CS252052B1

CS252052B1 - Applicator for diagnosis and therapy of cancer

Info

Publication number: CS252052B1
Application number: CS832670A
Authority: CS
Inventors: Jan Vrba; Jiri Boucek
Original assignee: Jan Vrba; Jiri Boucek
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS267083A1

Abstract

Apllkátor je tvořen ozařovačem a radiometrem a anténou, kde ozařovač a anténa radiometru mají společnou část plochy, přičemž ozařovač má Větší mechanické rozměry než anténa radiometru. Apllkátor slouží pro diagnostiku a terapii zhoubných náboru v lékařství.The applicator consists of an irradiator, a radiometer and an antenna, where the irradiator and the radiometer antenna have a common area, and the irradiator has larger mechanical dimensions than the radiometer antenna. The applicator is used for the diagnosis and therapy of malignant tumors in medicine.

Description

Vynález se týká aplikátoru s víceúčelovým použitím pro diagnostiku a terapii zhoubných nádorů pomocí mikrovlnného elektromagnetického záření, realizovaný z úseků vedení, jejichž geometrické tvary jsou voleny s .ohledem na požadované směrové charakteristiky.The present invention relates to a multi-purpose applicator for the diagnosis and therapy of cancer by means of microwave electromagnetic radiation, realized from line sections whose geometric shapes are selected with respect to the desired directional characteristics.

pro diagnostiku nebo terapii zhoubných nádorů se s výhodou využív-á fyzikálních vlastností mikrovlnného elektromagnetického záření a biofyzikálních účinků záření na nádorovou tkáň, která má jiné dielektrické a tepelné parametry oproti zdravé tkáni. Zdravé buňky snesou bez poškození teploty řádově o 1 až 2 ,K vyšší než nádorové. Léčebných účinků .se dosahuje pomoci ohřátí na teplotyj kdy dochází k destrukci nádorových buněk, přičemž zdravé buňky přežívají bez poškození. Obvykle se jedná o rozsah teplot v rozmezí 42 až 44 °C. Tato mikrovlnná hypertermie vyžaduje přesné měření teploty vyhřívané oblasti a regulaci přiváděného výkonu z mikrovlnného generátóru. Ohřev se provádí pomocí mikrovlnných aplikátorů, které mohou být konstruovány rozličným Způsobem. Při diagnostice zhoubných nádorů pomocí mikrovlnného záření se měří pomocí radiometrů v mikrovlnném pásmu tepelný výkon, vyzařovaný z vyšetřované oblasti. Volba frekvenčního pásma sé provádí podle požadavku z jaké hloubky tkáně se požaduje detekce teploty. Vzhledem ¹k tomu, že nádorová tkáň má jiné dielektrické a tepelné-vlastnosti než tkáň zdravá, provádí se před vlastní detekcí mikrovlnný ohřev. Nádorová tkáň se jednak rychleji ohřívá, jednak většinou i pomaleji ochlazuje. Tím se zvýší rozdíl teplot mezi zdravou a nádorovou tkání a detekce pomocí mikrovlnného radiometrů je přesnější. Dosavadní aplikátory vyzařující nebo snímající mikrovlnnou energii používané pro mikrovlnnou hypertermii nebo mikrovlnnou termografii vyžadují složitou manipulaci. Dosud používané aplikátory pro mikrovlnnou hypertermii sestávají např. z> ‘Mikrovlnného generátoru, který je zapojen na aplikátor přes přepínač, pomocí kterého se aplikátor zapojuje bu3 na výstup mikrovlnného výkonného generátoru nebo na ystup mikrovlnného radiometru. Měření teploty tkáně se provádí tak, že.delší interval se provádí ohřev a kratší interval se měří teplota» Např. ohřev trvá po dobu 1 minuty a měření teploty 5 š. -Intervaly ohřevu a měření teploty musí být voleny s ohledem na Časové konstanty teplotního ohřevu tkáně a časové konstanty systému pro měření teploty. Při diagnostice tumorů pomocí mikrovlnného radiometru měřením tepelného výkonu vyšetřované oblasti v daném frekvenčním pásmu se předchozí ohřev provádí obdobným způsobem nebo se střídavě používá samostatného aplikátoru pro ohřev, kdy se tento aplikátor zapojuje na výkonný generátor, jehož frekvence je nižší než frekvenční pásmo radiometru, ve kterém se provádí měření tepelného výkonu a samostatného aplikátoru pro radiometr.the physical properties of microwave electromagnetic radiation and the biophysical effects of radiation on tumor tissue, which have different dielectric and thermal parameters than healthy tissue, are preferably used for the diagnosis or therapy of cancer. Healthy cells can withstand temperatures of about 1-2 K higher than tumor cells without damaging the temperature. The therapeutic effects are achieved by heating to temperatures that destroy tumor cells, while healthy cells survive without damage. It is usually a temperature range in the range of 42 to 44 ° C. This microwave hyperthermia requires accurate measurement of the temperature of the heated area and regulation of the power supplied from the microwave generator. Heating is carried out by means of microwave applicators, which can be constructed in different ways. In the diagnosis of malignant tumors by means of microwave radiation, the radiated power in the microwave band measures the heat output radiated from the area under investigation. The frequency band selection is made according to the requirement from which tissue depth is required to detect temperature. ¹ Given the fact that the tumor tissue has different dielectric and thermal properties than normal tissue, is performed before the actual detection of microwave heating. Tumor tissue warms up faster and usually cools down more slowly. This will increase the temperature difference between healthy and tumor tissue and the detection by microwave radiometers will be more accurate. Existing applicators emitting or sensing microwave energy used for microwave hyperthermia or microwave thermography require complex handling. The microwave hyperthermia applicators hitherto used consist, for example, of a microwave generator which is connected to the applicator via a switch by means of which the applicator is connected either to the output of the microwave power generator or to the output of the microwave radiometer. Tissue temperature measurement is performed by heating the longer interval and measuring the temperature at a shorter interval. the heating takes 1 minute and the temperature is measured at 5 š. - The heating and temperature intervals must be selected taking into account the tissue thermal heating time constants and the temperature measurement system time constant. When diagnosing tumors using a microwave radiometer by measuring the heat output of the area under investigation in a given frequency band, previous heating is performed in a similar manner, or alternatively, a separate heating applicator is used where the applicator is connected to a high power generator. the heat output and a separate applicator for the radiometer are measured.

