JPH0363199B2

JPH0363199B2 -

Info

Publication number: JPH0363199B2
Application number: JP59160838A
Authority: JP
Inventors: Juji Maruyama; Kohei Ootake; Hisao Kizaki
Original assignee: SHINNIPPON MUSEN KK
Current assignee: SHINNIPPON MUSEN KK
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1991-09-30
Also published as: DE3574556D1; EP0171620B1; US4616120A; JPS6139481A; EP0171620A1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、生化学において、脳内酵素研究のた
めに供試体にマイクロ波を照射して、その供試体
の脳内酵素を瞬時に失活させるために使用するマ
イクロ波加熱装置に関する。

（従来技術）従来のこの種のマイクロ波加熱装置は、第１図
に概略的に示すように、大電力マイクロ波発振器
１内のマグネトロン２で発生させたマイクロ波
を、サーキユレータ３と整合素子を有する整合部
４を経由させて、アプリケータ５内の供試体６に
吸収させ、その供試体６の脳が加熱されるように
構成されている。なお、供試体６で吸収されなか
つたマイクロ波は、サーキユレータ３まで戻り、
その進行方向が90度曲げられ、吸収体７で吸収さ
れる。

このマイクロ波加熱装置では、大電力マイクロ
波発振器１からのマイクロ波を供給して、ある標
準供試体（例えば300ｇのラツト等）について整
合部４の整合素子を調整してインピーダンス整合
をとつた後は、その整合部４を固定するので、実
際に使用する供試体６に対して整合をとることは
できない。

即ち、大電力マイクロ波発振器１で発振される
マイクロ波で供試体毎にインピーダンス調整をす
ると、その調整時に供試体が既に加熱され、その
供試体に悪い影響を与えるので、実際に使用する
供試体については改めて整合をとつてはいない。

ところが、供試体６の大きさ（重量）は、ラツ
トであつても、例えば100ｇ〜400ｇ、或いは500
ｇまで種々変化する。従つて、そのインピーダン
ス整合状態は吸収効率にして100％〜80％位まで
変化する。また、同一重量のラツトであつても、
アプリケータ５への挿入状態は毎回変化するの
で、マイクロ波吸収効率は上述の値より更に大き
く変化する。よつて、加熱不足が生じたり、或い
は過剰加熱となつて脳組織を破壊する場合があ
り、研究に支障を生じる。

一方、マウスのような小動物に対する加熱のた
めの照射時間は短く、300ms〜500msであるが、
マイクロ波出力の立ち上り時間も、従来では
300ms〜500msであり、両者ほぼ同じ値である。
また、立ち上り時間内のマイクロ波出力は、毎回
決まつた値ではなく、不安定な値を示す。従つ
て、照射時間に対する立ち上り時間の占める割合
が多いため、加熱状態にバラツキが生じるように
なる。

以上のように、従来のマイクロ波加熱装置で
は、実際に使用する供試体毎にインピーダンス整
合をとることができず、またマイクロ波出力の立
ち上り時間が遅く、このため、供試体の加熱条件
が変化し、再現性のあるデータを得ることができ
なかつた。

（発明の目的）本発明の目的は、同一条件で供試体を加熱する
ことができるようにして、再現性のあるデータを
得ることができるようにしたマイクロ波加熱装置
を提供することである。

（発明の構成）このために本発明のマイクロ波加熱装置は、供
試体を照射する時間よりも短い時間で出力が立ち
上がる大電力マイクロ波発振器と、該大電力マイ
クロ波発振器に接続された導波管と、該導波管に
対して分離可能に接続された反射係数測定装置
と、上記導波管の出力側に接続されたインピーダ
ンス整合部と、該インピーダンス整合部の負荷側
に接続された終端短絡のテーパ型矩形導波管でな
るアプリケータと、該アプリケータの一壁面から
負荷となる上記供試体の頭部を挿入させるように
配した供試体容器とで構成し、更に上記反射係数
測定装置が上記大電力マイクロ波発振器の動作停
止時に作動するようになつている。

