(57)【要約】【課題】ガン腫瘍部位を選択的に加熱することができるガンの温熱治療装置を提供する。【解決手段】平面マイクロ波アンテナ１は接地電極板２の上に基板３を形成し、更に基板３の上にアンテナの導体パターン５を形成する。また、アンテナの導体パターン５にはマイクロ導線４が接続されている。平面アンテナ１はマイクロ波をアンテナの導体パターン５の上方に出射する。カテーテル６の内部にアンテナの導体パターン５が形成された平面マイクロ波アンテナ１を配置し、マイクロ導線４及び同軸配線７を介して電源供給源に接続される。これにより、マイクロ波は指向性を持ってカテーテル６からある方向にのみ出射する。また、指向性の強い平面マイクロ波アンテナを使い、更にカテーテルの軸周りに平面マイクロ波アンテナの向きを走査する機構により、加熱領域の選択を可能にする。【選択図】　　　　　　図２
2004024787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルの内部に平面マイクロ波アンテナを配置してなることを特徴とするガンの温熱治療装置。
【請求項２】
電気的フィードポイントをカテーテル内部に設置し、電磁エネルギがカテーテル全長のうち先端部分からのみ放射せしめることを特徴とする請求項１記載のガンの温熱治療装置。
【請求項３】
平面マイクロ波アンテナのアンテナ導体パターンの縦横比が１０以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガンの温熱治療装置。
【請求項４】
カプセルの内部に平面マイクロ波アンテナを封じてなることを特徴とするのガンの温熱治療装置。
【請求項５】
平面マイクロ波アンテナをカテーテル内部、あるいはカプセル内部で回転させる機構を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のガンの温熱治療装置。
【請求項６】
前記平面マイクロ波アンテナを回転させる機構としては、一対のトーションバーでアンテナ平面を支える構造並びにこの構造を加振する手段を具備し、この構造をその機械的共振周波数（ねじり振動モード）で加振することによって、平面マイクロ波アンテナを回転変位させることを特徴とする請求項５記載のガンの温熱治療装置。
【請求項７】
前記平面マイクロ波アンテナを回転させる機構は、ガルバノミラーを用いる構造とし、ガルバノミラーで振動的に回転させ、アンテナを共振回転ミラーの一部として軸周りに首振り走査させることを特徴とする請求項５記載のガンの温熱治療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガンの治療用装置、特にガン細胞の破壊を目的とする温熱治療装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガンの治療手段として、熱に対して弱いガン細胞を選択的に破壊する目的で、腫瘍を含む体細胞を４０℃以上に加熱する温熱治療の効果が知られている。加熱手段のひとつとしてマイクロ波の使用が有効であるが、人体を１対の電極板の間において体全体を加熱する従来の方法では、健全な組織まで誘電加熱するので、これによる全身状態の悪化、火傷、疼痛などさまざまな障害が発生することが報告されている。
【０００３】
このような問題に対して、筒状のマイクロ波アンテナをカテーテルの内部に形成し、体内の腫瘍部までカテーテルを挿入し、局所的な加熱を行うことが行われている。しかし、この場合にも、カテーテル全体からマイクロ波が放出されるので、腫傷部のみならず、体表の健全な組織まで火傷を負わせてしまうことがある。このため、体表部の健全な組織を冷却する付加的な手段が必要になるが、十分に効果のある対策はできていない。
【０００４】
これに対して、図４に示すように、カテーテルの一部分からマイクロ波を発生させようという試みが最近発表されている。これはカテーテルに内装置された円筒状のアンテナに部分的にリングをはめて、マイクロ波が放出される位置を調整することが試みられている。しかし、その効果は、出射エネルギの強さを軸方向にわずかに分布させる程度であり、制御性は十分でない。また、カテーテルの全周囲にマイクロ波が放出されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、筒状のマイクロ波アンテナをカテーテルの内部に形成し、体内の腫瘍部までカテーテルを挿入し、局所的な加熱を行うガンの治療手段は、カテーテル全体からマイクロ波が放出されるので、腫瘍部のみならず、体表の健全な組織まで火傷を負わせてしまう問題があり、また、カテーテルの一部分からマイクロ波を発生させる従来ガンの治療手段は、カテーテルの全周囲にマイクロ波が放出されると共に、制御性は十分でなかった。そこで本発明は、ガン腫瘍部位を選択的に加熱することができるガンの温熱治療装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るガンの温熱治療装置は、カテーテルの内部に平面マイクロ波アンテナを配置した構成とした。
