УСТРОЙСТВО ТЕРМОТЕРАПИИ РАКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК A61N5/02 A61N1/40 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству термотерапии рака, в частности к устройству термотерапии рака для помещения в него тела человека и нагревания заданной части тела человека.

Уровень техники
Известно множество обычных устройств терапии рака, однако эти устройства не могут обеспечить эффективное нагревание внутренней части тела человека.

Одной из причин этого является то, что в обычных устройствах терапии используют возбужденные моды для максимального распределения их электрического поля перед помещением тела человека осью тела в центр. В данном случае ось тела означает линию между головой и ногами тела человека. Таким образом, если тело человека помещено в объемный резонатор с такой возбужденной модой для реализации указанного устройства терапии, то его заданное предпочтительное распределение электрического поля изменяется, так что требуемую внутреннюю часть тела человека нельзя эффективно нагревать из-за слабой интенсивности электрического поля в зоне внутренней части.

Другой причиной является то, что хотя в обычных устройствах терапии необходимо использовать электрическую энергию высокой частоты, равной резонансной частоте объемного резонатора, однако резонансная частота объемного резонатора становится неопределенной вследствие больших потерь объемного резонатора при помещении в него тела человека. Таким образом, поскольку нельзя измерить резонансную частоту объемного резонатора, то на тело человека нельзя воздействовать электрической энергией с высокой частотой, равной резонансной частоте, так что нельзя эффективно нагревать желаемую глубокую часть тела человека из-за относительно низкой интенсивности электрического поля.

Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание устройства термотерапии рака, обеспечивающего эффективное нагревание требуемой внутренней части тела человека и тем самым осуществляющего эффективное лечение рака в теле человека температурным воздействием.

Для решения этой задачи устройство термотерапии рака, согласно данному изобретению, содержит объемный резонатор в форме ортогексаэдра и, по меньшей мере, одну рамочную антенну, которая закреплена на внутренней поверхности стенки объемного резонатора, так что плоскость рамки рамочной антенны расположена параллельно двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора, которые противоположны друг другу, и перпендикулярно и вблизи внутренней поверхности стенки, на которой находится рамочная антенна.

В устройстве термотерапии рака, согласно данному изобретению, используется резонанс в объемном резонаторе в форме ортогексаэдра электрической энергии высокой частоты, введенной в объемный резонатор в направлении, параллельном двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора, на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля. Две внутренние поверхности стенки расположены противоположно друг другу и перпендикулярно и вблизи внутренней поверхности стенки, на которой закреплена рамочная антенна. Таким образом, в устройстве термотерапии рака, согласно данному изобретению, используется резонанс электрической энергии высокой частоты, введенной в объемный резонатор в направлении, параллельном двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора в форме ортогексаэдра на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля. Этот механизм действия устройства термотерапии отличается от указанных выше обычных устройств.

Таким образом, хотя электрическая энергия высокой частоты на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля воздействует на тело человека, помещенное в параллельном направлении объемного резонатора, она отражается от одного переднего фронта тела человека из-за различия электрических постоянных тела человека и внутреннего пространства объемного резонатора. Отраженная электрическая энергия высокой частоты снова отражается от другого переднего фронта тела человека, так что электрическая энергия высокой частоты концентрируется на требуемой части тела человека.

Отраженные электрические энергии высокой частоты накладываются друг на друга во времени у требуемой части тела человека, и тем самым повышается интенсивность электрического поля у требуемой части. В результате, можно эффективно нагревать внутреннюю часть тела человека и тем самым эффективно лечить ранний рак во внутренней части.

Хотя указанное выше обычное устройство термотерапии рака может иметь показатель полного выздоровления лишь 10%, устройство термотерапии рака, согласно данному изобретению, может повысить показатель полного выздоровления до 50%.

Для лучшего понимания изобретения ниже приводится описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - устройство термотерапии рака, согласно данному изобретению, в изометрической проекции;
фиг.2 - карта распределения температуры в эксперименте нагревания с использованием устройства термотерапии рака, показанного на фиг.1;
фиг.3 - карта распределения температуры при имитации нагревания с использованием устройства термотерапии рака, показанного на фиг.1;
фиг. 4 - предпочтительный вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению;
фиг.5 - карта распределения температуры при имитации нагревания с использованием устройства термотерапии рака, показанного на фиг.4;
фиг.6 - другой предпочтительный вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению; и
фиг.7 - еще один предпочтительный вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на фигуры.

