JPH05253239A - 加温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナの種類にかかわらず、加温部位と温
度測定部位とを一致させることができ、適正な加温出力
制御などを可能とする信頼性にすぐれた加温装置を提供
する。 【構成】 マグネトロン１０から発せられるマイクロ波
をアンテナ１から放出する加温手段がある。また、生体
から放出されるマイクロ波を上記アンテナ１で受信し、
ラジオメータにより生体の温度を無侵襲で測定する測定
手段がある。この測定手段には測定用周波数を設定する
ための発振手段があり、その発振手段として上記加温手
段と同じマグネトロン１０が用いられる。これにより、
測定手段の測定用周波数と加温手段のマイクロ波周波数
とが同じ値に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波によりた
とえば生体の患部を加温する加温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波を体腔内で照射し、生体の深
部を加温する技術がある。たとえば、特開平３−１２１
７４号公報に示される。

【０００３】このような体腔内式加温では、先端にアン
テナを有する体腔内アプリケータが用いられるが、その
体腔内アプリケータのアンテナをラジオメータによる無
侵襲温度測定に共用し、加温機能と温度測定機能を合せ
持つものがある。たとえば、特開平２−２５２４６９号
公報に示される。体外式加温においても、同一のアンテ
ナを用いて加温と温度測定の両方を行なうものがある。
たとえば、1982 IEEE MMT-S Digest V-2に示される。

【０００４】この体外式加温では、温度測定用に多周波
型ラジオメータを用い、生体の深さ方向の温度分布を推
定できるものもある。たとえば、1990 IEEE MTT-S Dige
stM-5 に示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した体腔内式加温
の例では、体腔内アプリケータのアンテナを加温と温度
測定に共用することにより、体腔内アプリケータの小形
化が図れるという利点がある。

【０００６】しかしながら、加温用マイクロ波周波数と
温度測定用周波数とが異なると、加温時のアンテナの放
射分布と温度測定時のアンテナの受信分布とが異なって
しまう。これは、加温される部位と温度測定される部位
との位置ずれにつながり、加温出力制御などに悪影響を
与えてしまう。

【０００７】なお、上記した体外式加温の例では、周波
数の違いがあっても放射分布と受信分布が大きくは変わ
らない導波管型アンテナを用いており、上記の不具合は
生じない。

【０００８】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、アンテナの種類にかかわら
ず、加温部位と温度測定部位とを一致させることがで
き、適正な加温出力制御などを可能とする信頼性にすぐ
れた加温装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の加温装置は、
加温用のマイクロ波をアンテナから放出する加温手段
と、測定対象物から放出されるマイクロ波を上記アンテ
ナで受信し、ラジオメータにより測定対象物の温度を無
侵襲で測定する測定手段と、この測定手段の測定用周波
数と上記加温手段のマイクロ波周波数とを同じ値に設定
する発振手段とを備える。

【００１０】

【作用】加温時のアンテナの放射分布と温度測定時のア
ンテナの受信分布とが同じになる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の第１実施例について図面を
参照して説明する。

【００１２】１はアンテナで、体腔内に挿入される体腔
内アプリケータの先端に設けられる。このアンテナ１が
同軸ケーブル２を介して同軸スイッチ３に接続され、そ
の同軸スイッチ３に加温用同軸ケーブル４および温度測
定用同軸ケーブル５が接続される。

【００１３】同軸スイッチ３は、後述する制御部４０の
指令に応じて、同軸ケーブル２と同軸ケーブル４との接
続、および同軸ケーブル２と同軸ケーブル５との接続を
選択的に切換える働きをする。１０は発振手段であると
ころのマグネトロンで、マグネトロン駆動制御部１１に
よって駆動されることにより、所定周波数のマイクロ波
を発する。

【００１４】マグネトロン駆動制御部１１は、後述する
制御部４０の指令に応じて、マグネトロン１０の動作を
オン，オフすると同時に、マグネトロン１０の出力（マ
イクロ波電力）を制御する。

【００１５】マグネトロン１０から発せられるマイクロ
波は、分配器１２に送られる。この分配器１２は、入射
されるマイクロ波の電力のほとんどを同軸ケーブル４に
送り、残りのごく一部を可変減衰器２８に送る働きをす
る。

【００１６】アンテナ１、同軸ケーブル２、同軸スイッ
チ３、同軸ケーブル４、マグネトロン１０、マグネトロ
ン駆動制御部１１、分配器１２、および後述の制御部４
０により、加温用のマイクロ波をアンテナ１から放出す
る加温手段が構成される。

