(57)【要約】身体内の標的において温度上昇を誘発させるための無線周波数エネルギーを放射する単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータは、電界放射を伝送する複数の単極素子と、単極素子を装着するための複数の円形孔を有するＲＦ反射グラウンド平面を有し、治療する身体を受けるための開口部を形成する金属導波管と、各フェイズおよび電力付加ネットワークを通じて各単極放射素子に結合された電界のソースを提供する波形ジェネレータと、身体の皮膚表面に配置され、複数の単極素子からの電界放射を検出する少なくとも１つの電界プローブと、電界プローブに結合され、フィードバック信号を受信して、複数の単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整することにより、１つまたは複数の適応性ヌルを身体の表面に形成させ、温熱療法によって治療される標的組織に焦点を形成させる制御回路と、を備える。
2005537109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体内の標的において温度上昇を誘発させるための無線周波数エネルギーを放射する単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータであって、
ａ）それぞれ電界放射を伝送する複数の単極素子と、
ｂ）前記単極素子を装着するための複数の円形孔を有するＲＦ反射グラウンド平面を有し、治療する身体を受けるための開口部を形成する金属導波管と、
ｃ）各フェイズおよび電力付加ネットワークを通じて各単極放射素子に結合された電界のソースを提供する波形ジェネレータと、
ｄ）身体の皮膚表面に配置され、複数の前記単極素子からの電界放射を検出する少なくとも１つの電界プローブと、
ｅ）電界プローブに結合され、フィードバック信号を受信して、複数の前記単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整することにより、１つまたは複数の適応性ヌルを身体の表面に形成させ、温熱療法によって治療される標的組織に焦点を形成させる制御回路と、
を備えることを特徴とするアプリケータ。
【請求項２】
前記周波数エネルギーは、８０〜１２０ＭＨｚ帯であることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項３】
前記単極素子は、７ｃｍ〜１２ｃｍの長さを有することを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項４】
前記単極素子は、ほぼ０．１ｃｍ〜０．５ｃｍの直径を有することを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項５】
前記単極素子を取り囲む前記金属導波管構造は、身体を囲む楕円形の治療開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項６】
冷却された蒸留または脱イオン化水を有する水ボーラスを用いて、前記単極素子により放射された前記無線周波数エネルギーを、身体内に結合することを特徴とする請求項５に記載のアプリケータ。
【請求項７】
ファンまたはチューブにより供給される空気調節された空気および室温の空気のうちの１つにより冷却されたエアギャップ領域を用いて、前記単極素子により放射された前記周波数エネルギーを、身体内に結合することを特徴とする請求項６に記載のアプリケータ。
【請求項８】
前記単極素子は、ほぼ５０ｃｍ〜７０ｃｍの直径を有するリングに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項９】
前記単極素子は、前記単極素子の後方の前記反射グラウンド平面から６〜１０ｃｍ離れていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項１０】
前記患者治療開口部は、ほぼ４２ｃｍ〜５２ｃｍの範囲の長さの長軸と、ほぼ３０〜３８ｃｍの長さの短軸とを有することを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項１１】
前記患者は、前記単極アレイアプリケータの前記治療開口部内において、平面非導電性表面上に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項１２】
前記患者は、前記単極アレイアプリケータの前記治療開口部内において、非導電性円筒形チューブに支持されたケブラー（Kevlar）または布表面上に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項１３】
前記身体の外側に配置され、前記身体の温度を感知する少なくとも１つの温度センサをさらに備え、少なくとも１つの電界プローブおよび前記身体の外部の少なくとも１つの前記温度センサからのフィードバック信号が、コンピュータ制御回路に結合され、フェイズシフタおよび電力増幅器ネットワークを制御して、前記単極素子に供給される前記フェイズおよび電力を調整し、１つまたは複数のヌルを前記身体の皮膚表面に形成し、一方で、身体内の深部組織サイトにエネルギーを集束し、摂氏約３９〜４６度の範囲に加熱することを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項１４】
前記身体の皮膚表面に形成された前記ヌルの大きさ、および組織治療領域上の前記焦点は、前記単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整する適応性フェイズドアレイ高速アクセラレーション勾配サーチコンピュータアルゴリズムにより制御されることを特徴とする請求項１３に記載のアプリケータ。
【請求項１５】
前記集束された無線周波数エネルギーは、前記標的組織を加熱し、前記標的組織の近傍の血流内で循環する感熱性リポソームから薬物を放出させることを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項１６】
前記標的組織は、肝臓、肺、胸部、前立腺、膵臓、胃、直腸、結腸、膀胱、および身体の他の深部器官のうちの１つであることを特徴とする請求項１５に記載のアプリケータ。
【請求項１７】
前記集束された無線周波数エネルギーは、前記標的組織を加熱し、化学療法または前記標的組織の近傍の血流内で循環する薬物の効果を高めることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記標的組織は、肝臓、肺、胸部、前立腺、膵臓、胃、直腸、結腸、膀胱、および身体の他の深部器官のうちの１つであることを特徴とする請求項１７に記載のアプリケータ。
【請求項１９】
前記集束された無線周波数エネルギーは、前記標的組織を加熱し、前記標的組織に提供される放射線療法の効果を高めることを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２０】
前記標的組織は、肝臓、肺、胸部、前立腺、膵臓、胃、直腸、結腸、膀胱、および身体の他の深部器官のうちの１つであることを特徴とする請求項１９に記載のアプリケータ。
【請求項２１】
前記集束された無線周波数エネルギーは、前記標的組織を加熱し、前記標的組織の近傍の血流内で循環する遺伝子療法の効果を高めることを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２２】
約０．５メガジュール〜２．５メガジュールの無線周波数エネルギードーズが、前記単極アレイアプリケータに供給され、前記標的組織を治療加熱することを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２３】
