Energieverteilung in Fett-Muskel-Schichten bei Be

Behandlung mit längeren Dezimeterwellen
AUS DER ENTWICKLUNGSABTEILUNG DER SIEMENS-REINIGER-WERKE AG, ERLANGEN
W.
B ß EL
W.KRAUSE;
J.PÄTZOLD
Energieverteilung in Fett-Muskel-Schichten bei Behandlung mit längeren Dezimeterwellen im Vergleich
mit den bisher in der Therapie angewendeten
Hochfrequenz-Verfahren*
Nach einer Übersicht über die Entwicklung der elektromagnetischen Hochfrequenzverfahren für die Zwecke der Wärmetherapie wird ein Gerät zur Anwendung längerer Dezimeterwellen (69cm Wellenlänge in Luft) beschrieben. Die Ergebnisse der
Temperaturverteilungsmessungen, die mit Strahlern dieses Gerätes an Gewebephantomen ermittelt wurden, sind in Form von Isothermen dargestellt und mit den
anderen Hochfrequenzverfahren der Wärmetherapie an typischen Beispielen verglichen. Die mit dem den Körper teilweise umfassenden Muldenapplikator erzielbaren
Wärmeverteilungen stellen wohl das Optimum dar, das heute bezüglich der Tiefenwirkung bei lokalen Wärmebehandlungen erreichbar ist. Hinweise auf praktische
Anwendungen der verschiedenen Verfahren schließen die Ausführungen ab.
Les auteurs donnent un apergu de Pevolution des methodes electromagnotiques HF
appliquees en thermotherapie. Ensuite, ils decrivent un appareil qui pennet l'emploi
de longues ondes docimetriques (longueur d'onde 69 cm dans l'air). Sous la forme
d'isothermes ils indiquent les rosultats des mesures qu'ils ont effectuSes pour doterminer la repartition de chaleur, obtenue avec les projecteurs de cet appareil sur des
fantömes tissulaires, et ils les comparent, en choisissant des exemples typiques, aux
autres meihodes de thermotherapie HF. Les valeurs de repartition de chaleur alisables avec le projecteur en forme d'auge qui entoure en partie le corps, reprosentent probablement lOptimum que puisse actuellement §tre attaint au point de vue de
Feffect profond en diathermie locale. Des conseils pour l'emploi pratique des differentes mothodes concluent l'article.
After a survey has been given of the development of the electromagnetic highfrequency methods applied for the purposes of heat therapy, a unit for the application of longer decimeter waves (69 cm in air) is described. The results of the temperature distribution measurements performed with tissue phantoms by means of
applicators of this unit, are plotted in the form of isotherms and compared with
those of other high-frequency methods of heat therapy. Typical examples have been
selected. The Optimum solution seems to be reached with the contour applicator
partially surrounding the body. Better results cannot be obtained today in the field
of deep-heating efficiency of local heat administration. Hints on the practical utilization of the various methods conclude the comments.
Despuos de una vista de conjunto sobre el desarrollo de los procedimientos electromagneticos de alta frecuencia para las finalidades de la termoterapia, se describe un
aparato para la aplicacion de ondas decimetricas algo mäs largas (69cm de longitud
de conda en el aire). Los resultados de las mediciones de la distribucion de la temperatura, determinados mediante radiadores de este aparato en fantomas de tejido,
estän representados en forma de isotermas y se comparan en ejemplos tipicos con
otros procedimientos de alta frecuencia de la termoterapia. Las distribuciones de
calor obtenibles con el radiador en forma de artesa, que rodea parcialmente el
cuerpo, constituyen probablemente el optimo que se puede alcanzar en la .actualidad
con respecto al efecto en profundidad en los tratamientos t6rmicos locales. El articulo termina con indicaciones para la aplicacion präctica de los diferentes procedimientos.
1. Verlauf und Ziel der Entwicklung von Wärmetherapieverfahren mit elektromagnetischer Hochfrequenzenergie.
2. Ein Dezimeterwellen-Therapiegerät mit der Frequenz 433,92 MHz.
*) Herrn Professor Dr. Erwin S c h l i e p h a k e zur Vollendung seines 70. Lebensjahres gewidmet.
3. Ergebnisse vergleichender Temperaturmessungen an geschichteten Geweben,
3 t Betrachtung des Wertes von TemperaturverA ..
tezlungsmessungen,
3.2 Angewendete Meßtechnik zur Ermittlung
von _
Temperatuiverteilungen,
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172
W. Kebbel — W. Krause — J. Pätzold
3.3 Darstellung der Wirkungsweise verschiedener Applikatoren an Hand typischer Temperaturverteilungen.
4. Vergleiche zu bisherigen Hochfrequenz-Verfahren und Hinweise für klinische Anwendungen.
1. Verlauf und Ziel der Entwicklung von Wärmetherapieverfahren mit elektromagnetischer Hochfrequenzehergie
über den Nutzen der Anwendung elektromagnetischer Hochfrequenzenergie für die Wärmetherapie
in allen Bereichen der Medizin, in denen Wärme
als Heilfaktor indiziert ist, braucht heute nicht mehr
diskutiert zu werden,· die Geräte für Kurzwellenund zusätzlich für Mikrowellentherapie gehören
zum Rüstzeug jedes Therapeuten in Krankenhaus
und Praxis. Dieser Stand wurde in stetiger Entwicklungsarbeit durch immer neue Verbesserungen
an Verfahren und Geräten erreicht. Ein kurzer
überblick soll die wichtigsten Etappen dieses Weges zeigen, da er die Weiterentwicklung folgerichtig
erkennen läßt.