【００１７】一方、同軸ケーブル５にラジオメータが接
続される。このラジオメータは、ディッキ（Dicke ）・
スイッチ２１からロックインアンプ３１までの一連の構
成からなり、アンテナ１の受信信号を取込んで処理する
ことによって測定対象物たとえば生体の輝度温度を測定
する。このラジオメータの測定結果は制御部４０に送ら
れる。以下、ラジオメータについて述べる。同軸ケーブ
ル５にディッキ・スイッチ２１を介してサーキュレータ
２２のポートが接続される。

【００１８】ディッキ・スイッチ２１は、同期信号発生
器２３から発せられる矩形波信号によりオン，オフを繰
り返し、オン時に同軸ケーブル５とサーキュレータ２２
の間を導通させる。

【００１９】サーキュレータ２２は、３つのポートを有
しており、信号伝達方向の順にアイソレータ２４，参照
温度熱雑音源２５，および上記ディッキ・スイッチ２１
がそれぞれ接続される。

【００２０】アイソレータ２４の出力はＲＦアンプ２６
を介してミキサ２７に供給される。このミキサ２７は、
ＲＦアンプ２６の出力とＬＯ端子に入力される可変減衰
器２８の出力とを乗算し、周波数変換を行なう。すなわ
ち、可変減衰器２８から出力されるマイクロ波の周波数
が、測定用周波数（＝中心周波数）となる。可変減衰器
２８は、分配器１２から供給されるマイクロ波の電力を
制御部４０の指令に応じた減衰量で減衰させるものであ
る。ミキサ２７の出力はＩＦアンプ２９を介して検波器
３０に供給され、そこで検波された後にロックインアン
プ３１に供給される。

【００２１】ロックインアンプ３１は、上記同期信号発
生器２３の矩形波信号に基づいてディッキ・スイッチ２
１のオン，オフと同期をとり、そのディッキ・スイッチ
２１のオン時に入力される信号電圧とオフ時に入力され
る信号電圧との差に比例する電圧信号を出力する。この
ロックインアンプ３１の出力は制御部４０に供給され
る。

【００２２】制御部４０は、マイクロコンピュータおよ
びその周辺回路からなり、ロックインアンプ３１の出力
電圧が零レベル（最小分解能値）となるように上記参照
温度熱雑音源２５の参照雑音温度を制御し、零レベルと
なったときの参照雑音温度を測定温度として出力する。

【００２３】また、上記同軸ケーブル２に多点温度セン
サ５１、同軸スイッチ３に温度センサ５２、同軸ケーブ
ル５に多点温度センサ５３が取付けられる。そして、こ
れら温度センサ５１，５２，５３が温度計５０に接続さ
れる。

【００２４】多点温度センサ５１，５３は、複数の感温
部たとえば熱電対を所定間隔でライン状に配置したもの
で、同軸ケーブルの外周にしかもその同軸ケーブルの軸
方向に沿って取付けられる。

【００２５】温度計５０は、校正用恒温槽（図示しな
い）の液体の温度を検知するとともに、多点温度センサ
５１，５３によって同軸ケーブル２，５の温度分布を検
知し、さらに温度センサ５２によって同軸スイッチ３の
温度を検知する。この検知結果は制御部４０に送られ
る。

【００２６】アンテナ１、同軸ケーブル２、同軸スイッ
チ３、同軸ケーブル５、ラジオメータ、制御部４０、温
度計５０、および温度センサ５１，５２，５３により、
測定手段が構成される。つぎに、上記のような構成にお
いて作用を説明する。

【００２７】制御部４０において、温度測定タイミング
と加温タイミングとが交互に決定される。これに同軸ス
イッチ３が応動し、温度測定タイミングでは同軸ケーブ
ル２と同軸ケーブル５とが導通され、加温タイミングで
は同軸ケーブル２と同軸ケーブル４とが導通される。温
度測定タイミングでは、ラジオメータによって次の温度
測定処理が実行される。

【００２８】このとき、マグネトロン１０が駆動され、
所定周波数のマイクロ波が発せられる。このマイクロ波
はラジオメータの可変減衰器２８に送られ、測定用周波
数信号となる。制御部４０は、マグネトロン１０に対す
る出力制御に追従して可変減衰器２８の減衰量を調節
し、測定用周波数信号の電力レベルを常に一定に維持す
る。

【００２９】ラジオメータでは、ディッキ・スイッチ２
１のオン時、参照温度熱雑音源２５から発せられるマイ
クロ波がサーキュレータ２２、ディッキ・スイッチ２
１、同軸ケーブル５、同軸スイッチ３、および同軸ケー
ブル２を通してアンテナ１に送ら、アンテナ１から生体
に向けて放出される。

