JPS61255671A

JPS61255671A - 生体組織体に付加熱を発生させるための装置

Info

Publication number: JPS61255671A
Application number: JP9612485A
Authority: JP
Inventors: ポール・エフ・ターナー
Original assignee: BSD Medical Corp
Current assignee: BSD Medical Corp
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1985-05-08
Publication date: 1986-11-13
Also published as: JPH0148781B2

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】発明の背景と概要この発明の出願は、１９８０年４月２日に出願された米
国特許出願第１５６，５０６号（米国特許第４．４６２
．４１２号）の部分継続（ｃ工Ｐ）出願に係るものであ
る。

この発明は、一般的には、目標体に電磁放射線を照射す
るためのシステムおよび装置に関するものであり、特に
、生体組織に対する照射を制御するためのリング状のア
プリケータおよびそれに関連したシステムに関するもの
である。

現在では、人体のガンにする各種の形式の治療処理が普
通に行なわれている。これらの処理には、外科的治療法
、放射線源からのＸ線の照射法、および化学療法が含ま
れており、これらの処理はその処理効を増強させるため
に諸種のやり方で組合わされることが多い。

このような通常の処理技術は、多くの患者に対するガン
治療をすることや多くの別異の患者を延命させることで
は成功しているけれども、それらは多くの形式のガンに
対してはしばしば　〜効果がなく、また、必要な治療処
理レベルにおいてきびしい副次的な逆効果を生じること
が多い。例えばＸ線や化学療法によりガン患者に対して
長期間の処理をすることは、究極的には、患者の自然の
免疫組織を破壊または抑制して、多くの患者は、致命的
とはいえないインフルエンザや肺炎のような通常の伝染
病に負けてしまうことになる。また、ガンが進行したり
、または合併症を有する多くの患者は、外科的その他の
ガンの治療処理による外傷に対する抵抗力が極めて弱く
なり、このため、このような治療処理を試行することが
できないか、または打切らねばならなくなる。

人体のガンについての流行とそのきびしい結果、および
、前述されたような現在の治療処理にはしばしば効果が
ないことのために、医療技術研究者は、改良された、ま
たは代替的なガンの治療処理方法とそれに関連した装置
を発見し、開発するために継続的に試験的実験を行なっ
てきた。

付加熱法（ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ　）、すなわち人
工的に上昇された体温を生じることは、代替的なガンの
治療処理法として真剣な科学的考察をなされてきた。付
加熱法だけの有効性または別異の治療処理法と組合せて
の有効性は多くの研究で追究されてきた。現在のガンの
治療処理法ではしばしば生じる関連のきびしい副次的逆
効果が、この付加熱法の技術では生じることがなく、こ
れが多くのまたは殆んどの形式の人体のガンに対する治
療処理法として極めて効果的な潜在力を有するとみられ
ることで、この研究は重要なものである。

ガンに対する付加熱法による治療処理法についての研究
者は、共通的に１人体における多くの形式の悪性増殖部
を、大男の正常で健康な細胞に対しては有害な温度より
わずかに低い温度で悪性部を加熱することにより、きび
しい副次的な逆効果なしで、熱的に破壊することができ
ると報告している。さらに、多くの形式の悪性細胞体は
、恐らくは、より弱い血管質と減退した血流特性のため
に、正常な熱の転移または伝搬特性に比べて相当に弱く
なっていることが見出されたと報告されている。このこ
とから、このような形式の増殖部は、付加熱法による治
療処理法に適合していると思われる。貧弱な血管質の悪
性増殖部は、隣接の健全な組織が到達するよりも数度高
い温度に加熱することができるものとされている。この
ことは、正常な組織体に比べて熱的感度の低い形式の悪
性増殖部についての付加熱法による治療処理法を正常な
細胞の破壊なしに可能化させる見込みがあり、また、貧
弱な血管質を呈する、より高い熱的感度をもつ形式の悪
性部について、より高い温度で、より短かい時間の付加
熱法による治療処理法を可能化させる見込みがあるもの
であり、これは重要な医学的理由のために有利なもので
ある。

このことについて、研究者は、共通的に、大男の悪性増
殖部のこれらの熱的な特性および正常体の細胞の熱的な
感度の結果として、人体のガンに対する治療処理の付加
熱法による温度は比較的狭い有効かつ安全な温度範囲内
で慎重に限定されるべきことが報告されている。約４１
．５’Ｃ（１０６，５７″Ｆ）の閾値温度以下では、通
常、大男の細胞の悪性増殖部の相当な熱的破壊が生じる
ことは見出されていない。

近似的に４３℃から４５℃（１０９，４″Ｆから１１３
７）までの範囲から上の、わずかζこ高い付加熱法によ
る温度においては、大男の形式の正常な細胞に対する熱
的な損傷が定常的に観測される。

かくして、このような温度が健全な組織体内で超過しな
いように多大の注意をせねばならない。

いかなる上昇温度にせよ、その露熱時間は、いうまでも
なく、健全な組織体に対して熱的な損傷を生じさせる限
界についての重要なファクタである。しかしながら、人
体の多くの部分または臨界的な部分が、比較的短かい時
間でも、４３℃から４５℃までの範囲内、またはそれを
上回って加熱されたときには、重大な永久的な損傷が生
じたり、または、死に至ったりする。

歴史的には、前世紀の終りにおいて、約１０ＫＨｚを上
回る交流電流が生体組織を貫通して加熱することが見出
された。その結果として、通常はＭＨ２程度の周波数範
囲の高周波電流が、病気をもつ組織体または筋肉の損傷
のような通常の肉体的な不具合についての治療処理のた
めに広く用いられている。、今世紀の初めに、”ジアテ
ルミ（ｄｉａｔｈｅｒｍｉａ　）”なるものが、このＫ
ＭＲ組織体の加熱技術に対して与えられ、米国では、Ｍ
Ｈ２の範囲内のいくつかの個別的なＫＭＲ周波数が、連
邦商業委員会（ｙｃａ）によってジアテルミでの使用の
ために特別に割当てられている。

ガンに対するＥＭＲ付加熱法による処理法に関連する多
くの検討は、例えば、ＣｈｒｉｓｔｉａｎＳｔｒθｆｆ
ｅｒ他によって編集され、１９７８年にＢａｌｔｉｍｏ
ｒｅ　　ＭｕｎｉｃｈのＵｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｓｃｈｗ
ａｒｚｅｎｂｅｒｇによって刊行された”付加熱法およ
び照射法によるガンの治療法（ｃａｎｃｅｒ　Ｔｈｅｒ
ａｐｙ　ｂｙＨｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａａｎｄ　Ｒａｄ
ｉａｔｉｏｎ　）″なる書物に公表された論文の集まり
の中に見出される。

人体の悪性増殖部についてＥＭＨに導かれた付加熱法に
よってえられた、勇気づけられるような、また、しばし
ば明らかに成功している医学的な結果が報告されている
けれども、その治療処理は通常は実験的な性質をもつも
のであり、典型的には、それ以外では治癒不能または末
期的であると考えられたガン患者について用いられてい
るものである。その理由は、健全な組織体に対する付加
熱法による損傷に関連する重大な問題が共通的に生じて
いるからである。通常の表面的な加熱と同様に、これら
の健全な組織体の損傷についての問題は、特に、熱的な
感度をもつ組織体の内部またはその近傍の深部に存在す
る悪性増殖部を熱的に破壊することに関連づけられてい
る。

健全な組織体に対するこの意図されないＥＭＲの熱的な
損傷は、典型的には、ＥＭＨの付加熱法による処理法の
概念におけるどのような基礎的な欠点よりも、実際に存
在するＦＸＭＲ放射装置の設計および使用に帰するもの
とすることができる。例えば、使用されるＥＭＲ装置は
、過剰に放射され、および／または、　ＥＭＲ加熱フィ
ールドが不適切に制御される。更に別異の不利な点は、
通常用いられている特別のジアテルミに割当てられた周
波数が、典型的には、深部への貫通のための最適放射周
波数でないということである。

これに加えて、実際に存在するＥＭＲの付加熱法のため
の装置およびその技術は、別異の形式の組織体の境界面
での反射特性または２個以上のＫＭＲアプリケータの同
時使用のいずれかにより、印加されるエネ゛ルギ波の制
御されない構造的な干渉に起因するような、健全な組織
体における熱的な”ホット・スポット”についての影響
およびきびしさが増大する傾向がある。

