(57)【要約】    【課題】  空洞共振器を利用して被治療体を加温する温熱治療装置であって、大掛かりな装置を用いずに非侵襲的に被治療体内部の温度を測定することのできる温熱治療装置を提供する。    【解決手段】  空洞共振器１と、空洞共振器１に高周波電力を供給する高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４と、空洞共振器１に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出する検出器５と、高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４，検出器５を制御する制御回路６を備えた。検出器５により空洞共振器１に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出することにより、被治療体内部の温度を推定することができ、大掛かりな装置を用いずに非侵襲的に被治療体内部の温度を測定することができる。    【選択図】  図１
2007007074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞共振器と、この空洞共振器に高周波電力を供給する高周波供給手段と、前記空洞共振器に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出する検出手段と、前記高周波供給手段と前記検出手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする温熱治療装置。
【請求項２】
前記検出手段は、高周波コイルから構成されたことを特徴とする請求項１記載の温熱治療装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記検出手段が電磁界分布の位相変化を検出するときに前記高周波供給手段が供給する高周波電力を小さくするように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の温熱治療装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記空洞共振器内の共振周波数を切り替え可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の温熱治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、癌の治療などに用いられる温熱治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の癌の治療法としては、外科治療，化学療法，放射線治療がよく知られている。しかし、これらの治療法は患者が受ける負担が甚大であるという問題があった。このような問題を解決する治療法として、被治療体を４３℃前後で加温して癌細胞のみを死滅させるハイパーサーミアという加温治療法が開発されつつある。この非侵襲的な治療法は、患者のＱＯＬ（Quality of Life）を改善するものであり、これまでに種々の加温方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、対向する一組の電極間に被治療体を配置し、これら電極間に高周波アンプから供給される電力を印加することで、誘電加温の原理に基づいて加温する方法が開示されている。しかし、この方法では、被治療体を一様に加温してしまい、癌細胞が分布する部分のみ局所的に加温することができないという欠点があった。
【０００４】
これに対して、特許文献２には、空洞共振器内の電磁界分布を利用した高周波温熱治療装置が開示されている。この方法は、図２に示すように、空洞共振器101内に被治療体102を配置し、ループアンテナ103から放射される電磁波によって被治療体102を加温するもので、空洞共振器101内の電界がリエントラント部104に集中することを利用するものである。この方法によれば、リエントラント部104近傍の被治療体102のみを局所的に加温することができる。しかし、この方法において、効果的に治療が行われているかどうかを評価するためには被治療体内部の温度を測定する必要がある。温度を測定するためには被治療体内部に熱電対などの温度プローブを挿入する必要があり、このため、患者に負担を掛けてしまうという問題があった。
【０００５】
このような状況から、近年、非侵襲的な測温技術として、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）を利用した種々の方法が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。この方法は、集束超音波、あるいは、レーザを用いた局所的な加温治療に際して臨床的に利用されているものの、測温のために大掛かりな装置を新たに用意する必要があるなど、実用上の問題があった。
【特許文献１】特開平６−７９００３号公報
【特許文献２】特開平８−１１７３４６号公報
【非特許文献１】Y. Ishihara, et al., A precise and fast temperature mapping using water proton chemical shift, Magn. Reson. Med., 34, pp.814-823(1995).