（実施例）以下、本発明のマイクロ波加熱装置の実施例に
ついて説明する。本実施例では、大電力マイクロ
波発振器の出力の立ち上りを50ms前後とし、ま
た供試体に対し、大電力マイクロ波発振器からの
マイクロ波照射に先立つて、測定用の小電力マイ
クロ波を照射させ、これにより、供試体に悪影響
を与えることなく供試体毎のインピーダンス整合
をとることができるようにする。

第２図はその原理を示すものであり、第１図と
同一要素には同一符号を付した。大電力マイクロ
波発振器１内のマグネトロン２にはその出力の立
ち上りがほぼ20msのものを使用する。またアプ
リケータ８にはテーパ部８ａにより終端側が広が
つた終端短絡の矩形導波管を使用し、供試体６は
マイクロ波損失の少ない供試体容器としてのアニ
マルホルダ９で保持して、その頭部がアプリケー
タ８内に臨むように挿入する。１０はインピーダ
ンス整合状態を確認するための反射係数測定装置
（VSWRモニタ）であり、サーキユレータ３と整
合部４との間の導波管１１に接続されている。な
お、整合部４の可変整合素子としては、Ｅ−Ｈチ
ユーナ、スタブチユーナ等が使用される。

反射係数測定装置１０においては、導波管１１
内に抜き差し自在に突出するように同軸アンテナ
１２が設けられ、このアンテナ１２には測定用の
小電力マイクロ波発振器１３からマイクロ波（大
電力発振器１で発振される周波数と同じ周波数）
が供給される。１４は導波管１１と結合して方向
性結合器１５を構成する導波管であり、その内部
には入射波、反射波を検出するループ１６，１７
が設けられ、クリスタルで成る検波器１８，１９
を経由して比較器２０に接続されている。２１は
反射係数を表示するメータ或いはCRT等の表示
器である。そして、これら１５〜２１が反射係数
測定回路を構成している。

以上において、アンテナ１２から導波管１１内
に入射された小電力のマイクロ波は、その進行方
向を２分される。一方はアプリケータ８側に伝送
され、他方はサーキユレータ３側に伝送され吸収
体７で吸収される。アプリケータ８側に伝送され
たマイクロ波は、供試体６の頭部で大部分が吸収
されるが、一部はアンテナ１２方向に反射波とし
て戻る。この反射波と上記入射波は、方向性結合
器１５で検出され、比較器２０でレベルが比較さ
れる。そして、その比較結果が反射係数として表
示器２１で表示される。

そこで、反射係数が最も少なくなるように、つ
まり反射波が最も少なくなるように、整合部４の
整合素子を調整する。これにより、現在挿入され
ている供試体６のインピンダンス整合がとれたこ
とになる。

そして、この後アンテナ１２を導波管１１から
引抜いて分離し、また反射係数測定回路も導波管
１１から分離して、反射係数測定装置１０全体を
導波管１１から電磁的に分離する。

その後、大電力マイクロ波発振器１から加熱用
マイクロ波を入射させると、効率良く供試体６に
吸収され、その供試体６が加熱されるようにな
る。なお、この大電力マイクロ波発振器１からの
マイクロ波供給は、連続的或いは段階的にそのレ
ベルを変化させることができ、また供給時間はタ
イマにより自在に設定することができる。また、
この時のマイクロ波出力の立ち上り時間は、照射
継続時間よりも充分短くすることができるので、
照射電力が不安定となることはない。

第３図はアプリケータ８の部分の詳細を示す図
である。アプリケータ内を伝搬するマイクロ波
は、その性質上から、誘電体でなる供試体８の尖
つた部分、つまり鼻の部分に集中するので、脳の
部分特に小脳の部分が脳先端に比較して加熱され
難い。

そこで、本実施例では、アプリケータ８に、そ
の一方の長辺８ｂがマイクロ波の進行方向に沿つ
て外側に突出するように前記したテーパ８ａを形
成し、このテーパ８ａによつて広くなつた部分に
おける長辺８ｂの幅方向中心に挿入口８ｃを形成
して、その挿入口８ｃから供試体６の頭部が入る
ようにしている。３０はアニマルホルダ９を挿入
するチヤンバ、３１は供試体６を押し込むための
押込部材、３２はその押込部材３１をアニマルホ
ルダ９に対して保持する係止板である。

