DE2850248A1 - Hochfrequenzapplikator fuer die hyperthermiebehandlung - Google Patents
Hochfrequenzapplikator fuer die hyperthermiebehandlungInfo
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Description
US-Ser.No: 853,585 RCA 72,016
AT: 2I.November 1977 Dr.ν.Β/Ε
RCA Corporation
New York, N.Y. (V.St.A.)
Hochfrequenzapplikatorfiir die Hyperthermiebehandlung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Applikator gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, also einen Applikator für die Hyperthermiebehandlung
von Gewebe, insbesondere menschlichem Körpergewebe.
Es ist bekannt, daß Krebsgeschwüre häufig dadurch erfolgreich behandelt
werden können, daß man die Temperatur des Krebsgewebes erhöht. Diese Behandlung wird als Hyperthermie bezeichnet. Ein Verfahren zur Hyperthermi
ebehandl ung besteht darin, das Tuniorgewebe mit elektromagnetischer
Energie im Mikrowellenfreqneznbereich zu bestrahlen. Die Remperatur eines
mit Mikrowellen bestrahlten Gewebevolumens hängt von der Leistung (d.h.der
Intensität) der Mikrowellenstrahlung oder des Mikrowellensignals ab, die der
Oberfläche des Körpergewebes zugeführt werden. Die Eindringtiefe von Mikrowellenstrahlung
in das Gewebe ist eine inverse Funktion der Frequenz der Mikrowellen. Das behandelte Volumen läßt sich durch die elektrische und geometrische
Konstruktion des Mikrowellenapplikators steuern, d.h. der Einrichtung,
mit der die Mikrowellen auf das Gewebe zur Einwirkung gebracht werden.
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Eiη bekannter Mikrowellenapplikator enthält einen Hohlleiter, der
flexible Wände hat und mit einem flexiblen dielektrischen Material gefüllt ist, so daß er an die Form einer unregelmäßigen Oberfläche des zu behandelnden
Gewebes angepaßt werden kann, siehe Fig. 7 der US-PS 24 07 690.
Es ist bekannt, Tumore durch Erhöhung der Temperatur auf 43 ± 0,50C
zu behandeln. Dabei soll die Temperaturverteilung innerhalb des behandelten
Gewebes möglichst gleichmäßig sein.
Bei den bekannten Hochfrequenzapplikatoren für die Mikrowellen-Hyperthermiebehandlung
ist ein Wellen- oder Hohlleiter vorgesehen, um die Mikrowellenenergie von einer Antennenanordnung (die mit einem Mikrowellensignal
gespeist wird) zu dem zu behandelnden Gewebe übertragen wird. In einem solchen Wellenleiter-Applikator ist jedoch die Verteilung der elektromagnetischen
Energie von der Antennenanordnung häufig elektrisch ineffizient, z.B. infolge des Auftretens von stehenden Wellen (der Mikrowellenfrequenz)
im Gewebe. Das Auftreten von stehenden Wellen ergibt aber eine ungleichmäßige Energieverteilung und damit eine ungleichmäßige Erwärmung des behandelten
Gewebes.
Wie erwähnt, enthält also ein konventioneller Applikator für die
Hyperthermiebehandlung eine Antennenanordnung sowie eine Anordnung zur Kopplung
oder Übertragung elektromagnetischer Energie zwischen der Antennenanordnung
und Gewebe, das sich außerhalb des Applikators befindet. Wenn die
Antennenanordnung eines solchen Applikators erregt wird, z.B. durch Anlegen eines elektrisches Signals geeigneter Frequenz und Leistung, breitet
sich elektromagnetische Energie von der Antennenanordnung durch die Kopplungsanordnung
in das Gewebe aus, wodurch mindestens ein Teil des Gewebes erwärmt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Applikator
der oben genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, daß eine gleichmäßigere Energieverteilung und Erwärmung im Gewebe gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochfrequenzappiikator
der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Bei dem Mikroweilenapplikator gemäß der Erfindung erzeugt die Antennenanordnung
also die elektromagnetische Energie als eine elektromagnetische Energieverteilung, die durch die Kopplungsanordnung in das Gewebe
strahlt und die Kopplungsanordnung enthält freifließendes dielektrisches
Material, das in einem Beutel aus flexiblem Werkstoff verteilt ist, der sich an eine Oberfläche des Gewebes anzupassen vermag.