Die ersten Versuche von Esau und Schliephake (1928)
bewiesen, daß mit hochfrequenter Energie des Kurzwellenbereiches erhebliche Temperatursteigerungen
im menschlichen Körper zu erzielen sind, wenn dieser in einem Kondensatorfeld durchflutet wird. Die
biologische Substanz ist dabei als verlustbehaftetes
Dielektrikum des Kondensators aufzufassen; die
dabei auftretende Erwärmung entsteht im wesentlichen infolge der lonenleitfähigkeit der Körpergewebe. In den in der Folge durchgeführten grundsätzlichen Untersuchungen (Esau, Pätzold, Betz,
Ahrens, Oßwald; Rajewsky, Dänzer;,Schäfer, Schwan;
Wenk, Kebbel u. a.) wurde das Verhalten biologischer Substanzen im hochfrequenten Kondensatorund Spulenfeld weitgehend geklärt sowie die Frequenzabhängigkeit der
Dielektrizitätskonstanten
und Leitfähigkeiten der verschiedenen Gewebearten
über die gesamte Skala der technisch zur Verfügung stehenden Frequenzen ermittelt. Diese Messungen sind neuerdings bis in den Bereich der kurzen Millimeterwellen (Schwan und Mitarbeiter) vervollständigt worden und geben ein lückenloses Bild
von den dielektrischen Eigenschaften biologischer
Gewebe in dem großen Bereich von den Tonfrequenzschwingungen bis zu den Millimeterwellen.
Aus der Kenntnis der Frequenzabhängigkeit der
dielektrischen Konstanten biologischer Gewebe wurden wichtige Hinweise für die therapeutischen Anwendungen gewonnen, insbesondere bezüglich der
größtmöglichen Erwärmung in der Tiefe des Körpers unter weitgehender thermischer Entlastung
oberflächennaher Schichten.
Von Pätzold (1937, 1952) wurde wiederholt darauf
hingewiesen, daß für die Kondensatorfeldmethode
und eine neuartige Strahlenfeldmethode eine Frequenz im Bereich von etwa 300 MHz den Wünschen
E1.EKTR O M E D I Z I N
B A N D 9/1964
Nr.«
der Therapeuten hinsichtlich thermischer Fettentlastung am besten entsprechen müßte. Bei Anwendung wesentlich höherer Frequenzen ist die Kondensatorfeldmethode technisch sehr erschwert durch
die schnelle Zunahme der Strahlungsverluste und
durch den Umstand, daß das Feld im Körper nicht
mehr quasistationär verläuft. Die in dieser Richtung anlaufende Entwicklung — erste Hochleistungsgeräte mit einer Wellenlänge um l m waren
bereits 1938 gebaut (Oßwald) und erprobt (Korb)
worden — führte zum klinischen Einsatz von 6 Geräten. Nach 1945 konnten die Arbeiten nicht wieder
aufgenommen werden wegen der inzwischen erfolgten internationalen Frequenzverteilung (Atlantic
City 1947), die Frequenzen für die Therapie in diesem Bereich nicht vorsah.
Nach 1945 erschienen nun, zunächst in den USA,
Geräte mit der Frequenz 2450 MHz auf dem Markt.
Bei diesen Geräten wurde also von der kürzeren
der freigegebenen Dezimeterwellen von 12,25cm
Wellenlänge Gebrauch gemacht und Hochfrequenzenergie ausschließlich im Strahlenfeld appliziert.
Der menschliche Körper wird hierbei der Nahfeldstrahlung kleiner Antennen in Reflektoren ausgesetzt, wobei die im Körper absorbierte Energie in
Wärme umgewandelt wird. Diese Geräte brachten
in erster Linie eine Vereinfachung der Behandlungstechnik, da der Strahler lediglich auf den zu
behandelnden Körperteil gerichtet werden mußte.
Die Tiefenwirkung war jedoch sehr begrenzt, weil
bei derartig hohen Frequenzen die Halbwertschicht
im Muskelgewebe kleiner als 1,2cm ist (Pätzold,
1940). Bessere Ergebnisse bezüglich Fettentlastung
und ©ine gegenüber der Strahlenfeldbehandlung
mit 2450 MHz etwa doppelt so große Eindringtiefe
brachte die Einführung monopolarer Spulenfeldelektroden im Frequenzbereich der Kurzwellengeräte (um 27,12 MHz), bei denen die Hochfrequenzenergie im konzentrierten magnetischen Feld bevorzugt durch Wirbelströme in den gutleitenden
Muskelschichten in Wärme umgesetzt wurde. Kennzeichnend für die beiden letztgenannten Methoden
ist ihre gegenüber der Kondensatorfeldmethode
günstigere thermische Fettentlastung bei geringerer
Tiefenwirkung. Die seitens namhafter Ärzte und
Gerätehersteller nach 1947 wiederholt erhobene
Forderung nach Zuteilung einer Frequenz für Therapiezwecke im Bereich um 300 MHz führte schließlich 1959 zunächst in Deutschland und einigen weiteren Ländern zur Freigabe der Frequenz 433,92 MHz
(entsprechend 69cm Wellenlänge in Luft). Nach
unseren früheren Untersuchungen waren mit dieser
Frequenz des oberen Dezimeterwellenbereiches
wesentlich günstigere Wärme Verteilungen als mit
12,25cm inbezug auf thermische Fettentlastung und
Tiefenwirkung zu erwarten. Wie weit dies durch
die praktischen Ergebnisse inzwischen bestätigt
werden konnte, wird aus den folgenden Ausführungen ersichtlich werden.