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、空洞共振器を利用して被治療体を加温する温熱治療装置であって、大掛かりな装置を用いずに非侵襲的に被治療体内部の温度を測定することのできる温熱治療装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載の温熱治療装置は、空洞共振器と、この空洞共振器に高周波電力を供給する高周波供給手段と、前記空洞共振器に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出する検出手段と、前記高周波供給手段と前記検出手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２記載の温熱治療装置は、請求項１において、前記検出手段は、高周波コイルから構成されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載の温熱治療装置は、請求項１又は２において、前記制御手段は、前記検出手段が電磁界分布の位相変化を検出するときに前記高周波供給手段が供給する高周波電力を小さくするように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４記載の温熱治療装置は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記制御手段は、前記空洞共振器内の共振周波数を切り替え可能に構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１記載の温熱治療装置によれば、検出手段により空洞共振器に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出することにより、被治療体内部の温度を推定することができ、大掛かりな装置を用いずに非侵襲的に被治療体内部の温度を測定することができる。
【００１２】
本発明の請求項２記載の温熱治療装置によれば、簡単に検出手段を構成することができる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の温熱治療装置によれば、高周波供給手段が供給する高周波電力による影響を抑えて電磁界分布の位相変化を正確に検出し、被治療体内部の温度を正確に推定することができる。
【００１４】
本発明の請求項４記載の温熱治療装置によれば、空洞共振器内の共振周波数を切り替えることにより、被治療体内部における任意の深度において電磁界分布の位相変化を検出し、被治療体内部における任意の深度における温度を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の温熱治療装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１において、１は被治療体を収容して被治療体を加温する空洞共振器である。２は空洞共振器１に供給される高周波信号を発振する高周波発振器であり、この高周波発振器２で発振された高周波信号は、高周波アンプ３で増幅され、高周波アンプ３と空洞共振器１の同調・整合を図る同調・整合回路４にて同調・整合された後、空洞共振器１に高周波電力として供給されるように構成されている。そして、高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４から、空洞共振器１に高周波電力を供給する高周波供給手段が構成されている。
【００１７】
なお、高周波発振器２により発振される高周波の周波数は、空洞共振器１の形状、寸法に基づいて決定されるが、空洞共振器１に収容される被治療体の大きさ、設置状態によって変化する。そこで、空洞共振器１内の共振周波数は、制御手段としての制御回路６により調整可能に構成されている。
【００１８】
空洞共振器１には、空洞共振器１に収容された被治療体内部の温度変化を電磁界分布の位相変化として検出する検出手段としての検出器５が接続している。この検出器５は、高周波コイルから構成されており、検出器５により検出された電磁界分布の位相変化は、制御回路６により、誘電率を物理パラメータとして温度情報へ変換され、この温度情報は表示手段としての表示回路７に表示されるようになっている。さらに、制御回路６は、検出器５が電磁界分布の位相変化を検出するときに高周波供給手段が供給する高周波電力を微小な高周波信号に切り替えるように構成されている。
【００１９】
また、検出器５が電磁界分布の位相変化を検出するときに、印加する高周波信号の周波数を切り替えることによって、被治療体内の異なる深度における温度情報を得ることが可能であり、被治療体内部の温度分布を識別するために、制御回路６は、空洞共振器１内の共振周波数、あるいは共振モードを切り替え可能に構成されている。
【００２０】
つぎに、本実施例の温熱治療装置の動作について説明する。なお、以下の一連の動作は、制御回路６により制御される。
【００２１】
まず、空洞共振器１に収容された被治療体を加温するために、空洞共振器１の形状、寸法などから決定される共振周波数を有する高周波信号を高周波発振器２から供給する。ここで、共振周波数は、空洞共振器１に収容される被治療体の大きさ、設置状態によって若干変化するので、加温操作を行う前に微小な高周波信号を空洞共振器１へ印加し、高周波発振器２から発振される高周波の周波数を調整するともに、同調・整合回路４により同調・整合する。
【００２２】
そして、被治療体を加温するために、空洞共振器１へ供給される高周波電力が所定の値になるように、高周波発振器２から発振された高周波信号の出力を調整するとともに、この高周波信号を高周波アンプ３により増幅する。
【００２３】
加温操作中の被治療体内部の温度は、検出器５により検出される信号を基に制御回路６で計算され、表示回路７に表示される。また、制御回路６は、被治療体内部の温度が適切な温度になるように、空洞共振器１へ供給される高周波電力の値を調整する。
【００２４】
以下、被治療体内部の温度を測定する原理について説明する。
【００２５】
誘電率は、温度変化に伴い、物質ごとに異なる温度依存性を示すことが知られている。例えば、純水の誘電率ε0は、温度Ｔに依存した数１の近似式に従うことが知られている。
【００２６】
【数１】
2007007074.tif 000003
【００２７】
この数１より、温度Ｔの２次以上の項に関しては係数が小さいことから、誘電率ε0は温度Ｔと線形の関係があるものとみなせる。したがって、被治療体内部の温度が変化すると被治療体内部の誘電率が変化し、温度変化によって誘電率が変化すると、空洞共振器１の容量成分が変化し、この関係を利用することによって被治療体内部の温度を推定することができると考えられる。
【００２８】
なお、この現象を利用して空洞共振器１の共振周波数の変化から物質の誘電率を決定する空洞共振器摂動法が知られているが、この方法を採用する場合には、摂動理論が保証される必要があり、実際には誘電率の変化を測定できる試料の大きさ、形状に制限があり、生体を対象とすることは甚だ困難である。
【００２９】
そこで、本実施例では、空洞共振器１の共振周波数の変化から誘電率を決定し、これに基づき被治療体内部の絶対温度を計測するのではなく、被治療体収容後の空洞共振器１の電磁界分布の位相変化から誘電率を決定して、この誘電率を物理パラメータとして温度変化を検出することとしている。