【００３０】放出されるマイクロ波は、生体に吸収され
るとともに、一部がアンテナ１と生体との境界面で反射
される。この反射マイクロ波は生体そのものの放出マイ
クロ波と共にアンテナ１で受信され、その受信信号がデ
ィッキ・スイッチ２１を介して取込まれる。ディッキ・
スイッチ２１のオフ時は、参照温度熱雑音源２５から発
せられるマイクロ波のみがサーキュレータ２２を通して
取込まれる。

【００３１】したがって、生体の温度をＴobj 、アンテ
ナ１と生体との境界面の電力反射率をＲ、参照温度熱雑
音源２５から発せられる参照雑音温度をＴref とし、か
つ途中の同軸ケーブルやコネクタでの反射や減衰を無視
すれば、生体から放出されてアンテナ１に入るマイクロ
波のエネルギ量は、境界面で生体内に反射される分（Ｔ
obj ・Ｒ）だけ少なく、 Ｔobj −Ｔobj ・Ｒとなる。 アンテナ１から放出されて境界面で反射され、再びアン
テナ１に入るマイクロ波のエネルギ量は、 Ｔref ・Ｒである。 このことから、ディッキ・スイッチ２１のオン時にロッ
クインアンプ３１に入るエネルギ量は、 （Ｔobj −Ｔobj ・Ｒ）＋（Ｔref ・Ｒ）である。 また、ディッキ・スイッチ２１のオフ時にロックインア
ンプ３１に入るエネルギ量は、Ｔref である。

【００３２】一方、ロックインアンプ３１と制御部４０
の働きで、オン時に入るエネルギ量とオフ時に入るエネ
ルギ量とが同じになるよう、参照温度熱雑音源２５の参
照雑音温度Ｔref が調節される。つまり、 （Ｔobj −Ｔobj ・Ｒ）＋（Ｔref ・Ｒ）＝Ｔref とな
る。 これは、 Ｔobj ＋Ｒ（Ｔref −Ｔobj ）＝Ｔref であり、Ｒ≠１
ならば、 Ｔobj ＝Ｔref である。 このとき、制御部４０は、参照雑音温度Ｔref を、その
まま生体の温度Ｔobjとして捕らえることになる。すな
わち、アンテナ１と生体との境界面の電力反射率Ｒにか
かわらず、生体の温度Ｔobj を直接的に測定することが
できる。

【００３３】なお、生体から放出されるマイクロ波は微
弱であるため、受信信号がディッキ・スイッチ２１以後
の処理系のバックグラウンド・ノイズに埋もれてしまう
のではないかという心配があるが、処理系はロックイン
アンプ３１においてディッキ・スイッチ２１のオン，オ
フに同期した２つの系統に分かれ、しかも両系統の差検
出が行なわれるので、両系統のバックグラウンド・ノイ
ズは相殺されることになり、上記の心配はない。

【００３４】なお、ラジオメータを構成する機器の温度
変動が測定値のふらつきとなって現われる心配があるた
め、とくにディッキ・スイッチ２１とＲＦアンプ２６を
重点として、図示していないペルチェ素子等を用いた温
度コントロールを行なっている。

【００３５】また、同軸ケーブル２，５および同軸スイ
ッチ３については特に温度変動が大きく、測定値の“ば
らつき”の大きな要因となる。そこで、上記したように
温度センサ５１，５２，５３および温度計５０を採用し
ており、制御部４０では、測定値に対し温度計５０の検
知温度に基づく温度補正が行なわれる。この温度補正に
際し、前もって水槽の均一水温に対する温度測定を行な
っていれば、そのときのデータを補正データとして加え
てもよい。

【００３６】次に、加温タイミングでは、マグネトロン
１０から発せられるマイクロ波が同軸ケーブル４、同軸
スイッチ３、および同軸ケーブル２を通してアンテナ１
に送られ、生体に向けて放出される。この場合、温度測
定タイミングで得られた測定値を基にマグネトロン１０
の出力が制御され、生体の温度が治療に必要な温度に加
熱される。

【００３７】このように、発振手段であるところのマグ
ネトロン１０を加温用と温度測定用に共通に使用し、加
温用マイクロ波周波数と温度測定用周波数とを同じ値に
設定する構成とすることにより、加温時のアンテナ１の
放射分布（＝指向性）と温度測定時のアンテナ１の受信
分布（＝指向性）とが同じになる。つまり、生体におけ
る加温部位と温度測定部位とが一致することになる。し
たがって、加温部位の温度を確実に捕らえることがで
き、適正な加温出力制御が可能となる。

【００３８】また、マグネトロン１０の発振周波数に経
年変化などによるずれが生じたとしても、マグネトロン
１０そのものが加温と温度測定とに共通であるから、上
記の効果は確保される。なお、参考のため、アンテナの
指向性が周波数の違いによってどのように変わるかの例
をヘリカルアンテナの場合について図２に示す。このヘ
リカルアンテナはアンテナ１と同様にコイル状のもので
あり、実線が水平偏波、破線が垂直偏波を表わしてい
る。この発明の第２実施例について説明する。ここで
は、図３に示すように、分配器１２に代えて同軸スイッ
チ６１を採用し、さらに可変減衰器２８に代えて固定形
の普通の減衰器６２を採用している。