Durch den Hochfrequenzappiikator gemäß der Erfindung ergibt sich
eine Ausbreitung der elektromagnetischen Energie von der Antennenanordnung
zum Gewebe mit einer relativ gleichmäßigen Kopplung auf das Gewebe, so daß dieses sehr gleichförmig erwärmt wird und man dadurch die gewünschte gleichförmige
Temperatur in dem bestrahlten Teil des Gewebes erhält.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische Darstellung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 2 eine genauere Darstellung eines in Fig. 1 dargestellten Applikators.
In Fig. 1 sind die Hauptbestandteile eines Hyperthermiebehandlungsgerätes
mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie die Anordnung dieser Bestandteile dargestellt.
Das in Fig. 1 dargestellte Hyperthermiegerät enthält eine Mikrowellenquelle
10, welche ein Mikrowellensignal 16 liefert, welches über
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eine Leitung 14 mit Anschlüssen 12 und 22 einer Steuereinrichtung 20 zugeführt
wird. Von der Steuereinrichtung 20 wird das Mikrowellensignal 16
über einen Anschluß 24 und eine Abstimmvorrichtung 30 in Richtung eines Pfeiles 36 einem Applikator 70 zugeführt. Der Applikator 70 enthält eine
Antennenanorjnunc.= , die des Mikrcwellensignal 16 in eine räumliche elekt-*
tromagnetische Energieverteilung umsetzt, die für die Bestrahlung von Gewebe
120 verwendet wird. Wie unten noch erläutert werden wird, erfolgt die
Bestrahlung des Gewebes 120 mit der Mikrowellenenergie während bestimmter
Intervalle unter Steuerung eines Taktgebers 50. Die zur Bestrahlung dienende verteilte elektromagnetische Energie wird durch den Taktgeber 50 periodisch
unterbrochen, damit das Gewebe 120 ein Signal 34 abstrahlen kann, das in Richtung des Pfeiles 38 zur Steuereinrichtung 20 gelangt und von dieser
über eine Leitung 29 und Anschlüsse 28 und 62 einem Radiometer 60 zugeführt wird. Das Signal 16 hat eine verhältnismäßig hohe Leistung und wird in ein
verteiltes elektrisches Feld für die Bestrahlung des Gewebes 120 umgesetzt, während das Signal 34 eine verhältnismäßig niedrige Leistung hat und aus
der vom erwärmten Gewebe 120 abgestrahlten elektromagnetischen Energie besteht.
Die Mikrowellenquelle 10 enthält einen bekannten abstimmbaren Mikrowellengenerator,
der Hochfrequenzsignale in einem Frequenzbereich in der Größenordnung von 100 bis 10000 MHz mit Leistungen von 1,0 bis mehreren
einhundert Watt zu erzeugen vermag. Die Mikrowellenquelle 10 wird so eingestellt,
daß am Anschluß 12 ein Signal solcher Frequenz und Leistung zur Verfugung steht, daß sich die gewünschte Eindringtiefe in das Gewebe 120
bzw. die gewünschte Erwärmung des Gewebes ergeben.
Die Steuereinrichtung 20, die ein geeignetes Schaltwerk enthält, gestattet u.a. eine Verbindung für das Mikrowellensignal 16 von der Eingangsleitung
14 zum Ausgangsanschluß 24 und über die Abstimmvorrichtung zum Applikator 70 herzustellen. Die Abstimmvorrichtung 30 dient in bekannter
Weise zur Impedanzanpassung zwischen der Mikrowellenquelle 10 und
einer noch zu beschreibenden Antennenanordnung des Applikators 70 und damit
zur Anpassung der Impedanz der Mikrowellenquelle 10 an die eines Tumors
124, der sich innerhalb des Gewebes 120 befindet und durch die elektromag-
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netische Energie erhitzt werden soll. Die Steuereinrichtung 20 kann beispielsweise
so aufgebaut sein, wie es in der DE-OS 28 27 003 beschrieben ist.