На фиг.1 показан вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению, в изометрической проекции. Показано состояние, в котором в устройство термотерапии рака помещено тело человека
Показанное на фиг.1 устройство термотерапии рака имеет объемный резонатор 1 в форме ортогексаэдра и рамочную антенну 2 на верхней внутренней поверхности 1А стенки резонатора. Передняя поверхность 2А рамки рамочной антенны 2 проходит параллельно боковым внутренним поверхностям 1В и 1С стенки объемного резонатора, которые расположены противоположно друг другу, и перпендикулярно и вблизи верхней внутренней поверхности 1А стенки, на которой предусмотрена рамочная антенна.

Один конец рамочной антенны 2 соединен с соединителем 3. Соединитель 3 соединен с внешним источником электрической энергии высокой частоты (не изображен) через устройство согласования импедансов (не изображено), и таким образом электрическая энергия высокой частоты вводится от внешнего источника электрической энергии высокой частоты внутрь объемного резонатора 1. Другой конец 2В рамочной антенны 2 открыт для возбуждения и резонанса на заданной частоте введенной в объемный резонатор 1 электрической энергии высокой частоты. Кроме того, в объемном резонаторе предусмотрен стол 4 для помещения на него тела 6 человека, а на левом конце резонатора выполнено отверстие 5 для помещения тела человека в объемный резонатор 1 и для его извлечения. Отверстие 5 открывают и закрывают с помощью соответствующей крышки при помещении тела 6 человека в объемный резонатор и при извлечении из него. Во время термотерапии тела человека отверстие закрыто крышкой.

При термотерапии рака с использованием устройства, согласно данному изобретению, заданную электрическую энергию высокой частоты вводят в объемный резонатор 1 от внешнего источника электрической энергии высокой частоты через соединитель 3 перед помещением тела 6 человека в объемный резонатор 1. Таким образом, введенная электрическая энергия высокой частоты возбуждается рамочной антенной 2 и резонирует на заданной частоте в объемном резонаторе 1.

В этом случае, поскольку плоскость 2А рамки рамочной антенны 2 расположена параллельно боковым внутренним поверхностям 1В и 1С стенки объемного резонатора 1, то введенная электрическая энергия высокой частоты резонирует на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля, т.е. на возбужденной моде с неизменной интенсивностью электрического поля вдоль боковых внутренних поверхностей 1В и 1С стенки объемного резонатора 1.

Затем в объемный резонатор 1 помещают тело 6 человека на стол 2 так, чтобы ось 7 его тела была параллельна боковым внутренним поверхностям 1В и 1С стенки объемного резонатора 1. В этом случае на тело 6 человека воздействует новая резонансная электрическая энергия высокой частоты на указанной возбужденной моде.

В этом случае из-за различия электрических постоянных тела 6 человека и внутреннего пространства объемного резонатора 1 электрическая энергия высокой частоты отражается от переднего фронта тела 6 человека.

Отраженная электрическая энергия высокой частоты снова отражается от другого переднего фронта тела 6 человека и концентрируется, например, на заданной части 6А тела человека. Отраженные электрические энергии высокой частоты накладываются друг на друга во времени на заданной части 6А. В результате заданная часть 6А может быть эффективно глубоко нагрета и можно эффективно лечить ранний рак в заданной части.

На фиг. 2 показана карта распределения температур в эксперименте нагревания с использованием устройства, показанного на фиг.1. В этом случае вместо реального тела человека был использован макет тела человека, состоящий из ТХ151 и воды. Эксперимент нагревания проводили в течение 60 минут при условии, что резонансная частота объемного резонатора равнялась 57,7 МГц, а электрическая мощность высокой частоты составляла 500 Вт.

Как показано на фиг.2, макет тела человека имел максимальную температуру 21,2^oС на поверхности со стороны рамочной антенны 2 и температуру 20,2^oС в своей внутренней части. Таким образом, устройство термотерапии рака, согласно данному изобретению, может глубоко нагревать заданную часть и тем самым обеспечивать эффективное лечение раннего рака в заданной части воздействием температуры.

Однако в устройстве термотерапии рака, показанном на фиг.1, эффективность нагревания уменьшается, если подлежащая нагреванию часть тела человека удалена от рамочной антенны 2, т.е. часть тела 6 человека, расположенная вблизи рамочной антенны 2, может эффективно нагреваться, а удаленная часть тела 6 человека не может эффективно нагреваться, так что удаленная часть не может быть нагрета до заданной температуры. Это следует также из фиг.2, где удаленная часть макета тела человека нагрета только до 17,2^oС.

