JPH0221274B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は加温治療用マイクロ波放射器、特に生
体内部の温度をマイクロ波による誘電損を利用し
て上昇させる高周波誘電加熱におけるマイクロ波
放射器に関する。 癌等の悪性腫瘍は43〜45℃で一定時間加温する
と癌細胞が死滅したり、他の治療法がより効果的
となることが知られている。 このため、生体内部における患者を加温する装
置として、マイクロ波放射器が提案されている。
このマイクロ波放射器は、生体内部の患部に向け
マイクロ波を放射し生体内に引き起こされる誘電
損を利用して患部を加温する高周波誘電加熱を行
うものである。このような加温治療にあつては、
患部を均一な温度に加温することが望ましい。し
かし、従来の装置にあつては、患部に向けてマイ
クロ波を均一に放射するため、患部中心付近の温
度が上昇し過ぎてしまい、好ましくなかつた。 本発明はこのような従来の課題に鑑みなされた
もので、その目的は例えば生体内の患部を均一な
温度に加温することの可能な加温治療用マイクロ
波放射器を提供することにある。 上記目的を達成するため、本発明は被加温体に
向けドーナツ状の広がりをもつマイクロ波を放射
することを特徴とする。 すなわち、同軸ケーブルを介して高周波電力が
供給された放射器から生体内部の患者に向けマイ
クロ波を放射し、生体内で引き起こされる誘電損
を利用して患者を加温治療する加温治療用マイク
ロ波放射器において、前記放射器は、前記同軸ケ
ーブルのシールド線に接続された略円錐形の外部
コーンと、前記同軸ケーブルの電力供給線に接続
され、前記外部コーンが直径よりも小さい直径で
前記外部コーンに内挿された略円錐形の内部コー
ンとの導電材により形成されると共に、前記外部
コーンと前記内部コーンとの間の間〓により形成
されたドーナツ形状の開口部を有し、前記開口部
から患部に向けマイクロ波をドーナツ状の広がり
をもつて放射し、患部を均一に加温することを特
徴とする。 また、前記外部コーンと前記内部コーンとの直
径比率を調整することにより前記各コーンと前記
同軸ケーブルとの接続個所の同軸インピーダンス
を前記同軸ケーブルのインピーダンスに等しく設
定し、前記開口部における同軸インピーダンスを
患部にマイクロ波が効率良く伝達する値に設定す
ることを特徴とする。 更に、前記外部コーンと前記内部コーンとの間
の間〓に高誘電率の誘電体を充填することを特徴
とする。 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。 第１図および第２図は本発明の加温治療用マイ
クロ波放射器の詳細説明図である。図において、
１０はコネクタであり、１２はこのコネクタ１０
を介して同軸ケーブル１１に接続されている加温
治療用マイクロ波放射器である。このマイクロ波
放射器１２は、導電材をもつて形成されかつ同軸
上に設けられて成る略円錐形の外部コーン１４
と、前記外部コーン１４の直径よりも小さい直径
で該外部コーン１４に内装された略円錐形の内部
コーン１６とから成り、外部コーン１４はコネク
タ１０を介して同軸ケーブル１１のシールド線側
に接続され、内部コーン１６はコネクタ１０を介
して同軸ケーブル１１の心線、すなわち電力供給
線に接続されている。そして、同軸ケーブル１１
を介して伝送されてくる電力を内部コーン１６に
てマイクロ波に変換し、前記外部コーン１４と前
記内部コーン１６との間の間〓により形成された
ドーナツ形状の開口部１８からマイクロ波を放射
する。 本発明は以上の構成から成り、次にその作用を
説明する。 本発明のマイクロ波放射器１２を用い、生体の
患部を加温治療するに際しては、まずマイクロ波
放射器１２の開口部を生体に密着させると共に、
患部をドーナツ形状の中央部に位置させ、同軸ケ