Der Applikator 70 hat einen flexiblen Beutel 76, der sich der Kontur der Oberfläche 122 des Gewebes 120 anpaßt, wie in Fig. 2 genauer
dargestellt ist. Der Applikator 70 dient dazu, das Mikrowellensignal 16 in
ein verteiltes elektrisches Feld zur Bestrahlung des Gewebes 120 umzusetzen. Der Applikator bzw. der Beutel 76 ist mit einem frei fließfähigen dielektrischen
Pulver gefüllt, das vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante im Bereich
zwischen 5 und 50 hat. Als geeignet hat sich ein pulverförmiges Material
mit der Dielektrizitätskonstante 12 erwiesen, das unter dem Handelsnamen ECCOFLO HiK von der Firma Emerson and Cuming, Inc., Canton, Massachusetts,
V.St.A. vertrieben wird. Der Anschluß 75 des Applikators 70 ist
mit der Steuereinrichtung 20 z.B. über ein 50 Ohm-Koaxialkabel 32, die Abstimmvorrichtung,
ein 50-Ohm-Koaxial kabel 25 und den Anschluß 24 verbunden,
der beliebig ausgebildet sein kann. Der Applikator 70 soll im Ideal falle
eine Anpassung an die Impedanz des Gewebes 120 bewirken. In der Praxis ist jedoch eine ideale Anpassung recht schwierig. Nichtsdestoweniger arbeitet
der Applikator umso besser, je vollkommener die Impedanzanpassung ist. Das Radiometer 60 ist eine bekannte Vorrichtung zur Messung von Strahlungsenergie
und ist vorzugsweise auf ein bestimmtes Frequenzband im Mikrowellenbereich
abstimmbar, z.B. auf den Frequenzbereich des Mikrowellen signals
16. Das Radiometer 60 ist so geeicht oder ausgebildet, daß es ein Signal
liefert, welches der mittleren Temperatur der gemessenen Wärmeenergie bzw. des erfaßten Gewebes entspricht. Das Radiometer 60 ist vorzugsweise ferner
mit einer Sensorschaltung versehen, die auf einer Ausgangsleitung 64 ein Temperatursteuersignal 65 liefert, das dazu dient, die Temperatur im Gewebe
120 entsprechend der dem Eingangsanschluß 62 zugeführten gemessenen Strahlungsenergie innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches (z.B.
43,0 t 0,5 0C) zu halten, worauf unten noch näher eingegangen wird. Wenn
die Temperatur entsprechend der durch das Radiometer 60 erfaßten Strahlungsenergie
etwa 43,5 0C betrifft (der oberen Grenze des Temperatursollwertbereiches),
wird eine Vorderflanke 65a des Temperatursteuersignals 65
erzeugt. Das Signal 65 verhindert eine weitere Erwärmung des Gewebes 120,
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wie noch erläutert werden wird. Das Signal 65 dauert so lange an, bis die
Temperatur auf etwa 42,5 0C abgesunken ist, worauf das Radiometer das Signal
65 wieder auf Null abfallen läßt, was der Rückflanke 65 dieses Signals
entspricht.
