DE2753761C2 - - Google Patents

Description

Es sind elektrische Diathermie-Einrichtungen verschiedener Ausführungen und Wirkprinzipien bekannt. Am gebräuchlichsten ist die Dekawellenanordnung mit Spulenfeld. Sie besteht im wesentlichen aus einem Sender zum Erzeugen der hochfrequen­ ten Energie und einem Spulensystem, welches das Magnetfeld erzeugt. Eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1, allerdings ohne daß das Spulensystem während der Behandlung bewegt wird, ist aus der DE-OS 23 56 183 bekannt.

Diese Einrichtungen haben gemeinsam den Nachteil, daß die In­ homogenität der Energiezufuhr im Gewebe sowohl in Richtung der Körperoberfläche paralleler Ebenen als auch in der Tiefe sehr ausgedehnt ist.

Es ist weiterhin eine Einrichtung für die Ganzkörper-Hyper­ thermie bekannt, die aus einer langgestreckten Spule aus meh­ reren parallelgeschalteten Windungen besteht. Die Spule ist an einen HF-Erzeuger angeschlossen. Der Patient wird von dem Spulensystem auf der gesamten Länge umgeben (DD-PS 62 377). Diese Einrichtung gestattet nicht die Erwärmung nur eines be­ stimmten Bereiches des Körpers, in dem der Krankheitsherd seinen Sitz hat. Damit scheidet das mit der Einrichtung aus­ übbare Verfahren zur Krebstherapie aus, denn die Wärme dringt nicht gezielt in den Tumorbereich.

Es ist auch eine Einrichtung zur kombinierten Bestrahlung eines Krankheitsherdes mit Röntgenstrahlung und elektromag­ netischer Strahlung sehr hoher Frequenz bekannt, wobei die Strahler über einen Arm auf einer Kreisbahn um einen Punkt im Patientenkörper, den Krankheitsherd, bewegt werden. Der eine Strahler erzeugt ein elektromagnetisches Feld sehr hoher Fre­ quenz und die Energie ist auf einen Punkt konzentriert (GB- PS 10 45 546). Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß es nicht möglich ist, einem größeren Bereich bis in die Tiefe homogene Wärmeenergie zuzuführen.

Aus der GB-PS 14 54 817 ist schließlich eine Einrichtung zur Elektronenbestrahlung von Gegenständen bekannt, wobei der Elektronenstrahl eine rasterförmige Bewegung in einem vorge­ gebenen Bereich ausführt.

Bei den bekannten Einrichtungen zur partiellen Hyperthermie, die mit Dekawellen bzw. Mikrowellen arbeiten, ist die Wirkung, physikalisch bedingt, stark begrenzt. Meist ist nur in ober­ flächennahen Gewebebereichen eine starke Energiezufuhr möglich. In den seltensten Fällen läßt sich im Zielgebiet der Therapie die therapeutisch optimale Temperatursteigerung bei im Ziel­ raum gleichbleibender Höhe realisieren. Oft bleibt der thera­ peutisch zu fordernde Temperaturwert dadurch praktisch uner­ reichbar, weil die Stärke des Wirbelfeldes durch Überhitzung der Unterhautschichten zur Vermeidung von Schmerzen und Ver­ brennung nicht weiter gesteigert werden kann.

Die vorgeschlagene Einrichtung zur partiellen Hyperthermie soll die den bekannten Geräten anhaftenden Mängel bezüglich ihrer therapeutischen Wirkung beseitigen. Sie soll neue Ein­ satzmöglichkeiten nicht nur im Bereich der allgemeinen Deka­ wellen-Diathermie, sondern auch im Bereich der Krebsbekämpfung, der Pharmakologie mit temperatursensitiven Drogen und der thermographischen Diagnostik mit langwelligem Infrarot schaf­ fen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur partiellen Hyperthermie des menschlichen Körpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf dem Prinzip der Dekawellen-Diathermie zu schaffen, die eine geringe Tempera­ turinhomogenität im angezielten Körpervolumen zur gleichmä­ ßigen Auslösung thermisch-selektiver Vorgänge erzeugt, um Mechanismen auszulösen, die im lebenden Organismus bei um bestimmte Werte erhöhter Temperatur einsetzen oder ablaufen. Die Einrichtung soll eine hohe und relativ homogene Zufuhr von Wärmeenergie bis in die Tiefe des Patientenkörpers (Krankheitsherde, Organe usw.) ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels der im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst.

Es ist zweckmäßig, eine zweite gleichphasig und synchron betriebene Spulenanordnung auf der Gegenseite des Körpers, d. h. gegenüber der ersten Spulenanordnung anzuordnen. Da­ durch tritt eine überraschend starke Verminderung der Tem­ peraturinhomogenität in z-Richtung (Tiefe des Körpers) auf ¹/₄ des bisherigen Wertes ein. Dieses Spulensystem wird vom gleichen Antrieb mit betätigt und gesteuert.