これまで医学的な研究や別異の医学上の目的のために使
用されてきたＫＭＲの付加熱法のための装置に関連する
これらの問題および別異の問題を克服するために、本出
願人は、夫々１９７９年１月１１日および１９７９年４
月１４日に出願された米国特許願第０Ｃ１５８４号（米
国特許第４２７１．８４８号）および第０４８，５１５
号（米国特許第４，３４１．２２７号）において、改良
されたＫＭＨの付加熱法のための装置を開示した。これ
ら２個の米国特許においては、平行プレートおよび導波
管形式のＥＭＲアプリケータが関連のＰＭＲ装置と共に
記述され、かつ特許請求がなされており、該アプリケー
タは、特に、生体組織体または組織体の外側から組織体
を模擬するものに放射させるのに好適なものである。例
えば、人体の悪性部についての付加熱法による処理に関
連する重要なパラメータの探究、規定を可能ならしめる
広汎なＫＭＨの能力が強調されている。また、これらの
米国特許で記述されているものは、組織体の深部での加
熱特性を改善するようにされた２個（またはそれより多
くの）アプリケータの同時操作についてである。

゛・１、パ・、＼５、＼、ゝ、＼、ゝ、＼１１、本出願人による、１９７９年６月１９日になされた次の
米国特許願第０５０，０５０号には、ニードル形式のさ
し込みＥＭＲアプリケータであって、表面下の組織体領
域においてＥＭＨの付加熱法を可能化させるものが記述
されている。これらのさし込みアプリケータの段階的な
アレイで包囲することにより、悪性増殖部を含むような
局部的な組織体の領域が、同期的なＥＭＲフィールドの
構造的な干渉により、実質的に一様な加熱を受けること
が記述されている。

しかしながら、大きいまたは広く拡散された悪性増殖部
が発見されうる成人体の躯体および大腿部の、ような厚
みのある組織体部に対して、一様な深みのあるＫＭＲ加
熱をさせることのできるＥＭＨの付加熱法のための装置
については、重要な必要事項がまだ存在している。身体
についてのこれらのおよび類似の領域のために、より小
さいアプリケータのアレイを含みリング状に包囲される
ＫＭＲアプリケータ装置が通常は好ましいものであり、
ＥＭＲで加熱されるべく包囲されている身体の全周から
内側に向けてＦｉＭＲエネルギを放射するようにされて
いる。

この目的のため、大形のリング状磁気コイルが用いられ
て、該コイルを通して置かれた身体の領域に磁界をかけ
るようにされる。このような放射磁界は人体の組織体内
に深く貫通させるために知られているものであるが、包
囲された組織体の領域を横切って一様に加熱することは
通常は可能ではない。このことは何人かの研究者によっ
て報告されている。その理由は、誘導電流が、中心部よ
りも外側の組織体領域に沿った長い電流径路において、
はるかに強く結合しているためである。かくして、生体
組織体内での付加熱を生じさせるために、このようなリ
ング状磁気コイルが用いられるときには、表面近傍の組
織体領域の方が、中心部にある組織体よりも多く加熱さ
れることが予測される。

現在使用されているＥＭＲアプリケータによれば、人体
の胴体部のような大形の目標物に対して、これをおおう
組織体をきびしく損傷させることなしに深部での加熱を
許容することはできない。これは生体組織体の損失性に
よるものであって、そこを通るＥＭＨのある程度の部分
は吸収される。そして、このような部分は組織体の形式
およびＫＭＨの周波数に依存している。利用されるパワ
ーの大部分は表面の近傍で吸収され、残りの比較的少量
はより深い領域内で吸収される。これは表面において組
織体に過剰な加熱をすることであり、所望の個所である
目標体の中心部では殆ど治療のための加熱がされないこ
とになる。

目標体を包囲するいくつかのアプリケータを使用するこ
とにより、中心の加熱領域におけるいくらかの加熱上の
改良がなされる。このようなアレイによれば、典型的に
は、相異なる波面間での構造的な干渉による不所望の高
熱領域をさけるために、個別のアプリケータは別異の周
波数または時間的にわずかに変動する周波数で励起され
る。このような配列によれば、目標物の表面の単位領域
において吸収されるエネルギを目立つ程には増大させる
ことなく、個別的なアプリケータによるパワー密度の和
に近似して、中心領域におけるパワー密度が増大される
。しかしながら、表面近傍の領域におけるパワー密度は
、それでも、深部の領域での加熱が治療のための値に達
するまでは、生体の目標体にとって有害のものである。

こ＼で利用される形式のリング状アプリケータ装置によ
る深部の悪性増殖部に対する熱的な処理が成功したとき
には、その結果は、加熱についての所望の一様性よりも
、大きい悪性増殖部の貧弱な熱伝播特性の方に由来する
ものと思われる。こ＼では利用されていない加熱の一様
性は、例えば、関連している低下した熱転移特性が重大
になるのに先立ち、増殖の初期段階にある深部で広く拡
散した小さいグループの悪性細胞に対する熱的な処理を
可能化させる。例えば、正常の健全な組織体に対する付
加熱の効果についてのＫＭＨの付加熱法の研究の領域に
おいて、包囲された組織体領域に対して少なくとも実質
的に一様な加熱をすることの可能性もまた重要なことで
ある。

これらの理由および別異の理由のため、本出願人はリン
グ状のＥＭＲアプリケータ装置およびこれに対応するＫ
ＭＲ放射方法を発明した。これは、包囲された目標体、
好ましくは生体組織体または組織体を模擬する物体にお
けるＥＭＲ加熱について著しく改良された一様性が与え
られる。

本出願の改良されたリング状のアプリケータ装置によれ
ば、ＫＭＲ加熱に要求または希望されている目的がなん
であれ、これらの目的がガンに対する医学的な付加熱法
の処理または別異の医学的な研究のためであるかどうか
を問わず、このような加熱の一様性が与えられる。

この発明によれば、電磁放射を用いる改良された付加熱
法のための装置において、リアルタイムでモニタするた
めのコンピュータ制御および装置の制御が用いられる。

複数個の個別のアプリケータが目標体の中心領域に向け
られる。

各々の個別のアプリケータに供給されるエネルギの振幅
および位相は、所望の対象物と整合させるように、装置
によって制御される。その操作の間、装置は、好ましく
は、目標体の内部および周囲における熱的フィールドお
よび電界分布をモニタする。目標体が生体であるときに
は、好ましくは、生活信号もモニタされる。好適の実施
例においては、装置の操作の間に収集された情報は、予
め計算されてメモリに蓄積されている予測された熱的フ
ィールドおよび電界の分布と比較される。アプリケータ
に供給されるエネルギの位相、振幅および周波数は、最
適の結果を与え、医学的な複雑化をさけるために装置に
よって制御される。

該装置によれば、目標体を加熱するために別異の形式の
ＫＭＲアプリケータが使用される。好適な実施例によれ
ば、目標体の周囲で円筒状に配置された複数個の放射ア
プリケータを有する手段が使用される。各アプリケータ
に対するエネルギの相対位相および／または振幅は、特
定の目標体について最も使用される加熱パターンを与え
るため、所望のように制御される。個別的なアプリケー
タは、例えば、ホーン形式の放射体またはダイポール・
アンテナから形成される。

この発明の特色をなす新規な特徴は、特許請求の範囲の
記載によって規定される。この発明の前記および別異の
目的ならびに利点はこれから明らかにされる。また、限
定的ではなく例示の目的のため、好適実施例が添付図面
に示されている。

好適実施例の説明第１図には、電磁放射（Ｆ、ＭＲ）　によって目標体試
料１２内で付加熱を生成させるための装置１０のブロッ
ク図が示されている。中央処理ユニット１４は装置１０
を制御し、その要素の各々と相互作用的なフィードバッ
ク関係を保持している。中央処理ユニット（ｃｐｕ）ｔ
　４は、目標体１２の現在の状態を記述する複数個の入
力を受入れる。これらの入力には、必ずしも限定された
ものではないが、目標体の生活信号１６、内部温度分布
１８、および、外部電界分布２０に関連する信号が含ま
れている。

