(57)【要約】  本発明は、熱抵抗式ヒーターであって、腫瘍組織と接触して熱を腫瘍組織に伝導するために使用される熱伝導ハウジングと、熱伝導ハウジングに位置して、電流によって自己発熱し、電気エネルギーおよび熱エネルギーの変換はジュールの法則に準拠する熱抵抗と、熱伝導ハウジングに位置して、熱抵抗によって生成された熱を分散し、熱伝導ハウジングに均一に伝導する放熱体と、放熱体に連結され、特定の位置の温度が熱伝導ハウジングの温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にある熱伝導補償アームと、および熱伝導補償アームの特定の位置温度値を収集することにより、熱伝導ハウジングの平均加熱温度値を反映する温度センサーとを含む、前記熱抵抗式ヒーターを提供する。本発明は、熱伝導補償アームでの温度センサーの取り付け固定位置を調節して、温度センサーによって感知される温度がハウジングの加熱領域の表面温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にあるようにすることにより、コントローラーによってヒーターの表面温度を正確に制御する目的を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍組織を加熱して腫瘍組織を不活性化、アブレーションするために使用される熱抵抗式ヒーターであって、
前記腫瘍組織と接触して熱を前記腫瘍組織に伝導するために使用される熱伝導ハウジングと、
前記熱伝導ハウジングに位置して、電流によって自己発熱する熱抵抗と、
前記熱伝導ハウジングに位置して、熱抵抗によって生成された熱を分散し、前記熱伝導ハウジングに均一に伝導する放熱体と、
前記放熱体に連結され、特定の位置の温度が前記熱伝導ハウジングの温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にある熱伝導補償アームと、および
熱伝導補償アームの前記特定の位置温度値を収集することにより、前記熱伝導ハウジングの平均加熱温度値を反映する温度センサーとを含むことを特徴とする、前記熱抵抗式ヒーター。
【請求項２】
コントローラーをさらに含み、前記コントローラーは、前記温度センサーにより収集された温度信号によって熱抵抗に流れる電流の大きさを調節して、温度センサーの温度信号が設定値に安定するようにし、前記熱伝導ハウジングの表面の温度を正確に制御する目的を達成することを特徴とする
請求項１に記載の熱抵抗式ヒーター。
【請求項３】
前記温度センサーの温度信号は、温度センサーワイヤ（５）を介して前記コントローラーに送信され、コントローラーによって出力される電流は、熱抵抗ワイヤを経て前記熱抵抗に伝送されることを特徴とする
請求項１に記載の熱抵抗式ヒーター。
【請求項４】
前記熱伝導補償アームにおいて前記放熱体に連結される一端の温度は高く、前記熱伝導補償アームにおいて前記放熱体から離れる一端の温度は低く、熱伝導補償アームでの温度センサーの位置を調整し、熱伝導距離を調節することにより、温度補償の目的を達成し、最終的に前記温度センサーを取り付ける前記特定の位置を決定することを特徴とする
請求項１に記載の熱抵抗式ヒーター。
【請求項５】
前記温度センサーと熱抵抗は、放熱体、熱伝導補償アームを介して一体構造を形成することを特徴とする
請求項４に記載の熱抵抗式ヒーター。
【請求項６】
前記熱伝導ハウジングは、ステンレス鋼ハウジング（１）であり、および／または前記放熱体は、放熱銅コア（２）であることを特徴とする
請求項４に記載の熱抵抗式ヒーター。
【請求項７】
前記放熱体の外面は前記熱伝導ハウジングの内壁と隙間なく接触され、前記放熱体の内壁は前記熱抵抗と熱伝導接触されることを特徴とする
