悪 性脳 腫 瘍 に対 す る区別低 体 温療 法 (Differential hypothermia)の

悪 性 脳 腫 瘍 に対 す る 区 別 低 体 温 療 法
(Differential
-915MHzマ
hypothermia)の
基 礎 的研 究
イ ク ロ ウ ェ ー ブ 照 射 に よ る脳 加 温 効 果 の 検 討-
岡山 大学 脳 神 経 外科 教 室(指 導:西 本
松
本
健
詮 教 授)
五
(昭和61年11月26日 受 稿)
Key words:
Malignant
brain
Differential
tumor
hypothermia
Microwave
緒
現 在,悪
下D. H.と
言
ず 外 科 的 に 可 能 な 限 り腫 瘍 摘 出 を 行 い,さ
残 存 す る 浸 潤 腫 瘍 組 織 に 対 し て,種
て い る.補
法,免
らに
疫 療 法,物
々の 補助 療
射 線 療 法,化
ら を併 用 し た 集 学 的 治 療 を 駆 使 し て も,十
問 題 点 は,他
に,対
分満
の 温 熱療 法 にお け る問 題 点 と同様
象 と す る 組 織 を正 確 か つ 十 分 に 加 温 し,
未 だ 十 分 に な さ れ て い な い こ と で あ る.こ
性 腫 瘍 一 般 に 対 して も,
う に 加 温 の 困 難 性 の 為 に,悪
瘍 細胞 の
か っ た.従
れ る.こ
流,超
の 条 件 を 満 足 させ う る 可 能 性 の あ る 治
音 波 加 温,
microwave(MW)加
れ,そ
中 で 現 在MW加
の 抗腫 瘍 効 果 が次 第 に評価 され る に至 っ
adenocarcinomaを
を 用 い て,
Popovicは6),
性 脳 腫 瘍 に対 す る
来 よ り の 加 温 方 法 と し て は,温
療 法 の一 つ と して 最 近 特 に 温 熱 療 法 が 注 目さ
1965年,
のよ
温 熱療 法 は最 近 まで殆 ん ど顧 み られ る こ とは な
みに選 択 的 に障 害 を与 え る治 療 法 の確 立 が 望 ま
て い る1)∼5).
在の最大の
また そ の温 度 を正確 に測 定 し うる機 器 の 開発 が
足 の い く 成 績 が 得 ら れ て い る と は 言 い 難 い.悪
正 常 細 胞 に不 可 逆 性 変 化 を 与 え ず,腫
前 よ りD. H.の 作 用 機 序
助 療 法 と し て 期 待 さ れ て い る が,現
学療
理療 法 等 が 挙 げ られ るが こ れ
性 脳 腫 瘍 に 限 らず,悪
教 室 で も こ の報
の 解 明 と 臨 床 応 用 へ の 研 究 を行 っ て き て い る8)
∼11)
. D. H.は,悪
性 脳 腫 瘍 に 対 す る 有 力 な補
わ ゆる集 学 的 治療 が一 般 的 とな っ
助 療 法 と し て,放
呼 ば れ,当
て 応 用 す べ く,約20年
性 脳 腫 瘍 に 対 す る 治 療 と し て は,ま
法 を行 う,い
略 す)と
告 に 着 目 し,悪 性 脳 腫 瘍 に対 す る 補 助 療 法 と し
human
水灌
radiofrequency(RF)加
温,
温 等 が 挙 げ ら れ る.そ
の
温 が 最 も 有 望 視 さ れ て お り,
当 教 室 に お い て も, 1974年 以 来 種 々 のMW加
頬 嚢 に移 植 した ハ ム ス ター
温 装 置 の 改 良 に 努 め て き て い る,従
4℃ の 全 身 低 体 温 下 に 腫 瘍 局 所 の み
市 販 の2,450M
Hz
MW照
射 装 置 を用 い て き
を37℃ の 正 常 温 に10時 間 保 つ 区 別 低 体 温 法 を 試
た.し
み,全
る加 温 を得 る こ とが 困 難 で あ る こ とが 判 明 した
例 に お い て 腫 瘍 の 消 失 を 見 て い る.さ
に こ れ に, 5-Fluorouracil(5-Fu)を
れ ば,
ら
併用す
た め12),今
1時 間 の 加 温 で 同 様 の 効 果 を 挙 げ 得 る こ
と を 報 告 し て い る7).そ
Differential
hypothermia,(区
か し,同
来 我 々 は,
装 置 で は 臨 床 上 有 効 と考 え ら れ
回 新 た に悪 性 脳 腫 瘍 に対 す る 臨 床
応 用 を 目 的 と し,理
れ 以 来 こ の 方 法 は,
別 低 体 温 法,以
431
Hz MWに
比
べ,よ
り 深 い 温 度 深 達 度 が 得 ら れ る915M
論 上2,450M
Hz
MW照
射 装 置 を 試 作 し,そ
の加温 能力並 びに
432
松
特 性 を 検 討 す る と 共 に,正
本
常 脳組 織 に対 す る安
健
五
1cmと
し, MW照
射 に よ るPhantom内
全 性 に つ い て も病 理 組 織 学 的 検 討 を加 え た.
