(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生部を内蔵する治療器本体（２）と、
マイクロ波発生部で発生したマイクロ波をヘリカルアンテナに伝送する伝送線（6）と、
伝送線（6）から送られたマイクロ波を輻射するヘリカルアンテナ（4）と、
治療器本体（２）に設けたアーム（３）を有し、
伝送線（6）やヘリカルアンテナ（4）を有する照射部（1）をアーム（３）で支持し、アーム（3）と照射部（１）を操作して照射部（１）を患部近傍に移動させてヘリカルアンテナ（4）を患部に向けて治療をおこなうマイクロ波治療器において、
前記ヘリカルアンテナ（4）の基底部にテーパをつけて伝送線（6）とヘリカルアンテナ（4）のインピーダンスを整合させ、照射部（１）を軽量化し、アーム（３）にかかる荷重を少なくするとともに、
ヘリカルアンテナ（4）と同じヘリカル形状のシース（Ｃ）をヘリカルアンテナ（4）に接続し、シース（Ｃ）はヘリカルアンテナ（4）に沿って移動させることができるようにし、シース（Ｃ）を移動させてヘリカルアンテナ（4）の長さを変えて、ヘリカルアンテナと負荷とのインピーダンスを調整するようにした、マイクロ波治療器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、理学療法分野の温熱治療に使用するマイクロ波治療器のアンテナの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波治療器はマイクロ波を生体に照射して加温する温熱治療器である。図4に従来のマイクロ波治療器の例を示す。図4（Ａ）はマイクロ波治療器を用いた治療の様子を示す。図の71は照射部、72は装置本体、73はアーム、Ｓは生体、Ｌはアンテナと生体の距離である。アーム73は照射部71を支持し、アンテナを生体Ｓから距離Ｌの空間に固定する。図4（Ｂ）は、装置の電気的構成図の例である。74はアンテナ、75はマイクロ波の反射器、76は伝送線とアンテナのインピーダンスを整合する整合器、77は伝送線である。装置本体72内のマイクロ波発生部78で発生させたマイクロ波は、伝送線77を経由して、アンテナ74から生体に向けて輻射される。
【０００３】
伝送線77とアンテナ74はインピーダンスが異なるため、そのまま接続して使用すると接続部で反射が生じ、定在波が生じ、伝送線77の焼損やマイクロ波発生部の破損等の不都合が生じる。そこで、伝送線77とアンテナ74の間にインピーダンス整合器76を挿入して、インピーダンスを整合させるようにしている。
【０００４】
アンテナのインピーダンスは、アンテナの負荷（生体）によって変化する。このため、伝送線77とアンテナ74のインピーダンスを整合させても、負荷によって反射波が生じる。
【０００５】
これらを勘案して、伝送線77とアンテナ74の間にインピーダンス整合器76を挿入してインピーダンスを整合させた後、実際の治療時に負荷（生体）からの反射波が少なくなるように、生産の段階で、インピーダンスの調整をおこなっている。図4（Ｃ）はインピーダンス調整をおこなうための回路構成図である。74はアンテナ、76はインピーダンス整合器、77は伝送線、78はマイクロ波発生部、79は定在波モニタである。調整は、定在波モニタ79で定在波つまり反射波をモニタしながら、アンテナのインピーダンスを調整し、定在波（反射波）が所定の範囲に入るようにしている。図はヘリカルアンテナの例であるが、このインピーダンスはヘリカル長によるため、その先端を少しずつ切断して（アンテナの長さを変えて）インピーダンスを調整していた。
【０００６】
治療では、このようにして調整されたマイクロ波治療器を、アンテナ74を生体Sから距離Ｌだけ離して、非接触で使用する。
【０００７】
伝送線とアンテナの接続は、伝送線に同軸ケーブルを用い、その芯線にアンテナを、また同軸ケーブルの被覆線に反射器を、それぞれ接続・固定して使用していた。
ヘリカルアンテナは、図4に示すように、導電性の線材をらせん状に成形したもので、ヘリカル径は一定で、その一端を折り曲げてヘリカルの中心にくるようにして同軸ケーブル型伝送線路の芯線に接続していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
