JPS61249482A - 生体組織内の細胞を破壊するための非侵入、非接触方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は腫瘍などを異常高温で破壊する方法および装置
に関するものであり、更に詳しくいえば、本出願人の所
有する後記の米国特許に開示されている技術に従って作
られ、特殊アンテナにより発生され双方向に送られて集
束させられる電磁エネルギーを用いる非侵入（ｐｏｎｉ
ｎｖａｓｉｖｅ　）方法および装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

人および動物に生じた腫瘍を処置するために現在採用さ
れている方法には、外科療法、化学療法、およびＸ線照
射、超音波照射、核ラジオグラフィーのような異常７ａ
ｆｆｌ技術、ならびに対流（ｃｏｎｖｅ−ＣｔｉＯｎ　
）を用いるエレクトロマグネトメトリー等がある。しか
し、それらの療法には多くの問題がある。たとえば、腫
瘍の外科的除去は体を非常に傷つけ、しかも外科手術に
伴うあらゆる危険があり、しかもそれらの危険は重病の
患者にとっては特に大きい。また、ある種の腫瘍は人体
内の位置および形態のために手術できない。化学療法、
Ｘ線や超音波の照射を用いる異常高温技術、核ラジオグ
ラフィー、およびエレクトロマグネトメトリーは、体の
特定の部位ではなくて全部に作用が及ぶから、重大な副
作用をひき起す原因となることがある。

〔発明の目的および効果〕

したがって本発明の目的は、囲まれた局限されている部
位に生じた腫瘍細胞などを、周囲の組織を破壊すること
なしに破壊するようにした独特の非接触生体内異常高温
法および装置を得ることにある。

本発明の別の目的は、人体内の腫瘍場所を囲む１つの集
束領域と、人体の外部に設けられている「疑似腫瘍」を
囲む他の集束領域との一対の隔てられた集束領域に集束
するように、２本の電磁エネルギーを双方向に放射およ
び集束させるアンテナにより発生させられる熱を用いる
生体内異常高温方法および装置を得ることにある。

生物組織の研究により、組織の誘電率が種々の組織の間
でかなり大きく異なることが判明している。誘電率は、
たとえば皮ふと骨は約９、脳組織は約３４、筋肉は約５
２、血液は約７２、脳を髄液は約８０である。また腫瘍
細胞の誘電率は約３６であり、腫瘍の周囲の正常細胞（
典型的には脂肪細胞である）の誘電率が約１５であるこ
とも判明している。

本出願人の所有する米国特許第４２３４８４４号に開示
されているように、電気的に関連して隔離されている一
対の焦点にＮｗ１エネルギーを集束させることにより、
そのように異なる電気的パラメータをモニタすることが
可能である。この米国特許によれば、この米国特許およ
び本出願人の所有する米国特許第４３１８１０８号に従
って作られた双方向マイクロ波アンテナを、人体内のあ
る種の電気的特性を観察すべき予め選択されている検査
場所に近接して、そのアンテナの１つの焦点または集束
領域を置くように向けることができる。

他の焦点または集束領域の近くに受信器を置き、その受
信器における電圧状態、電流状態および位相状態をモニ
タすることによって、検査場所における関連する電気的
状態を決定することが可能である。

〔発明の概要〕

本発明においては、そのようなアナテナに関して対称的
に配置されている一対の集束領域へ向つて電磁放射を双
方向に集束させるために、そのアンテナを使用する。一
方の集束領域は腫瘍場所を囲むようにして人体内に置か
れる。他方の集束領域は、実在の腫瘍の誘電率とほぼ同
じ誘電率を有する外部の疑似腫瘍を囲むようにして位置
させられる。その疑似腫瘍は、実在の腫瘍を囲んでいる
健康な組織と同じ温度および同じ誘電率（できるだけそ
れに近い値となるようにする）を有する液状媒体を含ん
でいるタンクの中に支持される。それから、゛疑似腫瘍
の温度を測定して実在の腫瘍の温度を知る。セルを死な
せることが知られているある予め選択された温度に疑似
腫瘍の温度が達すると、実在の腫瘍の場所において細胞
が死ぬまで、その温度を所定時間維持する。

以上説明した操作においては、腫瘍の破壊は人体を物理
的に侵すことなしに行なわれる。更に、電磁放射は局限
されるから、腫瘍の誘電率より十分に小さい誘電率を有
する周囲の正常な組織を付随して破壊することなしに、
腫瘍の破壊が行なわれる。このことは、本発明の適切な
応用にとって重要なことである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明を更に詳しく説明する
。