В этом случае предпочтительно предусмотреть дополнительную рамочную антенну на нижней поверхности ID стенки объемного резонатора 1 противоположно рамочной антенне 2. Кроме того, дополнительную рамочную антенну устанавливают так, чтобы плоскость ее рамки была параллельна плоскости 2А рамочной антенны 2 и боковым внутренним поверхностям 1В и 1С стенки объемного резонатора 1.

В случае, когда дополнительная рамочная антенна имеет то же направление рамки, что и рамочная антенна 2, соответствующие электрические энергии высокой частоты подают на рамочные антенны в противофазе. В случае, когда дополнительная рамочная антенна имеет направление рамки, противоположное направлению рамочной антенны 2, соответствующие электрические энергии высокой частоты подают на рамочные антенны в фазе. В результате эффективность нагревания от двух рамочных антенн складывается, так что тело человека можно эффективно нагревать в его поперечном направлении.

В этом случае центр поперечного сечения тела человека будет нагреваться максимально. Таким образом, центр тела человека, соответствующий его наиболее глубокой части, можно эффективно нагревать и тем самым можно эффективно лечить ранний рак в центре.

В частности, является предпочтительным, чтобы дополнительная антенна имела направление рамки, противоположное направлению рамочной антенны 2, поскольку указанную выше эффективность нагревания можно обеспечить подводом в фазе соответствующих электрических энергий высокой частоты.

На фиг.3 показана карта распределения температур при имитации нагревания тела человека в случае, когда предусмотрена дополнительная рамочная антенна, имеющая направление рамки, противоположное направлению рамочной антенны 2, на нижней внутренней поверхности ID стенки объемного резонатора 1. Имитация нагревания осуществлялась с использованием вместо тела человека макета тела человека, состоящего из ТХ151 и воды, в течение 60 минут при условии, что резонансная частота объемного резонатора равнялась 57,7 МГц, а электрическая мощность вводимой высокой частоты составляла 600 Вт.

Как показано на фиг.2, макет тела человека нагревался до 40^oС и выше по всему поперечному сечению. В частности, центр макета тела человека нагревался до 42^oС и выше. Таким образом, в данном предпочтительном варианте выполнения установлено, что можно нагревать тело человека по всему поперечному сечению, и тем самым можно эффективно нагревать центр тела человека, наиболее удаленный от рамочных антенн.

Таким образом, в этом предпочтительном варианте выполнения можно эффективно глубоко нагревать заданную часть и тем самым обеспечивать эффективное лечение раннего рака в заданной части воздействием температуры.

Кроме того, если на некоторых внутренних стенках объемного резонатора предусмотрено три или более рамочных антенн, так что плоскости их рамок проходят параллельно некоторым внутренним поверхностям стенок объемного резонатора, расположенным противоположно друг другу, и если соответствующим образом управлять соответствующими интенсивностями и фазами электрических энергий высокой частоты, подаваемых на рамочные антенны, то можно эффективно нагревать любые части тела человека.

Хотя рамочная антенна может иметь любую длину, предпочтительно, чтобы она составляла одну четверть длины волны электрической энергии высокой частоты, вводимой в объемный резонатор. В результате, можно эффективно возбуждать и осуществлять резонанс электрической энергии высокой частоты.

Кроме того, хотя показанная на фиг.1 рамочная антенна 2 в плоскости 2А имеет по существу круглую форму, предпочтительно, чтобы она имела удлиненную в продольном направлении эллиптическую или прямоугольную форму для нагревания тела человека на большем удлинении.

На фиг. 4 показан другой предпочтительный вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению, в изометрической проекции. Одинаковые с фиг.1 части обозначены теми же позициями.

В указанном выше устройстве термотерапии рака, согласно данному изобретению, части тела человека, которые не должны нагреваться, такие как голова или ноги, могут нагреваться. В этом случае предпочтительно закрывать части, которые не должны нагреваться, трубчатыми металлическими элементами 12 в форме ортогексаэдра, как показано на фиг.4. Поскольку резонансная высокая частота не проникает внутрь металлических элементов, то части, закрытые металлическими элементами, не могут нагреваться.

Кроме того, поверхность дна одного из металлических элементов закрыта металлической пластиной 13, как показано на фиг.4. В этом случае еще более эффективно предотвращается вхождение электрической энергии высокой частоты внутрь металлических элементов 12.

Металлические элементы 12 могут иметь любую форму, включая форму ортогексаэдра, показанную на фиг.4, в соответствии с формами тела человека.