Der Taktgeber 50 liefert ein Zeitsteuersignal 54, das die Einschaltdauer
bestimmt, während derer das Mikrowellensignal 16 von der Mikrowellenquelle
10 dem Gewebe 120 zugeführt und in diesem absorbiert wird. Ein geeigneter Taktgeber ist in der oben bereits erwähnten DE-OS 28 27 003
beschrieben. Der Taktgeber 50 erzeugt ein Zeitsteuersignal 55, das die Ausschal tperioden bestimmt, während derer das Radiometer 60 das Signal 34
mif3t, das aus der vom erhitzten Gewebe 120 abgestrahlten Energie besteht. Das Signal 65 vom Radiometer 60 veranlaßt also über dem Taktgeber 50, daß
die Steuereinrichtung 20 das Mikrowellensignal 16 vom Applikator 70 auf eine
künstliche Antenne 40 umschaltet und das vom Gewebe 120 abgestrahlte Signal 34 mißt. Das Gewebe wird dann also durch das Mikrowellensignal 16 nicht
bestrahlt und seine Temperatur wird sinken, da das erhitzte Gewebe Wärme an das umgebende kühlere Gewebe und den Applikator abgibt. Wenn die Temperatur
des Gewebes 120 etwa 42,5-0C erreicht, was durch das Radiometer
60 festgestellt wird, nimmt das Signal 65 wieder den Wert Null an, so daß das Signal 16 wieder dem Applikator 70 und dem Gewebe 120 zugeführt wird,
während gleichzeitig das Radiometer 60 von der Leitung 25 abgetrennt wird, so daß es durch das Signal 16 hoher Leistung nicht beschädigt werden kann.
Im folgenden soll nun der Hochfrequenz- oder Hyperthermie-Applikator
unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert werden. Dem Applikator 70 wird das Signal 16 über ein verteiltes Netzwerk aus Antennen zugeführt,
welches als Verbundantenne 100 ausgebildet und in einem Aluminiumgehäuse 71 angeordnet ist. Eine geeignete Verbundantenne ist in der US-PS
3 587 110 beschrieben. Die Verburidantenne 100 enthält ebene Dipolantennen
101, 102, 103, 104...109 und 110, die abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten eines Substrates oder einer Trägerstruktur angeordnet sind. Die ebe-^
nen Dipolantennen sind so angeordnet, daß sie Mikrowellensignale mit einer Strahlungsverteilung abstrahlen, die im wesentlichen nach unten in das di-
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elektrische Material 79 des Applikator? gerichtet ist. Die nach oben abgestrahlten
Mikrowellensignale werden durch einen Reflektor 80 reflektiert, der so angeordnet ist, daß die von seiner Oberfläche reflektierten und
sich dann nach unten ausbreitenden Signale die anderen Signale, die sich
in das dielektrische Material 79 ausbreiten, verstärken.
Das dielektrische Material 79 ist, wie erwähnt, ein frei fließfähiges
dielektrisches Pulver, dessen Dielektrizitätskonstante bei dem beschriebenen Beispiel den Wert 12 hat; an sich sind Pulver mit einer noch
höheren Dielektrizitätskonstante vorzuziehen. Das dielektrisches Material
79 ist in einem flexiblen Beutel 76 verteilt, der aus einem Polyäthylenwerkstoff
besteht, der Mikrowellensignale durchläßt. Der mit dem frei fließfähigen
dielektrischen Material 79 gefüllte flexible Beutel 76 verleiht
dem Applikator die gewünschte Flexibilität oder Anpassungsfähigkeit. Der Applikator kann sich dadurch an die Form der Oberfläche anpassen, an die
er angelegt wird, wie einer Oberfläche 122. Der Applikator 70 paßt sich
also auch unregelmäßig geformten Oberflächen an, wie einer unregelmäßigen Oberflächenkontur 126, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Gewebe, das z.B. ein mittels des Hyperthermyegerates zu behandelndes
Krebsgeschwür enthält, ist in Fig. 2 mit 124 bezeichnet.