生活信号人力１６は、好ましくは、生活している目標体
１２と共に使用される。これらの信号には、例えば、患
者の全体的な状態を規定するために医療従事者によって
一般的に使用される平均的な動脈の、心臓弛緩期の、お
よび心臓収縮期の血圧、心拍動、口内温度および別異の
信号が含まれている。

ＣＰｕ　１４は、また、複数個のサーマル・プローブ２
２からの入力１８をも受入れる。この゛サーマル・プロ
ーブは、第１図においては、単一のプローブ２２として
概略的に示されている。

これらのプローブ２２は目標体１２の内部温度をリアル
タイムに指示するものであり、第１０図に関連して説明
されているような形式のプローブ２２が使用されたとき
には、目標体１２内の熱的な分散についての２次元的ま
たは３次元的のリアルタイムな指示を与える。この熱的
な情報は、目標体１２の所望の部分が適切な温度に加熱
されていること、および、不所望の熱的な傾きまたは集
中が生じていないことを確かめるために使用することが
できる。

ＣＰｕ　１４は、また、選択された個所におけるリアル
タイムの電界振幅を指示する電界デテクタ２４からの入
力２０をも受入れることができ　゛る。これらのデテク
タ２４は、通常は、目標体１２の外部にあり、好ましく
は、その表面に対してまたは近接して配置されている。

複数個の、好ましくは少なくとも８個の電界デテクタ２
４を使用することができ、また、これらはＣＰｕ１４に
対する単一の入力２０によって概略的に表わされている
。これらの電界デテクタ２４は、目標体の表面における
２次的なＥＭＲの相対的な振幅のバランスについて、ｃ
ｐｕ　１４に対するフィードバックを与える。

コントロール−パネルまたはコンソール２６はＣＰｕ　
１４に結合されており、処理の制御およびその進行のモ
ニタのためにオペレータによって使用される。このコン
トロール・パネル２．６は、装置の操作についての全て
のインディケータと同様に目標体１２からえられるいか
なる情報でも表示するために使用することができる。

単一のメモリ・ブロック２８で表わされている諸種のメ
モリ・デバイスはＣ！Ｐｕ　１４に結合されている。メ
モリ２８は、処理の進行を制御するためにｃｐｕ　１４
によ“つて使用される予備処理計算の結果を蓄積する。

また、全ての関連のある操作データは、処理プロセスの
完全な記録および将来の使用のための結果をもたせるた
めに発生させるようにメモリ２８の別異の部分に蓄積さ
れる。

高周波数のエネルギ源３０が結合され、ＣＰｕ１４によ
って制御される。エネルギ源３０はパワー・スプリッタ
３２に結合されており、このパワー・スプリッタ３２は
複数本のラインにエネルギを分割し、その各々は同相か
つ同じ大きさのパワーをもつようにされる。各ラインに
おけるエネルギの位相は、ライン・ストレッチャ３４に
おいて個別に調整することができる。各ライン・ストレ
ッチャ６４の出力は、個別のアプリケータ３６に結合さ
れる。アプリケータ３６に対するパワーの実際の伝達は
、ライン・ストレッチャ３４とアプリケータ３６との間
に設けられたスイッチ３７によって制御される。

スイッチ３７はリレーまたは固体スイッチのような単純
なオン・オフ・スイッチでよく、または、連続的に変動
するものでもよい。エネルギ源３０および位相シフタ３
４と同様に、スイッチ３７は、好ましくは、装置の操作
の間はＣＰｕによって制御される。たゾし、スイッチ３
７は手動で操作してもよい。第１図には、２個のライン
・ストレッチャ３４、アプリケータ３６およびスイッチ
３７だけが示されているけれども、実際の装置１０では
、典型的には、夫々少なくとも４個が使用される。

第２図を参照すると、８個の個別的なアプリケータ３６
が８角形配列で一緒に結合され、また、円形の目標体１
２を包囲していることが示されている。各々のアプリケ
ータ３６は、長方形によって概略的に示されている。実
際には、各アプリケータ３６はマイクロウェーブＥＭＨ
の放射に適当な形状をもつものであり、そのいくつかの
具体例は以降の図面に示されている。第２図は３次元現
象について２次元表示をするものであり、放射体３６お
よび目標体１２の双方は図面の平面に対して直交するよ
うに成る距離だけ伸長されている。各アプリケータ３６
から出される放射線は整合されて、電界成分は図面の平
面と直交し、また、磁界成分は図面の平面内にあるよう
にされている。第２図に示されている様式化された波面
は、諸種のアプリケータによって出されるＥＭＨの磁界
成分の幾何学的形状に近似している。

諸種のアプリケータ３６から出される放射線が目標体１
２上で収束すると、放射線の電界が整列されて、目標体
１２は近似的に円形波面にみえるようにする。諸種の波
面のエネルギは目標体１２の中心部に収束し、こ＼で電
界が構造的に加えられ、目標体１２の中心領域５８はい
ずれか１個のアプリケータ３６だけによるよりは大幅に
加熱される。入来するエネ、ルギは、通常、目匪体の全
表面にわた。つて等しく分布されることから、この改良
された深い内部での加熱は、目標体１２の表面において
放射エネルギ密度を危険なほどに増加することなしに行
なわれる。かくして、目標体１２に伝えられたエネルギ
は所望の中心部近傍に収束され、目標体の表面では可能
なだけ小さくされる。

第１図に関連して説明されたように、各アプリケータ３
６によって放射されたエネルギは、別異のアプリケータ
３６によって出されたエネルギに対して一定の位相関係
を有している。これは目標体１２の中心領域３８におい
て協働的な結果を生じ、これにより、目標体１２は諸種
のアプリケータ３６のエネルギの単純な和よりも大幅に
加熱される。この協働的な結果は、第３図および第４図
に関して詳述される。正確に同相で操作されるアプリケ
ータ３６の全てにより、中心の加熱領域３８は均質な目
標体１２の中心点の周囲で対称にされている。中心の加
熱領域３８の形状または場所が中心部の周囲で対称以外
のものが所望されているときには、諸種のアプリケータ
によって出される］ｌｎＭＲの相対位相をわずかに変え
ることにより、中心の加熱領域３８は、残りのものに対
して位相がおくれでいるアプリケータ３６の方に動くよ
うにされる。

第１図に関連して説明されたようにアプリケータ３６か
ら出されるエネルギの位相を制御することにより、所望
の結果が最良にえられるように中心の加熱領域３８の場
所を調整することができる。中心の加熱領域３８の調整
はスイッチ３７の制御によっても行なわれる。各アプリ
ケータ３６に対するパワーは、前述されたオン・オフ・
スイッチまたは連続変動スイッチによって所望のように
制御される。個別のアプリケータ３６に対するパワーの
低減またはしゃ断で、中心の加熱領域３８の形状および
目標体１２の諸種の点で吸収されるパワーが変化する。

第３図および第４図には、中心の加熱領域３８に大幅に
増大したパワーの集積が生じる機構が示されている。第
２図において直径方向で対向されるアプリケータ３６の
いずれかの対および損失のない均質な目標体１２につい
て考えると、第６図には目標体１２の中心を通る線上で
対向するこのような対によって生成されるＥＭＨの電界
成分の定在波振幅が示されている。その横軸は、点Ｐ１
、およびＦ２で示されている、対向するアプリケータの
放射面の間の距離を表わし、また、その縦軸は各々の距
離における交番的な電界定在波の振幅を表わしている。

点Ｓ１およびＳ２は目標体１２の表面を表わしており、
こ＼に、目標体１２の外側の電界は考えに入れていない
。

２個の近接している波面は同一周波数のものであり、そ
れらの電界は目標体１２の中心軸と平行にされているこ
とから、アプリケータの間の各点における電界は各々の
波の電界ベクトルの和に相当する。放射線の周波数が選
択されて、目標体１２における波長が目標体１２の直径
の略々３／４になるようにされているときの、目標体１
２において２個のアプリケータ３６によって生成される
定在波の振幅が第３図に示されている。その最大振幅は
中心領域６８内にあり、また、その最小振幅は中心部の
双方の側へ１／４波長の位置にある。その中心部におけ
る振幅は各アプリケータ６６からの最大振幅の和に相当
しており、これは２個の対向した開口部に対して単一の
アプリケータ３６で生成される電界の２倍である。例え
ば、第２図に示されているように、２個以上のアプリケ
ータ３６が用いられるときには、結果としての電界の和
は、より大きくなることは勿論である。