Es ist auch zweckmäßig, um die Temperatursteigerung an und nahe der Körperoberfläche niedrig zu halten und damit auch die Wirkung des von den Spulen ausgehenden elektrischen Feldes klein zu halten, den Anfang der Windung einer bzw. beider Spulenanordnungen, welche dem Körper am nächsten ist, auf Erdpotential zu legen (sehr hohe Hochfrequenzspannungen "Kondensatorfeldwirkung").

Weiterhin ist es zweckmäßig, um Entladungen durch die hohe Induktionsspannung gegenüber dem Patienten fernzuhalten, zwischen den Spulenanordnungen und dem Patienten jeweils eine radial geschlitzte Abschirmelektrode anzuordnen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß die Steighöhe der Windungen der Spulenan­ ordnungen möglichst niedrig ist und die Windungen auf einem versilberten Kupferrohr gewickelt sind, welches den Quer­ schnitt einer langgestreckten Ellipse hat, wobei die Längs­ achse der Ellipse senkrecht zur Spulenachse steht.

Es ist auch vorteilhaft, die Spulenanordnungen außen zu küh­ len oder durch die Windungen ein Kühlmittel fließen zu lassen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn jede Spulenanordnung für sich oder beide gemeinsam in einer Halterung gegenüber ei­ nem Tumor im Patientenkörper justierbar ist.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn die Amplituden der Spulen­ bewegung mittels bekannter mechanischer Steuereinrichtung getrennt für die Bewegung in x-Richtung und y-Richtung zwi­ schen Null und Maximum einstellbar sind. In x-Richtung er­ folgt zweckmäßigerweise die Bewegung hin- und hergehend mit konstanter Geschwindigkeit und in y-Richtung in Form einer Kippschwingung.

Schließlich besteht eine zweckmäßige Ausgestaltung auch darin, daß die Achse des oder der Spulenanordnungen gegenüber dem Tumor als Rotationszentrum bewegbar ist.

In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert.

Fig. 1 Diagramm der relativen Temperaturzunahme bei Wirbel­ stromerwärmung ohne Rasterung,

Fig. 2 Diagramm der relativen Temperaturzunahme bei Wirbel­ strom-Rasterhyperthermie mit zwei Spulensystemen,

Fig. 3 Prinzip einer Rasterhyperthermie-Einrichtung im Schnitt,

Fig. 4 Blockbild einer Rasterhyperthermie-Einrichtung.

Im Diagramm in Fig. 1 ist anhand eines Gelatinephantoms, mit welchem die Verhältnisse des menschlichen lebenden Körpers nachgebildet sind, die relative Temperaturzunahme Δ T bei Wir­ belstromerwärmung durch das HF-Magnetfeld einer Kreiswindungs­ spule als Funktion des Achsenabstandes x und Tiefe Δ z oh­ ne Rasterbewegung der Spulensysteme dargestellt. Daraus ist der entscheidende Nachteil der bekannten Diathermie-Einrich­ tungen zu erkennen. Die relative Temperatursteigerung Δ T als Funktion des Achsenabstandes x und der Tiefe Δ z im be­ reich von 0,3 bis 10 cm Tiefe eine sehr große Temperaturinho­ mogenität. Diese ist so groß, daß eine einwandfreie Lokalhyper­ thermie von beispielsweise tiefer liegenden Tumoren oder auch oberflächennahen größeren Tumoren nicht möglich erscheint.

Aus dem Diagramm Fig. 2 ist zu erkennen, welchen großen Vorteil die vorgeschlagene Einrichtung bringt, indem bei divergentem magnetischem HF-Wirbelfeld eine Rasterbewegung der Spulensyste­ me in x- und y-Richtung zur Anwendung kommt und außerdem zwei Spulensysteme benutzt werden. Auch dem in der Tiefe liegenden Gewebe wird eine hohe und relativ homogene Wärmeenergie zuge­ führt. Viel weniger und viel seltener als bisher wird die Höhe der dem Zielgewebe zugeführten Wärmeenergie durch Mitüberhit­ zung von hautnahen Geweben vorzeitig begrenzt.

Eine Einrichtung als einfachste Ausführungsform ist im Prinzip, wie in Fig. 3 gezeigt, aufgebaut. Der Körper des Patienten 1 liegt auf einer Trage 2 aus Isolierstoff mit einer Aussparung 3. Im Bereich der Aussparung 3 liegt der Teil des Körpers, der behandelt werden soll, und zugleich ist das der Bereich, der abgerastert wird, d. h., in dem sich das Spulensystem 4; 4′ in geringem Abstand von dem Körper in x- und y-Richtung bewegt. Das Spulensystem 4; 4′ besteht aus mehreren Windungen und ist auswechselbar zur Anpassung an die Geometrie der Krebsgewebe 5. Es ist an Armen 6 befestigt, die mit einem geeigneten elektro­ mechanischen Antrieb verbunden sind.