Der flexible Beutel 76 ist mit einer Abschirmschürze 24 aus einem flexiblen Netz- oder Gewebematerial umgeben, die sich genügend weit
über den Beutel nach unten erstreckt, um mit der Oberfläche 122 in Berührung
kommen und sich an diese anpassen zu können. Die flexible Abschirmschürze kann beispielsweise aus einem feinen fidel stahlgewebe bestehen,
z.B. einem Gewebe aus 2mm Draht mit einer Maschenweite von 5x5 mm. Die
Abschirmschürze 74 ist am Umfang des Applikators 70 angeordnet und verhindert
ein Austreten von Mikrowellenstrahlung aus dem Applikator 70 und dem
Gewebe, auf das er aufgesetzt ist.
In dem Fließfähigen Material 79 ist eine Flügel 78 ähnlich
einem Ventilatorflügel angeordnet, der durch eine Schraube 77 oder dgl. an einer Welle 73 eines Motors 72 befestigt ist. Die Welle 73 wird mit einer
Drehzahl von z.B. zwei Umdrehungen pro Minute gedreht. Der rotierende
Flügel 78 dient als "Mode-Rührer". Mode-Rührer oder Vorrichtungen zur
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Strahiungsfeldveryleiehmäßigung sind aus der Technik der Mikrowel lenherde
bekannt, siehe z.B. die US-PS 2 813 185.
Dem Applikator 70 wird das Mikrowellensignal 16 über den Anschluß
75 zugeführt, der seinerseits wiederum mit der Verbundantenne 100 verbunden ist. Die Dipolantennen der Verbundantenne 100 strahlen das Mikrowellensignal
16 in Form einer Anzahl elektrischer Strahlungsenergie-Feldmuster
in den Applikator 70. Das dielektrische Material 79 des Applikators
70 koppelt diese Strahlungsenergie in den Tumor 124 und das umgebende Gewebe 120, das sich innerhalb der elektrischen Feldmiister befindet. Diese
Strahlungsenergie bestrahlt also den Tumor 124 sowie das Gewebe 120 und erhöht deren Temperatur·. Die angestrahlte Feldverteilung kann durch Justierung
der Abschirmschürze 74 auf das/Volumen des Tumors begrenzt werden. Die Erwärmung soll vorzugsweise nur im Tumor 124 und nicht im umgebenden
Gewebe 120 stattfinden. In der Praxis wird man immer von Fall zu Fall bestimmen,
wie die Erwärmung des Gewebes, das der Strahlungsenergie vom Applikator 70 nicht ausgesetzt werden soll, möglichst klein gehalten werden
kann.
Der durch die Strahlungsenergie erhitzte Tumor 124 erzeugt seinerseits Strahlungsenergie, die durch die Verbundantenne 100 empfangen
und in das Signal 34 umgewandelt werden wird. Das Signal 34 wird in Richtung des Pfeiles 38 zurück zur Steuereinrichtung 20 übertragen. Die Steuereinrichtung
20 leitet dieses Signal zum Radiometer 60 weiter, wie noch erläutert werden wird. Das Radiometer 60 ist auf die Frequenz des Mikrowel
lerisignals 16 abgestimmt. Das Signal 34 stellt ein Maß für die Wärmeenergie
des Gewebes 124 und damit der im Gewebe 124 absorbierten Wärme dar.
Dadurch, daß man das Signal 34 mißt, wie es in der bereits erwähnten DE-OS
28 27 003 beschrieben ist, läßt sich die mittlere Temperatur des durch das Signa 1 16 bestrahlten gewebevolumens bestimmen.
Die Steuereinrichtung 20 überträgt also während einer ersten
vorgegebenen Zeitspanne das die Erwärmung bewirkende Signal 16 zum Appli-
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kator 70, um den Tumor 124 zu bestrahlen und überträgt dann während einer
zweiten Zeitspanne das die Temperatur anzeigende Signal 34 zum Radiometer 60, um die mittlere Temperatur des erhitzten Gewebes zu bestimmen. Eine
typische Einschaltdauer für die Bestrahlung des Tumors 124 ist 5,0 Sekunden und eine typische Abschaltdauer für die Messung des Signals 34 ist 1,5 Sekunden.
