Development and Thermal Distribution of An RF Capacitive Heating Device

유전가열장치의 개발과 온열분포

Hypertermia for the treatment of cancer has been introduced for a long time and the biological effect for the use of hyperthermia to treat malignant tumors has been well established and encouraging clinical results have been obserbed. Unfortunately, however, the engineering or technical aspects of hyperthermia for the deep seated tumors has not been satisfactory. We developed the radiofrequency capactive hyperthermia device (Greenytherm-GY8) in cooperation with Yonsei Cancer Center and Green Cross Medical Corporation. It was composed with $8{\sim}10MHz$ RF generator, capacitive electrode, matching system, cooling system, temperature measuring system and control PC computer. The thermal profile was investigated in agar phantom, animals and in human tumors, heated with capactivie RF device. Deep and homogeneous heating could be achieved in a large phantom of 25cm diameter and 19cm thick when heated with a pair of 23cm diameter electrodes, coupled to both bases of the phantom, when the size of the two electrodes was not the same, the region near the smaller electrode was preferentially heated. It was, therefore, possible to control the depth of heating by choosing proper size of electrodes. Therapeutic temperature $(42^{\circ}C{\sim}43^{\circ}C)$ could be obtained in the living animal experiments. Indications are that deep heating of humn tumors might be achieved with the capacitive method, provided that subcutaenous fat layer is cooled by temperature controlled bolus and large size of electrodes.

환부에 열을 가하여 종양을 치료할 수 있는 온열요법의 생물학적 효과는 상당히 고무적이며 새로운 암 치료 수단으로 등장되었다. 그러나 체내 깊숙히 위치하고 있는 종양에 일정한 열을 계속 부여하면서 온도와 열의 분포를 정확히 측정하기가 어려웠다. 연세 암센터는 연세대학교 공과대학과 녹십자 의료 공업주식회사와 산학협동으로 라디오파 유전가열형 온열장치(가칭 Greenytherm-GY8)를 개발 제작하고 임상응용을 위해 기초 연구를 실시하였다. 개발된 온열장치는 $8{\sim}10MHz$ 라디오파 발생기와 유전가열 전극, 온도계측용 열정대, 냉각장치 및 제어용 개인 컴퓨터로 구성되었다. 온열장치의 성능을 시험하기 위하여 인체크기의 한천팬텀과 동물 및 인체의 악성종양에 대한 치료온도와 온열분포를 측정하였다. 라디오파 발생전력을 $200{\sim}1,500W$까지 조절할 수 있으며 유전가열을 위한 라디오파의 주파수는 $8{\sim}10MHz$ 범위를 얻을 수 있었다. 피부에 근접된 종양의 가열온도는 $200{\sim}500W$의 RF 전력으로 10분이 내 치료가능온도$(42.5^{\circ}C)$ 이상으로 가열할 수 있었으며 정상조직 쪽의 전극은 $5{\sim}10^{\circ}C$로 냉각시키므로서 피부손상을 방지할 수 있었다. $5{\sim}10cm$ 깊이에 존재하는 종양의 가열온도는 치료 가능한 $40{\sim}43^{\circ}C$까지 가열이 가능하였으며 냉각보러스와 정합회로에 의해 피부의 자극을 줄일 수 있었다. 이상과 같은 실험결과로 유전가열형 온열장치는 임상응용에 적합하다고 판단되며 임상경험을 통하여 더 예민한 정합장치와 전기적 자극을 완전히 줄일 수 있는 방법 및 편리한 전극 등의 개발이 가능한 기본자료가 될 수 있다.