111デ ジ タ ル サ ー ミ ス タ ー,タ
実
験
方
社)を
法
用 い,水
Hz
MW照
Hz
MW照
射 装 置 の概
略 を ブ ロ ッ ク ダ イ ア グ ラ ム に て 図1に
装 置 は,術
レ ン トゲ ン撮 影 に よ り各 エ ラ ス タ ー 針 が 平 行 で
等 間 隔 に あ る こ と を 確 認 し た.次
示 す.本
ター 針 内 に サ ー ミス ター ブ ロ ー ベ を 挿 入 して
日本 無 線 株 式 会 社 に依 頼 製 作 し た も
6111),周
波 数 は915MHz±
図 に 示 す よ う に, MWジ
ェ ネ レー
射 を 行 い,温
度 測 定 は,
射 を
お予 備
力 が 測 定 可 能 で あ る.本
加 温 効 果 が 十 分 で な く,出
ナ は 円 形,直
射
機 の 最 大 出 力(50W)で
認 め ら れ た た め,加
あ り(型 式NJC
で あ る 酸 化 ア ル ミニ ウ ム(Al2O3)を,ア
径9cmで
9101A)
脳 組織 と近 似 の誘 電 率 を有す る筋 肉組 織 に対 し
ナ ∼Phantom間
有 効 な エ ネ ル ギ ー の 伝 達 が 可 能 と な る べ く,
ン テ ナ ∼Phantom間air
マ ッチ ン グ が な さ れ て い る.
討 し た.
Hz
MW照
射 装 置 のMeat
3)915M
Phantom
Hz
気 温15℃ の 室 内 に お い てMeat
実 験 は,気
Phantom[ブ
タ の 挽 肉 を発 泡 ス チ ロ ー ル の 箱(14×14×20cm)
11頭(平
に つ め た も の]に
ル(Ketamine
対 し915M
温 効 果 を増 す 目 的 で 誘 電 体
に 充 填 し,そ
MW照
ンテ
の加温効果 をア
gapの
場 合 と比較検
射 に よ る,全
身低体温下
イ ヌ脳 加 温 実験
に対 す る 加 温 実 験
行 っ た.照
は,
力 の増 大 の必 要 性 が
回実 験 に使 用 した ア ンテ
電 力)は50Wで,今
サー ミ
ス タ ー に 及 ぼ す 影 響 を 避 け る た めMW照
実 験 の 結 果,本
装 置 の 最 大 出 力(入
MWの
約10秒 間 一 時 中 断 し た 状 態 で 行 っ た.な
タ ー よ り入 射 電 力 お よ び ア ンテ ナ よ り の 反 射 電
2)915M
い で エ ラス
MW照
式NJF
15MHzで
にエ ラー
隔 に 平 行 に 刺 入 し,
中 脳 表 よ り腫 瘍 部 分 を 照 射 加 温 す る
目的 で,新
の で(型
ずPhantom内
ス タ ー 針(18G)を1cm間
射装置
実 験 に 使 用 し た915M
カ ラ工 業 株 式 会
平 面 お よ び垂 直 平面 上 に お い て
測 定 し た(図2).ま
1)915M
の温 度
分 布 の 変 化 は12チ ャ ン ネ ル の サ ー ミス タ ー(D
Hz
MW照
射 中 の ア ン テ ナ ∼Phantom間