請求項１に記載の熱抵抗式ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱抵抗式ヒーターに関し、特に腫瘍治療のための熱抵抗式ヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、臨床で使用されている腫瘍温熱療法機器は、高周波腫瘍温熱療法機器とマイクロ波腫瘍温熱療法機器であり、いずれも電磁波を利用して腫瘍組織を加熱する。基本的な原理は、人体組織が電磁波を吸収して昇温することである。人体組織による電磁波の熱への変換は、電磁波の強度に関連するだけでなく、人体組織自体の構造、誘電率にも大きな関係がある。腫瘍組織は複数の構造が共存しているため、高周波またはマイクロ波を使用して腫瘍を加熱すると、腫瘍組織全体の温度が不均一になり、腫瘍の内部温度が大きく異なり、一部の腫瘍組織は炭化し、一部の腫瘍組織はまた腫瘍の不活化温度に達していない現象が生じ、腫瘍は完全に不活化されていない。
【０００３】
腫瘍温熱療法過程では、腫瘍組織を昇温させる熱抵抗式ヒーター（以下、ヒーターと略称する）の表面温度を正確に制御することが非常に重要である。そうでなければ、腫瘍を完全に不活化することができず、腫瘍アポトーシスのプロセスを制御することができず、または患者の正常組織および臓器を損傷することがある。したがって、ヒーターは腫瘍の温熱療法において２つの重要な特性を持ち、その１つ目は熱エネルギーを生成することであり（電磁放射なし）、２つ目はヒーターの表面温度を制御できることである。このため、ヒーターに温度センサーを取り付ける必要がある。しかし、温度センサーの設置位置は温度測定の精度に影響を及ぼす。温度センサーがヒーターの表面に直接設置され、腫瘍組織に直接接触している場合、次の問題が発生する。１．温度センサーとヒーターの表面は点接触し、温度センサーの測定値はヒーターのあるポイントの温度値のみであり、ヒーター全体の平均温度値ではない、２．温度センサーの温度測定ポイントが放熱不良領域にある場合、この位置の熱は迅速に伝達できず、放熱が良好な他の領域よりも温度が高くなり、ヒーター全体（平均）の温度が、治療が必要な処理温度値より低くなり、治療効果に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は熱抵抗式ヒーターを設計し、その解決しようとする技術的問題は、ヒーターの表面温度をいかにして正確に制御して腫瘍温熱療法を安全かつ効果的にするかである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の解決策を採用する。
腫瘍組織を加熱して腫瘍組織を不活性化、アブレーションするために使用される熱抵抗式ヒーターであって、
前記腫瘍組織と接触して熱を前記腫瘍組織に伝導するために使用される熱伝導ハウジングと、
前記熱伝導ハウジングに位置して、電流によって自己発熱する熱抵抗と、
前記熱伝導ハウジングに位置して、熱抵抗によって生成された熱を分散し、前記熱伝導ハウジングに均一に伝導する放熱体と、
前記放熱体に連結され、特定の位置の温度が前記熱伝導ハウジングの温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にある熱伝導補償アームと、および
熱伝導補償アームの前記特定の位置温度値を収集することにより、前記熱伝導ハウジングの平均加熱温度値を反映する温度センサーとを含むことを特徴とする、前記熱抵抗式ヒーター。
【０００６】
さらに、コントローラーをさらに含み、前記コントローラーは、前記温度センサーにより収集された温度信号によって熱抵抗に流れる電流の大きさを調節して、温度センサーの温度信号が設定値に安定するようにし、前記熱伝導ハウジングの表面の温度を正確に制御する目的を達成する。
【０００７】