まず第１図を参照して説明する。この図には、台１２の
上に寝かされ、本発明の装置１４から本発明の方法に従
って異常高温治療を受けている患者１０が示されている
。一般的にいえば、装置１０は特殊容器１８の下側に装
着されているアンテナすなわちエネルギー送信器１６を
含む（このアンテナは患者１０の腰の真上に位置させら
れる）容器１８は位置を調節できるアーム２０の上に支
持される。そのアーム２０はベースすなわち装着手段２
２から延びている。アンテナ１６へ給電し、治療中に得
られるデータを記録するための回路がベース２２内に納
められる。必要時に装置１４を床の上で動かせるように
、ベースにはキャスターを取り付けるようにするとよい
。

ここでアンテナ１６について少し詳しく説明することに
する。アンテナ１６が装置１４内の他の要素と共にどの
ように協働するかを理解するためには、アンテナ１６が
どのようにして構成され、かつ動作するかについての基
本的な理解を持つことが！！！要である。ここで、装Ｗ
１１４の他の部分から分離してアンテナが示されている
第３図を参照して説明する。このアンテナ１６は前述の
米国特許第４２３４８４４号および第４３１８１０８号
に開示されている技術に従って作られたものである。

このアンテナ１６は、代休組織の平均インピーダンスに
ほぼ一致する値である４８７オームの特性インピーダン
スを有するように作られる。また、アンテナ１６は約３
３３ＭＨｚの動作周波数を含むマイクロ波放射スペクト
ラムで動作するようにも構成されている。その３３３Ｍ
Ｈｚの周波数は、約６１までの深さの腫瘍の異常高温治
療に極めて効果があることが判明している。本願のアン
テナ１６は、前述の米国特許に開示されているアンテナ
とは異なる周波数および異なる特性インピーダンスで動
作するように作られているから、アンテナ１６の寸法は
前述の米国特許に開示されているアンテナよりも多少大
きい。その他の点では両方のアンテナは同じである。ア
ンテナ１６はややドーナツ形のポリスチレン製集束レン
ズ２３を含む。

そのレンズの外面は銀層２４のような適当な導電薄膜層
で被覆される。レンズ２４の内側には励振される中心リ
ング２５が設けられる。このリング２５は複数の導波器
リング２６．２７．２８゜２９などによりまとめられて
いる。

アンテナ１６の送信軸線が図中に参照番号３２で示され
ている。このアンテナは励振されると電磁エネルギーを
軸線３２に沿って両方向へ同時に放射し、第１の一対の
ｌＩ像関係にある焦点または集束領域１６ａ、１６ｂへ
電磁エネルギーを集束　　　１させる。アンテナ１６を
装＠１４に特に適合させているのは、この双方向集束と
いう特徴のためである。前述の米国特許に開示されてい
るように、アンテナ１６へ供給される電磁エネルギーの
電圧特性、電流特性および位相特性を知り、アンテナの
２つの集束領域のいずれか一方に生ずる対応する特性を
測定すると、他方に存在する電気的状態にっていの情報
を直ちに得ることができる。

前述した特性インピーダンスと動作周波数を有するアン
テナ１６では、各集束領域１６ａ、１６ｂはアンテナの
対応する「出口面」から約５１離れている位置となる。

これにより、体を物理的に侵す（外科手術のように）こ
となしに、領域１６ａのような１つの集束領域を人体内
に置き、動かすことが可能となる。

次に第２図を参照して説明する。この図では、アンテナ
１６と容器１８の組合わせが、第１図に示す位置から９
０度時計回りに回されている。これは、第２図において
他の関連する構造を見えるようにするために行なったも
のである。

第２図において、アンテナ１６の図で右側の軸線が容器
の図で左側に当るようにしてアンテナ１６が装置される
。アンテナ１６は他の適当な仕°方で装着させることも
できる。このようにアンテナ１６を装着すると、集束領
域１６ａ、１６ｂは図示のように配置され、集束領域１
６ｂが容器１８の中に位置することになる。

容器１８は、液体を通さずアンテナ１６の動作周波数の
放射に対して透明である材料であれば、どのような材料
からでも作ることができる。この目的に適当な材料とし
ては、プレキシガラスが知られている。

本発明の重要な特徴に従って、容器１８には人の正常で
健康な脂肪組織の誘電率とほぼ同じ誘電率を有する液状
媒体３３が満される。先に述べたように、その誘電率は
ほぼ１５である。各種の液状媒体を選択できるが、極め
て満足できることが判明している媒体は容量化で、水１
ρ％と四塩化炭素９０％との混合液である。