図1 915MHzマ
射 を
は
温25℃ の 室 内 に お い て,雑
均 体 重12kg)を
用 い て 行 っ た.ケ
種成犬
タラー
Hydrochloride)5∼10mg/kgの
筋 肉 内 注 射 に よ る 麻 酔 後,気
イ ク ロ ウ ェー ブ 照 射 装 置 の構 成
管 内 挿 管 を行 い,
悪 性 脳 腫 瘍 に 対 す る区 別 低 体 温 療 法(Differential
図2 915MHz
サ ク シ ン(Suxamethonium
Chloride)に
動 化 し室 内 空 気 を用 い,レ
ルB2,五
デ
て生理 的
間 か け て 食 道 温 約29±
1℃ の 全 身 低 体 温 と し,実
い で,左
て非
き 続 き頭 部 を 除 く全 身 を
氷 水 中 に 浸 し,約2時
した.次
射 に よ るMeat
ス ピ レー タ ー(モ
十 嵐 医 科 工 業 株 式 会 社)に
調 節 呼 吸 に保 っ た.引
い,硬
MW照
験 中 こ の 体 温 を維 持
側 頭 開 頭(約4×3cm)を
膜 を切 開 し脳 表 を 露 出 し,脳
hypothermia)の
行
表 上 約2cm
Phantom加
定 で き な か っ た が,今
MW照
射 装 置 は,ジ
ン の 袋 に 封 入 し て 使 用 し た.
質 出 力45Wに
MW照
て 行 い,温
MW照
射 は,実
度 測 定 は 前 述 の 様 に,
射 を10秒 間 中 断 し た 状 態 で 測 定 し た.
体 温 は,食
道内 に留 置 したサ ー ミス ター プロ ー
ペ に よ り測 定 し,脳
1.0,
1.5,
2.0,
内 温 度 は,脳
表 よ り各0.5,
3.0cmの 深 さ に 留 置 し た サ ー ミ
ス タ ー プ ロ ー ペ に よ り測 定 し た.露
し915M
い,ま
Hz
MW照
出脳 表 に対
射 を 実 質 出 力45Wに
て行
ず 脳 表 お よ び脳 内 の 温 度 変 化 を 経 時 的 に
測 定 し た.
4)2,450M
回両 者 の加 温 能 力 の 比 較 を
ず 予 備実 験 と して 以下 の実 験
を行 っ た. 915M
Hz
出 力45Wに
2,450M
tomお
50,
MW照
射 に よ るMeat
Phan
よび イ ヌの 脳加 温 実 験
従 来 の2,450M
thermy
MW照
OG技
Hz
MW照
研)は
射 装 置(Micro
入 射 電 力 の み しか 測
MW照
て 水200mlの
Hz MW照
射 装 置 の最 大 実 質
加 温 を 行 い,次
Hz
MW照
相 当 す る2,450M
射 の 入 射 電 力 を 推 定 し た, Meat
tomの
いで
射 装 置 を用 い 入 射 電 力 を 変
温 を 行 い, 915M
加 温 実 験 は,上
射
Hz
Phan
記 予 備 実 験 に よ り得 ら れ
た 入 射 電 力 に よ り行 い,イ
ヌ脳 加 温 実験 もこ れ
に準 じ た.