さらに、前記温度センサーの温度信号は、温度センサーワイヤ５を介して前記コントローラーに送信され、前記コントローラーによって出力される電流は、熱抵抗ワイヤを経て前記熱抵抗に伝送される。
【０００８】
さらに、前記熱伝導補償アームにおいて前記放熱体に連結される一端の温度は高く、前記熱伝導補償アームにおいて前記放熱体から離れる一端の温度は低く、熱伝導補償アームでの温度センサーの位置を調整し、熱伝導距離を調節することにより、温度補償の目的を達成し、最終的に前記温度センサーを取り付ける前記特定の位置を決定する。
【０００９】
さらに、前記温度センサーと熱抵抗は、放熱体、熱伝導補償アームを介して一体構造を形成する。
【００１０】
さらに、前記熱伝導ハウジングは、ステンレス鋼ハウジングであり、および／または前記放熱体は、放熱銅コア２である
【００１１】
さらに、前記放熱体の外壁は前記熱伝導ハウジングの内壁と隙間なく接触され、前記放熱体の内壁は前記熱抵抗と熱伝導接触される。
【発明の効果】
【００１２】
前記熱抵抗式ヒーターは、以下の有益な効果を有する。
【００１３】
（１）本発明は、熱伝導補償アームでの温度センサーの取り付け固定位置を調節して、温度センサーによって感知される温度がヒーターの表面温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にあるようにすることにより、コントローラーによってヒーターの表面温度を正確に制御する目的を達成する。
【００１４】
（２）本発明は、熱抵抗加熱方法によって腫瘍組織を不活性化およびアブレーションし、熱伝導補償アーム上の温度センサーによってヒーターの加熱温度を正確に制御することによって、腫瘍の不活性化およびアポトーシスのプロセスを制御し、患者の正常組織、臓器への損傷を防ぐことができる。
【００１５】
（３）本発明は、熱伝導により腫瘍組織を加熱するために熱抵抗加熱を使用するので、腫瘍組織の内部温度は、勾配分布され、すなわち、温度制御熱抵抗ヒーターに隣接する組織の温度は高く、温度制御熱抵抗ヒーターから離れた組織の温度は低く、いずれの腫瘍組織の構造にも例外はない。腫瘍組織と正常組織の接合領域に配置された温度検出器の温度値は、腫瘍組織全体の温度がこの温度値以上であることを示している。したがって、腫瘍組織と正常組織の接合領域に配置された温度検出器２の温度が４３ ℃ − ４５ ℃の間で一定時間安定すると、正常な人体に害を及ぼすことなく腫瘍組織を完全に不活性化できる理想的な組織温熱療法を実現できる。
【００１６】
（４）本発明は、熱抵抗を利用して発熱するため、電磁放射を発生せず、温度センサーに干渉を発生せず、温度制御熱抵抗ヒーターと温度検出器の温度データは、リアルで、信頼性が高く、継続的である。
【００１７】
（５）本発明は、ＰＩＤ温度制御回路を採用して、温度制御熱抵抗ヒーター１の温度が安定で、精度が高く、温度調整時のオーバーシュートが少なく、温度制御が正確で、熱処理工程が安全で信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の熱抵抗式ヒーターの軸方向断面構造の模式図である。
【図２】本発明の熱伝導補償アームの温度分布の模式図である。
【図３】本発明の新規な腫瘍温熱療法装置部材の構成模式図である。
【図４】本発明の熱抵抗式ヒーターおよび温度検出器の第１の位置設定模式図である。
【図５】本発明の温度測定抵抗ヒーターおよび温度検出器の第２の位置設定模式図である。
【図６】本発明の温度測定抵抗ヒーターおよび温度検出器の第３の位置設定模式図である。
【図７】本発明の温度制御プロセスの関数模式図である。
【図８】本発明の温度検出器の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、図１から図８を参照して本発明をさらに説明する。
【００２０】