前記内部組織温度を、カテーテル内に配置された侵襲性温度センサにより監視することを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２４】
前記内部組織温度を、受動無線周波数放射測定、応用電位断層法、受動または能動超音波放射測定あるいは他の非侵襲性温熱療法技術のうちの１つにより非侵襲的に監視することを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２５】
摂氏４３度に比例する約３０〜１２０分の等価熱ドーズを、標的組織に供給することを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２６】
前記標的組織は、前癌、癌、良性、感染、関節炎、ヒト免疫不全症ウイルス、および他の病変組織のうちの１つであることを特徴とする請求項１４に記載のアプリケータ。
【請求項２７】
各単極素子は、別個の発振器により非コヒーレントに駆動されることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項２８】
前記身体は、前記単極アレイアプリケータの開口部内にて、平坦な硬質の支持体により支持されていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項２９】
前記身体は、前記単極アレイアプリケータの開口部内にて、２つの円筒形の棒の間に支持されるケブラー（Kevlar）または布材料により支持されていることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項３０】
前記単極導波管空洞は、アクリルプラスチック材料製のものであり、したがって、内部組織温度を、磁気共鳴撮像、受動無線周波数放射測定、応用電位断層法、受動または能動超音波放射測定、および他の非侵襲性の温度測定技術のうちの１つにより、非侵襲的に監視することができることを特徴とする請求項１に記載のアプリケータ。
【請求項３１】
単一のアプリケータを用いて、前記身体内の標的の温度上昇を誘発させることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３２】
２つ以上のアプリケータを用いて、前記身体内の標的の温度上昇を誘発させることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３３】
前記金属導波管が配置または吊り下げられるアプリケータ支持体をさらに備え、前記アプリケータ支持体および金属導波管は、前記身体の少なくとも１つの軸に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３４】
前記金属導波管開口部内の身体を保持するための非導電性支持体をさらに備え、前記非導電性支持体は、前記金属導波管開口部内に移動可能に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３５】
前記非導電性支持体は、標的身体のｘ，ｙ，およびｚ軸に沿って移動可能となるように設置されていることを特徴とする請求項３４に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３６】
前記単極素子は、約９０ｃｍまでの直径を有するリングに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３７】
前記金属導波管は、アルミニウムおよび金属化ファイバーグラスまたはプラスチックのうちの１つにより作られていることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３８】
前記金属化ファイバーグラスまたはプラスチックは、連続して金属化、および導電性メッシュまたは導電性ワイヤで形成、のうちの１つであることを特徴とする請求項３７に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項３９】
前記金属導波管は、前記開口部の円の部分を形成し、前記身体を受けるための前記開口部は、前記金属導波管の円弧の下にあることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【請求項４０】
前記単極素子は、治療される前記身体の周りにリングを形成し、前記制御回路は、前記単極素子をアクティブ化および非アクティブ化して、ＲＦ放射を前記標的身体に集束させることを特徴とする請求項１に記載の単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、患者の体内の癌性、前癌状態、または良性の腫瘍、あるいは関節炎組織およびヒト免疫不全症ウイルス（ＨＩＶ）に関わる組織などの、感染または病的組織の深部加熱に用いられる、単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体内の深部組織への温熱療法を施す際の最も困難な側面は、皮膚にやけどを負わせることなく、深部組織の十分な加熱を提供することである。適応性集束された電磁エネルギービームを深部腫瘍位置にて生成する方法は、米国特許第５，２５１，６４５号、第５，４４１，５３２号、第５，５４０，７３７号、および第５，８１０，８８８号に記載されており、これらのすべてを、参考のために本明細書に引用する。
【０００３】
米国特許第５，２５１，６４５号では、適応性ＲＦ温熱療法フェイズドアレイが説明されており、これは、腫瘍にアレイ放射を集束する間、非侵襲性の電界センサからのフィードバック測定を用いて、健康的な組織における望まれない温度熱点をヌルにするか、あるいは減少させる。米国特許第５，４４１，５３２号では、単極フェイズドアレイアプリケータ装置が説明されており、これは、ＲＦまたはマイクロ波の集束を用いて、深部腫瘍を加熱しながら、同時に、適応性ヌル化を用いることにより、温度熱点の発生を最小化する。米国特許第５，５４０，７３７号は、胸部内の深部腫瘍を加熱するための、圧迫された胸部の両側への適応性単極導波管フェイズドアレイが説明されている。米国特許第５，８１０，８８８号は、腫瘍への標的薬物供給のための単極フェイズドアレイを説明しており、これは、感熱性リポソームの適応性加熱および活性化により、腫瘍内に薬物を放出する。
【０００４】
深部組織加熱は、表面組織のやけどを起こす場合があり、結果として、深部腫瘍を加熱する間に、表面組織のやけどを避けることは、特に困難である。深部加熱を必要とする可能性がある腫瘍には、肝臓、肺、膵臓、卵巣、直腸、前立腺、胸部、および胃の腫瘍が挙げられる。また、深部腫瘍は、しばしば進行しておりサイズが大きいため、通常、局部化熱が必要とされる。当該技術分野では、深部腫瘍治療のための無線周波数（ＲＦ）温熱療法が、通常、摂氏約４３〜４６度の範囲において、相乗効果を得るために、放射線療法または化学療法と組み合わされることが知られている。米国特許第５，８１０，８８８号において展開されているように、温熱療法は、選択された組織への、感熱性リポソームによる適応性フェイズドアレイ標的薬物供給においても用いることができる。感熱性リポソームは、摂氏約３９〜４５度の範囲の温度で放出される薬物を含む脂質気泡である。この譲受人の方法は、２００１年３月１３日のニーダム（Needham）による米国特許第６，２００，５９８号、“温度反応リポソーム配合（Temperature Sensitive Liposomal Formulation）”、において説明されているように、薬物エージェントを摂氏約３９〜４５度にて放出する、ドキソルビシンなどの化学療法エージェントを含む近年開発された温度反応リポソームの調合と共に使用することができる。癌性組織の直接殺傷を、摂氏約４３〜５０度の範囲の温度で達成することができる。