後に表明する理由のために、容器１８の中の液体を循環
できることが重要であり、そのために液体循環装置３４
が設けられる。この液体循環装置は容器１８の上端部と
液体加熱器３８の図で右側を連結する吐出管３６を含む
。加熱器３８の反対側とポンプ４０は送り管４２により
連結される。

最後に、ポンプ４０の吐出側と容器１８の下側は管４４
により連結される。

本発明の重要な特徴に従って、容器１８の内部にはある
質量の物質４６が適当に配置される。その物質４６は、
それの大きさと誘電体としての性質が、患者の体内の腫
瘍のそれに近似するものを用いる。本実施例では、質量
４６（これは場所シミュレータとも呼ばれる）は体積が
約４立方国で誘電率が約３６である。この誘電率の値は
、はとんどの腫瘍の誘電率と同じであることが知られて
いる。場所シミュレータ４６はアンテナ１６の集束領域
１６ｂにほぼ対応するスペースを占めるようにして、容
器１８の中に位置させることが重要である。装置１４に
おいては、シミュレータ４６は炭素を含ませられた通常
の交差結合ポリスチレンで作られる。

本発明に従って各種の温度測定器も設けられる。

すなわち、シミュレータ４６の温度を測定するために通
常の温度センサ４８が用いられ、容器１８内部の液体温
度を測定するために別の温度センサ５０が用いられ、患
者１０の体温を測定するために従来の直腸プローブ５２
のような第３の温度センサが用いられる。

加熱器３８に加熱器制御回路５４が線５６により接続さ
れる。電源回路５８がケーブル６０を介してアンテナ１
６へ電力を供給する。温度センサ５０．５２からの出力
信号が１６１．６２をそれぞれ介して加熱器制御回路５
４の入力端子へ与えられる。加熱器制御回路５４は線６
４により電源回路５８の可能化／不能化入力端子に接続
される。

温度センサ４８からの制御信号が１６６を介して電源回
路５８の比較入力端子へ与えられる。この信号は、電源
回路５８内の従来の適切な回路において、可変抵抗器６
８と線７０を介してｒｉｍ回路５８の別の比較入力端子
へ与えられた可変バイアス電圧と比較される。

第２図において装置１４は、患者１０の腰部の数センチ
メートル内側にあるのが図示されている腫瘍７２を治療
するために設定された状態にある。

Ｘ線装置その他の手段を用いて腫瘍７２の大きさおよび
場所は予め判明しているから、アンテナ１６の集束領域
１６ａが腫瘍７２が占めているスペースと同じスペース
をほぼ占めるよう、または囲むようにして装置を患者１
０に対して位置させる。

次に典型的な治療手順について説明する。まず、患者１
０の体温が平熱の３７℃で１１瘍７２も最初はその温度
であり、室温は２５℃であると仮定する。温度センサ５
０と直腸プローブ５２により与えられた制御信号が、容
器１８内の液体の温度を３７℃にするために加熱２！３
８を動作させるようにして加熱器制御回路５４を動作さ
せる。このことは次の２つの点で重要である。第１に、
こうすることによって容器１８内の液体の温度を患者の
体温と同じに保って、治療中に患者の体内で行なわれる
熱作用を高い確度で測定できることである。

第２に、こうすることにより患者の体温が平熱に保たれ
て、治療中に体温が危険な値まで上昇する°かどうかを
調べられることである。温度平衡状態が存在しない場合
、または体温が平熱よりあがった時には電源５８の動作
を自動的に停止させる。

シミュレータ４６の寸法と誘電率を実在の腫瘍７２の寸
法および誘電率にそれぞれできるだけ正確に一致させ、
容器１８内の液体の温度と誘電率を患者１０の正常で健
康な組織の温度および誘電率にそれぞれ等しくさせてお
り、かつアンテナ１６が前記したようにして動作するか
ら、シミュレータ４６の温度を測定することは、腫１７
２の細胞の温度を直接に測定することとほぼ同じである
。したがって、この温度を測定することによって、腫瘍
の中で何が熱的に起きているかを知ることが可能である
。

先に適用された従来の較正技術により、腫瘍７２の細胞
を破壊するために最終的に望ましい細胞温度に直接関連
する基準電圧を線７０を介してアンテナへ与えるために
、可変抵抗器６８を調整できる。経験によれば、その最
終温度は約４４℃であることが判明している。したがっ
て、４４℃の温度に関連する基準電圧を生ずるように可
変抵抗器６８は調整される。

