JPH0649081B2 - マイクロ波加熱プローブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 概要 外側伝導体の間隙領域を軸方向の中央部分の間隙領域が
最大となるように軸方向に沿って変化させることにより
同軸マイクロ波加熱プローブに加熱パターンの一様性を
与える。

この軸方向の変化はピッチが変化するよう外側伝導体を
螺旋状に巻回することにより、又は一体となった外側伝
導体に寸法が軸方向に沿って変化する開口部を設けるこ
とにより与えられる。本発明は柔軟性のあるプローブ及
び固定型のプローブのいずれにも適用できる。

産業上の利用分野 本発明は加熱治療において有用であるマイクロ波プロー
ブに係り、特に同軸アンテナ構造を利用し主として生体
組織内へ侵入させて腫瘍の加熱治療を行う際に用いられ
るプローブに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 従来より、ある種の癌細胞は通常健全な細胞にとって有
害となる温度よりも僅かに低い温度まで加熱すると破壊
されることが知られている。近年、電磁輻射を利用した
加熱治療が特に効果的であることが発見され、マイクロ
波加熱を利用した種々のタイプの装置が当該技術分野に
おいて知られている。これらの中には、外部装置を用い
てマイクロ波のエネルギを皮膚及びその下にあって処置
すべき腫瘍を含む組織中に透過させる非侵入型のものが
あり、明らかに健全な組織をも加熱することになる。こ
のような欠点があることがより直接的かつ正確にマイク
ロ波加熱を行ない得る手段が求められている理由の一つ
となっている。

こうして加熱プローブを生体の開口部を通して処置すべ
き部位まで挿入するか、又は皮膚から直接生体組織を通
して処置すべき部位へ挿入する、侵入による方法及びこ
れに関連する装置が開発された。かかる侵入による方法
及び装置は処置すべき組織の部分の温度をうまくコント
ロールし得るという点で有利である。

非侵入型の技術又は生体の開口部へ挿入されるよう設計
された侵入型プローブは多くの悪性腫瘍には届かず効果
的に処置することができないため、最近では長くて細く
生体組織内及び処置すべき腫瘍又は悪性腫瘍へ直接挿入
されるニードル状のプローブが非常に注目されている。
このようなプローブは挿入して使用する際の苦痛を和ら
げるため及び患者への外傷を軽減するために、不可避的
に小さな直径とせざるを得ない。

生体組織内へ直接挿入されるニードル状の先端部を有す
る侵入型マイクロ波加熱プローブには、固定型のものと
半田定型のものとがある。又プローブは、柔軟性があっ
てカテーテル内にまず装着され、これを通常のよく知ら
れた方法で生体組織内に挿入するものでもよい。カテー
テル内に装着するプローブを用いることの有利な点は、
プローブを別々に消毒する必要のないこと及び同時に行
う輻射治療のような別の処置のために既に挿入されてい
るカテーテルを利用できるということである。それにも
かかわらず組織内部に直接挿入して用いられる固定型プ
ローブがより便利であることから、状況によっては固定
型プローブが使用される。

マスクロ波プローブの種類にかかわらず、これら全てに
共通の問題は、プローブの有効な長さ（有効長）に沿っ
た軸方向及び有効な長さのまわりの半径方向の軸射エネ
ルギ及び加熱の一様なパターンを与えること、或いは加
熱パターンの制御及び指定を行うことである。加熱パタ
ーンを知ること及び予測し得ることは、加熱できる最大
範囲を処置すべき組織内に限定し健全な組織への過剰な
加熱を避けるために重要である。