ーブル１１からの給電により内部コーン１６に約
2450MHz付近の周波数をもつマイクロ波を発生さ
せる。このマイクロ波は、外部コーン１４と内部
コーン１６との間のドーナツ形状の開口部１８か
ら生体内部の患部に向けドーナツ形の広がりをも
つて放射される。このようにして、マイクロ波の
放射された患部は誘電加温され、患部に存する癌
細胞等の治療に非常に効果を上げることができ
る。ここにおいて、本発明のマイクロ波放射器は
患部に向けドーナツ形の広がりをもつマイクロ波
を放射することとなるため、患部はその周囲から
徐々に中心部に向けて加温されていき、該患部は
均一な温度に加温されることとなる。 すなわち、生体周囲から徐々に内部の患部へ高
周波による交番電界が加わり、その患部で生じる
電力損失、つまり誘電損によつて発生する熱を利
用して患部の均等な誘電加熱を行つている。 ここで次に、マイクロ波をドーナツ状に放射し
た場合の作用効果を一例として、第５図〜第７図
を用いて詳細に説明する。 本発明のドーナツ状に誘電加温する理由を第５
図に示す被加温体のモデル及び血流を例にあげて
説明する。 第５図には正常組織Ｙに対し、半径ａなる被加
温体としての腫瘍組織Ｘが示されている。 この腫瘍組織Ｘでは、例えば第６図に示すよう
にその腫瘍内の血流はその周辺部分（半径ａ付
近）で大きく、中心部分でほとんど０近くになつ
ている。 ここで、従来では、この腫瘍組織Ｘのマイクロ
波を放射した場合、組織温度分布を計算すると、
温度分布は、以下の熱伝導方程式によつて求めら
れる。すなわち、 ρcdT′／dt＝kΔ²T′−Vs（T′−To）＋Ｑ ……(1) ただし、T′は温度、Toは血流の温度、ρは組
織密度、ｃは組織比熱、ｋは組織熱伝導率、Vs
は血流量、Ｑは発熱を表す。 従つて、前記(1)式により、第５図に示す腫瘍組
織Ｘを従来でマイクロ波放射により均一に誘電加
温すると、その温度分布は、熱伝導により次式で
表される。すなわち、 Ｔ＝To−Ｑ／４（r₂−a₂） ……(2) となる。 この(2)式で示される温度分布特性は、第７図の
ような中心の温度が高く、この中心から距離の２
乗で減少する特性になる。 これにより、従来のマイクロ波放射器では、中
心部は血流が小さいので血流による熱の移動が小
さく、局部的にこの中心部分だけ加温され易すか
つた。 以上のことから、前記第５図に示す腫瘍組織Ｘ
を誘電加温する場合には、より均一な温度分布を
得るためには、第７図に示す中心部だけを加温し
ないようにすることが必要であつた。 このために、本発明のマイクロ波放射器は、第
５図の如くマイクロ波をドーナツ状の加温パター
ン１８′で患部へ放射するようにしたのである。 このドーナツ状の加温パターン１８′によつて、
従来に比してより効果的に患部を均一に加温する
ことが可能となつたものである。 ここでもちろん、本発明では、ドーナツ状のマ
イクロ波放射により、患部の周囲から徐々に加温
されるが外部に発散されることが確かにある。 しかし、その発散分の発熱量を例えば、別の高
周波発振器などにより与えることも可能であり、
また、外部は、患部からの熱伝導でのみ温まるる
ことになるので、外部は患部よりも高い温度には
なり得ず、患部の均等加熱が可能となる。 従つて、従来のマイクロ波放射器を使用した場
合のように、患部中心の温度が上昇し過ぎるとい
う問題は生ぜず、有効な治療効果を得ることが可
能となる。 ところで、このようにマイクロ波放射において
は、同軸ケーブル１１の接続部での反射および生
体との接触界面での反射が問題となる。本実施例
にあつては、このような反射の問題を次のような
手段を講じることにより解決している。まず外部
コーン１４の半径をｂ、内部コーン１６の半径を
ａと置くと、マイクロ波放射器１２の同軸インピ
ーダンスＺは で表わされる。ただし、μは透磁率、εは誘電率
であり、

