(57)【要約】【課題】マイクロ波を供給する半導体制御回路と、アンテナ部を同一筐体に有する半導体制御方式のマイクロ波治療器において、その操作性を適正化すること。【解決手段】マイクロ波を供給する半導体制御御素子１３と、半導体制御素子１３を冷却する冷却フィン１１及び冷却ファン１２と、アンテナ部１０とを同一筐体に有する操作部２を備え、冷却フィン１１を筐体内部の筐体中央１４より吸気口２１または排熱口２２に寄せて配し、操作部２を本体部１に可動的に配置するための取付けアーム３を、筐体中央１４より冷却フィン１１側に寄せて配することで、操作部２の重心と第１回転軸１５、第２回転軸１６の距離を近づけてなるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を供給するための半導体制御素子と、前記半導体制御素子を冷却するための冷却フィン及び冷却ファンと、前記マイクロ波を患者に供給するためのアンテナ部とを同一筐体に有する操作部を備え、前記筐体の筐体面の一部に吸気口または排熱口を有し、前記冷却フィンは前記筐体の内部にあって、前記筐体の筐体中央より前記吸気口または前記排熱口に寄せて配し、前記筐体を本体に可動的に配置するための取付けアームを前記筐体中央より前記冷却フィン側に寄せて配してなるマイクロ波治療器。
【請求項２】
前記冷却ファンは前記筐体の外部にあって、前記筐体中央より前記冷却フィン側に寄せて配してなる請求項１記載のマイクロ波治療器。
【請求項３】
前記冷却ファンは前記筐体の外部にあって、前記筐体中央より前記冷却フィンと反対側に寄せて配してなる請求項１記載のマイクロ波治療器。
【請求項４】
患者へのマイクロ波供給状態を報知するための蛍光管を備え、前記蛍光管は前記筐体の外部にあって、前記筐体中央より前記冷却フィンと反対側に寄せて配してなる請求項１または２記載のマイクロ波治療器。
【請求項５】
前記冷却ファンの排熱を前記アンテナ部より後方に廃するための排熱処理手段を備え、前記排熱処理手段は前記筐体にあって、前記筐体中央より前記冷却フィンと反対側に備えてなる請求項１または２記載のマイクロ波治療器。
【請求項６】
前記筐体に前記半導体制御素子への反射波を防ぐアイソレータを備え、前記アイソレータは前記筐体の内部にあって、前記筐体中央より前記冷却フィンと反対側に寄せて配してなる請求項１または２記載のマイクロ波治療器。
【請求項７】
前記操作部を所望の位置へ移動させるために把持する持ち手を備え、前記持ち手は前記筐体の外部にあって、前記筐体中央より前記冷却フィンと反対側に寄せて配してなる請求項１または２記載のマイクロ波治療器。
【請求項８】
前記アンテナ部を前記筐体中央より、前記冷却フィンと反対側に延出させてなる請求項１または２記載のマイクロ波治療器。
【請求項９】
前記冷却ファンの排熱を前記アンテナ部より後方に廃するための排熱処理手段を備え、前記排熱処理手段は前記筐体にあって、前記筐体中央より前記冷却ファン側に備えてなる請求項３記載のマイクロ波治療器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波治療器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波治療器は、マイクロ波発生源として真空管の一種であるマグネトロンが用いられていた。マグネトロンを用いる方式（マグネトロン方式）では、マグネトロンの重量が嵩むため、特許文献１に示されているように、アンテナと同一筐体に取付けることができず、アンテナとは別の本体にマグネトロンを設置せざるを得なかった。
【０００３】
一方、昨今の半導体技術の進歩を踏まえて、マイクロ波発生源として半導体制御素子を用いた半導体制御回路により、マイクロ波治療を行う半導体制御方式が考えられる。半導体制御方式は、マグネトロン方式と比較してマイクロ波発生源である半導体制御回路を大幅に小型化できるため、アンテナと半導体制御回路を同一筐体に配置することが可能となる。
【０００４】
アンテナと半導体制御回路を同一筐体に配置することで、半導体制御方式では、マグネトロン方式において必要であり本体に配したマグネトロンより供給されたマイクロ波をアンテナへ伝送する太い同軸ケーブルを廃することで、同軸ケーブルに纏わる異常発熱による故障を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−２３９０４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マイクロ波治療器においては、治療の際、アンテナを患者の患部付近に移動させて治療を行うのが一般的であるが、半導体制御方式では、アンテナと半導体制御回路を同一筐体に配置することで、筐体自体（操作部）の重量が嵩むことになる。