治療が開始される時には、前述したように基準電圧と温
度センサ４８から与えられた信号との比較が電源回路に
おいて行なわれるから、アンテナ１６は約２００ワツト
（ｒｌｓ）の電力で励振される。そうすると腫瘍７２の
細胞とシミュレータ４６の構成物質との加熱が直ちに始
まる。臨床試験の結果、開始温度が上記の値であると、
電力供給を約１５〜２５分間継続することによってシミ
ュレータ４６、したがって腫瘍７２の温度は希望の４４
℃に達することが判明している。シミュレータ４６の温
度が轟くなるにつれて、電源回路において比較される信
号がアンテナへの供給電力を徐々に連続して減少させる
。温度が４４℃になった時の最終的な「維持」電力レベ
ルは約５〜２０ワツト（ｒｌｓ）である。この状態を約
４５分間保つ。４５分間経過した時には腫瘍７２の細胞
は破壊されている。その時間が経過すると装置は動作を
自動的に停止する。

以上の説明から、本発明の装置と、この装置を用いて行
なわれる治療法とが前記した全ての目的を達成し、かつ
前述の諸利点をもたらすことは明らかである。本発明の
特有の利点のうちで最も優れているものは、患者の体を
外科的に侵さないこと、周囲の健康な組織を傷めること
なしに、選択された腫瘍細胞だけを破壊するのに十分正
確に熱を局部的に集中できることである。液体循環装置
、加熱器制御回路、電源回路は全て周知のものであるか
ら、それらについての詳しい説明は不要である。

以下に、本発明の方法の３種類の実施の態様を記載する
。

第１の態様 （１）　　一対の隔てられた電磁エネルギー集束領域を
形成する。一方の集束領域に近接して生じた電気的変化
したがって熱的変化により、他方の集束領域に近接して
関連する電気的変化および熱的変化が生ずる。

（２）　　一方の集束領域を予め選択された場所に近接
する組織内に置く。

（３）　　他方の集束領域の場所に近接する電気的（熱
的）状態を監視する。

（４）　　他方の集束領域の近くに所定の電気的（熱的
）状態が所定期間存在したことが監視により判明するま
で、組織内に集束領域をにいておく。

第２の態様 （１）　　電磁エネルギービームを発生して、そのビー
ムを一対の隔てられている集束領域へ向けて双方向に放
射する。一方の集束領域における電気的変化、したがっ
て熱的な変化が、他方の領域において関連する電気的な
変化および熱的な変化を行なわせる。

（２）　　一方の集束領域を生体組織中の予め選択され
ている場所に置くようにしてビームを向ける。

（３）　　他方の集束領域の場所における電気的変化と
熱的な変化を監視する。

（４）　　最後に、その予め選択されている場所におい
て細胞を破壊するように、他方の集束領域においである
所定の温度が所定時間維持されるまでビームの放射を続
ける。

第３の態様 （１）　　電磁エネルギーのビームを発生し、そのビー
ムを一対の隔てられている集束領域へ向けて双方向に放
射する。一方の集束領域において起る電気的変化したが
って熱的な変化が、他方の集束領域にＩＪ！１３！ｌす
る電気的変化と熱的な変化を起させる。

（２）　　一方の集束領域を生体組織内の予め選択され
ている場所に置き、他方の集束領域をその場所の誘電率
にほぼ等しい誘電率を有する外部物質内に置くようにビ
ームを位置させる。