放射されるＫＭＨの波長が目標体１２の直径の略々３／
４と２倍との間にあるときに最良の結果が通常にえられ
ることは試験で示されている。

これにより、比較的よく規定された中心の加熱領域３８
、および、後述されるアプリケータ、−３６と目標体１
２との間の良好なインピーダンス整合が与えられる。か
くして、目標体１２の直径ｄに対する好適な波長範囲は
次式から見出される。

０．５λｍ≦（ｉ＜１．３λｍ　　　　　　　　　　（
１１こ５に、λｍは、加熱されている組織体内の波長で
ある。筋肉や血液のように水分の多い組織においては、
１００，３００および９１５ＭＨｚでの波長は、夫々に
、略々２７，１１．９および４．５０である。水分の少
ない組織体においては、前記周波数での夫々の波長は略
々１０６，４１および１３．７ｍである。双方の形式の
組織体が目標体内に存在するときには、最も優勢な形式
の組織体（通常は筋肉組織体）に対して式（１）を充た
す波長を選択することが好ましい。充分なインピーダン
ス整合がなされるか、または、外部的な整合技術によっ
て与えられるときには、式（１）によって示唆されるよ
りも大きい波長を使用することができる。

第４図には、第３図に対応する目標体１２内の各点にお
ける相対的なパワー密度が示されている。そのパワー密
度は電界強度の２乗に比例しており、パワー密度の曲線
は非減衰媒体に対して中心の加熱領域３８で比較的鋭い
ピークを示すようにされている。いずれの点における加
熱も尚数点におけるパワー密度によるものであり、これ
はまた当該点でのパワー密度に直接的に比例している。

したがって、熱の転移効果が無視されるときには、目標
点の加熱断面は第４図のパワー密度曲線と同様な分布を
有している。

しかしながら、放射パワーを吸収することのできる媒体
は減衰し、第３図および第４図で表わされているような
中心のパワー密度のピークは減少して、その表面に稍々
近い部分のパワー密度は増大する。

パワー密度が電界の２乗に比例していることから、所与
の点における電界の単純な付加的な増大は、当該点での
パワー密度が電界の２乗で増大するようにされる。例え
ば、第３図および第４図において、２個の開口部から生
じる中心の加熱領域３８における電界は単一のアプリケ
ータ３６による電界の２倍である。したがって、中心領
域のパワー密度は、単一のアプリケータ３６によって生
成されるパワー密度の２２＝４倍である。第２図のよう
に２個以上のアプリケータ３６が使用されるときには、
そのパワー密度の増大は単一のアプリケータ３６によっ
て生成されるものよりもはるかに大きくなる。８個のア
プリケータ３６が使用されるときには、中心部の電界は
単一のアプリケータ３６だけで生成されるものの８倍で
あり、したがって、中心部におけるパワー密度は単一の
アプリケータ３６で生成されるパワー密度の８２＝６４
倍である。

目標体１２の中心部におけるパワー密度のこの大幅な増
大およびこのようにして吸収されるパワーは、目標体１
２の表面上のいずれの点におけるパワー密度も実質的に
増大させることなしに達成される。全てのアプリケータ
３６が同一周波数で、また所定の位相関係をもって操作
されることによる協働的な結果としてのこの現象は、表
面部分における不所望の加熱をすることなしに目標体１
２の深部での加熱を許容する。

第３図および第４図について上記されたことは損失のな
い目標体１２に適用される。このような目標体１２の中
では媒体によるエネルギの吸収はなく、いずれの所与の
アプリケータ６６からのＫＭＨの振幅でも、放射線が通
過するときに減衰しないようにされる。しかしながら、
実際の目標体１２は損失を生じるものであり、ＢＭＨの
振幅は目標体１２を通過するときに減衰するようにされ
る。典型的な場合においては、中心の領域６８での電界
の振幅は目標体１２の表面での電界の振幅の略々１／７
である。８個のアプリケータ３６の場合については、中
心の領域３８におけるパワー密度は目標体１２の表面に
おけるパワー密度の略々Ｂ２　／７２、または、略々１
．６倍である。しかしながら、中心の領域１２における
パワー密度は単一のアプリケータ３６だけで生成される
パワー密度の６４倍であることが注意される。第３図お
よび第４図における電界およびパワー密度の波形の一般
的な形状は、損失のある媒体で減衰される中心の領域３
８における実際のピーク値に適合される。

中心の加熱領域３８におけるパワー密度の上述された協
働的な増大は、放射して整列されたＥＭＲの電界と同一
周波数で全てのアプリケータ３６が放射させるときにの
み生起するものである。この位相の整合した電界は、好
ましくは、第２図に示されるように紙面と直交している
目標体１２の中心軸に沿って生じる。諸種のアプリケー
タ３６の電界の整列は、好ましくは、できるだけ正確に
なされる。しかしながら、ある程度の不整合は、装置１
０の遂行能力を不当に減少させることなしに許容される
。いずれの１点における電界のベクトル和でも個別の電
界のベクトルの和に等しい。特定のアプリケータ６６が
不整合であるとき、当該アプリケータによって出される
ＥＭＲは、不整合の電界および残りの電界の間の角度の
余弦に比例している量だけ協働的なパワー増大に寄与す
る。角度が小さいときの余弦は１に近似しており、電界
の整合における小さな不整合は、中心の加熱領域３８で
生じる協働的なパワー密度の増大を実質的に減退するこ
とはない。

諸種のアプリケータ６６がわずかに異なる周波数でエネ
ルギを放射するときには、当業者には明らかであるよう
に、諸種の電界が必ずしも構造的に加わることはなく、
上述されたパワー密度の増大は生じない。実際、この場
合には、中心領域３８におけるパワー密度は、せいぜい
、個別のパワー密度の単純な和の程度である。したがっ
て、全てのアプリケータ３６から出される放射線の周波
数が完全に等しいことが重要である。この理由のため、
好適の実施例では単一のエネルギ源３０およびパワー・
スプリッタ３２が使用されており、これにより各アプリ
ケータ３６に供給されるパワーは同一の周波数を有する
ことになる。複数個のエネルギ源が同一の周波数を出す
ように正確に位相ロックがなされていればそれらを使用
することができるけれども、これを達成させるための実
際的な考えは装置を複雑にし、また、出費のわりには利
点が殆どないことから、この好適な構成では単一のエネ
ルギ源３０およびスプリッタ３２だけが必要とされる。

アプリケータ３６に供給される周波数が時間と共に不変
であることは必要とされない。

実際、上述されたような材料の諸種の目標体１２につい
ての遂行能力を最適化するために周波数を調整できるよ
うに、エネルギ源３０は制御可能な周波数を有すること
が望ましい。

中心の加熱領域３８の形状および場所は、動作中のアプ
リケータ６６の分布、それらの間の相対位相、および、
ＫＭＨの周波数によって規定される。４個またはそれよ
り多くの一様な間隔をもつ放射線アプリケータ３６を使
用することは、略々円形の（３次元では楕円状の）中心
の加熱領域６８を支えるようにされた。第２図において
は、４個に代えて８個の放射線アプリケータ３６が使用
されているが、その理由は、目標体１２の表面における
パワー密度、したがって加熱は、４個の放射線アプリケ
ータ６６だけが使用されるときよりも一様であるからで
あるとされた。アプリケータ３６の数を８個以上に増大
させることは、装置１０の動作における材料の差を生じ
させるとは思われない。

全てのアプリケータ３６が同相であるとき、対称の加熱
領域３８が均質な目標体１２の正確な中心において形成
される。諸種のアプリケータ３６によって出されるエネ
ルギの相対位相を変動させることで、中心の加熱領域３
８が中心からアプリケータ３６に向けて位相を遅らせて
いくらかシフトするようにされる。アプリケータ３６の
間の相対位相および振幅を変更できることは、例えば非
均質の目標体１２（動物の胴体部のような）が使用され
るときには特に有用なものである。ＥＭＲの波長は目標
体１２の別異の組織体内でわずかに変動し、また、放射
された位相の変更はそれによって誘導された位相シフト
に対する補償をする。かくして、目標体１２が既知の特
性をもつ別異の組織体について既知の断面を有している
ときは、中心の加熱領域３８を所望の場所に配置するた
めに、諸種のアプリケータ３６の間の位相を調整するこ
とができる。