【０００７】
この発明の請求項２に係るガンの温熱治療装置は、カテーテルの内部に平面マイクロ波アンテナを配置し、電気的フィードポイントをカテーテル内部に設置し、電磁エネルギがカテーテル全長のうち先端部分からのみ放射せしめるように構成とした。
【０００８】
この発明の請求項３に係るガンの温熱治療装置は、カテーテルの内部に平面マイクロ波アンテナを配置した構成、あるいはカテーテルの内部に平面マイクロ波アンテナを配置し、電気的フィードポイントをカテーテル内部に設置し、電磁エネルギがカテーテル全長のうち先端部分からのみ放射せしめるように構成としたものにおいて、平面マイクロ波アンテナのアンテナ導体パターンの縦横比が１０以上であるような構成とした。
【０００９】
これにより、ガンの温熱治療装置は、カテーテルの先端部付近の平面マイクロ波アンテナ表面からのみマイクロ波を放射するので、従来のアンテナを持つカテーテルによる治療で生じていた体表面付近の健全な組織に熱的なダメージを与えることを防ぐことができる。
【００１０】
この発明の請求項４に係るガンの温熱治療装置は、カプセルの内部に平面マイクロ波アンテナを封じてなる構成とした。
【００１１】
これにより、ガンの温熱治療装置は、カテーテルを用いる部位のみならず、食道の腫瘍あるいは咽喉の腫瘍等の部位に対しても平面マイクロ波アンテナ表面からのみマイクロ波を放射するので、従来のアンテナによる治療で生じていた体表面付近の健全な組織に熱的なダメージを与えることを防ぐことができる。
【００１２】
この発明の請求項５に係るガンの温熱治療装置は、上記請求項１乃至請求項４記載のガンの温熱治療装置において、平面マイクロ波アンテナをカテーテル内部、あるいはカプセル内部で回転させる機構を有する構成とした。
【００１３】
この発明の請求項６に係るガンの温熱治療装置は、上記請求項１乃至請求項４記載のガンの温熱治療装置において、前記平面マイクロ波アンテナを回転させる機構としては、一対のトーションバーでアンテナ平面を支える構造並びにこの構造を加振する手段を具備し、この構造をその機械的共振周波数（ねじり振動モード）で加振することによって、平面マイクロ波アンテナを回転変位させるような構成とした。
【００１４】
この発明の請求項７に係るガンの温熱治療装置は、上記請求項１乃至請求項４記載のガンの温熱治療装置において、前記平面マイクロ波アンテナを回転させる機構は、ガルバノミラーを用いる構造とし、ガルバノミラーで振動的に回転させ、アンテナを共振回転ミラーの一部として軸周りに首振り走査させる構成とした。
【００１５】
これにより、指向性の強い平面マイクロ波アンテナを使い、更にカテーテルの軸周り、あるいはカプセル内で、平面マイクロ波アンテナの向きを走査する機構により、従来の無指向性マイクロ波アンテナの使用では困難であった加熱領域の選択が可能になり、カテーテルから近距離内の腫瘍を、あるいはカプセルから所定距離の腫瘍を選択的に加熱することができ、患者の被加熱部位の位置、形状に従って選択的に照射エネルギのむらをなく加熱が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、ガン腫瘍部位を選択的に加熱する手段を提供するために、▲１▼カテーテル全長のうち、先端近くの限られた長さの領域からマイクロ波を出射し、あるいはカプセルからの所定の距離からマイクロ波を出射し、その他の部分からのマイクロ波の出射をできる限りなくし、▲２▼マイクロ波を全方向に放射するのでなく、方向性をもって制御されたエネルギを選択的に腫瘍部位に送り込むことができるようにしたガンの温熱治療装置を実現することを目標とするものである。
【００１７】
以下に本発明をカテーテルに適用した実施形態によって詳細に説明する。図１は本発明で使用する平面アンテナを示す図であり、図１（Ａ）は側面図、図１（Ｂ）はカテーテル内部に配置した様子を示す。図において、１はマイクロ波を出射する平面マイクロ波アンテナ、２は接地電極板、３は基板、４はマイクロ導線、５はアンテナの導体パターン、６はカテーテル、７は同軸配線である。
