SE465754B - Applikator foer lokal hypertermi innefattande en mikrovaagsstraalare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 465 754 2 Applikatorer för att åstadkomma en lokal hypertermi hos människokroppen är kända, vilka applikatorer innefattar en enkel resonator av bandtyp på ett dielektriskt underlägg, vilken resonator på baksidan är täckt med en skärm, och en matarledning, som är elektriskt ansluten till resonatorn och skärmen. Resonatorn anligger mot det dielektriska under- lägget, vilket under hypertermi med sin motsatta sida är vänt mot människokroppen och genom vilket underlägg den elektro- magnetiska strålningen tränger in i kroppen.

Det elektromagnetiska fältet, som alstras är icke likformigt och det fokuserar icke strålningen i människokroppen.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en applikator för att åstadkomma en lokal hyper- termi hos en människokropp, vilken applikator tillåter foku- sering av strålning för att uppvärma tumörer, vilka ligger djupt inne i människokroppen, på bekostnad av en ändring i strålarens konstruktion.

Detta syfte uppnås vid en applikator för att åstadkoma en lokal hypertermi hos en människokropp, vilken applikator innefattar dels en mikrovågsstrålare, i vilken en strålande elektrod och en avskärmande elektrod är belägna på olika sidor av ett dielektriskt underlag, dels ett dielektriskt mellanlägg, vilket är beläget på mikrovågsstrålaren och är vänt mot människokroppen under hypertermi, och dels en matar- ledning som är elektriskt förenad med mikrovågsstrålaren, genom att de utstrålande och avskärmande elektroderna enligt uppfinningen utförda så, att de tillförsäkrar en strålning, som är likformig i en riktning vinkelrätt mot det elektriska fält, som alstras, medan mikrovågsstrålaren är så utförd, att den omsluter det parti av människokroppen, vilket bestrâlas under hypertermin, samt alstrar det elektriska fältet, vars kraftlinjer är parallella med varandra på ytan hos det parti av människokroppen, som bestrålas. 10 15 20 25 30 35 /I ~f65 7 (JT 4 3 Det är lämpligt att mikrovågsstrålaren är utförd hård och krökt till en form, som utgör åtminstone en del av en cylin- der, medan det elektriska fält, som den alstrar, är riktat längs cylinderns generatris, varjämte mikrovågsstrålaren och det dielektriska mellanlägget kan vara utförda följsamma.

Det är lämpligt att den strålande elektroden och den avskärm- ande elektroden är utförda rektangulära i utvecklat till- stånd, varvid arean hos den avskärmande elektroden är större än arean hos den strålande elektroden, varjämte de båda elektroderna är så belägna på det dielektriska underlaget, att deras motsvarande sidor är parallella.

Det är också lämpligt att den strålande elektroden är elektriskt ansluten till den avskärmande elektroden medelst minst ett tvärstycke.

Det är också lämpligt att tvärstycket är beläget längs den sida hos den strålande elektroden som är vinkelrät mot det elektriska fältets riktning, och att tvärstycket är elektriskt anslutet till denna sida hos den strålande elektroden.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, där: fig. 1 visar en sidovy av en applikator enligt uppfinningen; fig. 2 visar en mikrovågsstrålare enligt uppfinningen i perspektiv; fig. 3 visar en applikator enligt uppfinningen i ett följsamt utförande; fig. 4 visar en mikrovågsstrålare enligt uppfinningen utveck- lad i ett plan, och 10 15 20 25 30 35 465 754: 4 fig. 5 visar beroendet mellan tätheten av en förbrukad effekt och djupet hos_ett parti, som bestrålas.

En applikator för att åstadkomma en lokal hypertermi hos en människokropp innefattar en mikrovågsstrålare 1 (fig. 1), ett dielektriskt mellanlägg 2, vilket är vänt mot människokroppen 3 under hypertermin, samt en matarledning 4, som är elektriskt förenad med strålaren 1. En enhet 5 för vatten- kylning är belägen mellan människokroppen 3 och mellanlägget 2.

Strålaren 1 alstrar en elektromagnetisk strålning, som visas med pilarna 6, vilken strålning är riktad mot människokroppen 3 och vilken fokuseras i en fokalyta 7.