本発明は、熱伝導により腫瘍組織を加熱するために熱抵抗加熱を使用するので、腫瘍組織の内部温度は、勾配分布され、すなわち、熱抵抗ヒーターに隣接する組織の温度は高く、熱抵抗ヒーターから離れた組織の温度は低く、いずれの腫瘍組織の構造にも例外はない。熱抵抗ヒーターで腫瘍組織を加熱し、腫瘍組織の端部温度が不活化温度に達すると、腫瘍組織全体の温度は不活化温度以上になり、腫瘍組織全体は完全に不活化される。
本発明は、熱抵抗を利用して発熱するため、電磁放射を発生せず、近くの電子機器および電子デバイスにいかなる干渉も引き起こさない。
【００２１】
図１に示されたように、熱抵抗ワイヤ４はコントローラーに連結され、温度センサーワイヤ５はコントローラーに連結される。コントローラーによって出力される加熱電流は、ワイヤ４を経て熱抵抗３に伝送される。熱抵抗３は、電流の作用により発熱する。熱は、熱伝導によって放熱銅コア２を昇温させ、放熱銅コア２の昇温は、熱伝導によって薄肉ステンレス鋼ハウジング１を昇温させ、同時に放熱銅コア２の温度を熱伝導補償アーム７を介して温度センサー６に伝送する。温度センサー６の温度信号を温度センサーワイヤ５を介してコントローラーに送信される。コントローラーは、温度センサー６の信号を介して加熱電流の大きさを調節して、温度センサー６の温度信号を設定値に安定させ、ホットナイフの表面温度を正確に制御する目的を達成する。
【００２２】
ステンレス鋼の熱伝導率が低いため、加熱中のステンレス鋼ハウジング１の表面温度は、放熱銅コア２の温度よりもはるかに低い。温度センサー６を単に放熱銅コア２に取り付ける場合、温度センサー６の温度は、ステンレス鋼ハウジング１の表面の実際の温度とは大きく異なると表示される。温度センサー６をステンレス鋼ハウジング１に配置する場合、放熱不良領域に接触し、温度センサー６が歪んだ温度値を収集する可能性がある。
【００２３】
放熱銅コアに取り付けられた温度センサー６がステンレス鋼ハウジング１の表面の平均温度を正確に反映できるようにするために、温度センサー６を熱伝導補償アーム７に取り付け、熱伝導補償アームでの温度センサー６の位置を調整し、熱伝導距離を調節して、温度補償の目的を達成して、温度センサー６によって感知される温度がステンレス鋼ハウジング１の表面温度と同じであるか、誤差が許容範囲内にあるようにする。
【００２４】
本発明は、熱伝導補償アームでの温度センサーの取り付け固定位置を調節することにより、温度センサーによって感知された温度がホットナイフの表面温度と同じであるか、誤差が許容範囲内にあるようにすることにより、コントローラーによってホットナイフの表面温度を正確に制御する目的を達成する。
【００２５】
図２に示したように、ステンレス鋼ハウジング１の表面の平均温度の実際の値がＴ度であるとすると、熱伝導補償アーム７の右側と放熱銅コア２連結端の温度は、ステンレス鋼ハウジング１の表面の平均温度の実際の値Ｔより高く、連結端から離れた熱伝導補償アーム７の温度は徐々に低下する。例えば、熱伝導補償アーム７には６つの温度測定ポイントがあり、左から右に測定した温度は順次にＴ−２、Ｔ−１、Ｔ、Ｔ＋１、Ｔ＋２およびＴ＋３である。温度センサー６は、温度がＴに表示される温度測定ポイントに取り付けられるべきである。これにより、ステンレス鋼ハウジング１の表面の平均温度をリアルに反映したり、無限に近づけたりできる。
【００２６】
図３に示したように、新規な腫瘍温熱療法装置であって、腫瘍の内部中心位置に配置され、熱抵抗発熱方法によって腫瘍を加熱し、同時に自己発熱温度を正確に制御する熱抵抗式ヒーター１１と、腫瘍組織と正常組織との接合領域に配置されて温度を測定する温度検出器１２と、および熱抵抗式ヒーター１１に連結されて、加熱温度を表示および制御し、また温度検出器１２に連結されて、測定温度を表示するコントローラーとを含む。
【００２７】