マイクロ波プローブとしては２種類のものが用いられて
きており、その１つは単極マイクロ波アンテナ型のも
の、他は双極同軸アンテナ型のものである。単極アンテ
ナ型プローブは、単一の長いマイクロ波伝導体がプロー
ブ（ときには誘電体スリーブで被われている）の端部に
おいて露出されており、マイクロ波のエネルギは一般に
伝導体の軸に垂直に輻射される。しかし、所謂単極型プ
ローブは、一様性がなくしばしば予測不能な加熱パター
ンを与え、この加熱パターンはプローブの先端より先に
は届かない。このため最近では、同軸構造の所謂双極ア
ンテナ型のものがより注目されている。これらのものは
外側伝導体の末端のまわりに外側に内曲した同軸“スカ
ート”を有する構造を含んでいる。

典型的な同軸プローブは、プローブの軸に沿って延在す
る長くて細い内側伝導体の回りを取り囲む誘電体、及び
この誘電体のまわりを更に被う外側伝導体を含んでい
る。エネルギ又は熱を外向きに有効に輻射するために、
外側伝導体のある部分又は複数の部分が選択的に取り除
かれる。この種の構造は時に「漏洩導波管」又は「漏洩
同軸アンテナ」と呼ばれる。プローブの有効長に沿って
除去された外側伝導性材の位置，サイズ，領域の違い
は、それによって与えられる加熱パターンに対し明らか
に大きく影響する。このような構造の主要な目的の一つ
は、全体的に一様な加熱パターン或いはプローブ先端部
の選ばれた領域においてより細かく制御され指定される
パターンを与えることである。アメリカ合衆国特許4,20
4,549号は、同軸プローブにおいて加熱パターンの制御
を行うために外側伝導体の短い半円柱状部分を除去する
ことを開示しているが、加熱パターンの制御における一
様性については議論されていない。アメリカ合衆国特許
4,669,475号は、プローブの選択された中間的な軸の長
さにわたって外側伝導体の全周にわたる円柱部分を除去
した同軸アンテナプローブを開示している。しかし、こ
の加熱パターンそれ自体は開示又は記述されておらず、
又個々の方向あるいは複数方向を向いたプローブの加熱
パターンはプローブに供給されるマイクロ波エネルギを
変化させることにより制御される。アメリカ合衆国特許
4,658,836号は、長さ全体にわたって加熱を行うために
外側伝導体を軸方向の長い部分にわたって除去すること
を開示している。加熱のパターンの制御は外側の誘電体
の被覆材の厚さを変化させることにより、又は軸方向外
側伝導体部材を同一方向に変化させることによって行な
われる。別の具体例では、外側伝導体は一様な二重らせ
ん形に設けられ、輻射漏洩のための必要な間隙を与えて
いる。しかしこのらせん形を用いることの有用性は、プ
ローブに柔軟性を与えプローブの長さに沿った加熱パタ
ーンの相対的な回転を与えることとして開示されてい
る。結局このらせん形のプローブは、特に体の開口部又
は腔部への挿入を意図したものであり、生体組織内へ直
接挿入するためのものではない。

組織内における加熱処置のための同軸プローブにおける
加熱パターンの制御は今だに問題となっいる。プローブ
の有効長に沿って軸方向に加熱パターンを制御し指定し
得ることは重要である。これらのプローブの直径を非常
に小さく維持しなければならないことから、外部誘電体
層の有効直径を増加させることになる加熱パターン制御
手段を用いることは実際的でない。改良される加熱パタ
ーン制御手段は、柔軟性のあるものであろうと固定型の
ものであろうと、組織内挿入プローブの代表的な構造と
互換性をもたせるべきである。

課題を解決するための手段及び作用 本発明によれば、同軸マイクロ波プローブの有効長の軸
方向に沿った外側伝導体の間隙領域を、軸方向の中央部
分が最大間隙領域でこれの両側がこれよりも小さい間隙
領域となるよう変化させることにより、プローブの半径
方向及び有効長の軸方向において加熱パターンの一様性
を与える。