さらに、半導体制御回路の半導体制御素子は、そのスイッチング動作により発熱するため冷却フィンを取付け、放熱する必要があり、従来のマグネトロン方式と比較して、操作部の重量が増加することにより、その操作性悪化に繋がるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、アンテナと半導体制御回路を同一筐体に配した半導体制御方式のマイクロ波治療器において、その操作性を適性化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のマイクロ波治療器は、マイクロ波を供給するための半導体制御素子と、前記半導体制御素子を冷却するための冷却フィン及び冷却ファンと、前記マイクロ波を患者に供給するためのアンテナ部とを同一筐体に有する操作部を備え、前記筐体の筐体面の一部に吸気口または排熱口を有し、前記冷却フィンは前記筐体の内部にあって、前記筐体の筐体中央より前記吸気口または前記排熱口に寄せて配し、前記筐体を本体に可動的に配置するための取付けアームを前記筐体中央より前記冷却フィン側に寄せて配してなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るマイクロ波治療器によれば、アンテナとマイクロ波供給部である半導体制御回路を同一筐体に配した場合であっても、その重量の増加に拘らず、操作部を適正化し、円滑に操作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図２】本発明の第１実施形態に係るマイクロ波治療器の概略構成を示すブロック図
【図３】本発明の操作部の第１回転軸、第２回転軸の説明を示した図
【図４】本発明の第２実施形態または実施例２に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図５】本発明の第３実施形態または実施例３に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図６】本発明の第３実施形態または実施例３に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図７】本発明の実施例１に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図８】本発明の実施例１に係る操作部の重心と第１回転軸の位置関係説明を示した図
【図９】本発明の実施例２に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図１０】本発明の実施例２に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図１１】本発明の実施例２に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図１２】本発明の実施例２に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図１３】本発明の実施例３に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【図１４】本発明の実施例３に係るマイクロ波治療器操作部の概観図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる第１実施形態について、図１〜図２を用いて説明する。第１実施形態におけるマイクロ波治療器は、本体部１と、本体部１に取付けアーム３を介して可動的に接続された操作部２とを備える。また、本体部１と操作部２は電気信号線４により電気的に接続されている。
【００１２】
本体部１は、機器各部への電力を供給する電源部５と、マイクロ波出力値、治療時間を含む治療条件を入力する入力部６と、設定値や治療状態を表示する表示部７と、入力部６により入力された治療条件の実行指示や表示部７の表示等、機器全体に関する制御をする制御部８を有している。電源部５からの電源電力や制御部８からの出力制御信号等は本体部１から操作部２へ電気信号線４を介して送信されている。また、従来のマグネトロン方式とは異なり、本体部１にマイクロ波発生源（マグネトロン）を配置していないため、本体部１を軽量化、小型化することができる。
【００１３】
操作部２は、マイクロ波を供給する半導体制御回路９と、マイクロ波を患者に供給するためのアンテナ部１０と、半導体制御回路９を冷却するための冷却フィン１１及び冷却ファン１２（排気式）とを同一筐体に備えている。また、筐体の筐体面の一部には吸気口２１を配し、排熱口２２を、吸気口２１を配した筐体面と筐体中央１４より反対側の筐体面に配している。
【００１４】