この発明で適当に使用されるアプリケータ・アレイが第
５図および第６図に示されている。

この円形のアレイ４ｏには、１６個のホーン形式の並行
プレートの導波管アンテナの組合せが含まれており、そ
れらは−緒に結合されて折曲ダイポール・アレイを形成
し、夫々に８個のアプリケータが２層になるようにされ
ている。構成を簡単にするために、アプリケータ・アレ
イ４０に対する各入力は個別のアプリケータ３６につい
て２×２のアレイを供給する。かくして、この１６個の
アプリケータ・アレイ４ｏのために、わずか４個のパワ
ー人力が必要とされる。

２個またはそれ以上のアプリケータ３６を電界方向（第
２図において紙面に直交）に積重ねることは、実質的に
一様な電界を縦方向に生成させるけれども、アプリケー
タの寸法を減少させることの要因である。また、個別の
アプリケータ３６を円形のアレイ４０内で磁界に沿って
（第２図において紙面に平行）積重ねることは目標体１
２の周囲で実質的に一様な電界を生成させることになる
。個別的なアプリケータ３６のアレイを使用することは
、アプリケータ３６と目標体１２との間の良好なインピ
ーダンス整合をさせるため、その各々の寸法決めおよび
構成部めが許容される。この発明で使用するのに好適な
ホーン形式のアプリケータ３６を組立てる方法について
の詳細な検討は、１０００年４月２日に出願された、「
生体組織体のための円形電磁放射アプリケータおよび方
法」なる名称の米国特許出願第１３６，５０６号に含ま
れているが、この開示はこＮでは辞句どうりに示されて
いる。

アプリケータ・アレイ４ｏはケーシング４２で包囲され
ているが、これは、個別のアプリケータ３６を所定の場
所に支承し、危険が生じる放射線のもれを減少させる働
きをするものである。第５図に示されているように、ケ
ーシング４２は部分的に切除され、４個の分離したアプ
リケータ６６の部分が露出されている。同軸のパワー人
カライン４４が平行プレートの導波管４６に結合されて
いる。導波管４６は４個のフィード・ガイド４８に結合
されている。また、これらのフィード・ガイド４８は４
個の個別のアプリケータ３６に結合され、パワーがアプ
リケータ３６に対して等しく分割されるように同一の大
きさにされている。したがって、４個のアプリケータ３
６のセットの各々は、同一位相、パワーおよび電界整列
をもつエネルギを放射させる。

第６図には、アプリケータ・アレイ４ｏの頂面図が示さ
れている。目標体１２はアレイ４゜の内側で吊下げられ
、また、円形体５０で包囲されている。円形体５０は、
好ましくは、非イオン化水を含み、また、目標体１２の
周囲を緊密に封止する可撓性材料から形成されている。

エアーギャップ５２は円形体５ｏの部分とアプリケータ
６６の部分との間に残されており、または、この円形体
はこれらのギャップを所望のとおりに充たすように調整
される。

円形体５０を使用することには、いくつかの重要な利点
がある。その中に含まれる流体は、目標体１２の表面領
域を冷却するため、外部の熱交換器（図示されない）を
通して循環される。

非イオン化水が円形体５ｏ内で使用されるときには、円
形体５０内でのパワーの損失が殆どなく、アプリケータ
３６によって放射される完全なパワーが目標体１２に伝
えられる。

円形体５０の使用により、アプリケータ３６と目標体１
２との間のインピーダンス整合が改良される。関連のあ
る周波数において、典型的な生体目標体１２のインピー
ダンスは約４４オームである。アプリケータ３６および
装置の別異の電気的部分のインピーダンスは、好ましく
は、標準的な構成部品と互換性があるように５０オーム
である。また、関連のある周波数における非イオン化水
のインピーダンスも約４４オームであり、装置１０の全
ての部分は本来的によく整合するようにされている。水
の充たされた円形体５０が存在しないときには、アプリ
ケータ３６の放射面および目標体１２の表面において著
るしい不整合が生じることがある。この不整合の生じる
理由は、空気のインピーダンスが自由空間のそれに近く
、３７７オームであるからである。どのようなインピー
ダンスの不整合であっても境界での反射の原因となり、
目標体１２に伝えられる放射エネルギの割合を低下させ
、放射線もれの危険性を増大させることになる０第６図において認められるように、アプリケータ・アレ
イ４０は第２図および第３図に関連して前述されたパタ
ーンでエネルギを放射し、第４図に示されているパワー
密度パターンを生じることになる。かくして、アプリケ
ータ・アレイ４０は表面領域を損傷することなく中心領
域内での加熱をする。

この装置１０で好適に使用されるアプリケータの別異の
具体例が第７図に示されている。このアプリケータ５４
は本質的にはダイポール・アンテナ対であって、考えら
れているＥＭＨの周波数で使用する寸法にされている。

上方および下方の放射部分５８．６０の各アーム５６は
、第５図および第６図の円形アレイ４０のそれと同様に
単一の放射体の態様での働きをする。同軸のフィード・
ライン６０は上方および下方の放射部分５８．６０に結
合されている。このアプリケータ５４が通常の態様で駆
動されるときには、出された放射線の電界はアーム５６
の長さに整合される。

アンテナのアーム５６の形状および寸法は、ダイポール
５４の最適動作周波数およびインピーダンス特性を規定
するものである。テーパのあるアームを有するダイポー
ル５４であって、アームの幅（至）の長さく句に対する
比率が約０．０８７に一定に維持されているものは、装
置１０の残りの部分に対して良好なインピーダンス整合
を与えることが実験的に規定されている。ダイポール・
アプリケータ５４が、第８図に示されているように、円
筒状アレイ６６内で組合わされ、第６図で説明さ、れた
ものと同様な水入りの円形体（図示されない）が使用さ
れるときには、和尚に良好な５０オームのインピーダン
ス整合が達成される。

第８図を参照すると、４個のダイポール対の放射体５４
は、円筒状のアレイ６６を形成する剛性の非導電フレー
ム６４上で組立てられている。各ダイポール放射体５４
は分離した同軸フィード・ライン６１を通してエネルギ
源３０およびパワー・スプリッタ３２に分離して結合さ
れている。各アプリケータ５４は目標体試料（図示され
ない）の置かれているアレイ６６の中心部に向けてマイ
クロウェーブＥＭＲを放射させる。好ましくは、非イオ
ン化水を入れた円形体（図示されない）で目標体を包囲
して、アプリケータ５４から目標体に対するエネルギの
結合をより良好にし、反射を最小にするようにされる。

各ダイポール・アプリケータ５４に対するエネルギの位
相は、第２図に関連して説明されたように、中心の加熱
領域３８の位置を変えるため、または、不均質の目標体
における波長の変動を補償するために制御される。

第９図の別異の具体例を参照すると、円筒状のアプリケ
ータ６８には、−緒に近接して配置された２個の同軸の
導電円筒体７０が含まれている。これらの同心円筒体７
０は単一のダイポール・アプリケータとしての働きをす
るものであって、こ＼に、放射アームには平板な放射シ
ートが含まれており、このシートはそれ自体と接触する
ように曲げられている。円筒状ダイポール６８はその中
心軸に向けて放射線を出し、また、先のアプリケータに
ついて説明されたように、その電界の構造的な干渉は中
心領域３８における協働的に増大したパワー吸収の原因
になる。単一の同軸フィードライン７２は円筒状ダイポ
ール６８を駆動するために充分なものである。しかしな
がら、直径上でフィードライン７２に対向しているダイ
ポール６８の部分から出されるＥＭＨにはある程度の位
相の遅れがある。

このことで、中心の加熱領域３８がフィードライン７２
の接触部から多少離れるようにシフトされる。これは場
合によっては望ましいことではあるが、好適な具体例に
おいてはダイポール６８の周囲で等間隔にされた４本の
同軸フイードライン７２が含まれている。４本のフィー
ドライン７２の全てが同位相で、駆動されたときには、
中心の加熱領域３８は円筒状ダイポール６８の軸の周囲
に集中される。この同軸フィードライン７２に対する位
相を変化させることにより中心の加熱領域３８の位置の
ある程度の調整をすることができるけれども、一般的に
は、ダイポール・アレイ６６またはホーン放射体アレイ
４０のいずれかで経験されたことに比べてその制御の程
度は低下される。