Das gesamte Wirkprinzip ist aus Fig. 4 zu erkennen. Das Spulen­ system 4 wird von einem HF-Sender 8 (5 kW, ∼ 27 MHz) gespeist. Um bei hohen Sendeleistungen Spannungsdurchschläge zwischen den möglichst eng zu wickelnden Spulen zu vermeiden, ist eine ent­ sprechende Isolation, wie Ölisolation oder fluorierter flüssi­ ger Kohlenwasserstoff, vorgesehen. Dieser Kohlenwasserstoff hat neben der guten Isolation, kleinem Verlustwinkel und kleiner Dielektrizitätskonstante noch die gute Eigenschaft der Kühlung der Spule. Mittels des Antriebes 7, der vom Steuergerät 9 ge­ steuert wird, bewegt sich das Spulensystem 4 in x- und y-Rich­ tung. Die x-Periode beträgt dabei 10 min^-1 und die y-Periode 0,5 min^-1.

Der Effekt dieser Wirbelstromhyperthermie im lebenden Gewebe beruht physikalisch auf der Wirbelverkopplung zwischen Magnet­ feldern und elektrischen Feldern. Gemäß der 2. Maxwell'schen Feldgleichung induziert ein veränderliches Magnetfeld ein elektrisches Feld. Das induzierte elektrische Feld erzeugt einen Strom, dessen Stärke von der Leitfähigkeit des Mediums abhängt. Der Homogenisierungseffekt der Energiezufuhr durch die Rasterung (Fig. 2) beruht darauf, daß infolge der Felddi­ vergenz die Energiedurchtrittsfläche an der Gewebeoberfläche sehr klein ist, dagegen in Ebenen großer Tiefe groß ist. Durch die Hinzunahme der zweiten gleichsinnig vom Hochfrequenzstrom durchlaufenen Spulenanordnung 4′ wird, wie Messungen an einem Gelatinephantom bewiesen haben, die Temperatursteigerung in der Gewebemitte überraschenderweise um fast den Faktor 4 ver­ größert.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen und Formelzeichen 1 Patient
  2 Trage
  3 Aussparung
  4 Spulenanordnung
  4′ Spulenanordnung
  5 Krebsgewebe
  6 Arm
  7 Antrieb
  8 HF-Sender
  9 Steuergerät
  x Richtung quer zur Körperachse
  y Richtung längs zur Körperachse
  z Richtung in den Körper
  Δ T Temperaturzunahme
  Δ z Tiefe des Körpers

Claims (10)

1. Einrichtung zur partiellen Hyperthermie des menschlichen Körpers, die mittels eines bewegten Spulensystems ein divergentes magnetisches HF-Wirbelfeld erzeugt und von einem HF-Sender gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem aus einer Spulenanordnung (4) be­ steht, die über einen Arm (6) mit einem elektromechani­ schen Antrieb (7), der eine rasterförmige Bewegung der Spulenanordnung (4) in x- und y-Richtung in einem vorge­ gebenen Bereich bewirkt, verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von der Spulenanordnung (4) eine zwei­ te Spulenanordnung (4′) vorgesehen ist, welche mit der ersten Spulenanordnung (4) von dem Antrieb (7) gleich­ phasig und synchron betrieben ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Körperoberfläche des Patienten (1) am nächsten liegende Windung einer bzw. beider Spulenanordnungen (4; 4′) auf Erdpotential gelegt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen jeweils einer Spulenanordnung (4; 4′) und dem Körper des Patienten (1) eine radial ge­ schlitzte Abschirmelektrode angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bzw. beide Spulenanordnungen (4; 4′) auf einem Rohr mit elliptischem Querschnitt eng gewickelt sind und die Längsachse der Ellipse jeweils senkrecht zur Achse der Spulenanordnung (4; 4′) liegt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Spulenanordnungen (4; 4′) durch um oder durch die Spulen fließende Kühlmittel gekühlt sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Spulenanordnung (4; 4′) für sich oder beide gemeinsam in einer Halterung gegenüber dem Pa­ tienten (1) bzw. Tumor (5) justierbar ist bzw. sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Amplituden der Bewegung der Spulen­ anordnungen (4; 4′) mit einer mit dem Antrieb (7 ) gekop­ pelten Steuereinrichtung (9), getrennt für die x- und y- Richtung, einstellbar sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (7) so ausgelegt ist, daß die Bewegung in x-Richtung mit konstanter Geschwindigkeit und in y-Rich­ tung in Form einer Kippschwingung ausführbar ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des oder der Spulenanordnungen (4, 4′) gegenüber dem Tumor (5) als Rotationszentrum bewegbar ist.