（３）　　その物質中で起る電気（熱）状態を監視する
。

（４）　　その物質中で所定温度が所定時間維持される
までビームの放射を続けることにより、予め選択されて
いる場所において細胞を破壊させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は台の上に寝ている患者に対して使用中の本発明
の装置を示す略図、第２図は第１図の装置を詳しく示す
略図、第３図は第１図および第２図に示す装置に使用さ
れるアンテナの本体だけを示す一部切り欠き側面図であ
る。 １４・・・本発明の装置、１６・・・アンテナ、１８・
・・容器、３３・・・液状媒体、３８・・・加熱器、４
０・・・ポンプ、４６・・・シミュレータ、４８，５０
．５２・・・温度センサ、５４・・・加熱器制御回路、
５８・・・電源回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、組織外部のシミュレータを用いる技術により生体組
   織内の予め選択されている場所の細胞を破壊する非侵入
   、非接触方法であつて、一対の隔てられている電磁エネ
   ルギー集束領域を形成する過程と、それらの集束領域の
   うちの１方を前記組織内の前記予め選択されている場所
   に近接する場所に置く過程と、他方の集束領域を前記組
   織外部のシミュレータの内部に置く過程と、そのシミュ
   レータ内の他方の集束領域の場所の近くの電気的状態／
   熱的状態を監視する過程と、所定の電気的状態／熱的状
   態がそのシミュレータ中に所定の時間にわたつて存在し
   たことが前記監視により示されるまで前記１方の集束領
   域を置き続ける過程とを備え、一方の集束領域に起る電
   気的変化／熱的変化がそれらの変化に関連する電気的変
   化／熱的変化を他方の集束領域に生じさせるようにした
   生体組織内の細胞を破壊するための非侵入、非接触方法
   。 ２、組織外部のシミュレータを用いる技術により生体組
   織内の予め選択されている場所の細胞を破壊する非侵入
   、非接触方法であつて、一対の隔てられた集束領域を有
   するよう双方向に集束される電磁エネルギービームを発
   生する過程と、そのビームの１方の集束領域を前記組織
   内に置いて前記予め選択されている場所を少なくとも部
   分的に囲み、かつ他方の集束領域を前記組織外部のシミ
   ュレータの内部に置くように前記ビームを向ける過程と
   、このビームをそのように向けた時に前記シミュレータ
   内の他方の集束領域の場所における電気的状態／熱的状
   態を監視する過程と、そのシミュレータ内で所定の温度
   が所定の時間維持されてその場所において細胞の破壊が
   行なわれるまでそのビームを向ける過程とを備え、前記
   １方の集束領域に起る電気的変化したがつて熱的変化が
   他方の集束領域において関連する電気的変化／熱的変化
   をひき起すようにした生体組織内の細胞を破壊するため
   の非侵入、非接触方法。 ３、組織外部のシミュレータを用いる技術により生体組
   織内の予め選択されている場所の細胞を破壊する非侵入
   、非接触方法であつて、一対の隔てられた集束領域を有
   するよう双方向に集束される電磁エネルギービームを発
   生する過程と、前記予め選択された場所を少なくとも部
   分的に囲む状態で一方の集束領域を前記組織内に置き、
   かつ前記予め選択された場所の誘電率にほぼ等しい誘電
   率を有する外部物質の場所を少なくとも部分的に囲む状
   態で他方の集束領域を置くように前記ビームを位置させ
   る過程と、その物質の囲まれた部分の電気的状態／熱的
   状態を監視する過程と、囲まれた物質部分内に所定温度
   が所定時間維持されて、その予め選択されている場所の
   囲まれている部分内の細胞が破壊されるまで前記位置さ
   せる過程を継続する過程とを備え、一方の集束領域にお
   いて起る電気的な変化したがつて熱的な変化が、他方の
   集束領域における関連する電気的変化／熱的変化をひき
   起すようにした生体組織内の細胞を破壊するための非侵
   入、非接触方法。 ４、生体組織内の予め選択されている場所を囲んでいる
   細胞がある既知の範囲の誘電率を示し、前記予め選択さ
   れている場所における細胞が別の既知の範囲の誘電率を
   示すような、前記予め選択されている場所における細胞
   を破壊するための非接触、非侵入異常高温装置であつて
   、容器と、この容器内に配置され前記囲んでいる細胞の
   誘電率にほぼ等しい誘電率を有する媒体と、この媒体中
   に支持され前記予め選択されている場所の細胞の誘電率
   にほぼ等しい誘電率を有する場所シミュレータと、励振
   された時に位置が判つている隔てられていた領域内に関
   連する電気的状態／熱的状態を生じさせることができる
   エネルギー送信器と、前記領域の一方が前記予め選択さ
   れている場所を少なくとも部分的に囲み、かつ前記領域
   の他方が前記シミュレータを少なくとも部分的に囲むよ
   うな位置にそれらの領域を同時に置くことができるよう
   にして前記送信器を装着させる手段と、前記媒体内と前
   記シミュレータの囲まれた部分内との熱的な状態の変化
   を監視する手段とを備える生体組織内の細胞を破壊する
   ための非接触、非侵入異常高温装置。 ５、前記予め選択されている場所を囲む組織細胞の瞬時
   温度を検出する手段と、この検出手段に接続されかつ前
   記瞬時温度に追従してその温度にほぼ等しい温度を前記
   媒体中に生じさせて維持する手段とを更に含む特許請求
   の範囲第４項記載の装置。