好ましい具体例において、典型的な連続状外側伝導体は
実質的にプローブの有効加熱長の全体にわたって除去さ
れ又は取り除かれ、そこへ給電ワイヤを外側伝導体の間
隙領域が変化するよう間隔を変化させて螺旋状に巻回す
る。特定のプローブ構造の特徴に応じて非常に広い範囲
の巻回パターンを用いることができる。典型的には、プ
ローブの有効長は巻回ピッチが異なるいくつかのセクシ
ョンに分割される。これらのセクションは全体的に対称
的なパターンであっても、又非対象であってもよく１つ
のセクション内部のピッチも一様であってもよいし変化
させてもよい。ピッチが変化するセクションは主たるセ
クションの間に与えられ、夫々の各セクション自体は巻
回が変化するサブセクションを含んでいてもよい。

特に固定型又は半固定型プローブに適用でき外側伝導体
が典型的に薄いしっかりした金属カバーとなっている他
の具体例において、複数のスロットを軸方向に間隔を置
いて連続的に設けその長さ及び深さを変化させることに
より外側伝導体の間隙領域を軸方向に変化させる。これ
らのスロットは好ましくはプローブの軸に垂直であって
軸方向にある間隔で並んだ複数の面内にあるように、横
方向に設けられる。螺旋形に巻回された具体例と同様
に、これらのスロットのサイズ又は間隔は、プローブの
有効長の中央部において最大間隙領域を、又軸方向に沿
ってこの両側に相対的に小さい間隙領域を与えるよう設
定される。スロットのパターンは軸方向に対して対称で
も非対象でもよく、又は螺旋形に巻回される具体例と同
様の方法で変化させてもよい。

両具体例の一般的な配置は、プローブの半径方向および
軸方向において希望する加熱パターンの一様性を与える
ことが見い出され、又この加熱パターンは先端部より先
にも達する。

実施例 以下図面とともに本発明の具体例について説明する。

第１図においてマイクロ波プローブ１０は従来通りの小
さい直径の柔軟性のある同軸ケーブルより構成される。
このケーブルは、ケーブルの長さ方向の軸に沿って延
び、回りを適当な誘電体１２によって被われたワイヤ状
の中央伝導体を含む。種々の誘電体が使用できるが、プ
ラスチック材料、例えばＰＴＦＥなどがしばしば用いら
れる。誘電体は更に金属の編組線構造の外側伝導体１３
によって被われている。単一の中央伝導体１１及び編組
線状の外側伝導体１３はともに、好ましくは電気伝導度
を向上させるために銀メッキを施した銅をベースとする
金属よりなるが、他の適当な金属ももちろん同様に使用
できる。プローブ１０の接続部に近い方の端部は従来通
りのマイクロ波のエネルギ源（図示せず）に接続するた
めの標準的な同軸コネクタ１４を有している。

これまで説明した従来通りの同軸ケーブルは本発明にお
いてプローブの端部に沿って編組線状の外側伝導体１３
の円柱状部分が除去されている。外側伝導体の軸方向に
沿って除去された部分の長さは、有効な加熱パターンが
発生される有効な長さという見地からみたプローブの有
効長を決定する。プローブの先端部には短い編組線状外
部伝導体１６を残して以下に述べる導通接続を容易にす
ることもでき、又この部分も取り去って、別の方法で導
通接続を行うこともできる。

ケーブル端部の編組線状の外部伝導体１３を除去した部
分の代わりとして、細いワイヤ１７が外側伝導体１３の
コネクタに近い方の端部と自由端との間の誘電体１２の
回りに螺旋状に巻回される。第３図を参照すると、適当
な導通接続１８及び１９がワイヤ１７と外側伝導体１３
の両側の端部との間で行われ、これらの間にワイヤが螺
旋状に巻回されている。これとは別に、プローブの端部
における短い外側伝導体１６を取り去った場合は、単に
プローブの先端までワイヤを螺旋状に巻回する。