На фиг.5 показана карта распределения температур при имитации нагревания тела человека с использованием предпочтительного устройства, показанного на фиг.4. Имитация нагревания осуществлялась с использованием макета тела человека, состоящего из ТХ151 и воды, в течение 60 минут при условии, что резонансная частота объемного резонатора равнялась 57,7 МГц, а электрическая мощность вводимой высокой частоты составляла 300 Вт. На фиг.5 показано распределение температур в разрезе макета тела человека в плоскости, параллельной боковым внутренним поверхностям 1В и 1С стенки объемного резонатора 1.

Как показано на фиг. 5, часть макета тела человека, покрытая металлическим элементом 12, нагревалась только до 40^oС и ниже, в то время как часть макета тела человека, не покрытая металлическим элементом, нагревалась до температуры свыше 40^oС. Таким образом, установлено, что использование металлического элемента может эффективно сдерживать нагревание экранированной части тела человека.

На фиг.6 показан еще один предпочтительный вариант выполнения устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению. Одинаковые с фиг.1 части обозначены на фиг.6 теми же позициями.

Резонансная частота объемного резонатора 1 изменяется в зависимости от размера и формы тела человека. Однако с учетом зависимости от частоты внешнего источника электрической энергии высокой частоты, длины кабеля или устройства согласования импедансов желательно, чтобы объемный резонатор 1 имел постоянную резонансную частоту. Для этого, как показано на фиг.6, в заданном месте в объемном резонаторе 1 предпочтительно установлен элемент 14 управления резонансной частотой для обеспечения постоянной резонансной частоты резонатора.

А именно, указанный непрерывный процесс выполняют с регулированием размера, длины, материала и положения элемента 14 управления резонансной частотой. Элемент 14 управления резонансной частотой может быть расположен не только на столе 4 для размещения тела человека, но также на возвышении, расположенном в заданном месте внутри объемного резонатора 1.

Элемент 14 управления резонансной частотой может быть выполнен из металлического материала, такого как Сu, Al, Fe, керамического материала, диэлектрического материала, такого как Ti или масло, и в виде макета, эквивалентного телу человека, такого как ТХ151, межфазной жидкости и воды. Таким образом, за счет изготовления элемента 14 управления резонансной частотой из подходящего материала можно управлять резонансной частотой объемного резонатора.

В случае применения металлического элемента в форме ортогексаэдра, показанного на фиг.4, резонансную частоту объемного резонатора можно удерживать постоянной посредством регулирования диаметра, длины и положения в резонаторе металлического элемента.

Ниже приводится описание метода измерения резонансной частоты в устройстве термотерапии рака согласно данному изобретению. На фиг.7 показана схема реализации метода измерения.

При эффективном нагревании заданной части тела человека в устройстве термотерапии рака, согласно данному изобретению, резонансная электрическая энергия высокой частоты сильно поглощается телом человека, что приводит к сильному уменьшению величины добротности Q объемного резонатора. В результате, резонансную частоту объемного резонатора нельзя измерять на основе его частотной резонансной характеристики с помощью приемной антенны, установленной, например, на верхней внутренней поверхности 1А стенки, на которой находится рамочная антенна 2, или на нижней внутренней поверхности 1D стенки.

В этом случае, как показано на фиг.7, на боковой внутренней поверхности 1Е стенки объемного резонатора 1 предусмотрена антенна 15 возбуждения перпендикулярно плоскости 2А рамки рамочной антенны 2, а на боковой внутренней поверхности 1В стенки объемного резонатора 1 предусмотрена приемная антенна 16 параллельно передней поверхности 2А рамки. Затем в объемный резонатор 1 подают электрическую энергию высокой частоты из генератора электрической энергии переменной высокой частоты через антенну 15 возбуждения. В этом случае подаваемая электрическая энергия высокой частоты резонирует в объемном резонаторе 1 без поглощения в теле 6 человека. Таким образом, электрическая энергия высокой частоты принимается приемной антенной 16 и резонансную частоту объемного резонатора 1 можно измерять как частоту максимального принятого сигнала.

На фиг. 7 антенна 15 возбуждения расположена на боковой внутренней поверхности 1Е стенки перпендикулярно плоскости 2А рамочной антенны 2. Однако антенна 15 возбуждения может быть предусмотрена на боковой внутренней поверхности 1В стенки, а приемная антенна 16 - на боковой внутренней поверхности 1Е стенки, только если подаваемая электрическая энергия высокой частоты резонирует в объемном резонаторе за счет условий резонанса в нем. Кроме того, антенна возбуждения и приемная антенна могут быть предусмотрены на боковой внутренней поверхности 1Е стенки или соответственно на боковых внутренних поверхностях 1С и 1Е стенки перпендикулярно плоскости 2А рамки.