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B A N D 9 964
Nr. 3
Behandlung mit längeren Dezimeterwellen
auf die Sollfrequenz abgestimmt ist. Die Oberwellen des Generators (jeder im C-Betrieb arbeitende
Für die Wärmetherapie mit längeren Dezimeter- Hochfrequenzgenerator erzeugt neben der Grundwellen wurde bei den Siemens-Reiniger-Werken welle eine Vielzahl von harmonisch zur Grundwelle
1955 mit der Entwicklung eines neuen Gerätes be- liegenden Oberwellen) werden durch mehrere eingonnen, das in Bild l dargestellt ist. Dieses Gerät stellbare Resonanzfilter und ein breitbandiges
-Filter auf bestimmungsgemäß zulässige Anteile
ist in Verbindung mit besonders gestalteten Strahherabgesetzt.
lern und Applikatoren für die Tiefenerwärmung des
Für Behandlungszwecke sind zunächst drei vermenschlichen Körpers geeianet, ohne daß dabei
schiedene Applikatoren vorgesehen: ein Teile des
Haut- und Unterhautfettgewebe thermisch überlastet
Körpers umfassender neuartiger Muldenapplikator
werden. Wie eingehende Untersuchungen über die
sowie ein Rundfeld- und ein Langfeldstrahler
Temperaturverteilung in geschichteten biologischen
(Bild 2). Eine Abstimmung dieser Applikatoren ist
Gewebephantomen sowie über 7 Jahre durchgebei der Durchführung von Behandlungen nicht erführte klinische Erprobungen in einer größeren Zahl
forderlich; sie wird im Werk einmal vorgenommen
von Krankenhäusern gezeigt haben, lassen sich daund dabei jeder Applikator optimal an den Genemit im Muskelgewebe und in tiefergelegenen Orgarator angepaßt und fest eingestellt. Eine Abstimmnen Wärmeverteilungen erzielen, wie sie mit den
automatik, wie sie bei den Kurzwellentherapiegeräbisher bekannten Verfahren nicht erreichbar sind.
Das Dezirneterwellen-Therapiegerät benutzt eine ten angewendet wird, kann dabei entfallen. Mit
dem Muldenapplikator gelingt es in einfacher
Sendefrequenz von 433,92 MHz und strahlt hochfrequente elektromagnetische Wellen von etwa Weise, in Teilen des Körperstammes oder der Ex69cm Wellenlänge in Luft aus. Die Hochfrequenz- tremitäten eine Tiefenerwärmung ohne thermische
leistung (Strahlungsleistung) beträgt maximal 200 überbelastung des Haut- und Unterhautfettgewebes zu erzielen, wie sie bisher weder im KondenWatt. Der eigentliche Hochfrequenzgenerator ist
satorfeld noch mit besonderen Spulenfeldelektroden
ein sogenannter selbsterregter Topfkreisgenerator.
oder Strahlern möglich war. Mit dem Rund- und
Als Generatorröhre dient eine mit koaxialen ElekLangfeldstrahler kann dem Behandlungsobjekt nur
trodenanschlüssen versehene und mit Druckluft gevon einer Seite aus Energie zugeführt werden,
kühlte Senderöhre, die zur Erzielung eines hohen
ähnlich wie mit Mikrowellen-Strahlern oder mit
Wirkungsgrades im C-Betrieb (unterer Teil der RöhKurzwellen-Wirbelstromelektroden.
renkennlinie) arbeitet. Die Frequenzstabilität des
Generators mit der größten Frequenzabweichung Die physikalische Wirkungsweise der neuen Appli^ ± 0,2 «/o von 433,92 MHz, die nach den „Tech- katoren wird im Vergleich mit den bekannten
nischen Bestimmungen der Deutschen Bundespost Strahlern und Elektroden an Hand der Ergebnisse
für Hochfrequenzgeräte und -Anlagen" bei allen Be- von Temperaturverteilungsmessungen an geschichtriebsbedingungen eingehalten werden muß, wird teten biologischen Gewebephantomen im folgenden
durch einen Stabilisierungstopfkrejs erreicht, der Kapitel erläutert.
3. Ergebnisse vergleichender Temperaturmessungen an geschichteten Geweben
Bevor über die angewendete Meßtechnik und die
damit erzielten Ergebnisse der Temperaturvertei-
2. Ein Dezimeteiwellen-Therapiegerät mit der Frequenz 433,92 MHz
|
Muldenapplikator
Rundfeldstrahler
Langfeldstrahler
Bild 2. Strahler des Dezimeterwellen-Therapiegerätes
„S1RETHERM 609"
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lungsmessungen an geschichteten Geweben berichtet wird, soll zunächst der Aussagewert solcher
Messungen betrachtet werden. Die beabsichtigte
Primärwirkung der Therapie ist die Erzeugung von
Temperaturerhöhungen in den behandelten Körperabschnitten. Die dazu bei den verschiedenen therapeutischen Verfahren angewendeten Mittel unterscheiden sich dadurch, daß sie in der anatomisch
vorgegebenen Schichtung verschiedener Gewebe
sehr verschiedene Temperaturverteilungen erzeugen. Bei Kenntnis der an Gewebeschichtungen gewonnenen Temperaturverteilungen ist der Therapeut in der Lage, das für die jeweils vorliegende
Aufgabe optimale Verfahren auszuwählen. Dabei
könnte es u. E. von wesentlicher Bedeutung sein,
welche Richtung das Temperaturgefälle (Gradient)
an den Grenzen verschiedenartiger Gewebe hat.