前記熱抵抗式ヒーター１１は、腫瘍組織を加熱して、腫瘍組織を不活性化、アブレーションするために使用され、腫瘍組織と接触して熱を腫瘍組織に伝導するために使用される熱伝導ハウジングと、熱伝導ハウジングに位置して、電流によって自己発熱する熱抵抗と、熱伝導ハウジングに位置して、熱抵抗によって生成された熱を分散し、熱伝導ハウジングに均一に伝導する放熱体と、放熱体に連結され、その特定の位置の温度が熱伝導ハウジングの温度と同じであるか、または誤差が要求範囲内にある熱伝導補償アームと、および熱伝導補償アームの特定の位置温度値を収集することにより、熱伝導ハウジングの平均加熱温度値を反映する温度センサーとを含む。
【００２８】
コントローラーをさらに含み、コントローラーは、温度センサーにより収集された温度信号によって熱抵抗に流れる電流の大きさを調節して、温度センサーの温度信号が設定値に安定するようにし、熱伝導ハウジングの表面の温度を正確に制御する目的を達成する。温度センサーの温度信号は、温度センサーワイヤ５を介してコントローラーに送信され、コントローラーによって出力される電流は、熱抵抗ワイヤを経て前記熱抵抗に伝送される。
【００２９】
熱伝導補償アームにおいて放熱体に連結される一端の温度は高く、熱伝導補償アームにおいて放熱体から離れる一端の温度は低く、熱伝導補償アームでの温度センサーの位置を調整し、熱伝導距離を調節することにより、温度補償の目的を達成し、最終的に温度センサーを取り付ける特定の位置を決定する。
【００３０】
温度センサーと熱抵抗は、放熱体、熱伝導補償アームを介して一体構造を形成する。前記熱伝導ハウジングは、ステンレス鋼ハウジングであり、および／または放熱体は、放熱銅コア２である。放熱体の外壁は熱伝導ハウジングの内壁と隙間なく接触され、放熱体の内壁は前記熱抵抗と熱伝導接触される。
【００３１】
コントローラーは、表示調節回路、Ａ／Ｄ変換回路およびＰＩＤ制御回路を含み、ここで、表示調節回路は、熱抵抗式ヒーター１１の加熱温度および温度検出器２の測定温度を表示し、熱抵抗式ヒーター１１の加熱温度を調節するために使用され、Ａ／Ｄ変換回路は、熱抵抗式ヒーター１１の温度のアナログ信号および温度検出器温度のアナログ信号をデジタル信号に変換するために使用される。ＰＩＤ温度制御回路は、熱抵抗式ヒーター１１の加熱温度を正確かつ安定に制御するために使用される。ＰＩＤ温度制御は、比例、積分、微分などのアルゴリズムを使用して、加熱温度を調整および制御することである。
【００３２】
前記新規な腫瘍温熱療法装置の動作原理は次のとおりである。
ステップ１：熱抵抗式ヒーター１１を腫瘍組織１３の中心位置に配置し、温度検出器１２を腫瘍組織１３と正常組織１４の接合領域に配置する。
【００３３】
ステップ２：新規な腫瘍温熱療法装置が加熱状態に入った後、熱抵抗式ヒーター１１は、設定温度値によって腫瘍組織３を継続的に加熱し、温度検出器１２の温度アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路を介してデジタル信号になり、表示調節回路に送信されて温度検出器１２の測定温度を表示し、熱抵抗式ヒーター１１の温度アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路を介してデジタル信号になり、表示調節回路に送信されて熱抵抗式ヒーター１１の加熱温度を表示する。ＰＩＤ制御回路は、熱抵抗式ヒーター１１のリアルタイム温度値と設定温度値の差によって、加熱電流を自動的に制御して、熱抵抗式ヒーター１１の加熱温度を設定値で正確に安定させる。
【００３４】
ステップ３：温度検出器１２によって測定したリアルタイム温度値と必要な値の差に応じて、熱抵抗式ヒーター１１の安定した動作温度（設定値）を調節して、温度検出器１２の測定温度を必要な値で安定させ、腫瘍組織を不活性化、アブレーションするために一定時間維持する。
【００３５】
