を最適温度に加温して治療を行なう温熱治療
装置が特公昭57-53110号公報および特公昭61-32035号公
報などに示されている。

【０００５】ラジオメトリ方式を用いて生体の温度測定
を行なう場合の問題点として、アンテナと生体との境界
面での反射係数があり、その反射係数に基づく誤差を解
消する測定法としてバランス法ラジオメトリがある。こ
れについては、Elect.Leters,14,194 〜196 およびハイ
パーサーミア誌第２巻に示されている。

【０００６】このバランス法ラジオメトリをハイパーサ
ーミアなど温熱（加温）治療での温度測定に用いる場
合、測定対象物から放射される微弱なマイクロ波を捕ら
える必要から、測定時に加温出力をオフする必要があ
る。これについての技術が特公昭57-53110号公報に示さ
れている。また、バランス法ラジオメトリと温熱治療と
の組合せに際し、測定時間の短縮を図るための技術が特
願昭4-96648 号および特願昭4-302158号に示されてい
る。

【０００７】また、バランス法ラジオメトリにおいて、
アンテナとの間の伝送路での電力減衰による誤差を補正
する技術が、特開平3-293526号公報に示されている。一
般に、バランス法ラジオメトリを用いて温度測定を行な
うラジオメータは、参照雑音源からマイクロ波を発生さ
せ、それをアンテナから測定対象物に放射するととも
に、測定対象物から放出および反射されるマイクロ波を
上記アンテナで受信し、この受信マイクロ波の電力と参
照雑音源のマイクロ波の電力との差が零となるよう参照
雑音源の雑音温度（参照雑音温度）を調節し、電力差が
零となったときの参照雑音源の雑音温度をそのまま測定
対象物の温度として捕らえるようにしている。つまり、
アンテナと生体との境界面の電力反射係数に影響を受け
ることなく、精度の高い測定を可能としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ラジオメータにおい
て、電力差は、参照雑音温度の一回の調節だけではなか
なか零に到達せず、到達までに何回かの調節が繰返され
る。しかも、参照雑音温度はすぐに安定しないため、調
節ごとに時間待ちが必要となる。50Ω抵抗を用いるタイ
プの参照雑音源で特に長い。

【０００９】したがって、温度測定にかかる時間が長く
なる傾向にある。測定時間が長いと、測定中に加温出力
をオフする必要のある温熱治療では、測定ごとに患部の
温度が下がり、治療効果が減少してしまう心配がある。

【００１０】対策として温度測定の回数を減らすことが
考えられるが、そうすると適正温度を維持できず、結局
は治療効果が損なわれてしまう。温度の上がり過ぎによ
る火傷の心配もある。

【００１１】なお、電力差の零判定をあまくすることで
測定時間の短縮が図れるが、そうすると測定精度が損な
われてしまう。この発明は上記の事情を考慮したもの
で、その目的とするところは、無侵襲温度測定の採用に
よる測定精度の向上効果を確保しながら、患部を常に治
療に最適な温度に加温することができる安全性および信
頼性にすぐれた温熱治療装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の温熱治療装置
は、生体を加温する加温手段と、生体の温度を生体との
接触により測定する第１測定手段と、生体の温度を無侵
襲で測定する第２測定手段と、上記第１測定手段の測定
値が目標温度となるよう上記加温手段の出力を制御する
手段と、上記目標温度を定期的に上記第２測定手段の測
定値に応じて補正する手段とを備える。

【００１３】

【作用】この発明の温熱治療装置では、生体の温度を生
体との接触により測定し、その測定値が目標温度となる
よう加温出力を制御する。また、生体の温度を無侵襲で
測定し、この測定値に応じて加温出力制御用の目標温度
を定期的に補正する。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の第１実施例について図面を
参照して説明する。図１に示すように、３は体腔内への
挿入が可能なアプリケータ３で、先端部にアンテナ１が
内蔵され、先端部の表面に熱電対２が取付けられる。ア
ンテナ１は、加温波出力を放射したり、体腔内組織から
の熱輻射を受信する。熱電対２は、生体の温度を生体と
の接触によって測定する第１測定手段であり、体腔内表
面の温度を測定する。