3.1 Betrachtung des Wertes von Temperaturverteilungsmessungen
Die Ergebnisse von Temperaturverteilungsmessungen in Gewebephantomen können für die Verhältnisse im lebenden Körper nur einen Anhalt darstellen. Ihr besonderer Wert, das soll zunächst vorangestellt werden, liegt im Erkennen und Beurteilen der physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die bei
den verschiedenen Behandlungsverfahren wirksam
sind. Nur auf diese Weise ist es z. B. möglich,. die
Richtigkeit grundsätzlicher Überlegungen bezüglich
Fettentlastung, Tiefenwirkung und anderer für die
Anwendung wichtiger Fragen, die sich aus der Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Gewebekonstanten ergeben, experimentell zu überprüfen. Damit wird es relativ einfach, verschiedene Verfahren
und Applikatoren bei sehr verschiedenen Frequenzen miteinander zu vergleichen. Voraussetzung hierfür ist allerdings das Einhalten gleicher Versuchsbedingungen, und zwar: gleicher Phantomaufbaü,
gleiche und möglichst kurze Bestrahlungsdauer mit
hoher Intensität, eine hierzu vergleichsweise kleine
Meßzeit sowie annähernd gleiches Temperaturniveau. Nur wenn alle diese Bedingungen erfüllt
sind, kann der verfälschende Einfluß der Wärmeleitfähigkeit auf die Meßergebnisse praktisch vernachlässigt werden. Daß der nivellierende Einfluß
der Wärmeleitung bei Phantommessungen in gewissem Umfang meßtechnisch eliminiert werden
kann, sei nur am Rande erwähnt. Es ergeben sich
auf 'diese Weise Temperaturverteilungen, aus denen
auf die geometrischen Oerter der Wärmequellen,
also den Punkten, an denen sich unmittelbar Hochfrequenzenergie in Wärme umsetzt, geschlossen
werden kann. Das ist insbesondere beim wissenschaftlichen Vergleich verschiedener Verfahren, aber
auch für den Therapeuten wichtig, weil eigentlich
nur hieraus der — wenn auch noch so klejine —
Temperaturgradient bezüglich seiner Richtung an
Grenzflächen erfaßt werden kann.
Das so ermittelte Temperaturrelief ist natürlich
nicht identisch mit dem Relief bei praktischen Patientenbehandlungen. Es sind im wesentlichen die
Faktoren Bestrahlungsintensität, Bestrahlungsdauer
und Durchblutung des behandelten Körperabschnittes, die das Resultat der Wärmeverteilung im
lebenden Körper modifizieren und die durch Phantommessungen nicht exakt erfaßt werden können.
Sie betreffen jedoch alle Verfahren in gleicher
Weise, so daß das Bild der primären Temperaturverteilung seinen für Vergleiche so wichtigen Aussagewert behält.
Bei großer, gerade noch verträglicher Intensität
sind nur kurze Behandlungszeiten zulässig, um
Schädigungen zu vermeiden. Der Umsatz der Hochfrequenzenergie in Wärme erfolgt entsprechend den
für das angewendete Verfahren geltenden Gesetzmäßigkeiten. Bei niedrigeren Intensitäten sind längere Behandlungszeiten möglich. Die erzeugte
Wärme verteilt sich dann über größere Bereiche
im Körper infolge des nivellierenden Einflusses
sowie vor allem der Konvektion durch den Blutstrom, der seinerseits von der Stärke der Durchblutung und der Geschwindigkeit des Blutflusses
abhängt. Niedrige Intensitäten und relativ lange
Behandlungszeiten entsprechen dem praktischen Behandlungsfall weit mehr als das erstgenannte
Extrem.
3.2 Angewendete Meßtechnik zur Ermittlung von
Temp er turver teilungen
Messungen zur Ermittlung von Temperaturverteilungen werden bei uns an biologischen Gewebephantomen durchgeführt, die größemnäßig etwa
dem Teil des Körpers entsprechen, der bei der praktischen Anwendung der untersuchten Methode behandelt wird. Aus der Vielzahl der durchgeführten
Messungen werden diejenigen ausgewählt, die mit
einem Phantom der Größe 20 X 20 X 20 cm gewonnen wurden. Die äußere Schicht des Phantoms
besteht als Nachbildung des Unterhautfettgewebes
aus einer l bis 2 cm dicken Fettschicht, das Innere
aus zerkleinertem Muskelfleisch. Markknochen oder
Organe werden bei speziellen Untersuchungen in
das Muskelfleisch eingebettet.