Strålaren 1 är så utförd, att den omsluter det kroppsparti 3, som bestrålas.

Strålaren 1 (fig. 2) innefattar en strålande elektrod 8, ett dielektriskt underlag 9 och en avskärmande elektrod 10.

Elektroderna 8 och 10 är belägna på båda sidor av underlaget 9. Den stående elektroden 8 alstrar ett elektriskt fält E, vilkas kraftlinjer 11 är parallella med varandra och riktade längs ytan hos det parti av kroppen 3, vilket bestrålas (fig. 1).

Strålaren 1 är utförd hård och krökt i en form, som utgör åtminstone en del av en cylinder. Som framgår av fig. 1 och 2, är strålaren 1 utförd i en form av en halvcylinder. Bero- ende på applikatorns syfte kan emellertid strålaren 1 även utformas med annan kontaktvinkel, vilken är tillräcklig för att åstadkoma en förutbestämd grad för uppvärmning av en tumör, som ligger inuti kroppen 3. Kraftlinjerna 11 (fig. 2) av det elektromagnetiska fält, som alstras, är riktade längs cylinderns generatris. 10 15 20 25 30 35 42:.

C=\ C11 ~a f. FI I 3. 5 Mellanlägget 2 (fig. 1) och enheten 5 för vattenkylning i det visade utföringsexemplet är också utförda krökta så att de ungefär följer strålarens 1 form.

Applikatorn kan utföras följsam, dvs. strålaren 1 och mel- lanlägget 2 kan vara följsamma. Fig. 3 visar en utföringsform av en sådan applikator.

Underlaget 9 hos strålaren 1 är utfört av ett elastiskt dielektriskt material, exempelvis fluorplast, eller vara baserat därpå, eller ett analogt polymer- eller komposit- material. För att vara elastiskt skall underlagets 9 tjocklek icke överstiga 1-2 mm.

Elektroderna 8 och 10 är utförda av en plastisk metall, exempelvis koppar eller aluminium, med en tjocklek, som tillförsäkrar smidtighet hos strålarens 1 hela konstruktion.

Mellanlägget 2 utgör en del av applikatorns hus 12 och bildar enheten 5 (fig. 1) för vattenkylning, vilken enhet 5 innefat- tar dels ett membran 13 (fig. 3), vilket anligger till män- niskokroppen 3, dels ett hâlrum 14, vilket bildas av membra- net 13 och mellanlägget 2, och dels begränsningsutsprång 15, vilka tillförsäkrar att vattnet flyter fritt genom hålrummet 14 under utbuktning av applikatorn.

Hålrummet 14 är försett med röransatser 16 och 17 för vat- tenínlopp och -utlopp.

Mellanlägget 2 och följaktligen huset 12 och även membranet 13 är utförda av ett elastiskt material, exempelvis av gummi eller polyuretan.

Matarledningen 4 innefattar dels en innerledare 18, som är elektriskt förenad med den strålande elektroden 8, och dels en ytterledare 19, som är elektriskt förenad med den avskärm- ande elektroden 10. 10 15 20 25 30 35 465 754 För att bilda en kvartsvågig strålare av bandtyp med mindre yttermått är elektroderna 8 och 10 elektriskt förenade med minst ett tvärstycke 20 (fig. 4). Om strålaren 1 (fig. 2 och 3) är utförd hård, räcker det med ett tvärstycke 20 utmed hela bredden av den strålande elektroden 8. Om strâlaren l är utförd följsam, användes flera tvärstycken 20.

Tvärstyckena 20 (fig. 4) anbringas längs den sida av elektro- den 8, som ligger vinkelrätt mot riktningen hos kraftlinjerna ll hos det elektriska fält, som alstras av elektroden 8.

I utvecklad form, visad i fig. 4, elektroderna 8 och 10 rektangulära liksom underlaget 9. Härvid överstiger arean hos den avskärmande elektroden 10 arean hos den strålande elektroden 8. Elektrodernas 8 och 10 motsvarande sidor är parallella.