アプリケータ８内を矢印Ａ方向に基本モードの
TE₁₀のマイクロ波が伝搬する場合、そのアプリ
ケータ８の長辺８ｂをテーパ８ａによつて急に広
げると、そのアプリケータ８内の供試体６が強く
加熱される位置が、アプリケータ８のマイクロ波
進入側の断面（マイクロ波進行方向に対して直
角）の中心ａからテーパ８ａによつて広がつた側
（供試体６の首の側）に移動する。

この移動は、テーパ８ａが終了する位置から奥
方向への距離L₂が増加するに従つて増加し、そ
の距離L₂がある値で最大となり、そのある値を
越えるとアプリケータ８のテーパ８ａによつて広
がつた部分の中心ｂに戻る。

テーパ８ａが形成された長辺８ｂ側への強く加
熱される位置の移動が最大となる距離L₂の値、
供試体６が加熱される範囲、及び加熱温度は一義
的には決まらず、テーパ８ａの長さL₁、アプリ
ケータ８のマイクロ波浸入側の短辺の長さL₃、
テーパ８ａによつて短辺を広げた長さL₄、挿入
穴８ｃの内径、供試体６の誘電体損、マイクロ波
の波長等が関係する。

また、均一加熱を行うことのできる挿入口８ｃ
のテーパａ終了端からの距離は、供試体６が強く
加熱される位置がテーパ８ａ側に最も移動する状
態の距離L₂の値とは必ずしも一致せず、実験に
より、例えば2λg以内（λgは使用マイクロ波の管
内波長）に決定される。上記短辺を広げた長さ
L₄の寸法は、アプリケータ８内のマイクロ波モ
ードが基本モードTE₁₀を保つ範囲で大きくする
ことができる。

以上のようにして各寸法L₁〜L₄を決定するこ
とにより、マイクロ波が供試体６の鼻の部分に集
中することを防止することが可能となり、最適な
脳部位の加熱を均一に行うことができる。また、
アプリケータ８の広がつた部分の短辺距離（L₃
＋L₄）は、マイクロ波導入側の短辺の距離L₃よ
りも大きくなるため、供試体６のひげ６ａがアプ
リケータ８の内壁に接触して放電を起すというよ
うなことも防止できる。

実験では、マイクロ波の管内波長λg＝14.8cm、
距離L₁＝50mm、L₂＝110mm、L₃＝54.6mm、L₄＝
29.4mm、挿入穴８ｃの内径45mm、アプリケータ８
の長辺の長さ109.2mm、及びマイクロ波電力5Kw
で良好な結果を得た。

第４図は第３図に示したアプリケータ８の改変
例を示すものであり、他方の長辺８ｄにもテーパ
８ｅを形成して、内部空間を両方の長辺側に広げ
たものである。長辺８ｄ側の広がり寸法L₅、両
テーパ８ａ，８ｄのテーパ長さL₁，L₆、及びそ
の両テーパ８ａ，８ｄの相対位置は、供試体６の
被加熱部分が最良に均一に加熱されるように決定
される。また、この例では、第３図の例に比較し
て、距離L₅だけアプリケータ８の内部寸法が大
きくなるので、より大きな供試体の加熱を行うこ
とができる。

なお、各部の寸法、例えばL₁，L₂，L₄等を変
化させれば加熱する部位が変化するので、その値
を適宜設定することにより、加熱部位を変更する
こともできる。

第５図は反射係数測定装置１０の詳細を示すも
のである。小電力マイクロ波発振器１３は変調器
４１によりその発振電力の振幅変調が可能となつ
ている。そして、そこからの発振電力はアツテネ
ータ（或いはアイソレータ）４２を介してアンテ
ナ１２に供給される。方向性結合器１５を構成す
る導波管１４の各々の出力部には検波器１８，１
９の検波感度の不足を補うための増幅器４３，４
４が接続されている。