Die im Phantom erzeugte Temperaturverteilung
wird mit Hilfe von Thermosonden gemessen. Es ist
dabei wünschenswert, die Temperatur an vielen
Stellen möglichst gleichzeitig zu messen. Gut geeignet hierfür sind dünne Quarz-B enzol-Thennometer und Thermoelemente. Erstere haben gegenüber letzteren den Vorteil, daß sie während der
Bestrahlung im Phantom belassen werden können,
weit sie keine Eigenerwärmung im elektrischen
oder magnetischen Feld zeigen und den Verlauf der
elektromagnetischen Feldlinien kaum stören. Sie
haben jedoch den Nachteil, daß die Temperaturverteilung mit ihnen wegen der Länge des Flüssigkeits-
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Nr. 3
Behandlung mit längeren Dezimeterwellen
Bild 3. Meßapparatur zur Ermittlung von Temperaturverteilungen
a) Thermoelemente ,b) Lichtpunktschreiber, c) Eichspannungsgeber, d, Vergleichselement.
gefäßes weder punktförmig noch in mehreren Tiefen des Phantoms ermittelt werden kann. Aus diesem Grunde sind die im folgenden beschriebenen
Temperaturverteilungsmessungen mit Thermoelementen durchgeführt worden.
Bild 3 zeigt die zur Ermittlung der Temperaturverteilung angewendete Meßanordnung, bestehend aus
26 in der Eintauchtiefe verstellbaren Thermoelementen, einem Vergleichselement, einem Eichspannungsgeber und einem Lichtpunktschreiber. Bei dem
Meßvorgang werden alle Meßsonden nacheinander
(durch Umschalten) mit dem Lichtpunktschreiber
verbunden, der den jeweiligen Temperaturwert
. (Spannungswert des Elementes) registriert. Die
Temperaturerhöhungen an den verschiedenen Meßstellen ergeben sich aus der Differenz der Werte
vor und nach der Bestrahlung. Die Meßsonden dürfen aus den vorgenannten Gründen während der
Bestrahlung nicht im Phantom verbleiben.
Für die Auswertung werden die Meßergebnisse
zunächst normiert, d. h. der Maximalwert der Temperaturerhöhung gleich l gesetzt und die übrigen
Temperaturwerte hierauf bezogen. Die in einer bestimmten Richtung (parallel oder senkrecht zur
Oberfläche) sich ergebende Temperaturverteilung
kann als Kurve aufgetragen werden, eine Darstellungsweise, die in früheren Arbeiten häufig ange-
Stellung der Kondensatorelektroden
Bild 4. Temperaturrelief in der mittleren Querschnittebene des
Phantoms nach Bestrahlung mit Kurzwellen - Kondensatorf eldElektroden von 130 mm 0 und 20 mm EHA ( A„ = H m)
Bild 5. Temperaturreliefe in horizontalen Ebenen des Phantoms
nach Bestrahlung mit dem Muldenapplikator (/t „ = 9 cm)
a) in der mittleren Querschnittebene,
b) in horizontalen Ebenen, die symmetrisch zur Mittelebene im Abstand von etwa 75 mm liegen.
wendet worden ist. Besonders anschauliche und für
einen Vergleich gut geeignete Diagramme ergeben
sich, wenn die Temperaturverteilung in der gemessenen Ebene als Temperaturrelief (Bilder 4
und 5) oder als relative Isothermen (Bilder 6 bis 14)
dargestellt wird.
Bei den im folgenden beschriebenen Temperaturverteilungen werden einige charakteristische Beispiele für das Kondensator- und Spulenfeld mit l i m
Wellenlänge und das Strahlenfeld mit 12cm Wellenlänge vorangestellt und danach die Meßergebnisse bei Anwendung der längeren Dezimeterwellen
beschrieben.
3.3 Darstellung der Wirkungsweise verschiedener
Applikatoren an Hand typischer Temperaturverteilungen
Kurzwellen-Kondensatorfeldelektroden (X0 = lim)
Das am weitesten in der Hochfrequenz-Wännetherapie verbreitete Behandlungsverfahren zur
Lokal- und Ganzkörper-Durchflutung ist die Kurzwellen-Kondensatorfeld-Methode nach Schliephake.
Hierbei bildet das Behandlungsobjekt das mit
Ohm'schen Verlusten behaftete Dielektrikum eines
mit Hochfrequenzenergie gespeisten Kondensators.
Der Strom, der sich aufgrund des hochfrequenten
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Bild 6. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnitt' "
"~
elektrischen Wediselfeldes zwischen den Kondensatorelektroden im Dielektrikum ausbildet, durchfließt die verschiedenen Gewebeschichten unseres
Phantoms nacheinander und erwärmt sie proportional zu ihren Ohm'schen Widerständen. Da Fettgewebe im Vergleich zu Muskelgewebe einen erheblich höheren Ohm'schen Widerstand (bzw. geringeren reellen Leitwert) besitzt, wird es in solcher
Serienschaltung stärker erwärmt als Muskelgewebe.
Bilder 4 und 6 geben hiervon ein anschauliches Bild.
Die hierbei auftretende relative thermische Fettbelastung Atp/AtM beträgt etwa 10 : 1.
Kurzwellen-Wirbelstromelektroden ( 0 = Um)
Wirbelstromelektroden dienen ebenso wie Mikrowellen- und Dezimeterwellen-Rundfeldstrahler zur
einseitigen Bestrahlung von Körperteilen. Im Nahfetd erzeugt dieser Elektrodentyp in Axialrichtung
der Spule ein konzentrisches hochfrequentes Magnetfeld, welches in den Gewebeschichten durch Induktion zirkuläre Wirbelströme hervorruft.