I fig. 5 visas beroende av en relation mellan en täthet P av en förbrukad effekt och ett täthetsvärde P, av en effekt på kroppsytan efter djupet H hos det människokroppsparti, som bestrâlas. Kurvan 21 visar detta beroende hos de kända applikatorerna, medan kurvan 22 avser applikatorer enligt uppfinningen.

Applikatorn för att åstadkoma den lokala hypertermin hos människokroppen fungerar på följande sätt.

Applikatorn lägges på det kroppsparti 3, som skall bestrålas, så att det elastiska membranet 13 (fig. 3) tätt anligger mot kroppsdelen, att underlaget 9 och elektroderna 8, 10 hos mikrovågsstrålaren 1, som är fäst inuti det elastiska di- elektriska huset 12, delvis omsluter kroppspartiet 3, medan den sida av den strålande elektroden 8, som medelst tvär- styckena 20 (fig. 4) är förbunden med den avskämande elektro- den 10, är ungefär parallell med planet för applikatorns 10 15 20 25 30 465 754 7 största utbredning (i fig. 3 samanfaller detta plan med skärningsplanet).

En mikrovågsfrekvensstyrka matas till matarledningen 4 från någon känd källa för mikrovågsfrekvensstrålning (icke visad på ritningen), och ett elektriskt mikrovågsfrekvensfält genereras i strålaren 1, vilket fält tränger genom det di- elektriska mellanlägget 2, genom ett vattenskikt i hålrummet 14, och genom membranet 13, vilket fält når fram till krop- pens 3 yta. Härvid är kraftlinjerna ll (fig. 2) hos det elektriska fältet på ytan av det kroppsparti 3, som be- strålas, ungefär parallella med varandra och vinkelräta mot applikatorns utbredningsplan.

Detta elektriska mikrovågsfrekvensfält, som är likformigt och likfasigt utefter strålarens 1 bredd och omsluter det kropps- parti 3, som bestrålas, genererar elektromagnetiska vågor i kroppen, vilka vågor sprider sig på djupet i kroppen 3 och samlas i folkalytan 7 (fig. 1) inuti kroppen 3. I fokalytans 7 omrâde adderas de elektromagnetiska vågornas fältstyrkor, vilka vågor kommer från olika håll. Härvid ökar en relativ intensitet (i förhållande till dess värde på kroppens 3 yta) hos värmeutvecklingen i fokalytan 7, vilken intensitet är proportionell mot den adderade kvadratfältstyrkan, med jämfört med den relativa intensiteten hos värmeutvecklingen, som skapas, när en plan enkelstrålare användes, där 10 15 20 25 30 35 465 754 8 k = fokuseringens effektivitet, s = en längd av den sida hos den strålande elektroden 8, som medelst tvärstyckena 20 är förenad med den avskärmande elektroden 10, Å = längden av den elektromagnetiska vågen i muskelvävnaden.

Skiktet av vatten i hålrumet 14 (fig. 3), vilket vatten flyter genom enheten för vattenkylning, tillförsäkrar kylning av ytan hos kroppens 3 parti, som bestrålas. Vattnet matas till och föres bort från hålrummet 14 genom röransatserna 16, 17 och strömar runt membranets 13 inneryta och tar bort värmen från kroppens 3 ytskikt, vilken värme överföres genom membranet 13, och i vilket skikt en betydande del av värme- energin (fig. 5) utvecklas. Detta resulterar i att tempera- turen hos vävnadernas ytskikt går ner, vilket tillåter en mer effektiv uppvärmning av vävnaderna inom fokalytans 7 område (fig. 1). Utsprången 15 i hålrummet 14 tillförsäkrar att vattnet flyter fritt genom strålarens 1 utbuktningar.

Värmeutvecklingen begränsas icke endast till fokalytans 7 område (fig. 1) utan uppnår rätt höga värden även i ett utrymme mellan fokusen och kroppens yta, som anligger mot applikatorn (kurvlinjen 22 i fig. 5). Av denna orsak kan tumören bara delvis eller icke helt sammanfalla med fokal- ytans område och ligga närmare applikatorn. Den lokala hyper- termin vid tumörens bestrålning tillämpas i regel samtidigt med andra arter av strålningsterapi.

Uppfinningen beskrives nedan i konkreta tillämpningsexempel av applikatorn vid behandling av elakartade tumörer.