図４に示したように、温度制御された熱抵抗式ヒーター１１は、腫瘍組織１３内の中心位置に配置され、温度検出器１２は、腫瘍組織１３と正常組織１４の接合領域に配置され、例えば、温度検出器１２は正常組織１４にのみ接触される。
【００３６】
図５に示したように、温度制御された熱抵抗式ヒーター１１は、腫瘍組織１３内の中心位置に配置され、温度検出器１２は、腫瘍組織１３と正常組織１４の接合領域に配置され、例えば、温度検出器１２は腫瘍組織３にのみ接触される。
【００３７】
図６に示したように、温度制御された熱抵抗式ヒーター１１は、腫瘍組織１３内の中心位置に配置され、温度検出器２は、腫瘍組織１３と正常組織１４の接合領域に配置され、例えば、温度検出器１２は腫瘍組織１３と正常組織１４に同時に接触される。
【００３８】
図７に示したように、ＰＩＤ温度制御回路を採用して、温度制御熱抵抗ヒーター１１の温度が安定で、精度が高く、温度調整時のオーバーシュートが少なく、温度制御が正確で、熱処理工程が安全で信頼性が高い。
【００３９】
図８に示したように、温度検出器１２は、ケース１２１、温度センサー１２２および温度センサーワイヤ１２３を含む。温度センサー１２２は、センサーケース１２１の最下端の内壁に連結され、温度センサーワイヤ１２３を介してコントローラーに連結される。温度検出器１２の温度センサー２２は、白金抵抗、または熱電対、またはサーミスタである。
【００４０】
従来の腫瘍温熱療法装置と比較して、前記新規な腫瘍温熱療法装置は、以下の有益な効果を有する。
【００４１】
（１）本発明は、熱伝導により腫瘍組織を加熱するために熱抵抗加熱を使用するので、腫瘍組織の内部温度は、勾配分布され、すなわち、温度制御熱抵抗ヒーター１１に隣接する組織の温度は高く、温度制御熱抵抗ヒーターから離れた組織の温度は低く、いずれの腫瘍組織の構造にも例外はない。腫瘍組織と正常組織の接合領域に配置された温度検出器２の温度値は、腫瘍組織全体の温度がこの温度値以上であることを示している。したがって、腫瘍組織と正常組織の接合領域に配置された温度検出器２の温度が４３ ℃ − ４５ ℃の間で一定時間安定すると、正常な人体に害を及ぼすことなく腫瘍組織を完全に不活性化できる理想的な組織温熱療法を実現できる。
【００４２】
（２）本発明は、熱抵抗を利用して発熱するため、電磁放射を発生せず、温度センサーに干渉を発生せず、温度制御熱抵抗ヒーターと温度検出器の温度データは、リアルで、信頼性が高く、継続的である。
【００４３】
（３）本発明は、ＰＩＤ温度制御回路を採用して、温度制御熱抵抗ヒーター１の温度が安定で、精度が高く、温度調整時のオーバーシュートが少なく、温度制御が正確で、熱処理工程が安全で信頼性が高い。
【００４４】
以上、図面を参照して本発明を例示的に説明したが、本発明の実施は上述の方法によって限定されないことは明らかであり、本発明の方法概念および技術的解決策を採用して行われた様々な改良、または本発明の概念および技術的解決策を改良なしで他の場合に直接適用した限り、それらはすべて本発明の保護範囲内にある。
【符号の説明】
【００４５】
１−ステンレス鋼ハウジング、２−放熱銅コア、３−熱抵抗、４一熱抵抗ワイヤ、５−温度センサーワイヤ、６−温度センサー、７−熱伝導補償アーム、１１−熱抵抗式ヒーター、１２−温度検出器、１２１−センサーケース、１２２−温度センサー、２３−温度センサーワイヤ、１３−腫瘍組織、１４−正常組織。
【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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【国際調査報告】
2021511167.tif 000011
2021511167.tif 000012
2021511167.tif 000013
2021511167.tif 000014