Хотя данное изобретение подробно описано применительно к указанным выше примерам выполнения, данное изобретение не ограничивается указанными примерами и возможны самые различные варианты и модификации без выхода из объема данного изобретения.

С помощью устройства термотерапии рака, согласно данному изобретению, заданную часть тела человека можно эффективно глубоко прогревать и тем самым эффективно осуществлять лечение рака нагреванием.

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, обеспечивающей нагревание внутренней части тела человека. Устройство термотерапии рака содержит объемный резонатор в форме ортогексаэдра и рамочную антенну на верхней внутренней поверхности стенки объемного резонатора. Рамочная антенна закреплена так, что плоскость ее рамки проходит параллельно двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора, расположенным противоположно друг другу, и перпендикулярно и вблизи верхней внутренней поверхности стенки. Электрическая энергия высокой частоты, введенная в резонатор, резонирует в направлении, параллельном боковым поверхностям стенки объемного резонатора на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля вдоль боковых поверхностей стенки объемного резонатора. Изобретение позволяет повысить эффективность лечения рака за счет точного нагрева требуемой внутренней части человека. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство термотерапии рака, содержащее объемный резонатор в форме ортогексаэдра и, по меньшей мере, одну рамочную антенну для возбуждения резонанса, которая закреплена на внутренней поверхности стенки объемного резонатора так, что плоскость ее рамки проходит параллельно двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора, расположенным противоположно друг другу, и перпендикулярно и вблизи внутренней поверхности стенки, на которой находится рамочная антенна, причем заданное высокочастотное электрическое поле, возбуждаемое в полости резонатора, вызывает резонанс в продольном направлении полости резонатора на возбужденной моде с постоянной интенсивностью электрического поля до того, как человеческое тело вносится в полость резонатора. 2. Устройство термотерапии рака по п. 1, в котором предусмотрены две рамочные антенны соответственно на двух внутренних поверхностях стенки, которые расположены противоположно друг другу, так что плоскости их рамок проходят параллельно двум внутренним поверхностям стенки объемного резонатора, расположенным противоположно друг другу, и перпендикулярно и вблизи внутренних поверхностей стенки, на которых находятся две рамочные антенны. 3. Устройство термотерапии рака по п. 2, в котором две рамочные антенны имеют противоположные направления соответствующих рамок. 4. Устройство термотерапии рака по любому из пп. 1-3, в котором рамочная антенна имеет длину, равную одной четверти длины волны электрической энергии высокой частоты, подлежащей вводу в объемный резонатор. 5. Устройство термотерапии рака по любому из пп. 1-4, в котором рамочная антенна имеет удлиненную в продольном направлении в плоскости эллиптическую или прямоугольную рамку. 6. Устройство термотерапии рака по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее трубчатый металлический элемент для закрывания заданной части тела человека. 7. Устройство термотерапии рака по п. 6, в котором поверхность дна трубчатого металлического элемента закрыта металлической пластиной. 8. Устройство термотерапии рака по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее элемент управления резонансной частотой для регулирования резонансной частоты объемного резонатора. 9. Устройство термотерапии рака по п. 8, в котором элемент управления резонансной частотой выполнен из металлического материала, керамического материала или в виде макета, эквивалентного телу человека. 10. Устройство термотерапии рака по любому из пп. 1-9, содержащее пару антенн, а именно антенну возбуждения и приемную антенну для измерения резонансной частоты объемного резонатора. 11. Устройство термотерапии рака по п. 10, в котором по меньшей мере одна антенна возбуждения и приемная антенна предусмотрена на внутренней поверхности стенки объемного резонатора перпендикулярно плоскости рамочной антенны. 12. Устройство термотерапии рака, содержащее объемный резонатор в форме ортогексаэдра и множество рамочных антенн, предусмотренных на внутренних поверхностях объемного резонатора, при этом внутренние поверхности стенки объемного резонатора окружают тело человека, множество рамочных антенн расположены противоположно друг другу, плоскости рамок множества рамочных антенн расположены параллельно продольному направлению объемного резонатора, с помощью которых обеспечивается нагревание любой части тела человека посредством управления интенсивностями и фазами соответствующих электрических энергий высокой частоты, подаваемых на множество рамочных антенн.