伝送線77とアンテナ74のインピーダンスは異なるので、そのまま接続して使用すると反射波が生じ、伝送線77が焼損したりマイクロ波発振器が破損する等の不都合が生じるため、伝送線とアンテナの間にインピーダンス整合器76を挿入してインピーダンスを整合させていた。このため、整合器の価格と、これを組み込む手間と人件費が必要となり、装置のコストアップ要因になっていた。また、整合器76を用いると、照射部71全体の重量が増すので、照射部71をアーム73で支えて使用している間に、アーム73の保持力が甘くなり、照射部が自重で垂れ下がり、治療中に照射部位が患部からずれることがあった。この場合、患部を正しく照射しないので、治療効果が低下するし、照射したくない部位に、場合によっては照射してはならない部位にマイクロ波が照射されるので安全性が損なわれる可能性もある。また、アームの保持力が低下すると、所定の空間に所定の方向に向けてアンテナを固定することが難くなるので、アンテナの位置決めに手間がかかり、治療の効率が低下する。
【０００９】
前述のように、伝送線77とアンテナ74のインピーダンスは異なるので、伝送線77とアンテナ74の間にインピーダンス整合器76を挿入してインピーダンスを整合させている。しかし、それでもアンテナの負荷（生体）によってもインピーダンスが変化するため、反射が生じる。治療を最適な状態でおこなうためには、治療時（負荷が有る状態）に、反射波が所定値以下になるように、アンテナと負荷とのインピーダンスを調整しなければならない。これを従来は、図4（Ｃ）のように、アンテナを無反射終端を用いるか又は自由空間に向け、反射波をモニタしながら、アンテナの先端部を少しずつ切断し、反射波が所定の範囲以下に納まるようにしていた。しかし、どの程度切断すれば良いのかは事前には不明であるため、調整する人の勘に頼って切断し、切断する毎に反射波を測定し、これを反射波が所定値以下になるまで繰返していた。このため、反射波を所定の範囲にするには手間がかかっていた。また、この方法では最適値にするための連続操作は不可能であるため、製品毎に反射波のばらつきは大きく、精度の良い品質管理はできなかった。さらに、アンテナを切り過ぎると、半波長程度、余分に切り取って調整する必要があるので、アンテナの指向性が変化し、治療効果に差がでることもある。場合によってはアンテナが使用できなくなり、廃棄しなければならなくなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、マイクロ波発生部を内蔵する治療器本体（２）と、
マイクロ波発生部で発生したマイクロ波をヘリカルアンテナに伝送する伝送線（6）と、
伝送線（6）から送られたマイクロ波を輻射するヘリカルアンテナ（4）と、
治療器本体（２）に設けたアーム（３）を有し、
伝送線（6）やヘリカルアンテナ（4）を有する照射部（1）をアーム（３）で支持し、アーム（3）と照射部（１）を操作して照射部（１）を患部近傍に移動させてヘリカルアンテナ（4）を患部に向けて治療をおこなうマイクロ波治療器において、
前記ヘリカルアンテナ（4）の基底部にテーパをつけて伝送線（6）とヘリカルアンテナ（4）のインピーダンスを整合させ、照射部（１）を軽量化し、アーム（３）にかかる荷重を少なくするとともに、
ヘリカルアンテナ（4）と同じヘリカル形状のシース（Ｃ）をヘリカルアンテナ（4）に接続し、シース（Ｃ）はヘリカルアンテナ（4）に沿って移動させることができるようにし、シース（Ｃ）を移動させてヘリカルアンテナ（4）の長さを変えて、ヘリカルアンテナと負荷とのインピーダンスを調整するようにした。
【００１１】
【作用】
請求項1記載の発明により、ヘリカルアンテナの基底部にテーパをつけ、アンテナと伝送線のインピーダンスを整合させるようにした。このためインピーダンス整合器を使用しなくてもすみ、照射部（１）を軽量化できるため、アーム（３）にかかる荷重を減らすことができ、アームのアンテナ保持力を向上・持続させることができ、照射部が自重で垂れ下がり治療中に照射部位が患部からずれることは少なくなり、誤照射の少ない、安全で効果的な治療をおこなうことができる、安価な装置を実現できる。