Die Ein- und Ausschaltzeiten werden durch den Taktgeber 50 bestimmt, sie wechseln einander fortlaufend ab, so daß die Temperatur des Tumors 124
erhöht und in dem kritischen Temperaturbereich von 43,0 * 0,5 0C gehalten
wird. Die Ein- und Ausschaltzeiten, d.h. die Bestrahlungs- und Meß-Perioden werden unterbrochen, wenn die Temperatur des Tumors 124 sich dem oberen
Grenzwert (43,5 0C) des kritischen Temperaturbereiches genügend weit genähert
hat, damit eine unerwünschte überhitzung des Tumors verhindert wird.
Das Radiometer ist so geeicht, daß es die Gefahr einer solchen überhitzung
rechtzeitig feststellt und dann das die Heiz- und Meßzyklen unterbrechende Signal 65 erzeugt. Der Taktgeber 50 führt als Reaktion auf das Signal 65
der Steuereinrichtung 20 das Signal 55 zu, wodurch das Signal 16 dann jeweils
zwischen dem Applikator 70 und der künstlichen Antenne 40 umgeschaltet wird. Wenn die Temperatur des Tumors 124 auf etwa 42,5 0C abfällt (die
untere Grenze des gewünschten Temperaturbehandlungsbereiches), gibt das
Radiometer wieder die aufeinanderfolgenden Bestrahlungs- und Meßzyklen frei,
während deren in der oben erläuterten Weise der Tumor 124 bestrahlt bzw. seine Temperatur gemessen wird.
Das Mikrowellensignal 16 wird dann wieder auf den Applikator und die Verbundantenne 100 gekoppelt. In der Verbundantenne 100 wird das
Signal 16 auf die einzelnen ebenen Dipolantennen 101, 102, ...110 verteilt. Die Dipolantennen strahlen die elektromagnetische Energie in nach unten
gerichteten Strahlungsfeldern in das dielektrische Material 79 des Applikators
direkt und über den Reflektor 80 und die Abschirmschürze 74 ab. Bei einer gleichmäßigen Anordnung oder Matrix von Antennen wird die Strahlungsenergie
mit einer verhältnismäßig gleichförmigen Verteilung über den ganzen Applikator verteilt. Der Applikator 70 begrenzt diese gleichförmige Energieverteilung
in Richtung auf den Tumor 124 und strahlt diese Energie in
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den Tumor 124 durch die sich mit dem Applikator 70 in Berührung befindende
Haut ein. Nähere Einzelheiten über die Wärmewirkung einer solchen Strahlung
können der oben erwähnten Offenlegungsschrift entnommen werden.
Mit einer modifizierten Ausführungsform des Applikators gemäß
der Erfindung kann der Tumor 124 mit einer Energieverteilung bestrahlt werden,
die im Gewebe 120 und insbesondere innerhalb des Tumors 124 ungleichförmig ist. Durch eine entsprechende Verteilung der einem Tumor zugeführten
Energie kann die Abkühlung kompensiert werden, die in· den seitlichen Umfangsbereichen
124b des behandelten Tumors 124 durch das umgebende Gewebe 120 verursacht wird. Bei einer gleichmäßigen Verteilung der eingestrahlten elektromagnetischen
Energie ergibt sich durch diesen Kühleffekt des unbehandelten Gewebes 120 eine Art von Wärmesenke (über die benachbarten Gewebeteile
120a). Durch eine solche Wärmesenke kann im Tumor 124 ein Temperaturgradient entstehen, so daß die Temperatur in einem mittleren Bereich 124a höher ist
als in einem Randbereich 124b. Dieser Temperaturgradient läßt sich dadurch vermeiden, daß man die Randbereiche 124b des Tumors mit stärker konzentrierter
elektromagnetischer Energie bestrahlt als den mittleren Bereich 124a. Eine höhere Konzentration der elektromagnetischen Energie in den Randbereichen
124b des Tumors 124 läßt sich dadurch erreichen, daß man die Dipolantennen (101, 102,...) in den Randbereichen der Verbundantennen 100
stärker konzentriert oder dichter anordnet als im mittleren Teil. Mit einer solchen Anordnung ist dann die Intensität des von der Verbundantenne 100 in
den Applikator 70 abgestrahlten Signals im Randbereich des Applikators größer als in der Mitte. Die entsprechende Erhöhung der Mikrowellen intensität bewirkt
dadurch dann in den Randbereichen eine stärkere Wärmezufuhr, die die Wärmeverluste der Randbereiche kompensiert, gleichzeitig wird der Heizeffekt
im mittleren Bereich 124a verringert.