半導体制御回路９は増幅素子として、半導体制御素子１３を有する。半導体制御素子１３には、Si（シリコン）やGaAs（ガリウム砒素）やGaN（ガリウムナイトライド）を用いることができる。半導体制御素子１３の半導体スイッチングによりマイクロ波を増幅させ、アンテナ部１０へ供給し、アンテナ部１０から患者の患部へ供給している。マイクロ波の供給中は、半導体制御素子１３の半導体スイッチングによりスイッチング損失が生じ、その発熱により熱に弱い半導体制御素子１３の破壊が生じる可能性があるため、半導体制御素子１３を冷却フィン１１及び冷却ファン１２により冷却している。具体的には、半導体制御素子１３に取付けた冷却フィン１１を介して放熱させ、筐体外部に取付けられた冷却ファン１２から筐体内部の冷却フィン１１へ風を送り、冷却フィン１１の放熱を促している。第１実施形態では、冷却フィン１１を筐体中央１４より吸気口２１に寄せて配し、冷却ファン１２を、吸気口２１を設けた筐体面に配置している。
【００１５】
また、取付けアーム３は、操作部２の筐体中央１４より冷却フィン１１側に寄せて接続されており、取付けアーム３と操作部２の接続部にはボールジョイントなどを使用し、操作部２を回動可能に操作することができる。
【００１６】
上記構成により、本発明にかかる第１実施形態は、図３に示している操作部２の第１回転軸１５、第２回転軸１６を中心とした回転方向の操作を、円滑にすることができる。
【００１７】
具体的には、半導体制御回路９とアンテナ部１０を同一筐体にした場合、半導体制御素子１３に取付ける冷却フィン１１の冷却効率を考えると吸気口２１または排熱口２２に近接させて配する必要があり、操作部２の重心が冷却フィン１１側に偏る。そのため、操作部２と取付けアーム３の接続位置次第では、操作部２の慣性モーメントが大きくなることで、操作開始時に大きな力を必要とすることとなり、操作者への負担を増加させ、操作部２の円滑な操作が困難となる。
【００１８】
しかしながら、図１に示す本発明の第１実施形態によれば、取付けアーム３を筐体中央１４より冷却フィン１１側に寄せて接続しているため、操作部２の重心と取付けアーム３の接続位置を近接させている。従って、操作部２の重心と操作部２操作時の第１回転軸１５、第２回転軸１６との距離を短くし、第１回転軸１５、第２回転軸１６を中心とした回転における慣性モーメントを小さくすることができ、その他の取付けアーム３の接続位置より、第１回転軸１５、第２回転軸１６を中心した回転方向への操作を小さな力で行うことができる。その結果、操作者が操作部２の操作時に、不要に大きな力を必要とすることなく、操作を円滑にすることができる。
【００１９】
また、冷却フィン１１を筐体中央１４より吸気口２１に寄せて配し、冷却ファン１２を、吸気口２１を設けた筐体面に配することで、操作部２の重量配分を取付けアーム３の接続位置近郊に集中させ、第１回転軸１５、第２回転軸１６を中心とした回転における慣性モーメントをさらに小さくすることが可能である。なお、上記冷却ファン１２の配置は、冷却フィン１１と冷却ファン１２の距離を近づけ、冷却フィン１１が、冷却ファン１２が筐体外部から取り入れた風をより多く受けるため、冷却フィン１１の放熱効果をさらに促進させることで、半導体制御素子１３への熱による負荷を軽減し、半導体スイッチング動作を安定させることができる。
【００２０】
また、マイクロ波治療環境下では、患部以外へのマイクロ波照射により、周辺電子機器やマイクロ波治療器の誤動作や破壊など弊害を及ぼすことがある。マイクロ波の遮蔽手段としては、制御回路等の電子基板を金属などのマイクロ波反射材等により囲むことが良い。しかし、半導体制御方式では、筐体面に吸気口２１または排熱口２２が必要なため、筐体をマイクロ波反射材等により囲むことは困難である。また、操作部２の重量増加に繋がるため好ましくない。そこで、第１実施形態では、吸気口２１または排熱口２２を網目状とし、各網目の辺の長さをマイクロ波の波長の１／４波長以下とし、マイクロ波の筐体内部への進入を防止または低減し、マイクロ波治療器の破壊や誤動作を防ぐことができる。
【００２１】
（第２実施形態）
本発明にかかる第２実施形態について図４を用いて説明する。基本的な構造は第１実施形態と同様であるが、第２実施形態では、排気式の冷却ファン１２ではなく、吸気式冷却ファン１９を設けた点で第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に記載する。
【００２２】
具体的には、吸気式冷却ファン１９を、排熱口２２が配された筐体中央１４より冷却フィン１１と反対側の筐体面に配置し、操作部２の重心を第１実施形態より筐体端から筐体中央１４方向へ移動させている。また、操作部２の重心の移動に伴い、操作部２と取付けアーム３の接続位置を、第１実施形態より筐体端から筐体中央１４方向へ移動させている。
【００２３】