5)MW照
射 加 温D. H.に
よる 正常 脳 の 組 織 学
的変 化
MW照
射 加 温 に よ るD. H.後
で 正 常 脳 に及
ぼ す 組 織 学 的 変 化 を,手 術 操 作 が 容 易 で 入 手 容
易 な 中 型 実 験 動 物 で あ る イ ヌ の み な ら ず,脳
腫 瘍 モ デ ル が 作 製 可 能 な サ ル4頭
検 討 し た.す
Hz
ェ ネ レー ター よ り の入 射
に し た(図1).今
最 大 実 質 出 力45Wに
射 を
Hz
行 う に あ た り,ま
に 酸 化 ア ル ミニ ウ ム 粉 末 を 充 填 しMW照
リエ チ レ
回 試 作 し た915M
電 力 お よ び ア ン テ ナ よ り の 反 射 電 力 を測 定 可 能
え,水200ml加
化 ア ル ミニ ウ ム 粉 末 は,ポ
433
温 実験
の 高 さ に ア ン テ ナ を 固 定 し,脳 表 ∼ ア ン テ ナ 間
行 っ た.酸
基礎 的研 究
(macaca
D. H.で
につ い て も
な わ ち 平 均 体 重5kgの
fuscata)に
イ ヌ に 準 じ て 行 っ た. D. H.に
脳 の 損 傷 程 度 は,処
定 を 行 い,肉
日本 ザ ル
対 して手 術操 作 並 び に
よる 正 常
置 直後 に ホル マ リ ン灌流 固
眼 的 お よ びHematoxylin-Eosin
434
松
(H. E.)染
色 に よ る 組 織 学 的 検 討 を 以 下 の2
群 に 分 け て 行 っ た. a)37℃
間 のD. H.を
五
に 示 す よ う に915M
Hz
MW照
射30分
で19℃,
ヌ お よ び サ ル 各 々2
温 で は ほ ぼ 均 一 な 加 温(約3cmの
範 囲)が
の 高 温 で5時
れ た.図4(右
Hz
b)40∼41℃
行 っ た 群(イ
健
60分 で22℃ の 最 高 温 度 が 得 ら れ, 60分 以 降 の 加
台 の 正 常 温 で5時
行 っ た 群(イ
頭 計4頭),
D. H.を
本
間 の
ヌ お よ び サ ル 各 々2頭
計
側)は,
2,450M
得 ら
MW照
射
に よ り同 様 の 実 験 を行 っ た 結 果 で あ り,図
に示
4頭).
6)MW照
射 加 温D. H.後
の神 経 学 的変 化
5時 間 のD. H.後 の 神 経 学 的 変 化,特
状 態,お
に 意識
よ び片 麻 痺 ま た は痙 攣発 作 の 出現 等 を
以 下 の2群
に 分 け 観 察 し た. a)37℃
温 に よ るD. H.(サ
b)40∼41℃
台 の 正常
ル2頭).
台 の 高 温.によ るD. H.(サ
実
験
結
ル2頭).
果
予 備 実 験 の 結 果 よ り,試
作915M
Hz MW照
射装 置 の最 大 実質 出力 によ る加 温 効 果 と同等 の
加 温 効 果 は, 2,450M
た 場 合 で は,入
Hz
判 明 し た(図3),こ
Phantomに
M
Hz
MW照
に お い て,
射装 置 を用 い
得 ら れ る こ とが
の た め 以 下 のMeat
対 す る 両 周 波 数 に よ る 加 温 は, 915
射 で は45W,
照 射 の 場 合 は40Wで
MW,
MW照
射 電 力40Wで
Meat
2,450M
2,450M
行 っ た.ま
Phantomに
Hz MW照
ず,気
MW
温15℃
対 し, 915M
Hz
射 を 行 い, Phantom
表 面 の 温 度 分 布 を 検 討 し た(図4).図4(左
図4 Hz
側)
マ イ ク ロ ウ ェ ー ブ 照 射 に よ るMeat
図3 マ イ ク ロ ウ ェ ー ブ 照 射 加 温 に よ る
水200mlの
Phantom表
経時的温 度変化
面の温度分 布
悪 性 脳 腫 瘍 に対 す る 区 別 低 体 温 療 法(Differential
す よ う に,周
辺 部 が よ り加 温 さ れ て お り,均
一
Hz
tom内1cmの
射 に よ りMeat
Phan
(図5)ア
ン テ ナ ∼Phantom間2cmのair
Hz
MW照
gap
射 加 温 で は,
射 後 のPhantom内
全 身 低 体 温 下 にMW照
る. 915M
深 さに お い て最 高 加温 が得 られ た
で の915M
MW照
MW照
た.表1は
基礎的研究
435
射 を行 っ た
と きの 各 脳 内 の 温 度 測 定 部 の 温 度 を示 して い
な 加 温 が 得 ら れ な か っ た.