【００１５】体腔内表面を冷却するために冷却水ポンプ
８が用意され、その冷却水ポンプ８から吐出される冷却
水が送水チューブ６によりアプリケータ３に送られる。
アプリケータ３に送られた冷却水はアンテナ１の周辺を
通って体腔内表面を冷却し、排水チューブ７を通って冷
却水ポンプ８に戻る。なお、排水チューブ７を通る冷却
水を冷却水ポンプ８に戻さずに排水として処理してもよ
い。

【００１６】アンテナ１は同軸ケーブル４により、熱電
対２は熱電対ケーブル５により、それぞれ本体１０に接
続される。本体１０には制御部１１が設けられており、
その制御部１１にマイクロ波出力部１２、第２温度測定
手段であるラジオメータ１３、同軸スイッチ１４、およ
び熱電対アンプ１５が接続される。

【００１７】マイクロ波出力部１２の出力端およびラジ
オメータ１３の入出力端が同軸スイッチ１４に接続さ
れ、その同軸スイッチ１４のコモン端子が上記同軸ケー
ブル４に接続される。熱電対アンプ１５は、熱電対２か
らの入力信号を増幅処理して制御部１１に送る。

【００１８】加温出力を生体に放射するときは、同軸ス
イッチ１４がマイクロ波出力部１２側に切換わってマイ
クロ波出力部１２と同軸ケーブル４とが導通する。温度
測定に際しては、同軸スイッチ１４がラジオメータ１３
側に切換わってラジオメータ１３と同軸ケーブル４とが
導通する。

【００１９】ここで、ラジオメータ１３の具体例を図２
に示す。上記同軸スイッチ１４にディッキー・スイッチ
２１を介してサーキュレータ２２のポートが接続され
る。

【００２０】ディッキー・スイッチ２１は、同期信号発
振器２３から発せられる矩形波状の同期信号によりオ
ン，オフし、オン時に同軸スイッチ１４とサーキュレー
タ２２のポートとの間を導通させ、オフ時に同軸スイッ
チ１４とサーキュレータ２２のポートとの間を遮断す
る。

【００２１】サーキュレータ２２は、３つのポートを有
しており、各ポートに対し信号伝達方向の順にディッキ
ー・スイッチ２１、アイソレータ２４、および参照雑音
源２５がそれぞれ接続される。ディッキー・スイッチ２
１を介して入力される熱雑音信号はサーキュレータ２２
からアイソレータ２４を介してＲＦアンプ２６で増幅さ
れ、ミキサ２７のＲＦ端子に入力される。アイソレータ
２４は、ＲＦアンプ２６以降で反射される信号を吸収す
る働きをする。

【００２２】参照雑音源２５は、設定される雑音温度Ｔ
ref に応じた電力のマイクロ波を発生するもので、常温
レベルの輝度温度を精度よく測定しようとする観点か
ら、たとえばペルチェ素子による物理温度制御が可能な
50Ω抵抗を用いている。

【００２３】ミキサ２７のＬＯ端子に感度調整用の減衰
器２８を介して局部発振器２９が接続される。この局部
発振器２９から発せられる信号は減衰器２８を介してミ
キサ２７に入力され、そこでＲＦアンプ２６の出力との
乗算による周波数変換がなされる。

【００２４】ミキサ２７の出力はＩＦアンプ３０で増幅
されて検波器３１に送られ、そこで信号の直流成分が抽
出される。この信号はロックインアンプ３２に送られ
る。ロックインアンプ３２は、上記同期信号発振器２３
の同期信号に基づいてディッキー・スイッチ２１のオ
ン，オフと同期をとり、そのディッキー・スイッチ２１
のオン時に入力される信号の電圧レベルとオフ時に入力
される信号の電圧レベルとの差に比例するレベルの電圧
信号をＶlockとして出力する。

【００２５】すなわち、ロックインアンプ３２の出力電
圧Ｖlockは、アンテナ１で受信されるマイクロ波の電力
と参照雑音源２５のマイクロ波の電力との差に対応す
る。この出力電圧Ｖlockは、ラジオメータ１３の出力と
して、図１の制御部１１に送られる。

【００２６】つぎに、上記の構成の作用を説明する。ま
ず、ラジオメータ１３の処理について説明する。ディッ
キー・スイッチ２１がオン，オフし、そのオン時、参照
雑音源２５から発せられるマイクロ波がサーキュレータ
２２，ディッキー・スイッチ２１，および同軸ケーブル
４を介してアンテナ３に送られる。このマイクロ波はア
ンテナ１から生体１に向けて放射される。