Hlavní nedostatky používaných zařízení jsou ve složitosti· sestavy aplikátoru. generátoru a radiometru a v interferenčním rušení, které zhoršuje dosažitelné výsledky, přičemž teplota není měřena spojitě, což by mohlo vést i k překročení dovolené horní hranice teploty a k nenávratnému poškození buněk. Tyto nedostatky zcela nebo do značné míry odstraňuje aplikátor podle vynálezu, tvořený ozařovačero a radiometrem s anténou, jehož podstata spočívá v tom, že ozařovač a anténa radiometru mají společnou část plochy, přičemž ozařovač má větší mechanické rozměry než anténa radiometru.The main drawbacks of the devices used are the complexity of the applicator assembly. Generator and radiometer, and interference interference that worsens achievable results, while the temperature is not measured continuously, which could also lead to exceeding the allowable upper temperature limit and irreversible cell damage. These drawbacks are eliminated wholly or largely by the applicator of the present invention, consisting of an irradiator and a radiometer with an antenna, which consists in that the irradiator and the radiometer antenna share a common area, with the irradiator having larger mechanical dimensions than the radiometer antenna.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje v jednoduchosti zařízení a v možnosti měření průměrné teploty, v celém nebo v části objemu nádoru a to jediným mechanicky kompaktním zařízením.The higher effect of the invention is manifested in the simplicity of the device and the possibility of measuring the average temperature, in all or part of the tumor volume, by a single mechanically compact device.