詳細には、細胞殺傷は、摂氏約４３〜４５度の範囲の枯死、および、摂氏約４５〜５０度（またはそれ以上）の範囲での壊死により誘発することができる（ゲルハード（Gerhard）ら、“短期温熱療法：異なるヒト細胞株の極端な温度への短い暴露後の体外生存（Short Term Hyperthermia: In Vitro Survival of Different Human Cell Lines After Short Exposure to Extreme Temperatures）”、温熱療法および放射線による癌治療（Cancer Therapy by Hyperthermia and Radiation）、ストレファー（Streffer）C、編集、バルチモア−ミュンヘン（Baltimore-Munich）：アーバン＆シュワルツェンバーグ（Urban & Schwarzenberg）、２０１−２０３頁、１９７８年；およびハーモン（Harmon）ら、“体外のネズミ肥満細胞腫において４２〜４７℃加熱で誘発される細胞死：限界温度負荷より上で死の形態が枯死から壊死へと変化する証拠（Cell Death Induced in a Murine Mastocytoma by 42-47℃ Heating in vitro: Evidence that the Form of Death Changes From Apoptosis to Necrosis Above a Critical Heat Load）”、放射線生物学の国際ジャーナル（Int J Radiat Biol）、ｖｏｌ．５８、８５４〜８５８頁、１９９０年）。組織細胞の直接殺傷は、摂氏４３〜５０度の範囲の温度により達成することができるため、腫瘍を加熱する間に表面組織のやけどを避けるという課題を、やはり解決する必要がある。
【０００５】
大径のリングアレイ（人体の直径の約１．５〜３倍）による約５０〜３００ＭＨｚの範囲におけるＲＦ周波数での温熱療法が、一般に、深部腫瘍加熱に薦められている。結合ボーラスと共に４つの導波管により構成された、深部腫瘍加熱用のリングフェイズドアレイが、最初に、フォン・ヒッペル（von Hippel）により、１９７３年に導入された（フォン・ヒッペル（von Hippel）ら、バイオ材料の誘電分析（Dielectric Analysis of Bio-Materials）、マサチューセッツ工科大学（Massachusetts Institute of Technology）、絶縁体リサーチ研究室（Laboratory for Insulation Research）、技術論文１３、１６〜１９頁、ＡＤ−７６９  ８４３）。深部腫瘍加熱用の双極子リングフェイズドアレイの概念が、ターナー（Turner）により、米国特許第４，５８９，４２３号に説明されており、また、ターナー（Turner）Ｐ．Ｆ．、シャファマイヤー（Schaefermeyer）Ｔ．、およびサクストン（Saxton）Ｔ．による論説に説明されている（深部腫瘍の加熱技術における将来動向（Future Trends in Heating Technology of Deep-Seated Tumors）、癌リサーチにおける最近の結果（Recent Results in Cancer Research）ｖｏｌ．１０７、２４９〜２６２頁、１９８８年）。
【０００６】
導波管エンクロージャのない大径の温熱療法アレイによる患者の治療の難点の１つは、大きな水ボーラスに、身体に向けたＲＦエネルギーを結合する必要があることである。患者の身体に置かれる大きな水ボーラスの質量は、患者には不快となるであろう。迷放射のために、しばしば、金属遮蔽室で温熱療法装置を囲む必要がある。金属導波管の囲いなしでは、アレイは、患者の縦軸に沿った迷ＲＦエネルギー放射の可能性を有し、これは、快適性と安全性に対する懸念をもたらす可能性がある。したがって、金属遮蔽室には、迷ＲＦエネルギーが、導波管の囲いがないシステム内の他の電子装置への干渉を防ぐことが求められるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の欠点は、本発明に係る単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータにより解決される。単極フェイズドアレイアプリケータは、無線周波数エネルギーを放射して身体内の標的組織の温度上昇を誘発するものであり、それぞれ電界放射を伝送する複数の単極素子と、単極素子を装着するための複数の円形孔を有するＲＦ反射グラウンド平面を有する金属導波管と、各フェイズおよび電力付加ネットワークを通じて各単極素子に結合された電界のソースを提供する波形ジェネレータと、患者の身体の皮膚表面に配置され、複数の電極素子からの電界放射を検出する少なくとも１つの電界プローブと、電界プローブに結合され、フィードバック信号を受信して、複数の単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整することにより、１つまたは複数の適応性ヌルを身体の表面に形成させ、治療される標的組織に焦点を形成させる制御回路と、を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
適応性温熱療法ＲＦ単極フェイズドアレイアンテナアプリケータは、標的身体を囲み、摂氏約３９〜５０度の範囲の、最小限に侵襲的な組織加熱を提供する。このアプリケータは、加熱のみの治療に使用することができ、感熱性リポソームを活性化させ、薬物を身体の深部領域に優先的に供給する、あるいは、放射線療法、化学療法、薬物、または遺伝子療法に相乗効果的に使用することができる。単極フェイズドアレイの使用は、人体内の深部の大きな組織質量の集中加熱を可能にし、同時に、患者に快適さを提供する。アレイが、適応性フェイズドアレイモードで動作する場合、フェイズドアレイアンテナ素子に供給される電力およびフェイズは、身体外（例えば患者の皮膚上、および治療する組織領域内）に配置された非侵襲性の電界および温度センサにより測定されたフィードバック信号を用いてコンピュータ制御され、フェイズシフタおよび電力増幅器ネットワークを制御して、単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整し、１つまたは複数のヌルを患者の皮膚表面に形成し、一方で、深部組織サイトにエネルギーを集束し、摂氏３９〜４６度の範囲まで加熱する。患者の皮膚表面に形成されるヌルの大きさ、および組織治療領域における焦点は、単極素子に供給されるフェイズおよび電力を調整する適応性フェイズドアレイ高速アクセラレーション勾配サーチコンピュータアルゴリズムにより制御することができる。高速アクセラレーション適応性ヌル化および集束勾配サーチアルゴリズムならびに深部腫瘍加熱用の単極アレイアプリケータは、フェン（Fenn）による米国特許第５，８１０，８８８号に記載されており、開始点として使用することができる。
【０００９】
理論的に、適応性単極フェイズドアレイ温熱療法システムは、人体内の前立腺、胸部、肝臓、直腸、結腸、頚部、膵臓、胃、膀胱、肺、および他の深部器官サイトにおいて生じる腫瘍などの、多くの異なる種類の深部腫瘍を、臨床的に治療することが可能である。この温熱療法システムを用いて、組織を加熱し、標的組織の近傍の血流内で循環する感熱性リポソームから、薬物を放出することにより、薬物供給の標的を定めることができる。同一の温熱療法システムを、標的放射温熱療法と組み合わせて使用し、化学療法、薬物、および遺伝子療法の効果を高めることもできる。
【００１０】