Aufgrund der um etwa eine Zehnerpotenz verschiedenen elektrischen Leitfähigkeit von Fett- und
Muskelgewebe bilden sich im Unterhautfettgewebe
schwächere Ströme und damit verbunden geringere
Temperaturerhöhungen aus als im angrenzenden
Muskelgewebe. Bild 7 zeigt dieses Verhalten am
Beispiel der Spulenfeldelektrode „Monode". Die
Temperaturerhöhung im mittleren vorderen Teil der
Fettschicht rührt von dem hochfrequenten elektrischen Feld her, das zwischen Spulenelektrode und
Behandlungsobjekt überlagert vorhanden ist und
das in gewissen Grenzen durch Variation des Abstandes der Elektrode von der Körperoberfläche beeinflußt werden kann. Die relative thermische 'Fettbelastung AtF/Atn erreicht bei dieser Elektrode
trotz einer 2cm dicken Fettschicht nur etwa das
Verhältnis 1:1, der Abfall der Temperatur im Muskelgewebe auf den halben Wert erfolgt nach etwa
20 mm Schichtdicke.
Mikrowellen-Rundfeld( 0 = 12,25 cm)
und
Langfeldstrahler
Beide Strahler werden zur einseitigen Bestrahlung
von Behandlungsobjekten verwendet. Bedingt durch
den konstruktiven Aufbau erzeugt der Rundfeldstrahl er zirkulär polarisierte elektromagnetische Wellen. Wie die Temperaturverteilungen nach den Bildern 8 u. 9 erkennen lassen, ist die Eindringtiefe bei
dieser Wellenlänge wegen der hohen Absorption der
Gewebe verhältnismäßig gering. DieHalbwertschichtdicke beträgt im Muskelgewebe nur etwa 10 bis
12mm, die relative thermische Fettbelastung Atp/
AtM beträgt etwa 1,3 : l bei einer 2 cm dicken Fettschicht.
Befindet sich vor dem Gewebephantom, eine etwa
4 cm dicke Sandschicht, so werden die vom Rundfeldstrahler abgestrahlten Wellen besser zusammengehalten, d. h. das bestrahlte Gebiet wird kleiner und die Intensität größer (s. Bild 9); Eindringtiefe und Fettbelastung ändern sich dagegen nur
unwesentlich.
Nach Darstellung dieser bekannten Verfahren, die
hier aus Platzgründen nur an Hand einiger charak-
Maße in nun
Bild 7. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnittebene des Phantoms. nach Bestrahlung mit der KurzwellenWirbelstromelektrode „MONODE" (X = 11 m)
Bild 8. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnittebene des Phantoms nach Bestrahlung mit einem Mikrowellen-Rundieldstrahler (\ = 12,25 m)
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177
Maße in mm
Bild 9. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnittebene des Phantoms mit vorgeschalteter 4 cm dicker Sandschicht nach Bestrahlung mit einem Mikrowellen-Rundfeldstrahler ( = 12,25 cm)
Maße in mm
Bild 10. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnittebene des Phantoms nach Bestrahlung mit einem Dezimeterwellen-Rundfeldstrahler (), = 69 cm)
teristischer Beispiele erfolgen konnte, werden im
folgenden Eigenschaften und Wirkungsweise längerer Dezimeterwellen (X0 = 69cm) beschrieben.
Methode, also weder im Kurzwellen-Kondensatorffeld noch mit dem Spulenfeld oder im Dipolfeld bei
12,25 oder 69 cm Wellenlänge erreichbar waren. Die
Feldverteilung, die sich im Behandlungsobjekt ausbildet, entspricht weitgehend der des Hn-Wellentyps im Rechteckhohlleiter. Als H-Wellen in HohlJ eitern werden bekanntlich solche Wellentypen bezeichnet, bei denen die magnetischen Feldvektoren
in Ausbreitungsrichtung der Wellen liegen, als EWellen solche mit elektrischen Feldvektoren in der
Ausbreitungsrichtung. Wie die Bilder 11 bis 14 und
das Temperaturrelief Bild 15 zeigen, ergeben sich
hierdurch fast gleichmäßige Temperaturerhöhungen
über den ganzen Querschnitt des bestrahlten Bereiches. Als Ursache für diese Art der Erwärmung
sind die transversal zur Strahlungsrichtung verlaufenden hochfrequenten elektrischen Wirbelströme
im Gewebe anzusehen, die sich vor allem in der
Nähe der Strahlerecken ausbilden, weil an diesen
Dezimeterwellen-Rundfeld- und
(X0 = 69 cm)
LangfeldstrahJer
Rundfeld- und Langfeldstrahler (Bild 2) sind verkürzte sogenannte Topfkreisstrahler, die sich zur
einseitigen Bestrahlung von Behandlungsobjekten
gut eignen. Aufgrund ihrer konstruktiven Formgebung wirken bei ihnen im Nahfeld (ähnlich wie
bei Kurzwellen-Wirbelstromelektroden) im wesentlichen hochfrequente Magnetfelder, die durch Induktion in den bestrahlten Geweben transversal
zur Strahlungsrichtung verlaufende elektrische Wirbelströme hervorrufen. Die Erwärmung der verschiedenen Gewebeschichten, die im elektrischen
Stromkreis parallel geschaltet sind, hängt von der
