JPH0114795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は、ハイパーサーミア用加温装置に係
り、特に電磁波を利用して生体内の癌組織を局所
加温し、これによつて当該癌組織の再生機能を停
止せしめ致死に至らしめるためのハイパーサーミ
ア用加温装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、加温療法（「ハイパーサーミア」ともい
う）による治療法が脚光を浴びており、特に悪性
腫瘍を例えば43〔℃〕付近で１時間ないし２時間
の間連続加温するとともに、一定周期でこれを繰
り返すことにより癌細胞の再生機能を阻害せし
め、同時にその多くを致死せしめることができる
という研究報告が相次いでなされている（計測と
制御Vol、22、No.10）。この種の加温療法として
は、全体加温法と局所加温法とがある。この内、
癌組織およびその周辺だけを選択的に温める局所
加温法としては、電磁波による方法、電磁誘導に
よる方法、超音波による方法等が提案されてい
る。

一方、癌組織への加温は、当業研究者間におい
ては既に知られているように43〔℃〕付近が加温
効果のある温度とされており、これより低いと効
果が薄れ、逆にこれよりあまり高いと正常組織に
対し害を与え好ましくない。即ちハイパーサーミ
アでは、癌組織に致死障害を与え、正常組織には
あまり害を与えないような狭い温度範囲に生体温
度を保たなければならない。

一方、生体内の深部加温については、生体機能
の特殊性例えば血流による冷却作用等により、当
該目的の部位を43〔℃〕前後の一定温度に１時間
ないし２時間の間保持することは容易ではない。
特に電磁波による加温療法は、生体表面の電磁波
吸収率が著しく大きいことから、従来技術では深
部加温に適さないとされ、長い間放置されてい
た。僅かになされている研究成果としては、例え
ば第１図に示すように電磁波発生手段のオン
（ON）又はオフ（OFF）制御のみによる生体内
部の加温をほぼ一定に近い値に設定することを意
図しているものが多い。

しかしながら、かかる場合にあつても、一応の
進歩は認められるものの電磁波発生手段のオン又
はオフ制御では、加温部の温度変化の幅が著しく
大きくなり、これがため、電磁波発生手段がオン
制御された場合の生体表面（入射面）における出
力レベルのピーク値が大きくなり、患者の苦痛を
緩和することができない、という不都合があつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる上記従来技術を勘案し、生体
内の加温箇所を予め定めた所定の温度に継続して
一定時間加温するとともに、患者の苦痛を緩和し
同時に動作の安定を確保することのできるハイパ
ーサーミア用加温装置を提供することを、その目
的とする。

〔発明の概要〕

そこで、本発明では、電磁波発生手段より出力
される電磁波を生体温度側から冷却手段を介して
生体内に向かつて照射伝播せしめるアプリケータ
と、冷却手段にて使用される冷却液の温度を調整
する液温調整手段と、アプリケータによる加温箇
所の温度測定を行う温度計測手段とを備えてい
る。そして、温度計測手段によつて検出される温
度が予め定めた設定値より大きい場合に当該設定
温度に低下するまで電磁波発生手段を停止制御す
る主制御部を設け、この主制御部が、更に、加温
箇所の温度が設定値より高くなつた時点で直ちに
加温治療時間の進行を開始せしめるとともに、一
定時間毎に段階的に冷却手段の冷却能力を増加制
御する第１の制御機能と、加温箇所の温度が設定
値より低くなつた場合に一定時間毎に段階的に冷
却手段への冷却能力を低下制御する第２の制御機
能とを備える、という構成を採つている。これに
よつて前述した目的を達成しようとするものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図ないし第５図
に基づいて説明する。

この第２図ないし第５図に示す実施例は、電磁
波発生手段としてのマグネトロン８より出力され
る電磁波を生体表面側から冷却機構３４を介して
生体内に向かつて照射伝播せしめるアプリケータ
２０と、冷却機構３４にて使用される冷却液の温
度を調整する液温調整手段としての冷却装置２１
と、アプリケータ２０による加温箇所の温度測定
を行う温度測定手段としての生体内温度センサ３
０とを備えている。