一 方915M
hypothermia)の
60分
の
の 温 度 上 昇 は22℃ に
Hz
MW照
射(A)で は い ず れ の 測 定 に
お い て も脇 内1.5cmの
一 方2
,450M
Hz
部 が 最 高 温 を示 し た.
MW照
射(B)で は 脳 内1.0cm
の 部 が 最 高 温 を示 し た.表2は
平 均 値 お よ び 標 準 偏 差(S.
D.)を
各 々 の測 定 値 の
示 す.図8は,
す ぎ な い の に 対 し,酸 化 ア ル ミニ ウ ム を ア ン テ
表2を
グ ラ フ に し た も の で あ る.
ナ ∼Phantom間
MW照
射 の 場 合 で は,酸
に 充 填 後 の915M
Hz
MW照
915M
Hz
化 ア ル ミニ ウ ム を ア
射60分 の 加 温 で は, 30℃ の 温 度 上 昇 が み ら れ,
ン テ ナ ∼ 脳 表 間 に 充 填 し て あ り脳 表 面 の 温 度
Phantom表
は, 2,450M
面 の 温 度 上 昇 もair gapを
お いた 実
向 に あ っ た.し
験 に 比 し 著 明 で あ っ た(図6).
915M
Hz
MWを45Wの
出 力 に て,全
体 温 下 の 雑 種 成 犬 脳 に照 射 し,食 道 温,脳
脳 内1.0,
1.5,
MW照
射 は,食
た.
MW照
が 得 ら れ た.
方 脳 表 お よ び 脳 内 温 度 は,
の後 はほ ぼ平 衡 に達 し
射 開 始30分 以 降 で は,脳
1.5cmの 部 分 の 温 度 差 は は 約4℃
ア ン テ ナ に 近 い 脳 表 よ り も,脳
下 の深 い部 分 の
加 温 で は両 周 波数 に お いて ほ ぼ同様 の加 温 温 度
に対 す る 上 記 出 力 の
比 較 的 急 速 に上 昇 し,そ
か し脳 内2cm以
昇する傾
表,
道 温 す な わ ち 体 温 に 殆 ど影 響
を与 え な か っ た.一
射 に 比 し,上
身低
2.0cm各 部 分 の 温 度 測 定 を5分
毎 に 行 っ た(図7).脳
Hz MW照
次 い で,
MW照
射 加 温 に よ るD. H.の
脳 組 織 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て, 37℃5時
置 群 で は,サ
正 常
間の 処
ー ミ ス タ に よ る 損 傷 以 外,非
照射
側 と比 べ 肉 眼 的 に 変 化 は認 め ら れ な か っ た.ま
た 光 顕 に お い て も,不
可逆 的変 化 を示唆 す る よ
表 と脳 内
で あ り, MW
内1.5cmの
深 さ
の 部 分 が よ り効 果 的 に 加 温 さ れ る こ と が 判 明 し
図6 915MHzマ
Meat
図5 915MHz
Phantom内
温度 変化
MW照
イ ク ロ ウェー ブ 照 射 に よ る
Phantom内
温度分布
射 加 温 によるMeat
の温度分布及 び経時的
図7 915MHz
MW照
射 加 温 による雑 種 成 犬
脳 表.脳 内 及 び 食 道 温 の経 時 的 変 化
436
松
表1 MW照
本
健
五
射加 温 による雑種成犬脳 内温 度分布
A:
915MHz
MW
B:
2450MHz
MW
表2 脳 内 各 測 定 点 に お け る平 均 温 度(℃)
A; 915MHz
B; 2450MHz
MW
MW
図8 低 体 温 下 マイクロウェーブ照 射 加 温 による,
雑 種 成 犬脳 内温 度 分布(各 測 定 点 における
平 均 値,及 び 標 準 偏 差 を示 す 室 温25℃).