レーザー光線を用いて薬物またはリポソームカプセル化薬物を活性化する、光線力学療法（シャム（Shum）ら、リポソームによる薬物供給システムのフォトトリガリング（Phototriggering of Liposomal Drug Delivery Systems）、先進的薬物供給レビュー（Advanced Drug Delivery Review）、２００１年、ｖｏｌ５３、２７３〜２８４頁）とは対照的に、非侵襲性の適応性フェイズドアレイ温熱療法システムによる深部加熱を用いて、感熱リポソームを活性化させ、薬物を腫瘍に集中し、活性化することができる。“熱力学（Thermodynamics）”という用語は、熱と他のエネルギー形態の関係の物理学を表す。ここで説明される治療法は、したがって、適応性フェイズドアレイ（ＡＰＡ：adaptive phased array）熱力学療法（ＴＤＴ：thermodynamic therapy）と称することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、既知の深部加熱システムに関わる欠点を克服する、単極フェイズドアレイ温熱療法アプリケータおよびシステムを対象としている。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る、水で満たされた温熱療法用の単極リングアレイアプリケータ１００の実体図が、図１に示されている。好適なアプリケータ１００には、８本の単極アンテナ素子１０４があり、これらは金属導波管空洞１５０の内部位置に装着されている。好適な実施形態においては、放射周波数は、約９０〜１１０ＭＨＺの範囲にある。金属導波管空洞１５０は、装着された単極素子が、治療開口部３００の周りにリングを形成するように構成されている。好適な実施形態においては、リングは円形であり、９０ｃｍまでの直径を有する。より好適な直径は、約５０〜７０ｃｍの間である。金属導波管空洞は、下側金属平面１２５と、上側金属平面１３０とにより形成されており、その両方が、中央に楕円形の開口部を有している。楕円形断面の、実質的に硬質のアクリルプラスチックチューブ２００を用いて、金属導波管空洞部分に水が保持される。患者治療開口部３００は、単極リングアレイの中央領域に位置している。
【００１３】
単極アンテナ素子１０４は、互いに並列となっており、金属導波管空洞の円筒形後壁１４０から一定の距離に配置されている。例えば、単極素子は、リング状に配置され、各単極素子の後方の反射グラウンド面から約６〜１０ｃｍ離されている。図２において、単極アレイ素子は、ＲＦフェイズシフタ８０（Φ１，Φ２，．．．，Φ８）および電力増幅器９０（ｐ１，ｐ２，．．．，ｐ８）デバイスにより、それぞれ適応性駆動される。温熱療法に適した持続波ＣＷ（発振器）パルス、または他の波形などの、ＲＦ信号が、波形ジェネレータ８７により生成され、受動電力分割器９１を用いて、８つのチャネルに分割される。
【００１４】
長さＬおよび直径Ｄを有する１つの単極アンテナ素子１０４が、図３に示されている。単極アンテナ素子１０４の長さＬは、約７〜１２ｃｍの長さとすることができる。単極アンテナ素子１０４の直径Ｄは、約０．１〜０．５ｃｍとすることができる。単極アンテナ素子１０４は、ＲＦ同軸ケーブル１１０の中心導体に装着され、単極アンテナ素子１０４の金属導体を照らすフィード開口部１０８を形成する。単極導体は、金属グラウンド面１２５に垂直に向けられている。単極アンテナ素子１０４は、Ｎ型の同軸接続子などの標準ＲＦ同軸接続子により、ＲＦ同軸ケーブルに接続することができる。単極フィード開口部１０８は、同等に、金属グラウンド面１２５の円形の孔であり、ここで、Ｎ型同軸接続子が、グラウンド面１２５に結合される。好適な実施形態においては、単極素子１０４は、ストレートな円筒形の金属の線またはチューブ製とすることができる。代わりの実施形態においては、単極素子１０４は、円錐形または螺旋形とすることができる。他の実施形態においては、単極アレイアプリケータ１００の後壁１４０に平行する双極子を、アレイ素子として使用することもできる。
【００１５】
単極アレイ設計は、セットアップおよび治療の間の患者の快適さ、深部加熱、集束加熱パターンのリアルタイム制御、および縦方向加熱配分の制限、などを含む多くの理由から、望ましいものである。また、本発明に係る単極フェイズドアレイ設計における迷放射は、最小限であり、治療用のＲＦ遮蔽室および患者の遮蔽の必要性を少なくする。
【００１６】
患者の快適さ
単極フェイズドアレイアプリケータ１００の概略図が、図４に示されている。楕円系アクリルプラスチックチューブ２００は、ｔｐで示された厚さを有する。標的身体９２が、単極アレイアプリケータ１００の開口部３００内に配置される。図４に示される実施形態において、空冷エアギャップ領域２８０を用いて、ＲＦエネルギーが患者の深部組織に結合される。エアギャップ２８０は、エアギャップに向けられた複数のチューブまたはファンを通じて送られる、調節された空気または室温の空気により、冷却することができる。図５に示された代わりの実施形態においては、柔軟性のある水ボーラスを用いて、ＲＦエネルギーを患者の深部組織に結合させる。単極アンテナ素子位置１０８は、ＲＡで示された半径を有する円（リング）上に配置されている。金属導波管ハウジング１５０の内側半径は、ＲＷにより示されている。金属導波管ハウジングの厚さは、ｔＷで示されている。金属導波管１５０の外面は、アルミニウムまたは他の硬質支持部材４００により支持されている。硬質の支持部材４００を移動可能にして、単極フェイズドアレイアプリケータ１００を、患者の治療の前および／または後に移動することもできる。例えば、硬質支持部材４００に車輪を設けて、１つの位置から他への水平移動を可能にすることができ、あるいは車輪を、走路またはレールと組み合わせて使用し、単極アレイアプリケータ１００の移動をガイドして患者の配置面を横断させ、腫瘍の正確な加熱のための単極アンテナ素子の配置を向上させることができる。例えば、磁気ロックを用いて、医者により選択された単極アレイアプリケータの治療位置を維持させることもできる。患者治療の断面開口部は、長軸ａと短軸ｂを有する楕円形である。アプリケータの水平移動に加えて、アプリケータリングまたはリングの部分を、電気的に操作される縦移動プラットフォームと共に走路に載置することもできる。これにより、物理的解剖学的構造の微調整が可能となり、これを治療開口部の目の中心に配置することができる。
【００１７】
図５において、循環する冷却された蒸留または脱イオン化水で満たされた柔軟性のあるプラスチック袋により構成される、ほぼ楕円系の水ボーラス２５０が、温熱療法の前に患者の胴とアクリル開口部領域２００の間に配置されている。この治療構成は、長軸ａｗと短軸ｂｗの寸法を図４の空冷構成と比較すると、より小さな患者治療開口部３００を有している。本発明によると、患者治療開口部は、好ましくは、約４２〜５２ｃｍの長軸と、約３０〜３８ｃｍの短軸を有する。
【００１８】
液体で満たされたボーラスは、身体の表面の冷却を補助し、血流を修正し、ＲＦ放射を標的身体に結合させる、可変の周辺圧力を有してもよい。すなわち、ボーラスの圧力を、治療に応じて、その周辺にわたって変化させることができる。ボーラスを介した圧力増加は、標的身体への血流を低下させ、これにより、加熱された血液の標的身体治療領域からの除去を遅くすることで、ＲＦ放射熱／エネルギーの供給を強化し、加熱される部位を形成することが想像される。
【００１９】