Eine ungleichförmige Verteilung der elektromagnetischen Energie
im Tumor 124 kann auch durch eine entsprechende Verteilung der Leistung
des Mikrowellensignals 16 auf die Dipolantennen der Verbundantenne 100 bewirkt
werden, wobei in dieser die Dipole räumlich gleichmäßig oder ungleich-
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üiäßig angeordnet sein können. Gemäß einer Ausgestaltung 4er vorliegenden
Erfindung wird ein größerer Anteil der Leistung des Signals 15 den Dipolantennen
in den Randbereichen der Verbundantenne zugefühfet als den verteilten
Dipolen im mittleren Bereich 4er Antennenanordnung 100.Wie man die
Leistung in Verbundantensien in gewünschter Weise verteilen kann, ist bekannt.
Die Leistungsverteilung kann beispielsweise dadurch gesteuert werdens
daß man die Abmessungen der Speiseleitungen der am Umfang angeordneten Antennen bzw. der in der Mitte angeordneten Antennen so wählt, daß
die Impedanz der Anordnung die gewünschte Leistungsverteilung ergibt. Die
von den am Umfang angeordneten Antennen abgestrahlte höhere Leistung bewirkt
wieder eine stärkere Erwärmung., d.h. eine stärkere Wärmezufuhr,
zu den Randbereichen 124b des behandelten Tumors im Vergleich zu dem mittleren Bereich 124a.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung, wird die Gleichmäßigkeit der Bestrahlung des Tumors durch die oben erwähnte
Mode-Rührtechnik verbessert. Das Mode-Rühren wird dadurch bewirkt, daß man den Rührflügel 78 mit einer geringen Drehzahl, z.B. 1 U/min in den elektrischen
Feldern rotieren läßt, die von der Verbundantenne 100 ausgehen. Der rotierende Flügel 78 kann aus Metall bestehen und für die elektrischen
Felder an der Berührungsstelle mit dem Flügel einen Kurzschluß bilden. Ein
solcher Kurzschluß stört die im Applikator 70 herrschende elektrische Feldverteilung, die manchmal auch als Mode- oder Schwingungsform- bzw.
Schwingungstypverteilung bezeichnet wird. Durch die zyklische Störung werden
etwaige stehende Wellen im Applikator 70 und im behandelten Tumor 124
verzerrt.oder "verschmiert". Die auf diese'Weise gestörten stehenden Wellen
können beispielsweise sonst durch eine Änderung der Dielektrizitätskonstante
im Gewebe selbst und durch eine ungleichmäßige Impedanzanpassung zwischen dem Applikator 170 und dem Gewebe 120 entstehen.
Wenn die stehenden Wellen nicht gestört werden, tritt eine ungleichmäßige Erwärmung des Tumors 124 auf, da stehende Wellen bekanntlich
örtliche Maxima und Minima bilden, so daß bestimmte Bereiche des Tumors einer maximalen Intensität und andere wiederum einer minimalen In-
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des Strahlungsfeldes ausgesetzt werden. Durch das Mode-Rühren Ksrdsn die stehenden Wellen sowohl im Applikator 70 als auch im Tumor
zyklisch gestört, so daß sich die Bereiche maximaler und minimaler Energie der stehenden Wellen im Tumor 124 ändern. Durch diese Störung werden periodische,
zeitlich veränderliche elektrische Feldverteilungen im ganzen
Tumor 124 erzeugt und die Gleichförmigkeit der Temperatur im Tumor entsprechend verbessert.