【００３０】
電磁界分布の位相項βは、数２によって表される。
【００３１】
【数２】
2007007074.tif 000004
【００３２】
ここで、ωは高周波発振器２から発振される高周波信号の角周波数、μは空洞共振器１に収容された被治療体の透磁率、σは被治療体の導電率を示している。数１によれば、温度変化に伴い誘電率εが変化するため、これに伴って空洞共振器１内の電磁界分布の位相が数２にしたがって相対的に変化する。
【００３３】
したがって、加温前の電磁界分布の位相β0と、温度変化後の電磁界分布の位相βTから、位相変化Δβ＝βT−β0を検出すれば、温度変化を推定することができ、被治療体内部の温度を算出することができる。
【００３４】
本実施例において、検出器５は高周波コイルから構成されているが、高周波コイルを空洞共振器１内に設置することによって、加温に必要な電磁界分布を乱す虞がある。加温中の高周波コイルと空洞共振器１のカップリングを抑制して、空洞共振器１内の電磁界分布の乱れを最小とするために、公知のデカップリング、Ｑダンプ等の技術が用いられている。この制御は制御回路６により行われ、加温中はデカップリングをオンとし、測温中はデカップリングをオフとする。さらに、検出器５が電磁界分布の位相変化を検出するときには、空洞共振器１へ被治療体の加温のために供給される高周波電力を微小な高周波信号に切り替える。
【００３５】
加温中に被治療体の温度が上昇して、空洞共振器１の同調・整合状態が外れた場合は、高周波発振器２の発振周波数を調整し、同調・整合回路４により同調・整合を図る。この再調整の際には、調整前に電磁界分布の位相βT'を測定しておき、数２にしたがって調整前までの期間の位相変化Δβ’＝βT'−β0を記録しておく。そして、調整直後に再度位相β0'を測定し、調整後の位相変化の算出はこのβ0'を基準とする。したがって、位相変化Δβは、Δβ＝Δβ’＋βT−β0'により算出される。
【００３６】
このように位相変化を求めることにより、被治療体内の温度変化を求めることができるが、さらに、表皮効果と呼ばれる現象を利用することにより、被治療体内の大まかな温度分布を把握することができる。
【００３７】
表皮効果とは、電磁界分布が物質表面にのみ侵立する現象であり、数３によってその深さが定義されている。
【００３８】
【数３】
2007007074.tif 000005
【００３９】
これは、空洞共振器１に印加する高周波信号の周波数を切り替えることによって、電磁界分布の位相に反映される被治療体内の深度を制御できることを示している。したがって、位相変化を検出する際に、被治療体の表面近傍の温度変化を捉える場合には、空洞共振器１に印加する高周波信号の共振周波数を高くし、より深部の温度変化を検出する場合には、共振周波数を低くして電磁界分布の位相を測定する。ただし、周波数を低くした場合には、深部のみの状態のみならず表面近傍の温度変化による影響も含まれてしまうため、単純な多層モデルから位相変化の値と被治療体の体積を考慮して、深部の位相変化を算出する。このように、空洞共振器１に印加する高周波信号の周波数を切り替えることによって、被治療体内部の温度分布が測定される。
【００４０】
以上のように、本実施形態の温熱治療装置は、空洞共振器１と、空洞共振器１に高周波電力を供給する高周波供給手段としての高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４と、空洞共振器１に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出する検出手段としての検出器５と、高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４，検出器５を制御する制御手段としての制御回路６を備えている。したがって、検出器５により空洞共振器１に収容された被治療体内部の電磁界分布の位相変化を検出することにより、被治療体内部の温度を推定することができ、大掛かりな装置を用いずに非侵襲的に被治療体内部の温度を測定することができる。そして、癌の温熱治療において、加温効果を確認しながら治療を行うことが可能になり、治療効果を改善することができる。さらに、測温のために大掛かりな装置を用いる必要がないので、安価に温熱治療装置を提供することができる。
【００４１】
また、検出器５は、高周波コイルから構成されているので、簡単に検出器５を構成することができる。
【００４２】
また、制御回路６は、検出器５が電磁界分布の位相変化を検出するときに高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４が供給する高周波電力を小さくするように構成されている。したがって、高周波発振器２，高周波アンプ３，同調・整合回路４が供給する高周波電力による影響を抑えて電磁界分布の位相変化を正確に検出し、被治療体内部の温度を正確に推定することができる。
【００４３】
さらに、制御回路６は、空洞共振器１内の共振周波数を切り替え可能に構成されている。したがって、空洞共振器１内の共振周波数を切り替えることにより、被治療体内部における任意の深度において電磁界分布の位相変化を検出し、被治療体内部における任意の深度における温度を推定することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、温度情報を得るための物理パラメータとして誘電率を用いたが、これに限らず、導電率などのほかの物理パラメータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の温熱治療装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の空洞共振器の形状の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  空洞共振器
２  高周波発振器（高周波供給手段）
３  高周波アンプ（高周波供給手段）
４  同調・整合回路（高周波供給手段）
５  検出器（検出手段）
６  制御回路（制御手段）
【図１】
2007007074.tif 000006
【図２】
2007007074.tif 000007