図６は、患者治療の間はソフトパッドで覆われる平面で硬質の患者支持体６００を含む、単極フェイズドアレイアプリケータ１００の概略図を示している。患者は通常、あお向けまたはうつ伏せに横たわる。代わりの実施形態において、図７は、治療の間に患者を支持するための、２つの円筒支持体７１０の間に張られたケブラー（Kevlar）または布材料７００を含む、単極フェイズドアレイアプリケータ１００の概略図を示している。患者支持体６００または７００は、図８または図９にて提案されるように、２つの部分に分割して、治療開口部３００を提供、または、治療開口部と機械的に配列されるギャップを提供することができる。患者支持体は、６００または７００のいずれも、図１０により提案されるように、隙間なしで患者の最大身長を覆うための、単一の長さとすることができる。好適な実施形態においては、患者の支持に用いられる材料は、非導電性のものである。例えば、平面硬質患者支持体６００または７００は、木材、プラスチック、またはファイバーグラスにより製造することができる。加えて、金属または他の電気導体を、単極フェイズドアレイアプリケータの治療開口部３００内に直接置かないようにするとう条件で、接地された金属材料を、患者支持体６００または７００に用いることもできる。
【００２０】
単極アレイアプリケータの移動に加えて、またはその代わりに、患者支持体６００または７００を、単極アレイアプリケータ１００の開口部３００内で移動可能にしてもよい。したがって、標的腫瘍が、単極アンテナ素子のアレイとの効率的な配列へと移動することができ、これにより、より良い温熱治療がもたらされる。患者支持体６００または７００、および移動可能なアプリケータは、ｘ，ｙおよびｚ軸に沿って移動ように設計することもできる。これにより、単極フェイズドアレイアプリケータ１００が、身体をスキャンする能力を有し、３つの軸すべてに沿った加熱能力が増加する。
【００２１】
図１１は、単極フェイズドアレイアプリケータ１００の側面図を示している。治療開口部３００は、金属導波管構造に囲まれており、Ｗで示された導波管の縦方向開口部寸法内にほぼ収まっている。金属導波管１５０および導波管内の水３５０に関係する質量のすべては、患者から離されている。適度に厚い（患者の断面によって約４〜１０ｃｍの範囲の）柔軟性のある水ボーラス２５０を用いて、導波管の開口部からのＲＦエネルギーを、胴に結合することができる。アプリケータ１００は、実質的に硬質であるため、水ボーラス２５０の質量のみが、目標身体（患者）に圧力を加える。水ボーラスは、循環する冷却された蒸留または脱イオン水を用いることができる。好適な実施形態においては、水ボーラスが用いられているが、図１２に示されている他の実施形態においては、水ボーラスは用いられておらず、エアギャップ２８０を、冷却または室温空気を伝えるファンまたはチューブを介した空気冷却と共に用いて、温熱療法の間に安全な皮膚表面温度を維持する。本発明に係る他の実施形態においては、水ボーラスとエアギャップ技術が組み合わされ、導波管の開口部からのＲＦエネルギーを、標的身体に結合している。これは、エアギャップ技術と組合された場合は、小さな水ボーラスであっても、使用することができることを示している。
【００２２】
本発明に係る単極フェイズドアレイは、完全に満たされ患者と接触した大きな水ボーラスを有する双極子のアレイとは、著しく異なっており、ボーラスの質量はしばしば患者にとって不快であるため、単極フェイズドアレイの方が、より快適であろう。サイズおよび質量は問題ではないため、より深く貫通できるようにした、効果的なより大きい直径のアレイが、本発明に係る単極アレイにより可能となる。
【００２３】
本発明に係る他の実施形態においては、単極素子１０４を収容する導波管空洞１５０は、アルミニウム製あるいは金属化ファイバーグラスまたはプラスチック製とすることができる。導波管空洞は、基本的設計の所望の電気、放射パターンおよび流体収納の原理を保持する導体材料の単体または複合体製とすることができる。ファイバーグラスまたはプラスチック材料の金属化は、アルミニウムあるいは他の導体メッシュまたは導体配線と共に、連続的または交互にすることができる。水漏れの可能性を最小化するために、導体空洞を、単体または互いに密閉された複合体で作製することが望ましい。例えば、３個の材料が用いられている場合、２つのアルミニウムまたは他の導体材料の板が、互いに並列になり、アプリケータの上壁１３０と下壁１２５を形成する。第３のアルミニウムまたは他の導体板が、円弧状に巻かれ、単極素子の後ろの湾曲した後壁を形成する。臨床の動作では、耐水シールが重要である。したがって、アルミニウム板を、溝および柔軟なガスケットを用いて結合させ、次いで互いに溶接する必要がある。湾曲した開口部の形状に曲げられた、アクリル（例えばプレキシグラス（Plexiglas））またはファイバーグラスの開口部カバーが、導体空洞内の水を密封および支持する。丈夫な開口部カバーを設けて、水の重量が患者を圧迫しないようにする必要がある。
【００２４】
単極素子の大型のリングアレイの深部加熱特性
特定吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）は、温熱療法アプリケータの加熱性能を定量化するために用いられるパラメータである。ＳＡＲは、温熱療法アプリケータにより放射される電界の大きさの二乗に比例する。リングアレイ直径を適切に選択することにより、表面ＳＡＲのレベルを、腫瘍または治療領域の深さにおいて提供されるＳＡＲに比較して減少させることが可能である。基本的に、この効果は、球面波対平面波放射によるものである。平面波は、組織の誘電性損失により、筋組織内で急速に減衰する。球面波においては、誘電性損失に加えて、波は、半径距離Ｒに逆比例して減衰する。電界減衰の（１／Ｒ）放射依存度が、深さと共に除去されるため、平面波は、球面波よりも深く貫通する。平面波は、誘電材料減衰による損失のみによって、減衰される。球面波面は、リングアレイの直径を大きくさせることにより、より平面にすることができる。したがって、効果的な直径９０〜１２０ｃｍのアレイは、直径６０ｃｍのリングアレイに比べて、より深い貫通をもたらすことができる。単極フェイズドアレイ導波管設計は、この大型のリングアレイを可能にする。図１３において、アクティブな単極素子の後ろの反射表面１５５が、結果として効果的なより大きなアレイ直径を有する単極１０９の二次画像アレイを提供する。Ｒ１で示される、画像単極アレイの効果的直径は、
Ｒ１＝２ＲＷ−ＲＡ    （１）
に等しい。図１３を参照すると、好適な実施形態においては、単極アレイの半径は、ほぼＲＡ＝３０ｃｍであり、反射壁面は、ほぼ半径ＲＷ＝３８ｃｍを有し、したがって、式（１）により、画像アレイ半径は、ほぼＲ１＝４６ｃｍとなる。好適な実施形態においては、単極から反射後壁１５５までの距離は、約８ｃｍとなる。
【００２５】
熱力学療法における温熱リアルタイム制御
文献において、時折、患者に加熱を行う実際の温熱療法セッションの管理に関する事前治療計画が、述べられている。論理的な治療と実際の治療は著しく異なるため、このアプローチは、一般的には受け入れられない。温熱治療の間、フェイズシフタおよび電力増幅器、ならびにケーブル、接続子、および人体それ自体におけるフェイズドリフトが、顕著なフェイズ集束誤差をもたらす（ストローブ（Straube）ら、深部領域温熱療法における臨床フェイズドアレイのフェイズ安定性（Phase Stability of a Clinical Phased Array for Deep Regional Hyperthermia）、温熱療法の国際ジャーナル（International Journal of Hyperthermia）、Ｖｏｌ．１１（１）、８７〜９３頁、１９９５年）。図１４に概略的に示されるように、本発明は、電界および温度センサ１１２からのリアルタイムフィードバック信号１１４を使用することにより、信頼性の高いアプローチを用いて、患者内の電界および温度配分を制御する。リアルタイムフィードバック１１４および制御１１６を有する適応性単極フェイズドアレイ１００は、臨床治療向けの実行可能なアプローチである。
【００２６】