この実施例では、アツテネータ４２はアンテナ
１２からの（測定用の）反射波を減衰させ、小電
力発振器１３の動作が不安定になることを防止す
る。

方向性結合器１５ではアンテナ１２からの入射
波とアプリケータ８側からの反射波が検出され、
その各々が増幅器４３，４４で増幅されて検波器
１８，１９で検波されて、比較器２０で比較され
るが、小電力発振器１３からの発振電力を変調器
１４１より1KHz程度の周波数で振幅変調してお
けば、検波器１８，１９の感度不足（周波数特性
が高域で悪い場合）を更に補うことができる。

インピーダンスの整合が完了した後は、前記し
たように大電力マイクロ波発振器１からのマイク
ロ波の供給に先立つて、小電力マイクロ波発振器
１３保護のためにアンテナ１２を導波管１１から
引き抜きいて導波管１１から分離し、また反射係
数測定回路の保護のために導波管１４以降の回路
部分も導波管１１から分離する。

後者については、方向性結合器１５の結合度を
変えて、その結合度が小さくなるようにすれば良
い。しかし、増幅器４３，４４の増幅能力、検波
器８４，１９の検波感度、或いは小電力マイクロ
波発振器１３の出力等の関係から、上記大電力供
給時に増幅器４３，４４に伝送される電力を上記
許容電力以下に抑えることができない場合には、
第６図に示すようなシヤツタ板４５で方向性結合
器１５の孔１５ａ，１５ｂを塞ぐようにする。或
いは、第７図に示すように、増幅器４３，４４と
方向性結合器１５との間にピンスイツチ（ピンア
ツテネータ）のようなスイツチ回路４６，４７を
接続して、本来のマイクロ波加熱動作の際にその
スイツチ回路４６，４７をオープン状態にしてお
く。

なお、上記実施例では同軸アンテナ１２を導波
管１１内に挿入して、測定用マイクロ波を入射さ
せるようにしているが、第８図に示すように、測
定用の小電力発振器１３側のマイクロ波伝送にも
導波管４８を使用して、その導波管４８と導波管
１１との間の結合をシヤツタ板４９を使用して行
うこともできる。この場合は、シヤツタ板４９が
実線の位置にあるとき、小電力供給による整合の
点検或いは調整用となり、シヤツタ板４９は短絡
板として働き小電力マイクロ波はすべてアプリケ
ータ８側に供給される。また破線側にあるときは
大電力供給用となり、小電力発振器１３側を導波
管１１から分離する。

なお、以上において、導波管９に代えて同軸線
路を使用する場合には、アンテナ１０をその同軸
線路に切り換え接続する切換器を使用する。

第９図は同軸アンテナ１２の抜き差しと方向性
結合器１５の穴１５ａ，１５ｂを閉じるシヤツタ
板４５′を連動させた機構を示すものである。こ
こでは、シヤツタ板４５′は第６図とは異なつて、
穴１５ａ，１５ｂの並び方向に直交する方向から
進退するように構成されている。アンテナ１２の
基部を構成するケーブル５０は外筒体５１の上端
５１ａに固着され、その外筒体５１が導波管１１
に植設された内筒体５２に挿通されている。５１
ｂは外筒体５１に形成されたピンである。５３は
外筒体５１を上方向に常時引つ張るスプリングで
ある。５４はワイヤであり、上記ピン５１ｂに一
端が係止され、導波管１１に取り付けた滑車５５
に懸架され、止め具５６で外被を固着され、他端
がシヤツタ板４５′に固着されている。５７はア
ンテナ１２の位置を検知するマイクロスイツチ、
５８はシヤツタ板４５′の位置を検知するマイク
ロスイツチである。

この第９図に示した機構では、シヤツタ板４
５′を引き出して穴５１ａ，５１ｂを開放にさせ
れば、ワイヤ５４によつて外筒体５１が引き下げ
られてアンテナ１２が導波管１２内に臨み、また
このときマイクロ波スイツチ５７，５８はオフと
なる。