Stärke der Wirbelströme und von den elektrischen
Eigenschaften der Gewebe, insbesondere von ihren
Leitfähigkeiten ab. Fettgewebe mit einem niedrigeren reellen elektrischen Leitwert als Muskelgewebe
weist deshalb — wie Bild 10 anschaulich zeigt —
trotz des kleineren Abstandes vom Strahler wesentlich geringere Temperaturerhöhungen auf als das
angrenzende Muskelgewebe. Die relative thermische Fettbelastung Atp/Atji erreicht hierbei trotz
der 2 cm dicken Fettschicht den beachtlich niedrigen
Wert von etwa l : 4. Der Abfall der Temperatur im
Muskelgewebe auf den halben Wert erfolgt nach
etwa 25 :bis 30mm Schjchtdicke^ , r, » ,
Dezimeterwellen-Muldenapplikator ( 0 = 69 cm)
Bei Anwendung des Muldenapplikators" (Bild 2), der
nach seinem Aufbau einen Hohlleiter darstellt, bilden
sich im Körper bestimmte hochfrequente elektromagnetische Felder aus, die charakteristische Ten>
p eratur Verteilungen zur Folge haben. Im gesamten
bestrahlten Gebiet, insbesondere in tiefer liegenden
Schichten, werden Temperaturverteilungen erzielt
(Bilder: 11 bis 14), wie sie bisher mit keiner anderen
Maße in mm
Bild II. Temperaturverteiluhg in der mittleren Querschnittebene des Phantoms nach Bestrahlung mit dem Mulden>
i applikätor (X = 69 cm) ,
' --
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Bild 12. Temperaturverteilung in Querschnittebenen des Phantoms, die symmetrisch zur Mittelebene im Abstand von etwa
75 mm liegen, nach Bestrahlung mit dem Muldenapplikator
<X0 = 69 cm)
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Bild 14. Temperaturverteilung in Querschnittebenen des Phantoms, die symmetrisch zur Mittelebene im Abstand von etwa
75 mm liegen, =nach
69 cm Bestrahlung mit dem Muldenapplikator
» Phantom mit Markknochen)
Stellen — bedingt durch die hervorgerufene Feldverteilung — starke hochfrequente Magnetfelder in
Strahlungsrichtung vorhanden sind. Der EU-Wellentyp, der bei den gegebenen Abmessungen des
Applikators ebenfalls anregbar ist, wird bei dieser
Ausführung durch konstruktive Maßnahmen weitgehend unterdrückt, um eine zu starke Erwärmung
der vorderen Fettschicht durch das bei diesem Hohlleiter-Wellentyp vorhandene und in Strahlungsrichtung wirkende hochfrequente elektrische Feld zu
verhindern.
Die relative thermische Fettbelastung Atp/AtM: beträgt bei diesem Strahler an den Seiten etwa l : 2,
in der Mitte etwa l : 1,1 bei einer 2 cm dicken Fettschicht.
Knochen l Muskel
Maße in cm
Bild 15. Vergleich charakteristischer Temperaturverläufe ver·
schiedener HF-Wärmeverfahren nach kurzer Einstrahlungszeit
(schematisch)
Bild 13. Temperaturverteilung in der mittleren Querschnittebene des Phantoms nach Bestrahlung mit dem Muldenapplikator ( = 69 cm, Phantom mit Markknochen)
4. Vergleiche zu bisherigen Hochfrequenz-Verfahren und Hinweise für klinische Anwendungen
Im Vorstehenden wurden die Ergebnisse von Temperaturverteilungsmessungen an geschichteten biologischen Phantomen bei Anwendung der verschiedenen Hochfrequenz-Therapieverfahren dargestellt.
Die Ergebnisse sind direkt vergleichbar, da allen
Messungen gleiche Versuchsbedingungen zugrunde
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Behandlung mit längeren Dezimeterwellen
lagen. Aus ihnen lassen sidi wichtige Gesichtspunkte für die praktischen Anwendungen ableiten.
Die Darstellung in Bild 15, die zusammenfassend
einen unmittelbaren Vergleich der typischen Temperaturverteilungen bei den untersuchten Verfahren
erlaubt, kann hierbei wertvolle Hilfe leisten.
Im Dezimeterwellenbereich sind die längeren Dezimeterwellen von 69 cm (Bild 15 d) den kürzeren von
12,25cm (Bild 15 c) in bezug auf Eindringtiefe erwartungsgemäß um den Faktor 2 bis 3 überlegen,
wenn das zu behandelnde Objekt einseitig „angestrahlt" wird. Bei Fettschichtdicken von einigen
Zentimetern zeigen die längeren Dezimeterwellen
eine bessere thermische Fettentlastung als die kürzeren, das Auftreten von stehenden Wellen (Interferenzen) in der Fettschicht infolge Überlagerung
von eindringender und von an der Muskelschicht
reflektierter Strahlung bei diskreten Fettschichtdicken entfällt wegen der im Gewebe 5,5mal größeren Wellenlänge. Vergleichbar den Resultaten bei
Behandlungen mit längeren Dezimeterwellen bei
einseitiger Anstrahlung sind Behandlungen mit
monopolaren Spulenfeldelektroden des Kurzwellenbereichs mit 27,12 MHz (Bild 15 b) bezüglich Eindringtiefe und erzielbarer Fettentlastung.