図１４に示される好適な実施形態においては、薬物エージェントを含む感熱性リポソーム１５９が、患者の血流に注入され、治療する組織に向かって移動する。適応性単極フェイズドアレイアプリケータ１００からのＲＦ放射が、標的組織の温度を、焦点１０７において上昇させ、感熱性リポソームを加熱して、リポソーム内の薬物エージェントを放出させる。深部腫瘍を加熱するための適応性集束とは、基本的に、フェイズドアレイの各単極素子のフェイズシフトを調整し、これにより電界を最大化させ、焦点１０７を腫瘍に形成することである。しかしながら、適応性集束のみでは、一般的に、表面の熱点を回避するには十分でないことが予想される。
【００２７】
表面フィールドの非侵襲性の適応性ヌルを、プローブ１１２における１つまたは複数のヌル位置における皮膚表面に取り付けられた電界センサからのフィードバックを用いて、かつ、放射する各単極アンテナへの電力とフェイズを制御することによって達成することができる。各表面電界センサを囲むヌルゾーン１２０は、身体内に貫通しており、皮膚と皮下組織を保護する。模型における適応性ヌルおよび深部加熱のデモンストレーションが、首尾よく実施されており、例えば、双極子の４チャネルリングアレイがある（フェン（Fenn）ら、癌の適応性フェイズドアレイ温熱治療におけるエネルギーデポジションの改善された局部限定（Improved Localization of Energy Deposition in Adaptive Phased-Array Hyperthermia Treatment of Cancer）、腫瘍学管理のジャーナル（The Journal of Oncology Management）Ｖｏｌ．７（２）、２２〜２９頁、１９９８年）。
【００２８】
アレイにおける単極素子へのＲＦ電力の制御は、温度フィードバック測定により腫瘍における所望の温度および熱ドーズを設定すること、または、許容可能かつ安全な皮膚表面温度を維持しながら、供給されるマイクロ波エネルギードーズの合計を、臨床研究の結果に基づいて制御すること、のいずれかにより、リアルタイムで決定される。腫瘍における温度測定は、腫瘍に挿入された侵襲性の温度センサ、または非侵襲性の温度測定手段により達成することができる。
【００２９】
ＲＦ放射の制限
好適な実施形態において、深部加熱単極フェイズドアレイは、ＲＦ放射単極アンテナ素子のリングアレイにより構成されている。リングアレイ素子は、標準的な同軸接続子の中央ピンにより電力供給される、ほぼ４分の１の波長の共振単極である（フェン（Fenn）ら、頭蓋腔および頭蓋底腫瘍の温熱治療用の非侵襲性の単極フェイズドアレイ：設計、分析、および模型試験（Noninvasive Monopole Phased Array for Hyperthermia Treatment of Cranial-cavity and Skull-base Tumors: Design, Analysis, and Phantom Tests）医学及び生物学におけるＩＥＥＥ工学の国際会議の議事録（Proceedings of the International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society）、サンディエゴ（San Diego）、カリフォルニア（California）、１９９３年１０月２８〜３１日、Ｖｏｌ．１５、第３部、１４５３〜１４５４頁；フェン（Fenn）ら、乳癌の温熱治療用の最小限に侵襲的な単極フェイズドアレイ：設計および模型試験（Minimally Invasive Monopole Phased Arrays for Hyperthermia Treatment of Breast Carcinomas: Design and Phantom Tests）、電磁適合性に関する国際シンポジウム１９９４（1994 International Symposium on Electromagnetic Compatibility）仙台、日本、５６６〜５６９頁）。単極素子は、蒸留または脱イオン化水で満たされた並列板導波管構造内で放射を行う。円筒形の金属の後壁を用いて、ＲＦエネルギーが患者の胴に向けて反射される。無線周波数エネルギーは、約８０〜１５０ＭＨｚの範囲にある。組織に深く貫通させるために、所望の放射周波数は、約１００〜１５０ＭＨｚの範囲である（周波数範囲８８〜１０８ＭＨｚは、ＦＭラジオ帯であることに留意されたい）。単極フェイズドアレイアンテナがＦＭラジオ受信に干渉するかどうかを判別する簡単な試験は、標準的なＦＭラジオを、治療室の外に置き、単極アレイが最大電力を伝達する際の干渉を聞くことである。
【００３０】
導波管開口部の断面開口は、幅が約４２〜５２ｃｍ、高さが約３０〜３８ｃｍであり、ほとんどの患者を収容する。単極アレイ導波管アプリケータは、取り外し可能とすることができ、軽量材料を用いて作製することができる。例えば、アプリケータは、ほとんどの患者サイズを収容するために、１つまたは２つの異なる大きさの開口部を持たせて作製することができる。導波管開口部の（患者の軸すなわち縦方向に沿う）開口は、波長の約２分の１である。１００ＭＨｚにおいて、水中の波長は、約３４ｃｍであり、したがって波長の２分の１は、約１７ｃｍである。電界放射は、この１７ｃｍ縦領域よりも長くならないように制限される。開口部の開口は、実際には、波長の約３分の１から波長の２分の１超まで変更することができる。
【００３１】
好適な実施形態において、深部温熱療法システム内の電力増幅器は、４００〜６００ワットのピークを、８チャネルシステムにおけるチャネルごとに生成することができる。深部温熱療法システムにおける各電力増幅器は、コンピュータの制御下で、ゼロワットから最大電力レベルまで変化させることができる。
単極フェイズドアレイ深部加熱システム設計およびコンピュータシミュレーション
【００３２】
深部温熱療法アレイ用の放射単極素子の設計は、以下の通りである。脱イオン化水の１００ＭＨｚにおける誘電定数は、約７８．０であり、導電率は約０．０００１Ｓ／ｍである。波長は、約３３．９ｃｍに計算される。先に、単極と空洞後壁の間は約８ｃｍであると述べたが、これは、約０．２３５波長に一致する。各単極放射アンテナ素子の理論上の長さは、典型的に、波長の４分の１、すなわち約８．５ｃｍである。実際に作製された単極アレイでは、Ｎ型接続子を用いることができ、真鍮ロッドを接続子の中央ピンにはんだ付けするか、または接続子の中央ピンを実際に真鍮ロッドに交換して、単極放射体を形成することができる。真鍮ロッドアンテナ素子の直径は、０．３１７５ｃｍとすることができ、これは、Ｎ型接続子の中央ピンと同じ直径である。９１５ＭＨｚ動作用に作製された先の単極アレイは、０．３４波長の電気的長さを有する単極素子を用いていた（フェン（Fenn）ら、電磁適合性に関する国際シンポジウム１９９４（1994 International Symposium in Electromagnetic Compatibility）、上述）。この０．３４波長の電気的長さは、１００ＭＨｚ動作に対して約１１．５ｃｍとなり、これは、好適な実施形態において選択されている波長である。所望の周波数帯域は、実際の単極長さを決定する。８つの放射単極素子の位置は、表１において作表されている。
【表１】
2005537109.tif 000003
単極アレイの放射の集束および制限をデモンストレーションするために、適応性単極フェイズドアレイを、当初ノースウェスタン大学（Northwestern University）において開発されたＦＤＴＤ（Finite-Difference Time-Domain）コードを用いて詳細に分析した。いくつかの異なる単極アレイアプリケータを、（例えば図１５に示すように）脂肪層で囲まれた均質の筋肉模型（食塩水）を用いて解析した。
【００３３】
単極アレイの論理的加熱性能を、特定吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）を計算することにより評価した。基本的には、ＳＡＲは、次のように表わされる。
【００３４】
ＳＡＲ＝ｃｄＴ／ｄｔ  （２）