【００２７】放射されるマイクロ波は、生体１に吸収さ
れるとともに、一部がアンテナ３と生体１との境界面で
反射される。この反射マイクロ波は生体１から放出され
るマイクロ波と共にアンテナ３で受信され、その受信信
号が同軸ケーブル４、同軸スイッチ１４、およびディッ
キー・スイッチ２１を介して取込まれる。

【００２８】ディッキー・スイッチ２１のオフ時は、参
照雑音源２５から発せられるマイクロ波がサーキュレー
タ２２を介してディッキー・スイッチ２１に送られ、そ
こで全反射される。この全反射されたマイクロ波は再び
サーキュレータ２２を通り、アイソレータ２４側に取込
まれる。

【００２９】したがって、生体１の輝度温度をＴobj 、
アンテナ１と生体１との境界面の電力反射係数をＲ、参
照雑音源２５から発せられる雑音温度をＴref とすれ
ば、生体１から放出されてアンテナ３に入るマイクロ波
のエネルギ量は、境界面で生体１内に反射される分（Ｔ
obj ・Ｒ）だけ少なく、Ｔobj −Ｔobj ・Ｒとなる。つ
まり、（１−Ｒ）・Ｔobj である。

【００３０】アンテナ１から放出されて境界面で反射さ
れ、再びアンテナ１に入るマイクロ波のエネルギ量は、
Ｔref ・Ｒである。

【００３１】このことから、ディッキー・スイッチ２１
のオン時に検波器３１から出力される電圧Ｖonは、次の
ようになる。 Ｖon＝ｋ・Ｇ・Ｃd ・（１−Ｒ）・Ｔobj ・Ｂ＋ｋ・Ｇ
・Ｃd ・Ｔref ・Ｒ・Ｂ また、ディッキー・スイッチ２１のオフ時に検波器３１
から出力される電圧Ｖoff は、次のようになる。

【００３２】Ｖoff ＝ｋ・Ｇ・Ｃd ・Ｔref ・Ｂ なお、ｋはボルツマン定数。ＧはＩＦアンプ３０までの
システムゲイン。Ｃdは検波器３１の感度定数。Ｂは帯
域幅である。

【００３３】この検波器３１の出力電圧Ｖon，Ｖoff が
入力されるロックインアンプ３２の出力電圧Ｖlockは、
両入力電圧Ｖon，Ｖoff の差に対応する。 Ｖlock＝ｋ・Ｇsys ・Ｂ・（１−Ｒ）・（Ｔobj −Ｔre
f ） なお、Ｇsys はシステム全体のゲインである。

【００３４】ここで、Ｖlockが零となるよう参照雑音源
２５の参照雑音温度Ｔref を調節すれば、電力反射係数
Ｒが“１”でない場合、Ｔobj ＝Ｔref となり、電力反
射係数Ｒにかかわらず測定対象物の温度を直接的に測定
することができる。これが従来よりあるバランス法ラジ
オメトリの原理である。

【００３５】次に、全体の作用について図３を参照して
説明する。まず、加温開始後、一定時間（短い）が経過
するまでそのまま加温する。一定時間（短い）の経過
後、熱電対２で体腔内表面の温度を測定する。このと
き、一定時間（長い）が経過していなければ、加温出力
制御を行なう。すなわち、電対２の検知温度が、すでに
設定されている目標温度となるようマイクロ波出力部１
２の出力を制御する。これは、オン，オフ制御であって
も、比例制御でも、またＰＩＤ制御でもよい。

【００３６】このような制御ループにおいて、一定時間
（長い）が経過したら、ラジオメータ１３による無侵襲
温度測定を開始することになる。そして、ラジオメータ
１３で測定された体内温度（体腔内表面下組織温度）が
すでに設定されている内部希望温度になっていたら、そ
のまま出力制御に入る。しかし、希望する内部温度にな
っていなかったら、その分の温度を上げるように目標温
度を補正する。そして、この補正した目標温度を基準と
して加温出力制御を行なう。

【００３７】このように、測定に時間のかからない熱電
対２を用い、その測定値が目標温度となるよう加温出力
を制御し、かつ定期的に無侵襲温度測定の測定値によっ
て目標温度を補正することにより、無侵襲温度測定の採
用による測定精度の向上効果を確保しつつ、患部を常に
治療に最適な温度に加温することができる。