【００１８】
平面マイクロ波アンテナ１は接地電極板２の上に基板３を形成し、更に基板３の上にアンテナの導体パターン５を形成する。また、アンテナの導体パターン５にはマイクロ導線４が接続されている。平面アンテナ１はマイクロ波を図１（Ａ）のアンテナの導体パターン５の上方に出射する。出射波の開き角度は約３０度である。このようなアンテナを用いることにより、マイクロ波は指向性を持ってある方向にのみ出射することができる。
【００１９】
また、図１（Ｂ）はカテーテル内部に配置された平面型マイクロ波アンテナの状態図を示す。カテーテル６の内部にアンテナの導体パターン５が形成された平面マイクロ波アンテナ１を配置し、マイクロ導線４及び同軸配線７を介して電源供給源に接続される。これにより、マイクロ波は指向性を持ってカテーテル６からある方向にのみ出射する。
【００２０】
次に、図２に示すマイクロ波アンテナ各部分の材質および具体的な数値で温熱治療装置の実施例を示す。図において、図１と同一物には同じ符号を付している。平面アンテナ基板３の材質は樹脂であり、その表面に銅の薄膜からなる導電体パターン５が形成されている。以下に、諸数値を列挙する。
【００２１】
マイクロ波の周波数およびアンテナの共振周波数：２．４５ＧＨｚ
平面マイクロ波アンテナ基板の誘電率：２．２２
平面マイクロ波アンテナ基板の厚さｈ：０．５ｍｍ
アンテナの導体パターンの幅Ｗ：１ｍｍ
アンテナの導体パターンの長さＬ：３９．７ｍｍ
トランスミッンョンラインのインピーダンス：５０Ω
フィードポイントと出射端の距離：１８．８ｍｍ
出射抵抗：７．８５ｋΩ
【００２２】
平面マイクロアンテナ１の導体パターン５の縦横比は通常、約１：１であるが、本発明ではカテーテル６という狭い空間内で一定量のマイクロ波エネルギを放出できるように、少なくとも縦横比が１０以上とすることが好ましく、実施例では極めて縦長比の大きい構造とした。具体的には、直径２ｍｍのカテーテル６の内部に平面マイクロ波アンテナ１を挿入し、かつ、約２０ｍｍ離れた位置でエネルギ密度が数ｍＷ／ｃｍ２　以上の値を得るために、図２に示したＬ／Ｗの比を約４０：１とした。
【００２３】
上記の平面アンテナは周波数２．４５ＧＨｚで以下の性能が得られた。即ち、
効率：７６．５５％
ゲイン：３．３または５．２ｄＢ
である。
【００２４】
そして、本発明では、平面マイクロ波アンテナを採用することにより、マイクロ波が平面マイクロ波アンテナ１の表面からのみ放射されるようにした。このため、電気的フィードポイントをカテーテル６の先端近くに移動させ、平面アンテナ部のみからマイクロ波を放射するようにした。また、図２に示す２ヶ所の電気的フィードポイント９でのインピーダンスの整合が必要である。同軸配線７のインピーダンスを６０Ω、基板３上で同軸配線７とアンテナ面をつなぐ導体パターン５のインピーダンスを５０Ωとした。
【００２５】
この目的で、アンテナの導体パターン５の輪郭は完全な矩形でなく、矩形の一部にくぼみをつけた形状となっている。この結果、電磁波は平面マイクロ波アンテナの導体パターン５の部分だけから放出される。平面から放出される電磁波の広がり角度は約３０度であり、十分に指向性が高いものになった。
【００２６】
以上の結果、２．４５ＧＨｚで放出されるマイクロ波のエネルギーは、アンテナ面からの距離の関数として以下のようになる。
【表１】
2004024787.tif 000003
【００２７】
一方、指向性の強いアンテナでは、大きな腫瘍の全域に電磁波を送りこむことができない。そこで腫瘍全域に電磁波を照射するためにはアンテナ面を首振り運動、あるいは全周にわたって回転運動させる必要がある。このために、指向性を持つ平面マイクロ波をカテーテル内部で回転させることにより患部の被加熱部位形状にしたがって選択的に加熱するように、平面マイクロ波アンテナ１はカテーテル６内部でカテーテル軸周りに回転できる構造とした。
【００２８】
カテーテル６内部の平面マイクロ波アンテナ１を外部から回転させることは、カテーテルの従来技術で十分に可能であるが、手技による場合には照射エネルギのむらの原因になる。好ましくは手技に代わって、平面マイクロ波アンテナ１をマイクロマシン技術によって、あるいはガルバノミラーで振動的に回転することにより、共振回転ミラーの一部として軸周りに首振り走査させることで、照射エネルギのむらをなくすことができる。