Die bisher am häufigsten angewendete Behandlungsmethode ist die Durchflutung im Kondensatorfeld mit Wellenlängen des Kurzwellenbereiches
(Bild 15 a). Abhängig von Elektrodengröße und
Elektrodenhautabstand können damit bei Anwendung der Schliephake'sehen Abstandsregel therapeutisch wertvolle Durchflutungen erreicht werden.
Jedoch überwiegt stets die Erwärmung in der Fettschicht bedeutend die im Muskel erzielbare und begrenzt jene daher die Energiezufuhr in .die Körpertiefe. Doch gibt es durchaus auch solche Behandlungen, bei denen eine derartige Energieverteilung mit
starkem Temperaturabfall von Unterhautfettgewebe
zu Muskelgewebe erwünscht sein kann. Die Applikation von Dezimeterwellenenergie mit dem Muldenapplikator ist der Behandlung im Kondensatorfeld formal insofern ähnlich, als infolge der vollständigen Durchdringung der zu behandelnden Körperteile mit Feldenergie jedes Volumelement erfaßt
wird und dadurch eine Erwärmung erfährt. Vergleicht man die relativen Temperaturverläufe bei
Anwendung von Kondensatorfeld-Elektroden und
Muldenapplikator (Bilder 15 a und e), so ist höchst
bemerkenswert, daß sich mit dem Muldenapplikator
wesentlich wirksamere Tiefenerwänmmgen bei stärkerer thermischer Fettentlastung erzielen lassen.
Der resultierende Temperaturverlauf, nämlich Muskel wärmer als die außenliegende Fettschicht, entspricht weitgehend dem natürlichen Temperaturgefälle, so daß sich für viele therapeutische Zwecke
gerade der Muldenapplikator als sehr nützlich
erweisen dürfte.
Abschließend sei der Vollständigkeit halber noch
auf die für Ultraschall charakteristische Wärmever-
teilung nach früheren Untersuchungen unseres Labors im therapeutischen Frequenzgebiet um l MHz
hingewiesen (Bild 15 f). Die sehr hohe Absorption
von Ultraschallenergie in Knochen führt zu bevorzugter Erwärmung dieser Gewebeart, die Temperatursteigerungen in der subkutanen Fettschicht und
im Muskel sind vergleichsweise gering.
Mit dieser Übersicht wird der Vergleich der verschiedenen Hochfrequenz-Wärmeverfahren untereinander hinsichtlich der primären Temperaturverteilungen in Gewebeschichtungen abgeschlossen. Es ergibt sich daraus, daß der Medizin biophysikalisch
sehr unterschiedliche Wärmeverfahren zur Verfügung stehen und daß sie diese künftig vielleicht
differenzierter als bisher den verschiedenen Erkrankungen zuordnen könnte. Eine wichtige Bereicherung haben diese Verfahren durch die Anwendung längerer Dezimeterwellen mit einem Teile
des Körpers umfassenden sogenannten Muldenapplikator erfahren.
über die in mehrjähriger klinischer Erprobung in
den verschiedenen Bereichen der Medizin gewonnenen Erfahrungen mit unseren Versuchsgeräten wird
in Kürze an anderer Stelle berichtet werden.
über die bisherigen klinischen Untersuchungen
mit dem neuen Dezimeterwellengerät wird in einem
der nächsten Hefte von medizinischer Seite her berichtet werden.
Schrifttum
Scnaefer, H.: Z. exp. Med. 92 (1933) 341.
Pätzold, J. und P. Betz: Z. exp. Med. 94 (1934) 696.
Dänzer, H.: Am. Physik 5, 20 (1934) 463.
Esau, A., J. Pätzold und E. Ahrens: Naturwiss. 24 (1936)
520.
Rajewsky, B., H. Ossen und H. Schaefer: Naturwiss. 25
(1937) 224.
Pätzold, J.: Strahlentherapie 60 (1937) 700... 705.
Rajewsky, B.: Strahlentherapie 66 (1939) 269.
Pätzold, J. und K. Oßwald: Strahlentherapie 66 (1939)
2 : 303 ... 313.
Oßwald, K.: Strahlentherapie 64 (1939) 530... 535.
Korb, H.: Strahlentherapie 64 (1939) 3 : 536 ... 539.
Pätzold, J.rWiss. Veröffentl. aus d. Siemens Werken XIX
(1940) 2 : 134—165.
Schaefer, H. und R. Stachowiadc: Z. techn. Physik 21
(1940) 367.
Sdiliephake, E.: Kurz wellen therapie, 5. Auflage, Piscator-Verlag, Stuttgart 1952.
Böni, A. und R. Lotmar: Ardiiv f. Phys. Therapie 4 (1952)
3 : 174 ... 202.
Pätzold, J.: Strahlentherapie 92 (1953) 2 : 309 ... 324.
Kebbel, W, und J. Pätzold: Strahlentherapie 95 (1954)
1 : 107... 115.
Bartrv G., H. Thom und W. Kebbel: Elektromedizin *>
(1957) 6 : 179 ... 182.
Barth, G. und W. Kern: Elektromedizin 2 (1960) 3 : 121
... 136.
Alm, H. F. und H. Kuttig: Strahlentherapie 116 (1961)
2 : 297 ... 310.
Schwan, H. P.: Biophysik l (1963) 3 :198 ... 208.
Brunner, G. D., J. A. McMillan, V. G. Johnston, J. F.
Lehmann und A. W. Guy: Ann. of Phys. Med. 7 (1963)
4:121 ... 133.
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