【００３８】次に、この発明の第２実施例について説明
する。ラジオメータ１３が、図４に示す構成となる。他
の構成については第１実施例と同じである。

【００３９】ラジオメータ１３は、受信中心周波数が互
いに異なる３つの受信系統５１，５２，５３を備え、こ
れら受信系統を同軸スイッチ４１，４２によって選択的
に使用する構成となっている。

【００４０】多周波数での受信を行なうと、体内の温度
測定において、深さ方向の温度分布を計算することがで
きる。ただし、単一周波数での測定の場合より測定時間
がかかるため、単一周波数での測定を行なうか、多周波
数での測定を行なうかはケースバイケースとなる。ま
た、単一周波数での測定でも、周波数を変更することに
より、得られる平均温度の範囲が変わる。低い周波数で
はより深い部分までの温度が含まれるが、高い周波数で
は浅い部分のみの温度の平均となる。これを選択するこ
とによって、その時その時にあった深さまでの温度測定
ができる。

【００４１】さらに、このラジオメータ１３では、受信
系統５１，５２，５３のうち、受信系統５２に同軸スイ
ッチ３３，３４および２つのＩＦアンプ３０ａ，３０ｂ
を設け、同軸スイッチ３３，３４によってＩＦアンプ３
０ａ，３０ｂを選択的に使用する。ＩＦアンプ３０ａ，
３０ｂのうち、３０ａは周波数帯域が狭く、３０ｂは周
波数帯域が広い。多周波数での温度測定の場合、各受信
系統の測定の独立性を高めるために、ＩＦアンプの受信
周波数帯域が重ならないようになっている。よって、そ
れぞれの受信周波数帯域は狭めである。しかし、単一周
波数での測定の場合、受信周波数が広ければその分だけ
感度が向上する。よって、ある程度広い方がよい。よっ
て、無侵襲温度測定を単一周波数で行なうか多周波数で
行なうかに合わせて、ＩＦアンプ３０ａ，３０ｂの使用
を選択することにより、より確実な測定を行なうことが
できる。

【００４２】次に、第３実施例について説明する。ここ
では、冷却水ポンプ８が除去される。そして、本体１０
に、マイクロ波出力部１２に代えてＲＦ出力部１６が設
けられる。このＲＦ出力部１６から発せられる高周波出
力は、同軸ケーブル４の外部導体に接続されている体腔
内ラインと、対外電極９に接続されている対外ラインと
の間に、供給される。この場合、温度測定側と加温側と
を切換えるための同軸スイッチは必要ない。

【００４３】このような構成によれば、マイクロ波より
も深い部分まで加温が可能な高周波温熱治療において、
第１実施例と同様の効果が得られる。なお、上記各実施
例では、接触型の温度測定手段として熱電対２を用いた
が、白金素子、サーミスタ、光ファイバー温度計、液晶
温度計など）、いずれを用いてもよい。また、加温方式
も、マイクロ波や高周波（ＲＦ波）だけでなく、超音波
を用いてもよい。さらに、体腔内加温だけに限定されな
い。無侵襲温度測定についても、ラジオメータに限ら
ず、ＭＲＩを用いた方法、マイクロ波レーダー方式、超
音波方式、インピーダンス方式など、どれを用いてもよ
い。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、生
体の温度を生体との接触により測定し、その測定値が目
標温度となるよう加温出力を制御するとともに、生体の
温度を無侵襲で測定し、この測定値に応じて加温出力制
御用の目標温度を定期的に補正する構成としたので、無
侵襲温度測定の採用による測定精度の向上効果を確保し
ながら、患部を常に治療に最適な温度に加温することが
できる安全性および信頼性にすぐれた温熱治療装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の全体的な構成図。

【図２】同実施例におけるラジオメータの具体的な構成
図。

【図３】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。

【図４】第２実施例におけるラジオメータの構成図。

【図５】第３実施例の全体的な構成図。

【符号の説明】

１…アンテナ、２…熱電対（第２温度測定手段）、１０
…本体、１１…制御部、１２…マイクロ波出力部、１３
…ラジオメータ（第１温度測定手段）、１４…同軸スイ
ッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体を加温する加温手段と、生体の温度
   を生体との接触により測定する第１測定手段と、生体の
   温度を無侵襲で測定する第２測定手段と、前記第１測定
   手段の測定値が目標温度となるよう前記加温手段の出力
   を制御する手段と、前記目標温度を定期的に前記第２測
   定手段の測定値に応じて補正する手段とを備えたことを
   特徴とする温熱治療装置。