次に、シヤツタ板４５′を押し込んで穴１５ａ，
１５ｂを閉じれば、外筒体５１が上方向に引つ張
られてアンテナ１２が導波管１２から退避する。
このときマイクロスイツチ５７，５８はオンとな
る。

従つて、マイクロスイツチ５７，５８を大電力
マイクロ波発振器１の起動スイツチに直列接続し
ておけば、シヤツタ板４５′を引き出した時には
マイクロ波発振器１は動作を停止し、反射係数測
定装置１０のみが動作するようになる。一方、シ
ヤツタ板４５′を押し込んだ時にはアンテナ１２
が引つ込み、また穴１５ａ，１５ｂも閉じられて
反射係数測定装置１０は非作動となると共に、大
電力マイクロ波発振器１が動作状態となつて、本
来のマイクロ波加熱が行われる。

（発明の効果）以上から本発明によれば、大電力のマイクロ波
発振器に出力の立ち上りが供試体を照射する時間
に比較して短いものを使用しているので、加熱状
態のバラツキを防止でき、また、加熱に先立つ
て、供試体に影響を与えることなく整合状態を調
整することができるので、供試体毎に最良の効率
で加熱を行うことができるようになる。更に、テ
ーパ形成により短辺を広げたアプリケータを使用
したので供試体の頭部の均一加熱を良好に行うこ
とができる。よつて、供試体の脳を同一加件で加
熱することができ、再現性のあるデータを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波加熱装置の原理の説
明図、第２図は本発明のマイクロ波加熱装置の原
理の説明図、第３図は本発明の一実施例のマイク
ロ波加熱装置のアプリケータ部分の断面図、第４
図は第３図の改変例の断面図、第５図は本発明の
一実施例のマイクロ波加熱装置の反射係数測定装
置の部分のブロツク図、第６図は第５図における
方向性結合器の部分の改変例の断面図、第７図は
第５図における方向性結合器の出力部分の改変例
のブロツク図、第８図は第５図におけるアンテナ
部分の改変例の断面図、第９図は方向性結合器の
シヤツタ板とアンテナの連動関係を示す斜視図で
ある。１…大電力マイクロ波発振器、２…マグネトロ
ン、３…サーキユレータ、４…整合部、５…アプ
リケータ、６…供試体、７…吸収体、８…アプリ
ケータ、９…アニマルホルダ、１０…反射係数測
定装置、１１…導波管、１２…アンテナ、１３…
小電力マイクロ波発振器、１４…導波管、１５…
方向性結合器、１６，１７…ループ、１８，１９
…検波器、２０…比較器、２１…表示器、３０…
チヤンバ、３１…押込部材、３２…係止板、４１
…変調器、４２…アツテネータ、４３，４４…増
幅器、４５，４５′…シヤツタ板、４６，４７…
スイツチ回路、５０…ケーブル、５１…外筒体、
５２…内筒体、５３…スプリング、５４…ワイ
ヤ、５５…滑車、５６…止め具、５７，５８…マ
イクロスイツチ。

Claims

【特許請求の範囲】１供試体を照射する時間よりも短い時間で出力
が立ち上がる大電力マイクロ波発振器と、該大電
力マイクロ波発振器に接続された導波管と、該導
波管に対して分離可能に接続された反射係数測定
装置と、上記導波管の出力側に接続されたインピ
ーダンス整合部と、該インピーダンス整合部の負
荷側に接続された終端短絡のテーパ型矩形導波管
でなるアプリケータと、該アプリケータの一壁面
から負荷となる上記供試体の頭部を挿入させるよ
うに配した供試体容器とで構成され、上記反射係
数測定装置が上記大電力マイクロ波発振器の動作
停止時に作動するようにしたことを特徴とするマ
イクロ波加熱装置。２上記反射係数測定装置が、小電力マイクロ波
発振器と、該小電力マイクロ波発振器からの入射
電力と上記負荷側からの反射電力とを検出して比
較する反射係数測定回路とを具備し、上記大電力
マイクロ波発振器からのマイクロ波の供給時に上
記反射係数測定回路及び上記小電力マイクロ波発
振器が上記導波管から分離されるようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイク
ロ波加熱装置。