（ただし、ｃは組織の特定熱）、ｄＴは、時間間隔ｄＴの間の組織温度の上昇である。
同等に、ＳＡＲは、次のように計算することができる。
【００３５】
ＳＡＲ＝０．５σ｜Ｅ｜２／ρ  （３）
ここで、σは組織の導電率、｜Ｅ｜は電界大きさ、ρは組織の密度である。
【００３６】
１００ＭＨｚ動作向けの１つの特定の設計におけるＦＤＴＤ計算結果を、ここで考察する。この例では、単極素子は、図１５に示すように、直径６０ｃｍのリングに配置されている。単極アレイ素子座標は、表１に記載されている。単極素子は、７６ｃｍの内径を有する水を満たした円形の金属空洞により囲まれている。したがって、単極素子は、空洞後壁から８ｃｍ離れている。水の誘電定数は、７８．０であり、導電率は、１００ＭＨｚにおいて０．０００１Ｓ／ｍである。筋肉模型は、食塩水（誘電定数７７．０、導電率０．５Ｓ／ｍ）により作られており、模型の外側２ｃｍは、脂肪（誘電定数７．０、導電率０．０７Ｓ／ｍ）の均一層により作られている。食塩水模型筋肉の塩度ｓは、千分率（ｐｐｔ：parts per thousand）（水ｋｇごとの塩グラム）は、ｓ=９ｇ／ｋｇまたは９ｐｐｔであり、これは脱イオン化水において０．９％ＮａＣｌである。楕円形模型（脂肪層を含む）の長軸は、３６ｃｍであり、短軸は、２４ｃｍである。このタイプの模型を、適応性フェイズドアレイアプリケータと共に実験的に用いた（フェン（Fenn）ら、腫瘍学管理のジャーナル（The Journal of Oncology Management）、上述）。模型を取り囲む２つの楕円の間の３ｃｍのスペースが、水により作られる（水ボーラス）。外側の楕円は、Rexoliteなどのアクリルプラスチック材料（誘電定数２．５５、導電率０．０００８Ｓ／ｍ）で作ることができ、これは、単極アレイの開口部を密閉する。エネルギーを放射する単極素子を取り囲む外円は、アルミニウムなどの高導電材料（誘電定数１．０、導電率３７２ｘ１０７Ｓ／ｍ）として作られる。単極アレイの側面図が、図１６に示されており、対称性のため、４つの単極素子のみが示されている。中線面（ｘ＝０）における、温熱療法アプリケータおよび模型の側面図が、図１７に示されている。アプリケータおよび模型を取り囲む残りの媒体は、均一な空気（誘電定数１．０、導電率０．０Ｓ／ｍ）である。
【００３７】
計算を目的として、放射周波数を１００ＭＨｚとして選択し、各単極のフェイズを、ピークマイクロ波信号が、模型の中点（０，０，０）において集束するように調整した。ＦＤＴＤソフトウェアを用いて、一度に１つずつ放射する各単極の電界振幅およびフェイズパターンを計算してもよく、第２コンピュータプログラムにより、アレイ全体の電界放射パターンおよび特定吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）パターンを（重ね合わせにより）計算してもよい。図１８に示されるグラフは、計算されたＳＡＲを、ｙ＝０，ｚ＝０における楕円形模型の長軸に沿ってプロットしている。図１９のグラフは、計算されたＳＡＲを、ｘ＝０，ｙ＝０における楕円形模型の短軸に沿ってプロットしている。図２０は、ＳＡＲ値を、ｘ＝０，ｚ＝０における模型の縦軸に沿ってプロットするグラフである。長軸および短軸に沿う単一ピークは、適応性集束された所望の深部加熱パターンが達成されることを示している。また、長軸に沿ってガウス（Gaussian）（ベル）形に形成されたＳＡＲパターンは、ＳＡＲの５０％が単極アレイ導波管開口部の幅の周り（約１７ｃｍ）に限定されることを示している。縦軸寸法のより大きな加熱ゾーンは、図２１で示すように、距離ｓで離された２つの単極アレイアプリケータを設けることにより可能である。２つのアプリケータには、結合させて（共通の発振器で）、または結合させずに（別々の発振器で）給電することができる。
【００３８】
等価熱ドーズの計算
累積すなわち等価熱ドーズをしばしば用いて、温熱治療の間、与えられる熱ドーズを定量化する。摂氏４３度に比例する、累積すなわち合計の等価熱ドーズを、以下のように合計として計算する（サパレト（Sapareto），ＳＡおよびデューイ（Dewey），ＷＣ、癌治療における熱ドーズ決定（International Journal of Radiation Oncology Biology Physics）、放射線腫瘍生物物理学の国際ジャーナル（International Journal of Radiation Oncology Biology Physics）Ｖｏｌ．１０，７８７〜８００頁、１９８４年）。
【００３９】
ｔ４３℃等価分＝ΔｔΣＲ（４３−Ｔ），  （４）
ただし、Σは治療の間の一連の温度測定の合計であり、Ｔは一連の温度測定（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，．．．）であり、Δｔは、測定の間の一定の時間間隔（秒の単位で、分に変換）であり、Ｒは、Ｔ＞４３℃の場合に０．５に等しく、Ｒは、Ｔ＜４３℃の場合に０．２５に等しい。等価な熱ドーズ計算は、癌性の胸部組織、健康な皮膚、および他の組織を含む組織への、発生し得る熱ダメージを評価するのに有用である。式４は、広範な体外および体内での細胞生存データに基づいて、サパレト（Sapareto）およびデューイ（Dewey）により開発された論理的モデルであり、４３℃の基準温度の使用は、温熱療法による、より早い癌細胞の殺傷速度の発生が、いつ始まるかに関する最良の推定値である。好ましくは、摂氏４３度に比例する、約３０〜１２０分の等価の熱ドーズを、標的組織に供給することができる。式４の使用の例として、組織温度が１５分にわたり４５℃に維持された場合、等価熱ドーズは、ｔ４３℃＝１５＊２（４５−４３）＝１５＊４＝６０分と計算される。摂氏４３度に比例する６０分の等価な熱ドーズは、単独で、あるいは感熱性リポソーム薬物治療、放射線療法、化学療法、遺伝子療法、または薬物と組み合わせて用いた場合、治療上の効果を達成するのにしばしば十分である。好適な実施形態においては、等価な熱ドーズは、摂氏４３度に比例する３０〜１２０分の範囲にある。
【００４０】
無線周波数エネルギードーズの計算
電気エネルギー消費は、一般に、キロワット時間の単位で表わされる。数学的に、アプリケータにより供給される無線周波数エネルギーＷの表現は、次の式により得られる（ビトロガン（Vitrogan）、電気および磁気回路の素子（Elements of Electric and Magnetic Circuits）、ラインハート出版（Rinehart Press）、サンフランシスコ（San Francisco）、３１〜３４頁、１９７１年）。
【００４１】
Ｗ＝ΔｔΣＰｉ  （１）
上の式において、Δｔは、一定間隔を（秒で）表わし、この間隔において、無線周波数電力が測定され、合計Σは、全治療間隔にわたるものであり、第ｉ間隔における電力（ワット）を、Ｐｉで表わしている。
【００４２】
無線周波数エネルギーＷは、ワット−秒の単位を有し、これは、ジュール（Joule）としても示される。例えば、３つの連続する６０秒間隔において、無線周波数電力が５００ワット、４００ワット、６００ワットの場合、１８０秒間に供給される合計のマイクロ波エネルギーは、それぞれ、Ｗ＝６０（５００＋４００＋６００）＝９０，０００ワット‐秒＝９０，０００ジュール＝９０キロジュールとして計算される。単極アレイアプリケータによる典型的な無線周波数温熱治療は、１０００ワット程度を、約１８００秒（３０分）の期間にわたって使用し、これは、１，８００，０００ジュール＝１．８メガジュールに等しい。本発明の好適な実施形態によると、標的組織の治療加熱を行うために、０．５メガジュールから２．５メガジュールの間の無線周波数エネルギードーズを、単極アレイレプリケータに供給することができる。
【００４３】
単極アレイの非侵襲性温度測定技術との適合性