さらに、この生体内温度センサ３０によつて検
出される温度が予め定めた設定値より大きい場合
に当該設定温度に低下するまでマグネトロン８を
停止制御する主制御部１８が装備されている。

そして、この主制御部１８が、更に、加温箇所
の温度が設定値より高くなつた時点で直ちに加温
治療時間の進行を開始せしめるとともに、一定時
間毎に段階的に冷却機構３４の冷却能力を増加制
御する第１の制御機能と、加温箇所の温度が設定
値より低くなつた場合に一定時間毎に段階的に冷
却機構３４への冷却能力を低下制御する第２の制
御機能とを備えた構成となつている。

これを更に詳述すると、この第２図の実施例に
おいて、ハイパーサーミア用加温装置は、マイク
ロ波発生部２と、前述した第１および第２の制御
機能を含む制御部４と、マイクロ波照射部６とを
その要部として構成されている。

マイクロ波発生部２は、マグネトロン８と該マ
グネトロン８を駆動する電源９とから成つてい
る。そして、制御部４における主制御部１８の指
令に基づいてコントロールされるスイツチ４６に
付勢されて、その出力がオン（ON）又はオフ
（OFF）を繰り返すようになつている。

一方、マイクロ波発生部６は、本実施例では、
マイクロ波を生体へ照射するアプリケータ２０
と、このアプリケータ２０の開口部側すなわち生
体表面を冷却するための冷却機構３４とを要部と
し、これに癌組織の温度を検出する生体内温度セ
ンサー３０を装備した構成となつている。そし
て、冷却機構３４には、冷却液を冷却する液温調
整手段としての冷却装置２１と、該冷却装置２１
を制御して冷却液たとえば水の冷却調整を行う液
温制御回路としての冷却制御回路２４と、冷却装
置２１で冷却される水を循環させるポンプ２２と
が連結装備されている。

アプリケータ２０は、第３図に示すように生体
３２に密着して、該生体３２に電磁波を照射し、
目的の癌組織を加温するためのアンテナである。

このアプリケータ２０には、前述したように冷
却機構３４が装備され、生体の皮膚部分での電磁
波照射に起因する誘電損失による著しい過熱に対
し、当該生体表面を冷却することによつて癌組織
への熱伝導を有効に利用しかつ皮膚部分の熱傷を
防止し得る構成となつている。

冷却機構３４には、本実施例で冷却液として使
用している水を通すためのパイプ３６が設けられ
ている。そして、冷却装置２１で冷却された水を
前記ポンプ２２で強制的に循環させ、当該冷却機
構３４内を通過させることでアプリケータ２０の
開口面すなわち生体表面を冷却している。

一方、冷却水の温度は冷却制御回路２４によつ
て制御されており、水温の変化によつて生体表面
を冷却し、これにより、マイクロ波によつて加温
されている癌組織の温度を生体表面側から調整し
ている。

また、生体内温度センサー３０は、癌組織の温
度を検出するためのセンサーであり、ここで得ら
れる情報を基にして、冷却装置２１の出力の調整
が行われる。

一方、主制御部１８は、上記生体内温度センサ
ー３０で得られた情報をＡ／Ｄ変換器４２を介し
て入力し、この情報とオペレータの指示を受けた
入力部４４とからの情報とに基づいて癌組織の温
度が所望の値に保たれるようにＤ／Ａ変換回路４
８を介して冷却装置２１の出力（冷却効果）及び
スイツチ４６を介してマグネトロン８の出力を、
各々制御するとともに、加温状態をオペレータに
知らせるべく上述した各情報を出力部４４に送出
するようになつている。

この場合、主制御部１８は、ポンプコントロー
ラユニツト（図示せず）を介してポンプ２２の回
転数を増減制御するようになつている。また、主
制御部１８は、スイツチ４６を介してマグネトロ
ン８の出力を必要に応じて増源制御するようにな
つている。