当該構成によれば、第１実施形態では、操作者が、操作部２の冷却フィン１１取付け側を把持して操作部２を操作することは、筐体中央１４より冷却フィン１１と反対側を把持して操作した時に比べて、困難であった。しかし、第２実施形態においては、操作部２の重心と操作部２操作時の第１回転軸１５、第２回転軸１６との距離を短く保ちつつ、操作部２と取付けアーム３の接続位置が第１実施形態より筐体中央１４方向にあるため、操作部２の冷却フィン１１取付け側を把持し易くなり、操作部２の冷却フィン１１取付け側を把持した際、第１実施形態に比べて円滑に操作することができる。
【００２４】
（第３実施形態）
本発明にかかる第３実施形態について図５〜図６を用いて説明する。基本的な構造は第１実施形態と同様であるが、第３実施形態は、操作部２に排熱処理手段１８を更に設けた点で第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に記載する。
【００２５】
具体的には、図５に示すように、冷却ファン１２の排熱をアンテナ部１０のマイクロ波供給面より後方へ廃する排熱処理手段１８を排熱口２２と同一筐体面に配置し、第２実施形態と同様に、操作部２と取付けアーム３の接続置を第１実施形態より、筐体端から筐体中央１４方向へ移動させている。
【００２６】
当該構成によれば、第１実施形態では、操作部２を操作する際に、冷却ファン１２の排熱（温風または冷風）が操作者または患者に当たる可能性があった。しかし、第３実施形態においては、操作部２の筐体中央１４より冷却ファン１２と反対側に、排熱処理手段１８としてダクト（風の通り道）を配置させている。従って、冷却ファン１２の排熱が操作者や患者に当たることを防ぎ、操作部２を安全に操作することがでる。また治療中、排熱が体に当たるという患者の不快感をなくし、リラックスした状態で治療を受けることができる。
【００２７】
また、図６に示すように、第２実施形態に排熱処理手段１８を更に設けた場合は、吸気式冷却ファン１９と排熱処理手段１８を吸気式冷却ファン１９に取り付けることで、操作者や患者に排熱が当たることを防ぐことができる。
【００２８】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１の操作部について図７〜図８を用いて説明する。操作部２は、マイクロ波を供給する半導体制御素子１３と、マイクロ波を患者に供給するためのアンテナ部１０と、マイクロ波を半導体制御素子１３からアンテナ部１０へ伝達するための伝送路２３と、半導体制御素子１３を冷却するための冷却フィン１１及び冷却ファン１２を同一筐体に備え、冷却ファン１２は筐体外部の筐体面に取付けられ、排気式を用いている。また、冷却ファン１２を取付けた筐体面に吸気口２１を、筐体中央１４を介して反対側の筐体面に排熱口２２を設けている。
【００２９】
半導体制御素子１３は、LDMOSFET、GaAsFETも使用可能だが、高効率を図るためスイッチング損失の少ないGaNを用いたGaNFETを使用する。マイクロ波出力時には、半導体制御素子１３の半導体スイッチングにより増幅された２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、伝送路２３を介してアンテナ部１０に供給され、アンテナ部１０から患部へ供給されている。また、マイクロ波の出力状態を操作者や患者へ示すために、ＧａＮＦＥＴのゲートON時にＬＥＤ（図示せず）を光らせている。
【００３０】
また半導体制御回路９とアンテナ部１０を結ぶ伝送路２３は、マグネトロン方式比べ、大幅に短くすることができ、伝送路２３でのマイクロ波の反射ロスを最小限に抑え、半導体制御回路９から供給されたマイクロ波をアンテナ部１０から効率良く患者の患部へ供給することができる。また、伝送路２３は筐体内にあり操作者や患者が触れることがないため、伝送路２３の故障を軽減することも可能である。
【００３１】
またアンテナ部１０には、操作部２の小型化、軽量化を図るために、板状アンテナのパッチアンテナや、板状のフェーズドアレイアンテナ、マイクロストリップアンテナ、ダイポルアンテナを用いることが望ましい。
【００３２】
また吸気口２１または排熱口２２は、操作部２の軽量化を考え、冷却ファン１２を取付けた筐体面と筐体中央１４を介して反対側の筐体面の全面に設けてもよいが、不要な埃やごみが筐体内へ進入するのを防ぐため、また吸気または排熱機能に影響を与えない必要最低限の冷却ファン１２と筐体面接触面積分を設けている。また、吸気口２１、排熱口２２を網目状とし、各網目の辺の長さは、マイクロ波の筐体内への進入による破壊や誤動作を低減するために、マイクロ波の１／４波長である３０mm以下とすることが望ましい。実施例１では、医療用のマイクロ波治療器には２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの周波数範囲が割り当てられているため、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚのマイクロ波の筐体内への進入を確実に防ぐことを考え、５mm以下とし、可能な限り各網目の辺の長さを小さくしている。