ら れ た.照
射 野 以 外 に は,異
な か っ た(図9).イ
う な 所 見 は 何 ら認 め られ な か っ た.
一 方40℃
5時 間 のD .H.群 で は,肉
ヌ,サ
変 化 は 基 本 的 に は 同 じ で あ っ た.ま
眼 的 に は,
照 射 側 に脳 腫 脹 が 認 め ら れ る と と も に,サ
ー ミ
全 身 痙 攣 発 作 を 来 し た も の の,神
経 脱 落症 状 は
特 に 認 め ら れ な か っ た.一
D. H.を 行 っ た サ ル は,
細 血 管 内 の 赤血 球 の充 満 及 び滲 出性 出血 が認 め
経学
1例 に 一 時,
点 状 出 血 が 認 め ら れ た.ま
顕 的 に は,毛
た,神
的 に は, 37℃ 5時 間 のD. H.後,
ス タ ー プ ロ ー ベ の 挿 入 に よ る 脳 の 損 傷 以 外 に,
た,光
常 所 見 は認 め られ
ル 間 で この よ うな
亡 し た,
2頭
方40℃
5時
間 の
と も処 置 直 後 に死
悪 性 脳 腫 瘍 に 対 す る 区 別 低 体 温 療 法(Differential
図9 40℃,
5時 間 のD. H.処 置 直 後 脳(HE染
hypothermia)の
色 ×100)浸 出性 出血,血
基礎 的研 究
管 内 の 赤 血 球 の貯 留 を認 め る
し, 1971年Sutton22)が
考
察
腫 瘍 内 に 加 温 針 を刺 入
し, 1977年Cummins23)は42℃
温 熱 に よ る 腫 瘍 増 殖 抑 制 効 果 の 知 見 は 古 く,
1866年Busch13)が
丹 毒 に罹 患 し た患 者 の 肉 腫
時 間 行 い,
のminiature
の 局 所 灌 流 を2
1981年Salcman24)は,
antennaを
が,高 勲 後 消 失 治 癒 し た と す る 報 告 に は じ ま る.
試 み を 行 っ て い る.し
そ の 後1893年Coley14)は
も 一 時 的 な,腫
こ の報 告 に注 目 し臨
437
Micro
Wave
腫 瘍 内 に留 置 す る等 の
か し,こ
れ らの いず れ に
瘍 縮 小効 果 は認 め られ る もの の
床 的 に 肉 腫 患 者 を 丹 毒 の 細 菌 毒 素(Coley's
臨 床 上 満 足 す べ き抗 腫 瘍 効 果 は得 られ て い な
toxin)を
い.こ
用 い て 発 熱 さ せ 腫 瘍 の 治 療 を行 っ た.
そ の 後,
Westermark15)(1898)
(1918), Shingleton18)(1961),
Woodhall17)(1963)ら
Selawry16)
Crile19)(1962),
多 く の 研 究 者 に よ り,
温 熱 単 独 の み な らず,放
射 線 ま た は,化
を併 用 す る こ と に よ り,そ
学療法
の抗 腫 瘍 効果 が高 め
ら れ る こ と を 報 告 し て い る.こ
れ らの事 実 をふ
れ は,目
標 とす る組 織 のみ を有効 に加 温
す る こ と の 技 術 的 困 難 さ の た め と考 え ら れ て い
る.現
在,悪
性 脳 腫 瘍 に対 し て 温 熱 療 法 を 用 う
べ く研 究 を 行 っ て い る 施 設 で は,そ
の 改 良,お
の加 温 方 法
よ び温熱 の正 常脳 組 織 に対 す る影 響
を 中 心 に 研 究 が 進 め ら れ て い る.そ
と し て はMW24),25),26)ま
の加 温 方 法
た はRF27),28)の
外照
ま え て 系 統 的 に 温 熱 療 法 を 試 み た の は
射 あ る い は 内 照 射 に よ る 方 法 が 主 体 で あ る.
Cavaliere20)(1967)の
MW照
報 告 が 最 初 と 思 わ れ る.