Den föreslagna applikatorn användes 60 gånger för behandling med hypertermi i kombination med gamabestrålning av 12 sjuka med mjuk vävnadssarkom. Vid tumörytan upprätthölls en tempe- ratur av 42-43°C under 70-80 min. De sjuka genomgick opera- tioner efter denna behandling.

I) 10 15 20 25 465 754 Åtta omgångar av hypertermibehandling i kombination med gammabestrålningen genomfördes på 6 sjuka med benvävnads- tumörer. Vid varje omgång av behandlingen var temperaturen 41-44°C och varade från 40 min till 60 min.

Den föreslagna applikatorn är fördelaktigare än de kända tekniska lösningarna och kan användas för lokal hypertermi av tumörer djupt inne i kroppen. Applikatorn är försedd med en enkel mikrovågsstrålare, vilken alstrar ett efter appli- katorns bredd likformigt elektriskt mikrovågsfrekvensfält, vilket tillförsäkrar en högre effektivitet "k" vid fokuse- ring, jämfört med applikatorer, vilka är försedda med flera strålare, vilka alstrar ett olikformigt elektriskt fält.

Exempelvis en applikator med en bredd på 300 mm och med en arbetsfrekvens på 433,92 mHz tillförsäkrar k 2 10, och en relativ intensitet av värmeutveckling i djupa skikt av en muskelvävnad hos en extremitet med en diameter av ungefär 12 cm når upp till 50-60 % (fig. 5), vilket tillförsäkrar i huvudsak uppvärmning av de djupt belägna tumörerna under det att ytan hos det parti, som bestrålas, kyles.

Applikatorn är enkelt konstruerad, kompakt, består av få delar och behöver icke någon anordning för att dela mikro- vågsfrekvensstyrkan. De applikatorer, som är följsamma är bekväma att uppvärma kroppspartier med invecklade former.

Claims (6)

10 15 20 25 30 465 754 1o Patentkrav

1. Applikator för att åstadkoma lokal hypertermi hos en människokropp, vilken applikator innefattar dels en mikro- vågsstrålare (1), i vilken en strålande elektrod (8) och en avskärmande elektrod (10) är belägna på olika sidor av ett dielektriskt underlag (9), dels ett dielektriskt mellanlägg (2), vilket är beläget på mikrovågsstrålaren (1) och vänt mot människokroppen (3) under hypertermin, och dels en matarled- ning (4), som är elektriskt förenad med mikrovågsstrålaren (1), k ä n n e t e c k n a d av att de strålande (8) och avskärmande (10) elektroderna är så utförda, att de tillför- säkrar en strålning, som är likformig i en riktning vinkel- rätt mot det elektriska fält som alstras, medan mikro- vågsstrålaren (1) är så utförd, att den omsluter det parti av människokroppen (3), vilket bestrâlas under hypertermin, samt alstrar det elektriska fältet, vars kraftlinjer (ll) är parallella med varandra på ytan hos det parti av människo- kroppen, vilket bestrålas.

2. Applikator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mikrovågsstrålaren (1) är utförd hård och krökt till en form, som utgör åtminstone en del av en cylinder, medan det elektriska fältet, som den alstrar, är riktat längs cylinderns generatris.

3. Applikator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mikrovågsstrålaren (1) och det dielektriska mellanlägget (2) är utförda följsama.

4. Applikator enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att den strålande elektroden (8) och den avskärm- ande elektroden (10) hos mikrovâgsstrålaren (1) var och en är utförda rektangulära i utvecklat tillstånd, varvid arean hos den avskärmande elektroden (10) är större än arean hos den strålande elektroden (8), och de båda elektroderna (8, 10) är 10 -h 465 75 11 så belägna på det dielektriska underlaget (9), att deras motsvarande sidor är parallella.

5. Applikator enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d av att den strålande elektroden (8) är elektriskt ansluten till den avskärmande elektroden (10) medelst minst ett tvärstycke (20).

6. Applikator enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att tvärstycket (20) är beläget längs den sida hos den strålande elektroden (8), som är vinkelrät mot det elektriska fältets riktning, och att tvärstycket (20) är elektriskt anslutet till denna sida av den strålande elektroden (8).