【式】は空気の場合120πである。そし て、上記各コーン１４，１６の半径ｂ，ａを調整
することにより、コネクタ１０との接続部分にお
けるマイクロ波放射器の同軸インピーダンスＺを
同軸ケーブル１１のインピーダンス50Ωと等しく
設定して両部材間の整合をとり、更にマイクロ波
放射器の開口部１８の同軸インピーダンスＺを生
体にマイクロ波が効率よく伝送される値（本実施
例においては18Ω）に設定し、両部材間の整合を
とる。以上の構造とすることにより、同軸ケーブ
ル１１からマイクロ波放射器１２にマイクロ波エ
ネルギを供給する際、その接続部分において生ず
る反射を大幅に抑制でき、更にマイクロ波放射器
１２の開口部１８から生体に向けマイクロ波を放
射する際、その開口部１８と生体との界面におい
て生ずる反射を大幅に抑制することができる。な
お外部コーン１４と内部コーン１６との空隙２０
に高誘電率の誘電材、例えばアルミナハイカセメ
ント（誘電率ε_r＝８）を充填し、上記整合を更に
良好なものとすることができる。この場合には、
前記第１式における√は

【式】となる。 第３図は放射するマイクロ波の波長をλとし、
外部コーン１４の長さｌをｌ＝λ／４とし、コネク タ接合部分から開口部１８に向け同軸インピーダ
ンスＺを50Ωから９Ωにゆるやかに減少させるマ
イクロ波放射器を用い、開口部１８に密着させた
手に向けてマイクロ波を放射した場合の反射係数
特性図である。第４図は同じマイクロ波放射器か
ら薄膜ビニールを間にはさみマイクロ波を手に向
けて放射した場合の反射係数特性図である。同図
からも明らかなように、開口部１８に直接手を密
着してマイクロ波を放射し、マイクロ波周波数を
2100〜2500MHzの間で可変すると、マイクロ波エ
ネルギの反射係数は−10dB以下（伝達率90％以
上）となることが理解される。同様にして、開口
部１８に薄膜ビニールを介して手を密着させた場
合にも、マイクロ波エネルギの反射係数は−
10dB以下、最大で−27dB以下（伝送率99.8％以
上）とすることができる。第３図および第４図の
データから次表が得られる。

【表】 また第２表および第３表は、開口部１８におけ
る同軸インピーダンスＺを変化させることにより
得られるマイクロ波エネルギの反射係数の実測値
を示すものであり、第２表はマイクロ波放射器１
２の空隙２０を空気で満たした場合の測定値、第
３表は上記空隙２０をアルミナハイカセメントで
満たした場合の測定値である。第２表および第３
表から、空隙２０をアルミナハイカセメントで満
たし、マイクロ波放射器１２の開口部１８の同軸
インピーダンスＺを９Ωに設定した場合に良好な
特性を得ることができるのが理解される。

【表】

【表】 なおこのようなマイクロ波放射器を用いて実際
の加温治療を行うに際しては、絶縁のため開口部
１８にテフロンやシリコンゴム等のカバーを施し
て使用することが考えられる。この場合において
も、外部コーン１４の長さｌやマイクロ波放射器
の同軸インピーダンスＺを調整することにより前
述と同様の特性を得ることができる。また高誘電
率の誘電材で空隙２０を満たすことにより導電材
としての外部コーン１４と内部コーン１６の、例
えば長さｌ及び直径ａ，ｂの寸法を縮小すること
ができる。 また本実施例のマイクロ波放射器１２は、同軸
ケーブル１１の側方向照射型として有効である。 以上のように、本発明によれば、被加温体に向
けドーナツ状の広がりをもつマイクロ波を放射す
ることにより、被加温体例えば生体の患部等を均
一な温度に加温することができ、特に癌等の治療
を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加温治療用マイクロ波放
射器の側面説明図、第２図はその正面説明図、第
３図はマイクロ波放射器に手を密着しこの手にマ
イクロ波を放射した場合の反射係数特性図、第４
図はマイクロ波放射器にビニールを介して手を密
着しこの手に向けマイクロ波を放射した場合の反
射係数特性図、第５図は被加温体としての患部と
ドーナツ状の加温パターンとその位置関係を一例
として示した説明図、第６図は患部内部の血流量
を示した特性図、第７図は患部を加温した場合の
その温度分布を示した特性図である。 各図中対応する部材には同一符号を付し、１２
はマイクロ波放射器、１４は外部コーン、１６は
内部コーン、１８は開口部、２０は空隙である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同軸ケーブルを介して高周波電力が供給され
   た放射器から生体内部の患部に向けマイクロ波を
   放射し、生体内で引き起こされる誘電損を利用し
   て患部を加温治療する加温治療用マイクロ波放射
   器において、 前記放射器は、前記同軸ケーブルのシールド線
   に接続された略円錐形の外部コーンと、前記同軸
   ケーブルの電力供給線に接続され前記外部コーン
   の直径よりも小さい直径で前記外部コーンに内挿
   された略円錐形の内部コーンと、の導電材により
   形成されると共に、前記外部コーンと前記内部コ
   ーンとの間の間〓により形成されたドーナツ形状
   の開口部を有し、 前記開口部から生体に向けマイクロ波をドーナ
   ツ状の広がりをもつて放射し、生体内の患部を均
   一に加温することを特徴とする加温治療用マイク
   ロ波放射器。 ２ 特許請求の範囲１記載の放射器において、前
   記外部コーンと前記内部コーンとの直径比率を調
   整することにより、前記各コーンと前記同軸ケー
   ブルとの接続箇所の同軸インピーダンスを前記同
   軸ケーブルのインピーダンスに等しく設定し、前
   記開口部における同軸インピーダンスを患部にマ
   イクロ波が効率よく伝送される値に設定すること
   を特徴とする加温治療用マイクロ波放射器。 ３ 特許請求の範囲１、２記載の放射器におい
   て、前記外部コーンと前記内部コーンとの間の間
   〓に高誘電率の誘電体を充填することを特徴とす
   る加温治療用マイクロ波放射器。