【００３９】同軸スイッチ６１は、制御部４０の指令に
応じて、加温側の同軸ケーブル４に対するマイクロ波の
供給と、温度測定側の減衰器６２に対するマイクロ波の
供給とを選択的に切換える働きをする。作用を説明す
る。

【００４０】加温タイミングでは、加温に必要な電力の
マイクロ波がマグネトロン１０から発せられ、それが同
軸スイッチ６１から同軸ケーブル４に送られ、さらに同
軸スイッチ３および同軸ケーブル２を通してアンテナ１
に送られる。

【００４１】温度測定タイミングでは、あらかじめ電力
を下げたマイクロ波がマグネトロン１０から発せられ、
それが同軸スイッチ６１から減衰器６２に送られ、そこ
で必要なレベルまで減衰されて測定用周波数信号とな
る。すなわち、制御部４０は、温度測定に際し、マイク
ロ波の電力レベルを加温時よりも下げる制御を行なう。

【００４２】このような構成によれば、減衰器６２が減
衰量固定タイプであり、しかもその減衰量は小さくてよ
いので、減衰器に関してのコストの低減および小形化が
図れる。また、分配器は一般的に自身の出すノイズが多
いという傾向があるのに対し、同軸スイッチ６１にはそ
のような問題がない。

【００４３】さらに、ラジオメータに対するマイクロ波
の供給が温度測定時にのみ限られており、しかも温度測
定時にラジオメータに供給されるマイクロ波は電力が小
さいので、測定に対するノイズの影響を極力解消するこ
とができる。この発明の第３実施例について説明する。

【００４４】ここでは、図４に示すように、発振手段と
してマグネトロン１０に代えて局部発振器７０を採用
し、その局部発振器７０の出力を分配器７１でパワーア
ンプ７２と減衰器７３に分配する。そして、パワーアン
プ７２の出力を同軸ケーブル４に送り、減衰器７３の出
力をラジオメータのミキサ２８に送る。パワーアンプ７
２は、局部発振器７０の出力を加温に必要な電力レベル
まで増幅するもので、その増幅率は制御部４０によって
制御される。作用を説明する。

【００４５】加温タイミングでは、局部発振器７０から
発せられる信号が分配器７１からパワーアンプ７２に送
られ、そこで加温に必要な電力に増幅されて同軸ケーブ
ル４に送られ、さらに同軸スイッチ３および同軸ケーブ
ル２を通してアンテナ１に送られる。

【００４６】温度測定タイミングでは、局部発振器７０
から発せられる信号が分配器７１から減衰器７３に送ら
れ、そこでミキサ２８の感度が最も良い電力レベルまで
減衰され、測定用周波数信号となる。

【００４７】このような構成によれば、減衰器７３が減
衰量固定タイプであり、しかもその減衰量はもともとの
電力レベルが低いため数dB程度のごく小さいものでよ
く、よって減衰器に関してのコストの低減および小形化
が図れる。また、マグネトロン１０に代えて局部発振器
７０を用いているので、発振周波数の安定度が高く、温
度測定値の精度が向上する。

【００４８】その他、発振手段としては、発振周波数が
同じであればマグネトロンと局部発振器の両方を用い、
加温時はマグネトロンを動作させ、温度測定時は局部発
振器を動作させる構成としてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、加
温時のアンテナの放射分布と温度測定時のアンテナの受
信分布とを同じにする構成としたので、アンテナの種類
にかかわらず、加温部位と温度測定部位とを一致させる
ことができ、適正な加温出力制御などを可能とする信頼
性にすぐれた加温装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１、第２、および第３実施例の構
成を示す図。

【図２】アンテナの指向性が周波数の違いによってどの
ように変わるかの例を参考のために示す図。

【図３】この発明の第２実施例の要部の構成を示す図。

【図４】この発明の第３実施例の要部の構成を示す図。

【符号の説明】

１…アンテナ、２，４，５…同軸ケーブル、１０…マグ
ネトロン（発振手段）、１２…分配器、２１〜３１…ラ
ジオメータ、４０…制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加温用のマイクロ波をアンテナから放出
   する加温手段と、測定対象物から放出されるマイクロ波
   を上記アンテナで受信し、ラジオメータにより測定対象
   物の温度を無侵襲で測定する測定手段と、この測定手段
   の測定用周波数と上記加温手段のマイクロ波周波数とを
   同じ値に設定する発振手段とを備えたことを特徴とする
   加温装置。