' Na připojených schematických' výkresech jsou na obr. 1 až 3 znázorněny příklady aplikátorů podle vynálezu. Na obr. 1 je aplikátor -tvořen ozařovačem ve tvaru Z a je opatřen buzením 2« Anténa 6 radiometru má společnou plochu s vnitřní částí ozařovače 2 a rádiometr je opatřen výstupem 8. Na obr. 2 je aplikátor tvořen dvěma ozařovači 2 opatřenými dvěma· anténami 6. radiometrů a jejich výstupy 8. Horní ozařovač£ je opatřen buzením 2· Na, obr. 3 jc opět znázorněn ozařovač £ s anténou 6 radiometru, opatřený buze2520521 to 3 show examples of applicators according to the invention. In Fig. 1 the applicator is formed by a Z-shaped irradiator and is provided with excitation 2. The radiometer antenna 6 has a common surface with the inner part of the irradiator 2 and the radiometer has an outlet 8. In Fig. 2 the applicator consists of two irradiators 2 equipped with two antennas 6 of radiometers and their outlets 8. The upper irradiator 6 is provided with an excitation of 2 · Na, FIG.

- 3 ním 7 a výstupem 8. V tomto případě je ozařovač tvořen koaxiálním vedením s kruhovým vlnovodem.In this case, the irradiator consists of a coaxial line with a circular waveguide.

Funkce zařízení je následovná. V případě, uvedeném na obr. 1 je aplikétor s vlnovodem ve tvaru Ίί ve funkci ozařovače £, kdy maximum e.nergie se vyzařuje ve snížené oblasti vlnovodu a s obdélníkovým, vlnovodem, kterým se snímá energie pro radiometr. Energie z mikrovlnného generátoru se přivádí pomocí budiče 2 zapojeného na koaxiální konektor, vstup radiometru je připojen pomocí vazby přes koaxiální konektor. Na obr. 2 je znázorněno možné uspořádání dvou obdélníkových vlnovodů ve funkci ozařovače 2 ^a vstupu radiometru s koaxiálními kolektory. Obr. 3 ukazuje koaxiální vedení ve funkci ozařovače 2 a kruhový vlnovod umístěný ve středním vodiči koaxiálu jako vstup radiometru. Energie pro ozařování se přivádí koaxiálním konektorem, vazba na radiometr je provedena smyčkou, zapojenou na konektor.The function of the device is as follows. In the case shown in Fig. 1, the sί waveguide applicator is in the function of the irradiator 6, where the maximum energy is radiated in the reduced waveguide area and with a rectangular waveguide to sense energy for the radiometer. The energy from the microwave generator is supplied via the exciter 2 connected to the coaxial connector, the radiometer input being connected via a coaxial connector. Fig. 2 shows a possible arrangement of two rectangular waveguides in the function of the irradiator 2 ^and the radiometer input with coaxial collectors. Giant. 3 shows the coaxial line in the function of the irradiator 2 and the circular waveguide located in the central coaxial conductor as a radiometer input. The energy for irradiation is supplied by a coaxial connector, the radiometer is connected through a loop connected to the connector.

Výhodné rozvinutí řešení podle vynálezu spočívá v tom, že se volí ozařovací energie nižší než je kmitočet přijímaný radiometrem. Potom rozměry ústí ozařovače 2 budou větší než rozměry aplikétoru radiometru a tak mezní kmitočet vstupních obvodů radiometru bude vyšší než ozařovací, takže energie pro ohřev nemůže zkreslovat výsledky měření teploty radiometrem.An advantageous development of the solution according to the invention is that the irradiation energy is chosen lower than the frequency received by the radiometer. Then the dimensions of the orifice of the irradiator 2 will be larger than the dimensions of the radiometer applicator, and thus the cutoff frequency of the input circuits of the radiometer will be higher than the irradiation, so that the heating energy cannot distort the results of the radiometer temperature measurement.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An applicator for the diagnosis and therapy of cancer by high-frequency electromagnetic radiation, consisting of a radiator and a radiometer with an antenna, characterized in that the radiator and the radiator have a common part of the surface, the radiator having larger mechanical dimensions than the radiometer antenna.