図１４を参照すると、０で示されたセンサは、ＲＦフィールドを集束させるための組み合わされた電界センサと、単一のカテーテルにおいて温度を測定するための光ファイバ温度センサとを含んでいる。追加的な内部点における温度測定では、カテーテルを通して組織に挿入される、複数の侵襲性温度センサを用いられる。侵襲性の温度測定法に関わる組織の損傷、感染、および苦痛のリスクを避けるために、温熱療法の間に非侵襲的に深部組織温度を測定する技術が、強く望まれる。単極フェイズドアレイ１００は、ＲＦおよび超音波受動放射測定の両方、応用電位断層法、および受動超音波撮像を含む、文献に展開される組織の非侵襲性の温度測定のほとんどの技術に適合する。単極アレイは、単極アレイ導波管空洞（底板１２５、上板１３０、および後壁１４０）が、金属でなくプラスチック材料製であるという条件で、非侵襲性の温度測定用の磁気共振撮像技術に適合する。好適な実施形態においては、無線周波数単極アレイは、フェン（Fenn）らによる米国特許第５，４４１，５３２号において記載されているように、温熱療法アプリケータとして、および、非侵襲性の温度測定用の受動無線周波数放射計として、切り換えモードで使用することができる。単極アレイアプリケータは、応用電位断層法技術に適合する（Ｅ．Ｊ．グロス（Gross）およびＡ．Ｊ．フェン（Fenn）、“応用電位断層法およびフェイズドマイクロ波システムの適応性制御（Applied Potential Tomography and Adaptive Control of Phased Microwave Systems）”、北米温熱療法学会第１４回年次総会議事録（Proceedings of the 14th Annual Meeting of the North American Hyperthermia Society）、ナッシュビル（Nashville）、テネシー（Tennessee）、１９９４年４月２９日〜５月４日、１１０頁）。
動作の非コヒーレントモード
特定のケース、特に組織の均一な加熱が望まれる場合では、単極アレイ１００を、図２２で概略的に示すように、非コヒーレントモードで動作させることができる。図２２において、ＣＷ発振器などの独立した波形ジェネレータ８７が、単極アレイ素子にＲＦ電力を供給する各電力増幅器９０を駆動する。
【００４４】
特定の適用では、３６０度の単極リングアプリケータ全体を必要としないかもしれないことが、想像される。加熱治療によく反応するいくつかの癌、伝染病（例えばエイズ）、糖尿病、乾癬、関節炎または他の病気の治療のために、単極リングの一部分のみをアクティブ化してもよく、あるいは例えばリングの半分のみを作製してもよい。加熱する身体の領域に応じて、選択された単極アンテナ素子をアクティブ化および非アクティブ化して、所望の領域を加熱することができる。単体リングアプリケータまたは複数リングアプリケータにおける、単極アンテナ素子の数を増加させる能力、および、特定の単極アンテナ素子を論理的に非アクティブ化またはアクティブ化する能力は、身体の所望の領域を効果的に加熱する、電界のより正確な集束または非集束を可能にする。集束または非集束は、身体を（電子フェイズシフタ制御または機械的スキャンのいずれかにより）スキャンすることによって、および／または選択された単極アンテナ素子を非アクティブ化またはアクティブ化することによって、身体の標的組織にて約４０度〜５５度の範囲の温度を得ることにより達成される。この単極アプリケータは、熱のみによる治療および／または薬物の活性化および放出および／または遺伝子療法として使用されることが、想像される。このような単極アプリケータにより、身体の所定領域を、集束された放射で治療することができ、かつ／または身体のより大きな局部領域を加熱することができる。
【００４５】
単極アンテナ素子は、一定の電力を有することに加えて、パルス化されたＲＦ信号を有するＲＦフェイズシフタ８０および電力増幅器９０デバイスにより駆動することができる。ＲＦ信号のパルス化は、標的組織に供給される熱の強度を増加させ、これにより、標的組織内の薬物を活性化または放出し、あるいは遺伝子療法を強化する。パルス化は、また、細胞膜を開く役割も果たすことができ、これは、薬物供給または遺伝子療法を強化するであろう。単極素子に供給される一定の電力を有するＲＦ信号の変わりに、好ましい範囲で変化する周波数を有するＲＦ信号を用いて、標的身体に供給されるＲＦ放射をパルス化することもできる。
均等物
本発明を、特に、例示された実施形態を参照して示し、説明してきたが、当該分野の当業者には、形態および詳細のさまざまな変更を、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、行うことが可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、水で満たされた単極リングアレイアプリケータの概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る、単極アレイ素子がそれぞれＲＦフェイズシフタおよび電力増幅デバイスにより適応性駆動される温熱療法システムを示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る１つの単極素子を示している。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る単極フェイズドアレイアプリケータを概略的に示している。
【図５】図５は、ほぼ楕円形の水ボーラスの概略図である。
【図６】図６は、患者支持体を有する単極フェイズドアプリケータの概略図である。
【図７】図７は、患者を支持するための２つの支持体の間に張られた布材料を有する単極フェイズドアプリケータの概略図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係る治療開口部を提供するために２つの部分に分割された硬質の支持体を示している。
【図９】図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る治療開口部を提供するために２つの部分に分割された布支持体を示している。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態における、隙間のない布支持体を示している。
【図１１】図１１は、単極フェイズドアレイアプリケータの側面図である。
【図１２】図１２は、他の実施形態における患者支持体を囲むエアギャップを示している。
【図１３】図１３は、単極フェイズドアレイアプリケータの空洞内の直径を示している。
【図１４】図１４は、電界および温度センサからのリアルタイムのフィードバック信号を使用した、その治療の間の制御を概略的に示している。
【図１５】図１５は、脂肪層により囲まれた均質の筋肉模型として食塩水を使用した単極フェイズドアレイアプリケータを概略的に示している。
【図１６】図１６は、図１５に係る単極アレイの側面図である。
【図１７】図１７は、図１５の温熱療法アプリケータおよび食塩水模型の側面図である。
【図１８】図１８は、楕円形模型の長軸に沿って計算されたＳＡＲを示すグラフである。
【図１９】図１９は、楕円形模型の短軸に沿って計算されたＳＡＲを示すグラフである。
【図２０】図２０は、楕円形模型の縦軸に沿って計算されたＳＡＲを示すグラフである。
【図２１】図２１は、距離をおいて離された２つの単極アレイアプリケータを使用した本発明の他の実施形態を示す側面図である。
【図２２】図２２は、本発明の他の実施形態に係る単極フェイズドアレイアプリケータを概略的に示している。
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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