円筒状ダイポール６８の実効的な放射開口部の幅がその
円周長に等しく、また、その高さは目標体の寸法によっ
て典型的には６０ｃＩＩＬ（２フイート）またはそれ以
下に制限されることから、ダイポール・アレイ６６でえ
られたような固有のインピーダンス整合を達成させるこ
とは困難である。円筒状のダイポール放射体６８は装置
の残りの部分に対して最も望ましい周波数で固有のイン
ピーダンス整合がなされないことから、その損失を最小
にし、反射されるパワーを減少させるために、通常のイ
ンピーダンス整合手段（図示されない）が使用されるべ
きである。

折曲ダイポール・アレイ６２および円筒状ダイポール６
８の双方は、それらの内側および外側の表面の双方から
放射線が出される。内側の水が入れられている円形体は
、より良好なインピーダンス整合によって、中心に出さ
れる放射線の割合を増大させる。さらに、放射線もれの
危険性を少なくするため、円筒状ダイポール６８または
ダイポール・アレイ６６の周囲に外側導電円筒体（図示
されない）を配置することができる。この外側シールド
は接地され、または浮かされていて、このような放射線
を反射し、外部に出される放射線を減少させるようにす
る。

初めに出された放射線分布で干渉し、中心領域　”３８
内での加熱を減少させ、または不所望の中心部以外の加
熱の原因になるように接地板が開口部の容量的負荷とな
るために、反射シールドは円筒状ダイポール６８または
ダイポール・アレイ６６から充分な距離だけ離さねばな
らない。

好適な具体例においては、外側の導電円筒体は接地され
、最小のパワー・パターンの変化が生じるように移動さ
れる。通常は、外側の円筒体とダイポールとの間の空間
には空気または別異の低誘電材が充たされており、これ
によって短絡円筒体に結合されるエネルギ量が減少され
る。

外側の導電円筒体の接地は、好ましくは、第２の同軸の
外側のシールドを誘電的に離し、同軸の外側の導電体の
外部をダイポール放射体に接続させることによってなさ
れる。

有効な付加熱法処理をするためには、オペレータは目標
体１２の内部状態を正確に規定することができねばなら
ない。生活目標体１２については、生活信号をモニタす
ることで目標体１２の健康に対する一般的な指示を与え
、また、その健康に影響する反対の事象を指示する。し
かしながら、脈博、呼吸、血圧および口内温度のような
これらの信号は、充分な熱が関連のある領域に加えられ
て有効にされているかどうかを指示するものではない。

２個の付加的な計測により、付加熱法処理に基づく内部
の局部的な効果についての比較的完全な状況が与えられ
る。その第１は、目標体１２内の選択された点における
実際の温度を計測することである。リアルタイムの熱的
なプロフィールにより、オペレータは、目標体１２の所
望の領域が医学的に有効な温度に加熱されているかどう
かを規定することができる。また、オペレータは、この
ようなプロフィールによって、目標体１２の不所望の部
分に不所望の加熱が生じていないことを確かめることも
できる。

第１０図を参照すると、目標体内部のサーマル・マツプ
の生成手段が概略的に示されている。

装置１０が動作しているときには、通常、４個から８個
が使用されるけれども、こ＼では２個の個別のプローブ
２２が示されている。グローブ２２は目標体１２に入り
込んで設けられている。初めに、カテーテル７６が目標
体１２の所定の位置にそう人される。目標体１２からの
液体がカテーテル７６内に流入しないように、該カテー
テル７６の先端部が閉じられる。カテーテル７６は表面
指示ガイド７８を有しており、これは目標体１２の表面
と共に平らに押圧されて、適切な位置決めを確実にして
いる。表面ガイド１２においてカテーテル７６と結合さ
れるものは、可撓性はあるが比較的硬質の空洞チューブ
８０である。この空洞チューブまたはケーシング８０は
、硬質搭載板８２に対して堅固に結合されている。

サーマル−センサ８４はカテーテル７６の内側に設けら
れている。このようなセンサ８４は、好ましくは、非金
属の高抵抗センサであり、入射するマイクロウェーブ放
射線に影響を及ぼしたり影響を受けたりすることのない
形式のものであるべきである。このセンサ８４は、その
配設領域における真の温度を反映せねばならず、また、
そこに注ぐマイクロウェーブ放射線からの擾乱を受けな
いものであるべきである。センサ導体８６は、電磁界に
よって影響されないように高い電気抵抗を有しており、
また、単一の硬質ではあるがある程度の可撓性をもつ導
体８６を形成するように誘電材で包まれている。これに
代えて、マイクロウェーブによって影響されないことか
ら、光学ファイバ導体８６を用いた光学的サーマル・セ
ンサ８４を使用することができる。導線８６は、カテー
テル７６およびケーシング８０を通して固定板８２を通
過するようにされる。ケーシング８０の内部直径は硬質
の導体７６の直径よりわずかに大きくされて、拘束なし
に長手方向の移動ができるようにされている。

サーマル・センサの導体８６が硬質のものであることか
ら、このような導体８６の移動は、カテーテル７６内の
センサ８４の位置を変動させる。このことで、装置１０
が動作している間にカテーテル７６に沿ったいくつかの
点で温度計測をすることが許容され、かくして、必要な
さし込みの手段を最小にしながら熱的傾度の情報が最大
にされる。

プローブの導体８６は固定板８２を通過し・カラー８８
によって一緒に結合される。２個のキャプスタン・ロー
ラ９０は導体をシープ（ｓｈｅａｖθ）９２に対して緊
密に接触させており・前記シープ９２はステップ・モー
タ（図示されない）または別異の手段により駆動されて
１導体８６の位置を正確に規定するようにされる。

これにより諸種のサーマル・センサ８４の位置が正確に
規定される。第１０図で示されているように・センサ８
４に対する４個の計測位置Ｐは４個の所定のシープ９２
の位置に対応しているＯ装置１０の動作の間に・ＣＰＵ　１４はセンサ８４によ
ってとり込まれたデータをメモリ２８に記録するように
プログラムされている。ステップ・モータの位置はＣ！
ＰＵ　１４によって制御されており、また、センサ８４
は所定のシーケンスで位置決めされ、または、オペレー
タが異常が存在するものとしてそれに関係する特定の読
出しを所望するときには特別のシーケンスで位置決めさ
れる。

ＣＰＵ　１・４は、装置１０の動作の間にとり出された
温度情報を、後刻の分析のために長時間メモリ（例えば
、ディスク）に蓄積させるようにする。装置１０は、ま
た、エネルギ源３０およびスプリッタ３２の動作を制御
するために、この情報をフィードバック・ループでも使
用する。

加熱が危険なレベルに達したときには、目標体１２に印
加されるパワーは減少される。同様にして、加熱が不充
分であるときには、余分のパワーを印加することができ
る。ＣＰＵ　１４は、また、オペレータが観察するため
に、これらのセンサ８４のいくつかのものについての温
度対位置のプロットを表示させることもできる。

目標体１２に関するリアルタイムの熱的状態に加えて、
諸種の組織体によるリアルタイムのパワー吸収パターン
を記述する情報をこの装置１０によって供給することが
できる。組織体の所与の領域によって吸収されたパワー
は、当該領域におけるパワー密度に直接的に比例してい
る。第３図および第４図に関連して説明されたように、
パワー密度はアプリケータ３６によって出されたマイク
ロウェーブ放射線の局部電界に比例している。生体試料
のような不均質の目標体１２においては、特定の組織体
におけるパワー密度も当該組織体の導電性に比例してい
る。

人体の胴体部内で付加熱を発生させるために装置１０が
使用されるときには、加熱のためにコンピユータ化され
た断層写真（ｃＡＴ　）法の該当領域に対する走査を採
用することが好ましい。