次に、第４図に基づいて、上記装置の全体的な
動作について説明する。ここで、癌組織に対して
の加温設定温度を一応「43〔℃〕」とする。

まず、冷却装置２１を稼動させ（第４図ステツ
プ50）、十分に水が冷却された後、ポンプ２２の
始動を行う（同図ステツプ52）。そして、一定時
間マイクロ波の照射を行つた後（同図ステツプ
56）、これに続いてマグネトロン８の出力を切り
（同図ステツプ58）、生体内温度センサー３０によ
つて生体内部の温度計測にはいる（同図ステツプ
60）。温度計測時にマイクロ波の照射を行わない
のは、マイクロ波の影響を受けて、生体内に挿入
された温度センサー３０に生じる僅かな誤差を排
除するためである。

温度計測がなされた後は、生体内部温度がオペ
レータによつて予め入力された設定値（本実施例
では43〔℃〕）より高いが否かが判定される（同図
ステツプ62）。内部温度が設定値より低い場合は、
主制御部１８の第２の制御機能が作用し、冷却装
置２１の出力（冷却効果）を１ステツプ下げ（こ
の場合、ポンプ２２によつて水が循環されている
ことから、冷却装置２１の出力がオフとなつても
よい）、これによつて生体表面温度を上げ（同図
ステツプ64）、マイクロ波の照射によつて加温さ
れている癌組織が迅速に設定温度に達するように
生体表面側から加温調整するようになつている。

この結果、癌部の温度が設定値より高くなつた
場合は、癌組織の温度が設定値より下がるまでマ
イクロ波の照射を行わずに、温度計測ループを繰
り返す。そして、この間を利用して、冷却装置２
１の出力（冷却効果）を１ステツプづつアツプさ
せることで（同図ステツプ68）、水を冷却し生体
表面温度を下げ、癌組織の温度が早く設定値に達
するように生体表面側より温度調整を行う（主制
御部１８の第１の制御機能）。

ところで、加温時間と癌組織を致死に至らしめ
るための相関関係は癌組織が43〔℃〕付近の温度
になつてからの時間によつて左右される。したが
つて、本実施例では、加温部である癌組織の温度
が設定値を越えた時点から時間を計測し（同図ス
テツプ66）、予めオペレータによつて入力された
加温時間が到来したときに加温を終了する（同図
ステツプ72）。

第５図は、本実施例を用いて加温を行つたとき
の癌組織の温度分布状態（図中Ａ）と、従来技術
における制御で加温を行つたときの癌組織の温度
分布状態（図中Ｂ）とを示している。この図にお
いて、温度が上昇している間隔がマイクロ波照射
時であり、温度が下降している間隔が温度計測時
であり、温度計測時にはマグネトロン８の出力が
オフとなつている。この場合、従来技術において
は、癌部の温度に対して生体表面を冷却する水の
流量を可変していない点、目的温度（43〔℃〕）を
越えてもマイクロ波発振器のオン・オフ制御（一
定時間の加温と一定時間の休止）の繰り返しを続
けるという点から、内部の加温がきわめて不正確
をなつている。これに対し、本実施例において
は、上記した制御方式を採用している点から、目
的温度にまで素早く達し、目的温度を越えても早
く冷却することが可能であることから、ほとんど
43〔℃〕一定に温度を保つている。

なお、上記実施例において、生体表面温度をよ
り正確に制御したい場合は、第６図に示すように
アプリケータ２０の冷却機構３４の水の排出側に
温度センサー２８を設け、これにより冷却液を介
して表面温度を計測し、ここからの情報をＡ／Ｄ
変換器４０を介して主制御部１８に入力させ、第
７図に示すフローチヤート（第７図は第４図のフ
ローチヤートの点線部分を変更したものであつ
て、そのほかは第４図と同様である）に基づいて
制御を行えばよい。

即ち、内部温度が設定値より低い場合は温度セ
ンサー２８によつて計測した表面温度（同図ステ
ツプ60′）がオペレータによつて設定された表面
温度より低いか否かを判断し（同図ステツプ63）、
表面温度が設定値より低い場合は温度上昇を意図
して上述した如く冷却装置２１の出力（冷却効
果）を１ステツプ下げ（同図ステツプ64）、逆に
表面温度が高い場合は温度降下を図るため冷却装
置の出力（冷却効果）を１ステツプ上げる（同図
ステツプ63′）いう構成にすればよい。