Der Hyperthermieapplikator gemäß aer Erfindung gewährleistet
also eine gleichmäßigere Erwärmung und geringere Temperaturgradienten
im Gewebe 120. Gewünschtenfalls läßt sich die die Erwärmung bewirkende
Energie in Randbereichen des Gewebes stärker konzentrieren, um Wärmeverluste
zu kompensieren, die sonst die gewünschte Erwärmung des Gewebes ungleichmäßig machen wurden. Das am Beispiel der Hyperthermiebehandlung
beschriebene Gerät läßt sich auch für andere Zwecke verwenden, z.B. eine therapeutische Behandlung von Organen des menschlichen oder tierischen
Körpers, wie des Herzens, der Leber, der Nieren, der Hypophyse usw.
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Claims (5)
- I Λΐ K N ι Λ N \ν ΛI/Γ KDiKTKU ν. ιιιοκοι,ΐ) 28 50 7 4I)ITL. IMi. l'UTHIt SClI Γ'Τ/. I)IPJL.. ISH. WOLKtJAN(I UIUlSLKItMA Itl.l-THKIIKSIA-S ΓΚΑΚνΚ 22 Ι'ΟΝΓΚΛΙΊΙ .SIlO(IlISI)-MMI(I Mil HNCIIHN S(JTKI.KI-ON" (ISIl/ ITIM)CIIi ITIIS II»τκ ι. κ χ »U2«:isTKl.I'liUAMM .SOMIIKXRCA 72,016 17.November 1978US-Ser.No. 853,585 72016 Dr.v.B/EFiled: November 21, 1977RCA CorporationNew York, M.Y. (V.St.A.)ll°£ilfreguenzapplikator fur die Hyperthermiebehandlung Patentansprüchey Hochfrequenzapplikator für die Hyperthermiebehandlung mit einer Antennenanordnung und einer zur übertragung von elektromagnetischer Energie zwischen der Antennenanordnung und außerhalb des Applikators befindlichem Gewebe dienenden Kopplungsanordnung, durch die die Antennenanordnung mit einer bestimmten Verteilung der elektromagnetischen Energie in das Gewebe strahlt, dadurch gekennzeichnet,daß die Kopplungsanordnung (70) frei fließfähiges dielektrisches Material enthält, das sich in einem Beutel (76) aus flexiblem Werkstoff befindet, der sich an eine Oberfläche (122) des Gewebes (120) anzupassen vermag.
- 2. Applikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsanordnung ferner ein rotierendes Bauteil (78) enthält, das in dem dielektrischen Material angeordnet ist und eine zeitliche Änderung der von der Antennenanordnung (100) in das Gewebe (120) eingestrahlten elektromagnetischen Energieverteilung bewirkt.90982 1/07 17rOSTSCIIKCK MilNTHKN .N'It. (101 ISHO(I - HAMItKONTO II 1ΓΓΙ1ΙΙΛ NIC MONC'ITISN <m.SI 7(1OS(IU K)I HTO.
- 3. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung mehrere ebeneDi pol elemente (101, 102...) enthält, die auf einem Substrat verteilt sind und ein verteiltes Netzwerk von Antennenelementen bilden.
- 4. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Dipol elemente (101, 102...) an den Rändern des Substrats eine höhere Konzentration haben als in einem mittleren Bereich des Substrats.
- 5. Hochfrequenzapplikator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Dipol el entente (101, 102...) auf dem Substrat in einer Matrix angeordnet sind und da{i eine Vorrichtung vorgesehen ist, um Strom von einem Matrixeingang (75) derart auf die Dipolelemente zu verteilen, daß die an den Rändern des Substrats angeordneten
Dipolelemente mehr Energie abgeben als die im mittleren Bereich des Substrats angeordneten Dipolelemente.2 1/0717
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