ＣＡＴ走査の結果は、コンピュータ処理に適当な２次元
または６次元のモデルにまで縮少される。

このモデルは、比較的多数の小さい”セル”または領域
からなるものである。例えば２０−５０個のセルが人の
心臓のモデルに対して使用される。

各セルは唯１個の組織体形式からなり、当該組織体形式
に基づく既知の特性が指定される。

例えば、約５０−９００　ＭＨｚの範囲の周波数におい
て、筋肉や血液のように多くの水分を含む組織体は、空
気のそれの約５０−９０倍の許容性をもつ実部分、およ
び、該領域内で０．６−１．５７３７ｍの導電性を有し
ている。正確な値は正確な組織体の形式に依存している
。非イオン化水は空気のそれの約８０倍の実許容性を有
し、その導電性は０である。許容性における緊密な整合
は多くの水分を含む組織体に対する良好なインピーダン
ス整合を生じさせ、また、導電性が０であることは通過
するＥＭＨによるパワーの損失がないことを確実にする
ものであるが、これは、いくつかの理由の中で、前述さ
れたように、目標体１２を包囲する水入りの円形体５ｏ
が好ましいものであるからである。

脂肪や骨のように少ない水しか含まない組織体は、水を
多く含む組織体に比べてはるかに低い実許容性および導
電性を有しており、これらの組織体によって吸収される
パワーは、同一の電界が加えられても、水を多く含む組
織体に比べてはるかに低いようにされる。許容性の実部
分と導電性との双方を使用することは目標体１２のモデ
ルに対して必要である。経験的に示されていることは、
目標体１２が等価の均質媒体によって表わされることを
初めに仮定することにより計算は簡単にされ、目標体１
２における電界分布についての良好な近似を与えるとい
うことである。次いで、各セルの導電性はオームの法則
によって算定されるパワー密度を予測するために使用さ
れる。

加熱されるべき目標体１２のモデル、および、遭遇され
る諸種の組織体の特性が与えられると、ｇＭＲの印加が
期待されるパワー〇パターンについての予測がなされる
。予測関数では各セルが均質のものであると仮定され、
解を得るためには通常のくり返し法が使用される。これ
らの解はアプリケータ３６の間の周波数範囲、振幅およ
び位相関係について算出される。各々の動作状態につい
て、第１に電界の解が生成され、次いで、対応するパワ
ー密度の解かえられる。その解の結果は、装置１０の動
作の間に（！ＰＵ　１４によって参照され、比較される
ためにメモリ２８に蓄積される。

装置１０が動作している間にＣＰＵ１４に適切な解を生
じさせることは理論的には可能である。

しかしながら、現在与えられている技術的状態の下では
、諸種の動作状態のためのモデルの解を得るためには多
大の処理時間を必要とし、装置１０をリアルタイムで動
作させることができない。先行して解の結果を生成させ
ることにより、ＣＰＵ　１４は、既知の状態に緊密に整
合する予測解のために迅速に走査することができる。

出される放射線の周波数、振幅および位相は、所望のパ
ワー密度パターンを生成させるため、必要に応じて制御
される。

目標体１２の熱転移特性が知られているときには、温度
分布の結果も先行的に生成させることができる。生体内
の血液流および熱転移の複雑さのために、現在では、生
体目標体１２内での温度分布パターンを一般的に正確に
予測することは不可能である。しかしながら、いくつか
の付加熱法の期間が特定の目標体または目標体クラスに
ついて進められたあと、蓄積された結果は熱転移パター
ンのより良好な見積りを与える。また、装置１０はリア
ルタイムの温度分布をモニタして、予期されない不平衡
を補償することもできる。

上述されたように、ある領域におけるパワー密度は電界
の２乗および組織体の導電性に比例している。組織体形
式の空間的分布はＣＡＴ走査から知られているために、
諸種の位置における電界の計測でパワー密度が規定され
る。所与の目標体１２のためには、既知の動作条件（周
波数、位相、試料位置等）の下での目標体１２の所与の
外部電界分布には、特有の内部電界分布が含まれている
。目標体１２の表面に近い電界分布を計測し、これらの
値を最も近い予測結果と整合させることにより、目標体
１２内の電界はさし込み式の計測手段を必要とせずに規
定される。