第１図に示されるプローブの具体例では、有効長（又は
軸方向の加熱パターンの長さ）は約４cm（近似的に1.5
インチ）、中央伝導体１１の直径は0.007インチであ
る。円柱状の誘電体被覆１２の外径は0.033インチ、編
組線状外側伝導体の厚さは約0.010インチである。又給
電ワイヤ１７の直径は0.007インチであり、従って有効
長部分のプローブの外径は0.047インチとなる。

図示される螺旋状の巻回パターンは中央部２０及びこれ
に隣り合う両端部分２１を有する。ワイヤ１７は、好ま
しくは間隔をあけてあるピッチで巻回部分の全体にわた
って巻回され、中央部分２０におけるこの間隔は、マイ
クロ波エネルギの漏洩又は輻射に対し外側伝導体におけ
る最大間隔領域を与えるよう最大となっている。図示さ
れるプローブにおいて、中央部分２０の長さは約0.250
インチであり、両方の端部２１の長さは0.295インチで
ある。中央部分２０におけるワイヤ１７の巻回の間隔の
ピッチは0.0281インチであり両方の端部２１における間
隔のピッチは0.0095インチである。中央部分２０と端部
２１との間には適当なピッチの遷移ゾーンが与えられ
る。

プローブによって与えられる実際の加熱パターンは、ワ
イヤ１７と外側伝導体１３との導通接続部１８，１９を
越えて軸上の両方向へと延びている。典型的には、加熱
パターンはプローブの先端を約0.2インチ（0.5cm）越え
るところまで延びる。これよりプローブによって与えら
れる有効加熱パターンは近似的に４cmとなる。

第２図は第１図に示されている螺旋状に巻回されたプロ
ーブの他の具体例であって、特により長いプローブ構造
に適合するものを示す。全体的に第２図におけるプロー
ブ２３の各部分は第１図の具体例と共通であり、従って
同一符号を付してある。従来通りの同軸ケーブルは内側
伝導体材１１を有しており、これは誘電体１２によって
被われ、更にこのまわりには外側伝導体１３が配置され
ている。前述した編組線構造の外側伝導体はプローブ２
３の端部において誘電体１２を露出するよう切り取られ
ている。ワイヤ１７は外側伝導体１３の端部との導通接
続部１８から始まって、螺旋状に巻回され、本具体例で
はプローブの末端まで達する。ワイヤは間隔をおいて巻
回され、巻回のピッチはプローブの長さ方向にわたり中
央部に最大間隔を有するよう変化する。しかしこの具体
例では、中央部分２４自身の中でも巻回の間隔が変化し
ている。

図に示す構造において、巻回部の中央部分２４は、間隔
の狭い部分２７とその両側の間隔の広い部分２８とを有
している。末端部分２６では再び巻回の間隔が狭くなっ
ている。一つの好ましい構造として夫々の末端部分２６
の長さを0.472インチ、巻回のピッチを0.0169インチと
する。中央部の両端部分２８の長さは夫々0.689インチ
で巻回のピッチが夫々0.0276インチ、中央部分の一部分
２７は両方の末端部分２６と等しく長さが0.472インチ
でピッチが0.0169インチである。

第２図示のプローブの有効加熱パターンは近似的に８cm
或いは３インチ強である。加熱パターンは実質的にその
長さ全体にわたって一様な半径方向の深さを有してい
る。プローブに供給されるマイクロ波エネルギのパワー
レベルに応じて一様な加熱パターンは半径方向へ１cm又
はそれ以上延びる。加熱パターンは短い編組線状外側伝
導体１３を越えて軸方向のプローブのコネクタに近い側
へとと延びているので、熱電対をこの位置に設けること
ができる。この方法によれば熱電対又は他の熱センサの
接続はプローブの機能には干渉せず、更に測定される温
度がプローブによって有効に与えられる温度を表わすこ
とになるような位置に取り付けられる。