【００３３】
また、操作部２の重心２５は筐体中央１４より冷却フィン１１取付け側に偏るが、本実施例では、図８に示すように、第１回転軸１５が操作部２の重心２５を通るよう取付けアーム３を操作部２に接続することで、操作部２の重心２５と第１回転軸１５、第２回転軸１６の距離が最短となり、第１回転軸１５、第２回転軸１６を中心とする回転における慣性モーメントを小さくすることで、操作部２を円滑に操作することができる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の実施例２について図４、図９〜図１２を用いて説明する。基本的な構造は実施例１と同様であるが、実施例２では排気式の冷却ファン１２ではなく吸気式冷却ファン１９を備えている。吸気式冷却ファン１９は、操作部２の筐体中央１４より冷却フィン１１と反対側に寄せて配置すれば、操作部２の重心を筐体端から筐体中央１４方向へ移動させることで冷却フィン１１取付け側を把持した際の操作性を向上させている。また、実施例１と同様に、第１回転軸１５が操作部２の重心を通るよう取付けアーム３を操作部２に接続することで、慣性モーメントを小さくしている。
【００３５】
また、操作部２の重心が筐体端から筐体中央１４方向へ移動し、操作部２と取付けアーム３の接続位置を筐体中央１４に近づけることを考えると、実施例１に、マイクロ波が供給されると光を放つことでマイクロ波の供給状態を把握することができる蛍光管１７（図９参照）や、半導体制御素子１３の出力側に設けられてマイクロ波の反射等を防止するアイソレータ２０（図１０参照）、または、操作部２を所望の位置へ移動させるために把持する持ち手２４（図１１参照）を更に設け、操作部２の筐体中央１４より冷却フィン１１と反対側に寄せて配置することによっても同様の効果を得ることができる。さらに、アンテナ部１０にパッチアンテナを使用した場合は、パッチアンテナを操作部２の筐体中央１４より冷却ファン１２と反対側に延出させること（図１２参照）によっても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例３）
以下、本発明の実施例３について図５、図６または図１３、図１４を用いて説明する。基本的な構造は実施例１と同様であるが、実施例３では実施例１に更に排熱処理手段１８を備えている。図５に示すように、排熱処理手段１８にはダクトが用いられ、排熱口２２を覆う形で配置され、排熱をアンテナ部１０のマイクロ波供給面より後方に排出することにより、操作者と患者に排熱が当たることを防ぐことができる。また、図１４に示すように、排熱口２２をアンテナ部１０と反対側の筐体面に設け、そこから排熱が排出されるよう筐体内部にダクトなどを設け、排熱口２２へ誘導する構成でもよい。
【００３７】
また、図６に示すように、排気式の冷却ファン１２ではなく、吸気式冷却ファン１９を用いる場合は、吸気式冷却ファン１９と排熱処理手段１８を操作部２の筐体中央１４より冷却フィン１１と反対側に寄せて配置する。そして、吸気式冷却ファン１９を排熱口２２に取付け、吸気式冷却ファン１９の排出口にダクトを取付けることにより、排熱をアンテナ部１０のマイクロ波供給面より後方に排出することができる。また、ダクトは吸気式冷却ファン１９の排出口を覆う形で取付けても、排熱をアンテナ部１０より後方に排出することができる。
【００３８】
また、図１３に示すように、ダクトで排熱口２２を覆い、ダクトの排出口に吸気式冷却ファン１９を取付けても、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  本体部
２  操作部
３  取付けアーム
１０  アンテナ部
１１  冷却フィン
１２  冷却ファン（排気式）
１３  半導体制御素子
１４  筐体中央
１５  第１回転軸
１６  第２回転軸
１７  蛍光管
１８  排熱処理手段
１９  吸気式冷却ファン
２０  アイソレータ
２１  吸気口
２２  排熱口
２３  伝送路
２４  持ち手
２５  重心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020025631.tif 000013
【図１２】
2020025631.tif 000014
【図１３】
2020025631.tif 000015
【図１４】
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