【００２９】
図３には、マイクロマシン技術を応用した広角度偏向可能な平面マイクロ波アンテナの構造を示した。カテーテル６の内部に配置されたアンテナ基板３の一部をエッチングして、トーションバー１０，１０によってアンテナ平面を支える構造としている。基板のフレームに圧電素子（図示せず）を接着固定し、これにトーションバー・アンテナ平面構造の機械的共振周波数（ねじり振動モード）の交流電圧を加えると、トーションバー・アンテナ平面構造振動系は大角度にねじり振動をする。これによって、アンテナ平面の首振り角度はプラスマイナス約３０度に達することができる。
【００３０】
電磁波の出力をアンテナ平面の首振り角度によって変調すれば、カテーテル周囲に３次元的に分布している腫瘍組織に選択的にダメージを与え、健全な組織を守ることができる。
【００３１】
これまでに述べたカテーテルに組み込まれた平面マイクロ波アンテナは、主として人体深部の組織にアンテナを到達させることを目的とするものであったが、口腔、消化器、呼吸器系のガンに対しては、カテーテルよりも大きい径のカプセルの内部に平面マイクロ波アンテナを封入しても、ガン組織の近くにアンテナを到達させることができる。この場合においても、ガン組織周辺の健全な組織を加熱しないという本発明の本質は変わらない。
【００３２】
指向性の高い平面アンテナとアンテナ面の走査との組み合わせによって、ガン組織へのマイクロ波の選択的照射が可能になる。以下に舌ガンを対象とするアンテナの設計例を示す。この場合にはカテーテルの内径の制限がカプセル内径の値まで緩和されるから、平面アンテナ導体パターンの縦横比が１０以上である必要はない。カプセルに封入されたアンテナの様態は、カテーテルに封入された場合と同様に図３に示すものと同様である。
【００３３】
以下に典型的な設計値を示す。
マイクロ波の周波数及びアンテナの共振周波数：５．８ＧＨｚ
平面マイクロ波アンテナ基板の誘電率：１１．７
平面マイクロ波アンテナ基板の厚さ：０．１ｍｍ
アンテナの導体パターンの幅Ｗ：６．２ｍｍ
アンテナの導体パターンの長さＬ：７．９６ｍｍ
トランスミッションラインのインピーダンス：５０Ω
フィードポイントと出射端の距離：３．１６５ｍｍ
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガンの温熱治療装置は、カテーテルの先端部付近の平面マイクロ波アンテナ表面からのみマイクロ波を放射し、あるいはカプセルから所定距離と方向に対してマイクロ波を放射するので、従来のアンテナを持つカテーテルあるいはカプセルによる治療で生じていた体表面付近の健全な組織に熱的なダメージを与えることを防ぐことができる。
【００３５】
また、指向性の強い平面マイクロ波アンテナを使い、更にカテーテルの軸周りに、あるいはカプセル内部で平面マイクロ波アンテナの向きを走査する機構により、従来の無指向性マイクロ波アンテナの使用では困難であった加熱領域の選択が可能になり、カテーテルから約２０ｍｍ以内の腫瘍を選択的に加熱することができ、患者の被加熱部位の位置、形状に従って選択的に加熱が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明で使用する平面マイクロ波アンテナの側面図。
（Ｂ）は本発明で使用する平面マイクロ波アンテナをカテーテル内部に配置した様子を示す正面図。
【図２】平面型マイクロ波アンテナの詳細図。
【図３】広角度偏向が可能な平面マイクロ波アンテナの構造図。
【図４】従来のアンテナをカテーテル内部に配置した様子を示す正面図。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　　　　平面マイクロ波アンテナ
２　　　　　　　　　　　　　　　　接地電極板
３　　　　　　　　　　　　　　　　基板
４　　　　　　　　　　　　　　　　マイクロ導線
５　　　　　　　　　　　　　　　　アンテナの導体パターン
６　　　　　　　　　　　　　　　　カテーテル
７　　　　　　　　　　　　　　　　同軸配線
８　　　　　　　　　　　　　　　　体表面
９　　　　　　　　　　　　　　　　フィードポイント
１０　　　　　　　　　　　　　　トーションバー
１１　　　　　　　　　　　　　　供給線
【図１】
2004024787.tif 000004
【図２】
2004024787.tif 000005
【図３】
2004024787.tif 000006
【図４】
2004024787.tif 000007