第４図及び第５図は、固定型又は半固定型の構造であっ
てカテーテルを用いず生体組織内へ直接挿入されること
を意図したプローブの具体例を示している。プローブ３
０は基本的な同軸構造となっており軸状の内側伝導体材
３１、これを取り囲む誘電体３２、及び伝導性の外部シ
ェル又は伝導層３３を含んでいる。プローブの先端部の
先まで届く所望の加熱パターンを与えるために外側伝導
層３３は先端が適度にとがった形状とされプローブの先
端部において内側伝導体３１と導通接続部３５を形成す
る。

外側伝導層３３において軸方向に変化する間隙領域を与
えるため、プローブ３０の対向する両側の外側層３３及
びその下を誘電体３２を内部に切り込んだ横向きの一連
のスロット３４が設けられている。スロット３４は軸方
向に沿ったスロットパターンの中央部において最も長く
最も深く、そこから軸に沿って両側にゆくに従って次第
に小さくなる。中央部に位置する最も深いスロットはプ
ローブの直径の約３分の１とされ、そこから軸の両反対
方向へゆくに従って、好ましくは第５図中に破線３６で
示す滑かな曲線に一致してその深さは減少する（浅くな
る）。

好ましい具体例における固定型のプローブ３０の外径は
0.086インチである。スロットパターンは0.25インチ間
隔の９個のスロット３４を含み、先端に最も近い小さい
スロットは先端から0.375インチのところにある。しか
し上記の数値はかなり広い範囲で変更することができ
る。プローブ上の外側表面を滑らかにするため、及びプ
ローブのインピーダンスを生体組織とよりよく整合させ
るためにスロット内は高い誘電定数を有する材質、例え
ば二酸化チタンなどによって満たされる。

第４図の破線３７は、本発明の加熱プローブの夫々の具
体例によって得られる一様な加熱パターンの代表例であ
る。上記で説明した夫々の具体例は外側伝導体上に設け
られた間隙の回りに軸対称なパターンを有する。このよ
うな対称性は既に述べたように必ずしも必要なものでは
なく、間隙の非対象なパターンを含む種々の変形も所望
の加熱パターンを与えるために同様に用いられる。

本発明とみなされる事項を示し、かつ明確に特許を請求
している特許請求の範囲内に、本発明を実施するための
種々の態様が含まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は特に柔軟性のある同軸プローブに適用できる本
発明の具体例の、一部を断面図とする縦方向の図、 第２図は長いプローブに特に適用可能な外側伝導体が巻
回されたパターンを示す第１図と同様の図、 第３図は第１図に示すプローブの一部を拡大した図、 第４図は本発明の他の具体例を示す固定型構造のプロー
ブを横からみた図、 第５図は第４図に示すプローブを上から見た図である。 １０……マイクロ波プローブ、１１……内側伝導体、１
２，３２……誘電体、１３……外側伝導体、１４……コ
ネクタ、１６……編組線状外側伝導体、１７……ワイ
ヤ、１８，１９……接続部、２０，２４……中央部分、
３０……プローブ、３１……内側伝導部材、３３……外
側伝導層、３４……スロット、３５……導通接続部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー エル カバンチンスキー アメリカ合衆国 フロリダ 33437 ボイ ントン ビーチ エーピーティ ４‐27 アシュレー レーク パーク ドライブ 5042番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プローブの長さに沿って軸方向に延在する
   伝導性の内側部材と、該内側部材をその長さ全体にわた
   って包囲する誘電体と、該誘電体を包囲し所望の加熱パ
   ターンを与えるように該プローブの有効加熱長を画成す
   る略開放された領域を有した外側伝導性部材とを有する
   組織内侵入型の加熱処置用同軸マイクロ波プローブにお
   いて、 該外側部材は該有効長に沿った螺旋パターンに配置さ
   れ、該螺旋パターンは該有効長の中央部分において最大
   間隙領域を与え、軸上該中央部分の両側の部分により小
   なる間隙領域を与えるために可変間隔のピッチを画成し
   てなる加熱処置用同軸マイクロ波プローブ。