【００１２】
また、ヘリカルアンテナにシースを接続し、シースはヘリカルアンテナに沿って移動できるようにし、シースを移動させてヘリカルアンテナのインピーダンスを調整できるようにした。このため、誰でも簡単に、反射波をモニタしながらヘリカルアンテナのインピーダンスを連続的に変化させ、反射波が所定値以下になるように調整することができる。
【００１３】
【実施例】
図1は本発明によるマイクロ波治療器で治療をおこなっている様子を示す。図1の1は照射部、2は装置本体、3はアーム、Ｓは生体である。請求項1記載の発明により、アンテナの基底部（伝送線との接続部側）にテーパを付けて伝送線とアンテナのインピーダンス整合をおこなっており、インピーダンス整合器は使用していない。また、図示はしていないが、ヘリカルアンテナにシースCを接続し、反射波が所定の範囲内になるように、製造段階でアンテナと負荷とのインピーダンス整合を取っている。
【００１４】
治療まえに、アーム3を操作してヘリカルアンテナを患部近傍に運び、ヘリカルアンテナの位置と方向を調整し、適正な距離から垂直に電磁波を照射できるようにする。治療を開始すると、装置本体2でマイクロ波を発生し、照射部1を経由してヘリカルアンテナから生体に照射し、所定の温熱治療を行う。以下に、実施例を詳しく説明する。
【００１５】
請求項1記載の発明の照射部の実施例を図2に示す。図の4はヘリカルアンテナ、5は反射器、6は伝送線である。ヘリカルアンテナ4は半径ｒのヘリカルアンテナで、伝送線6との結合部の近傍、図2のＡ領域で、半径ゼロからｒまで徐々にヘリカル径を拡開、つまりテーパを付けている。アンテナの理論によると、ヘリカルアンテナの入力インピーダンスは、ヘリクス長が2.5波長以上では100〜150Ωと一定になる。また、ヘリカルアンテナに、ヘリクス周が0.75〜1.33のテーパを付けて、インピーダンスが50Ωの伝送線と結合すると、定在波比を低くすることができることが知られている。そこで、請求項1記載の発明では、このようなテーパを付けたヘリカルアンテナを使用することで、伝送線6とアンテナ4とのインピーダンス整合をおこない、インピーダンス整合器を用いなくてもよいようにした。このような方法は、アンテナの理論では解析されていたが、マイクロ波治療器で応用された例は無かった。
【００１６】
従来のマイクロ波治療器は、図4（Ｂ）のように、伝送線76とアンテナ74との間にインピーダンス整合器76を用いていたので、前述のような重量やコスト等の様々な問題が生じていた。本請求項記載の発明により、整合器を用いなくても済むため、整合器のコストと、整合器を組み込む手間とコストを無くすことができる。また、重量も低減できるため、アームの負荷が少なくなり耐久性が増し、照射部が自重で垂れ下がり治療中に照射部位が患部からずれるという不具合が少なくなり、操作しやすく、誤照射の少ない、安全で効果的な治療をおこなうことができる。
また、アームをよりコンパクト且つ低コストに設計することができる。
【００１７】
本発明のシースCの実施例を図3に示す。図はヘリカルアンテナのみ示している。ヘリカルアンテナ4の先端部にパイプ状のシースＣを接続している。シースＣの内径はアンテナの線径よりもわずかに大きく（ほぼ同じ）、肉厚の薄いパイプを使用し、これをヘリカルアンテナ4と同じ半径で同じヘリカルピッチに成形している。このため、シースＣを移動させるとヘリカルアンテナの長さが変わり、アンテナのインピーダンスを変化させることができる。これを用い、装置を生産する段階で、図4（Ｃ）と同様に、反射波（定在波）をモニタしながら、シースＣを動かして、反射波が所定の範囲に入るように調整してシースＣをアンテナ4に固定するようにした。
【００１８】
従来は、図4（Ｂ）に示すように、反射波（定在波）をモニタしながら、カット―アンド―トライでアンテナを切断し、反射波が所定の範囲に入るようにしていた。この方法では、反射波をほぼ所定の範囲に収めることはできるが、非常に手間がかかり、調整の効率が悪かった。また、製品毎に定在波のばらつきが大きく、十分に品質管理をおこなうことはできなかった。さらに、切り過ぎて、一旦、反射波のレベルが所定範囲を越えると、次に反射波が最低になる点まで約半波長の長さを切断しなければならないので、アンテナの全長が短くなり、放射パターンが変化して、治療効果が低下し、場合によってはアンテナとして使用できなくなり、廃棄しなければならなくなることもあり、これに伴ってコストが増加していた。