また、癌部１００が生体表面もしくは表面近く
に存在する場合は、無侵襲（生体内部に温度セン
サー３０を挿入する必要がないこと）で加温が可
能となる（第８図参照）。即ち、癌部が生体表面
近くに存在する場合は、癌部の温度と生体表面温
度がほぼ等しいと考えてよいことから、生体内に
挿入した生体内温度センサー３０の代わりに、生
体表面の冷却後の液を測定した表面温度センサー
２８からの情報に基づいて、冷却装置２１の出力
（冷却効果）の制御を行えばよい（第９図参照）。

また、この場合、表面温度センサー２８がマイ
クロ波の影響を受けないことから、温度計測時に
マグネトロン８の出力を切る必要はない。したが
つて、第１０図に示すように、マグネトロン８の
出力をオンにした後（同図ステツプ102）、生体表
面の温度計測を行い（同図ステツプ104）、表面温
度が設定値より低い場合は冷却装置２１の出力
（冷却効果）を下げて（同図106）そのままマイク
ロ波の照射を行い続け、表面温度が設定値より高
くなつた場合は、マグネトロンの出力を切り（同
図108）、冷却装置２１の出力（冷却効果）を１ス
テツプ上げ（同図110）、表面温度が設定値より下
がるまではマイクロ波の照射を行わずこのループ
を繰り返すという制御方式を採用してもよい。こ
の方式は第９図のものと比べてより正確に目的の
部位への加温が可能である。更に、生体内加温部
の温度計測に関しては、電磁波の影響の少ない温
度計を使用する場合には当然のことながらマイク
ロ波を照射したまま温度測定するように構成して
もよい。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するの
で、これによると、電磁波発生手段を複雑に制御
することなく極く容易に生体内の加温箇所を予め
設定した所定温度に一定時間継続して加温するこ
とができ、とくに冷却後の直接の温度制御である
ことから大量の冷却液を要せず、従つて装置全体
も小型化することもでき、とくに、電磁波発生手
段のオン・オフ動作に依存することなく直接の温
度制御を行うようにしたことから、生体表面にピ
ーク値の大きい電磁波が繰り返し印加される過熱
状態が生じるという不都合が全くなくなり、過熱
に際しては電磁波発生手段がオフ動作を成すこと
から、加温箇所の温度を迅速に低下せしめること
ができ、従つて患者の苦痛を大幅に改善すること
ができるという従来にない優れたハイパーサーミ
ア用加温装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例による電磁波発生手段による加
温例を示す線図、第２図は本発明の一実施例を示
す全体的系統図、第３図はアプリケータの一例を
示す斜視図、第４図は第２図の動作を示すフロー
チヤート、第５図は第２図の実施例による加温状
態を従来例との比較において示した線図、第６図
は他の実施例を示す系統図、第７図は第６図の動
作を示すフローチヤート、第８図はその他の実施
例を示す系統図、第９図ないし第１０図は各々第
８図の動作を示すフローチヤートである。 ８……電磁波発生手段としてのマグネトロン、
１８……第１および第２の駆動制御手段を含む主
制御部、２０……アプリケータ、２１……液温調
整手段としての冷却装置、２４……液温制御回路
としての冷却制御回路、３０……温度計測手段と
しての生体内温度センサ、３４……冷却機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁波発生手段より出力される電磁波を生体
   表面側から冷却手段を介して生体内に向かつて照
   射伝播せしめるアプリケータと、前記冷却手段に
   て使用される冷却液の温度を調整する液温調整手
   段と、前記アプリケータによる加温箇所の温度測
   定を行う温度計測手段とを備え、 前記温度計測手段によつて検出される温度が予
   め定めた設定値より大きい場合に当該設定温度に
   低下するまで前記電磁波発生手段を停止制御する
   主制御部を設け、 この主制御部が、更に、 前記加温箇所の温度が設定値より高くなつた時
   点で直ちに加温治療時間の進行を開始せしめると
   ともに、一定時間毎に段階的に前記冷却手段の冷
   却能力を増加制御する第１の制御機能と、前記加
   温箇所の温度が設定値より低くなつた場合に一定
   時間毎に段階的に前記冷却手段への冷却能力を低
   下制御する第２の制御機能とを備えていることを
   特徴としたハイパーサーミア用加温装置。