第１１図を参照すると、人体の胴体部９４の断面が、第
５図および第６図で説明された形式の円形アレイ４０内
に配置されていることが示されている。簡略化された胴
体部９４の断面は、胸壁９６、肋骨９８、肺組織体１０
ｏ１背骨１０２、心臓１０４および幹動脈１０６からな
っている。好ましくは非イオン化水を含んでいる円形体
５０は胴体部９４を包囲し、この胴体部９４と放射表面
１０８との間の空間を充たしている。複数個の電界デテ
クタ１１０が胴体部９４に隣接して配置されている。こ
れらのデテクタ１１０は、それらが計測している電界を
乱すことのない半導体ダイオード・デテクタである。放
射表面１０８の全てによって出される放射線の電界は平
行であり、図の紙面に対して垂直であることから、電界
デテクタ１１０も図の紙面に対して垂直に整列されてい
る。デテクタ１１０の配置の簡単さおよび正確さのため
に、それらは胴体部９４に隣接する円形体５ｏに結合さ
れている。これらのデテクタによって計測された外部電
界の振幅によって、前述されたような内部電界およびパ
ワー密度分布が規定されるＯ好適な実施例について詳述されてきたが、諸種の変更、
代替および修正は当業者にとって明らかであることが理
解されるべきである。これらの変化は特許請求の範囲で
規定されるこの発明の精神および範囲から外れることな
しに実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、目標体に対して付加熱を生成させるための装
置の概略図、第２図は、第１図による装置の動作方法を
示す図、第３図は、均質の目標体試料内での相対的電界
振幅を示す図、第４図は、均質の目標体試料内での相対
的なパワー密度を示す図、第５図は、この発明で使用さ
れる好適なアプリケータの一部切除した透視図、第６図
は、第５図のアプリケータの動作を示す頂部概略図、第
７図は、この発明で使用されるダイポール・アンテナの
図、第８図は、この発明の装置において使用するための
折曲ダイポール・アレイの透視図、第９図は、この発明
で使用される第３の好適なアプリケータの透視図、第１
０図は、この発明の装置で使用する可動温度プローブの
動作を例示する理想化された概略図、第１１図は、電界
デテクタの位置を示し、この発明の装置と共に目標体試
料として使用される理想化された胴体部の断面図である
。１０は付加熱生成装置、１２は目標体、１４は中央処理
ユニット、２２はサーマル・プローブ、２４は電界デテ
クタ、２６はコントロール・パネル、２８はメモリ・ユ
ニット、３ｏはエネルギ源、３２はパワー・スプリッタ
、３４はライン・ストレッチャ、６６はアプリケータ、
３７はスイッチ。図面の浄＝（内存に変更なし）手続補正書昭和６０年　５月３１日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電磁放射線によつて目標体を加熱するための装置
であつて：中央制御ユニット；前記制御ユニットに結合されたエネルギ源であつて、前
記制御ユニットによつて規定される周波数およびパワー
で電磁エネルギを発生させる前記エネルギ源；前記エネルギ源に結合され、前記エネルギ源から該目標
体にエネルギを転送するための手段；および前記制御ユニットに結合され、該目標体の状態を指示す
るための手段であつて、こゝに、該装置の動作は該目標
体の状態の関数として前記制御ユニットによつて制御さ
れるもの；が含まれている加熱装置。
（２）前記転送手段には：該目標体にエネルギを放射するための複数個の個別的な
アプリケータであつて、各アプリケータから放射された
エネルギの電界は共通軸に整列されているもの；前記エネルギ源に結合されたパワー・スプリッタであつ
て、こゝに前記スプリッタは夫々に同一位相およびパワ
ーを有する複数個の出力を有するもの；および前記スプリッタ、前記アプリケータおよび前記制御ユニ
ットに結合された複数個の位相シフタであつて、こゝに
、前記個別のアプリケータに供給されるエネルギの位相
は前記制御ユニットによつて制御されるもの；が含まれている特許請求の範囲第１項記載の加熱装置。
（３）前記位相シフタおよび前記アプリケータに結合さ
れ、前記アプリケータに転送されるエネルギのパワーを
制御するための手段がさらに含まれている特許請求の範
囲第２項記載の加熱装置。
（４）前記指示手段には、該目標体の選択された外部領
域内の電界を指示するための少なくとも１個の電界プロ
ーブが含まれている特許請求の範囲第１項記載の加熱装
置。
（５）前記指示手段には、該目標体の選択された領域内
の温度を規定するための少なくとも１個の温度プローブ
が含まれている特許請求の範囲第４項記載の加熱装置。
（６）前記制御ユニットに結合されたメモリ・ユニット
をさらに含み、こゝに、該装置の動作の間に生成された
データは前記メモリ・ユニットに蓄積され、さらに、先
行的に生成されたデータは動作データと比較できるよう
にされている特許請求の範囲第１項記載の加熱装置。
（７）前記制御ユニットに結合されたコントロール・パ
ネルをさらに含み、こゝに、該装置の動作の間に生成さ
れたデータは人が読むことのできる形式で表示され、前
記コントロール・パネルはオペレータが前記制御ユニッ
トの動作を制御することのできる入力を有している特許
請求の範囲第１項記載の加熱装置。
（８）電磁放射線によつて目標体を加熱するための装置
であつて：制御ユニット；前記制御ユニットに結合されたパワー源であつて、前記
パワー源の出力周波数は前記制御ユニットによつて規定
されるもの；前記パワー源に結合され、複数個の出力を有するパワー
・スプリッタであつて、各出力に供給されるエネルギは
同一位相およびパワーを有するもの；該目標体に電磁エネルギを放射するための複数個の個別
のアプリケータであつて、各アプリケータからのエネル
ギの電界は共通軸と整列されるもの；前記スプリッタの出力および前記制御ユニットに結合さ
れた複数個の位相シフタであつて、前記位相シフタの出
力において使用されるエネルギの位相は前記制御ユニッ
トによつて規定されるもの；前記アプリケータに送られるエネルギ量を制御するため
に前記位相シフタの出力および前記アプリケータに結合
されている複数個のスイッチ；該目標体の選択された領域内での温度を指示するために
前記制御ユニットおよび該目標体に結合されている少な
くとも１個の温度プローブ；該目標体の近傍において前記制御ユニットに結合されて
いる前記目標体の選択された外部領域の電界強度を指示
するための少なくとも１個の電界デテクタであつて、前
記制御ユニットの動作は温度および電界指示の関数とし
て変動されるもの；装置の動作中に生成したデータおよび装置の動作に先立
つて生成されたデータを蓄積するための前記制御ユニッ
トに結合されたメモリ・ユニット；およびその動作の間に生成されたデータを表示し、オペレータ
に装置の動作の制御を許容するための前記制御ユニット
に結合された手段；が含まれている加熱装置。
（９）前記アプリケータは一緒に円筒状アレイに結合さ
れ、前記アプリケータは該アレイの軸に向けてエネルギ
を放射し、さらに、該アレイの軸は実質的に電界方向の
共通軸に整列されている特許請求の範囲第８項記載の加
熱装置。
（１０）前記電界デテクタには電界方向の共通軸に整列
された半導体ダイオードが含まれている特許請求の範囲
第８項記載の加熱装置。
（１１）前記温度プローブには：該目標体にそう入された空洞カテーテル；前記カテーテル内に移動可能に配置された温度センサ；
および前記カテーテル内の複数個の所望の位置において前記セ
ンサを位置決めする手段；が含まれている特許請求の範囲第８項記載の加熱装置。
（１２）目標体の加熱方法であつて、複数個のアプリケ
ータからの電磁放射線で該目標体を放射するステップを
含み、各アプリケータからの放射エネルギは同一周波数
および整列された電界を有し、該アプリケータによつて
放射されたエネルギの間には所定の位相関係がある加熱
方法。
（１３）目標体の加熱を制御してその中の温度を上昇さ
せる方法であつて：（ａ）該目標体を包囲する複数個のアプリケータからの
電磁放射線で該目標体を放射することであつて、該アプ
リケータからの放射エネルギは同一周波数および整列さ
れた電界を有していること；（ｂ）動作の間に該目標体内のパワー密度分布を規定す
ること；（ｃ）ステップ（ｂ）の結果の関数として該アプリケー
タによつて出される放射線の周波数を制御すること；（ｄ）ステップ（ｂ）の結果の関数として該アプリケー
タによつて出される放射線の相対位相を制御すること；（ｅ）ステップ（ｂ）の結果の関数として該アプリケー
タによつて出されるパワーを制御すること；の諸ステップが含まれている加熱制御方法。
（１４）ステップ（ｃ）には：（ｃ１）該目標体内の組織体形式の空間的配列を規定す
ること；（ｃ２）動作条件の範囲で該目標体の内部および近傍の
予測された電界分布を算出すること；（ｃ３）予測され
た分布を蓄積すること；（ｃ４）該目標体の外部の電界分布を計測すること；（ｃ５）該電界計測値を該予測された電界分布と比較す
ること；（ｃ６）計測された電界分布に最もよく整合している予
測された電界分布を選択すること；および（ｃ７）ステップ（ｃ１）および（ｃ６）の結果に基づ
くパワー密度分布を算出すること；の諸ステップが含まれている特許請求の範囲第１３項記
載の加熱制御方法。
（１５）ステップ（ａ）に先立つてステップ（ｃ１）、
（ｃ２）および（ｃ３）が遂行される特許請求の範囲第
１４項記載の加熱制御方法。
（１６）ステップ（ｃ）には：（ｃ１）該目標体内の組織体形式の空間的配列を規定す
ること；（ｃ２）動作条件の範囲で該目標体の内部および近傍の
予測された電界分布を算出すること；（ｃ３）予測され
た分布を蓄積すること；（ｃ４）ステップ（ｃ１）および（ｃ３）の結果に基づ
く予測されたパワー密度分布を算出すること；（ｃ５）該目標体の外部の電界分布を計測すること；（ｃ６）該電界計測値を該予測された電界分布と比較す
ること；（ｃ７）計測された電界分布に最もよく整合している予
測された電界分布を選択すること；および（ｃ８）ステップ（ｃ７）で選択された電界分布に対応
する予測されたパワー分布を選択すること；が含まれている特許請求の範囲第１３項記載の加熱制御
方法。
（１７）ステップ（ａ）に先立つてステップ（ｃ１）、
（ｃ２）、（ｃ３）および（ｃ７）が遂行される特許請
求の範囲第１６項記載の加熱制御方法。
（１８）（ｆ）動作の間に該目標体内での内部温度分布
を計測すること；のステップをさらに含み、制御ステップ（ｃ）、（ｄ）
および（ｅ）もまたステップ（ｆ）の結果の関数として
動作する特許請求の範囲第１３項記載の加熱制御方法。
（１９）ステップ（ｆ）には：（ｆ１）温度センサをカテーテルの経路に沿つて複数個
の予め選択された個所の１個に動かすこと；（ｆ２）該温度センサによつて該予め選択された個所で
目標体内部の温度を計測すること；および（ｆ３）ステップ（ｆ１）および（ｆ２）をくり返すこ
と；の諸ステップが含まれている特許請求の範囲第１８
項記載の加熱制御方法。
（２０）（ｇ）放射の間に生成される計測値、規定値お
よび制御値を大量蓄積媒体に蓄積させること；のステップがさらに含まれている特許請求の範囲第１３
項記載の加熱制御方法。
（２１）電磁放射線による目標体の放射装置であつて：円形放射体を規定するため一緒に結合された複数個の個
別のアプリケータであつて、放射線が中心軸に向けて出
され、前記アプリケータから出される放射線の電界成分
は中心軸と整列されているもの；および前記アプリケータにエネルギを結合させる手段；が含まれている放射装置。
（２２）電磁放射線による目標体の放射装置であつて：複数個の個別のアプリケータであつて、前記アプリケー
タの各々はダイポール・アンテナであるもの；円形アレイを形成するために前記アプリケータを一緒に
結合する手段；および前記アプリケータにエネルギを結合させる手段；が含まれている放射装置。
（２３）前記アプリケータの各々は予め選択された一定
の割合で変動する寸法のアームを有し、該目標体に結合
するエネルギの効率が改善された特許請求の範囲第２２
項記載の放射装置。
（２４）誘電流体を充たした円形体であつて、前記アプ
リケータと該目標体との間に配設されたものが含まれて
いる特許請求の範囲第２３項記載の放射装置。
（２５）電磁放射線による目標体の放射装置であつて：ダイポール・アンテナとして機能するために互いに隣接
して配置された上方および下方の放射表面；および前記表面にエネルギを結合させるために前記上方および
下方の表面に結合された手段；が含まれている放射装置
。
（２６）前記上方および下方の表面には円筒状の放射表
面が含まれている特許請求の範囲第２５項記載の放射装
置。