【００１９】
本請求項記載の発明により、 シースＣを移動させるだけで、インピーダンスを最適に整合させることができるので、調整が簡単になり、大幅に手間を省略でき、より精度の高い品質管理が可能になる。また、アンテナを切断する必要がないので、放射パターンが悪化するものは無くなり、生産性も向上し、廃棄処分も無くなるため、治療効果の向上とコスト面での改善が可能になる。この実施例では、パイプ状のシースＣに棒状のアンテナを差し込む例を示したが、逆に、ヘリカルアンテナをパイプ状に、シースＣを棒状にしてもよい。実質的にヘリカルアンテナのインピーダンスを調整できるものであれば、どのような手段を用いてもよい。シースＣをアンテナに固定する方法は、半田、カシメ、ネジ止めその他、実質的にアンテナの性能に影響を与えなければ、どのような手段を用いてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
請求項1記載の発明により、テーパをつけたヘリカルアンテナを用いることで、インピーダンス整合器を使用しなくてもすむので、部品代と組立ての手間及びコストを低減することができる。また、照射部の重量も減らせるので、これを保持するアームの故障が減り、しかもアームをよりコンパクトに設計できるので、総合的なコストダウンが可能になる。さらに、治療中、照射位置がずれる頻度も低くなるので、より効果的で、安全な治療が可能になった。
【００２１】
さらに、アンテナに沿ってシースを連続的に移動させながら反射波が最小になるように調整できるので、この調整にかかる手間を大幅に低減することができる。また、反射波のレベルをより狭い範囲に収めることができるので、品質の揃った、高品質の、治療効果の高い製品にすることができる。さらに、従来はアンテナを切断してインピーダンスを調整していたので、アンテナを切り過ぎて放射パターンが変化し、治療効果が低下することもあった。また、アンテナを切りすぎて、所定の仕様を満たせなくなることもあり、このような場合は廃棄せざるを得ず、全体のコストを高くする要因になっていた。本請求項記載の発明により、放射パターンは低下せず、治療効果を高くすることができ、しかもコストを低減することが可能になった。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマイクロ波治療で治療をおこなっている様子を示す
【図2】本発明の照射部のテーパ部の実施例である。
【図3】本発明のヘリカル部の実施例である。
【図4】従来のマイクロ波治療の例で、（Ａ）は治療をおこなっている様子を、（Ｂ）は照射部の構造、（Ｃ）は反射波を少なくするための調整法を示す。
【符号の説明】
1・・・照射部                             2・・・治療器本体
3・・・アーム                            4・・・ヘリカルアンテナ
5・・・反射器                             6・・・伝送線
Ｓ・・・生体                              Ｌ・・・アンテナと生体の距離
ｒ・・・ヘリカルアンテナのヘリカル径      Ｃ・・・シース
71・・・照射部                           72・・・治療装置本体
73・・・アーム                          74・・・アンテナ
75・・・反射器                          76・・・インピーダンス整合器
77・・・伝送線                          78・・・マイクロ波発振部
79・・・反射波（定在波）モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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