射 に よ る 加 温 は,特
に そ の 温 度 の深 達
し か し近 年 温 熱 の 細 胞 に 対 す る生 物 学 的 効 果 が
度 の 面 か ら温 熱 療 法 を 臨 床 応 用 す る の に 最 も 有
定 量 的 に 分 析 さ れ る よ う に な り,悪 性 腫 瘍 治 療
効 な 加 温 方 法 の 一 つ と さ れ て い る29),30) 31).全
に お け る 温 熱 療 法 の 有 用 性 が 次 第 に 明 らか に な
身低 体 温 下 に腫 瘍 部 分 の み を正常 温 に保 つ
り,注
D. H.療
目 さ れ て き て い る1)∼5),21).
悪 性 脳 腫 瘍 に 対 す る 温 熱 療 法 と し て は, 1963
年Woodhall17)が
高 温 局 所 灌 流 に制 癌 剤 を併 用
は,全
法 を ヒ ト脳 腫 瘍 治 療 に 応 用 す る た め に
身 低 体 温 下 に,腫
2∼3cmの
瘍 浸 潤 脳 組 織 に対 し,
深 部 ま で37℃ の 均 一 な 加 温 を得 る 必
438
松
要 が あ る と 考 え ら れ る.し
か しこれ まで 当教 室
で 用 い て き た2,450MHz
脳 内2∼3cmの
本
MW照
射 装 置 で は,
深 部 まの加 温 を十 分得 る こ とが
困 難 で あ り12)今 回 理 論 上 よ り深 部 ま で の 加 温
が 期 待 で き る915MHz
MWを
用 い,そ
の脳 加
温 効 果 に つ い て 検 討 を加 え た. MW(極
超 短 波)
健
五
れ て い る35).今 回 の 実 験 条 件 で は,脳 表 下 約
2mmの 厚 さ,す な わ ち灰 白質 の部 分 に お け る血
流 の冷 却 効 果 が強 く作 用 して い る と考 え られ る
12)
一 方 他 臓 器 へ のMW照
射 加 温 実験 で は,表
面 の温 度 上 昇 が著 し く,そ の た めMWア
ンテ
と は,電 磁 波 の 中 で,周 波 数3×107∼3×1011,
ナ照 射 加 温 に 冷却 装 置 を設 置 す る必 要 が あ る と
波 長 に し て 約1cmか
の報 告 も あ る36).ま た表 面 に冷 却 装 置 を用 い
ら1mの
間 の も の を い う.
MWの
最 大 の 特 性 と し て 熱 産 生 が あ げ ら れ,
MWを
生 体 に 照 射 す る と エ ネ ル ギ ー は,反
吸 収,透
過 す る.こ
射,
の吸 収 され た エ ネ ルギ ー は
る こ とに よ り,よ り深 部 のMW照
射 が可能 と
の報 告 もあ る が,流 水 に よる 冷却 で は水 に よる
MWエ
ネ ル ギ ー の吸 収 が 大 で あ る た め 十 分 な
有 極 分 子 を電 磁 場 の 中 で一 定 方 向 に配 列 さ せ
加 温 を得 る た め に は,さ
る.こ
レー ター を必 要 と す る37).以 上 の こ と か ら,
の 電 磁 場 の 方 向 は1秒
間 に1010回 と い っ
極 分 子 もそ れ
脳 加 温 に お い て表 面 の加 温効 果 が深 部 に比 し劣
の際 分 子 同 志 が摩 擦 を起 こ
る こ とは灰 白 質 の豊 富 な血 流 に よ る も の と推測
た 回 数 で 頻 繁 に 変 化 す る の で,有
に 応 じて 振 動 し,そ
らに高 出力 のジェネ
し て 熱 を 発 生 さ せ る29).
温 度 深 達 度 は, MWの
MW照
射加温 による
され る.さ らに脳 深 部 を有効 に加 温 す るた め に
は,他 臓 器 に比 べ よ り大 きな 出力 を必 要 とす る
侵 入 の 深 さ(penetration
depth)に
大 き く 関 与 し て い る と 考 え ら れ る29).
と考 え られ る.す な わち 全 身低 体 温 下 に脳 局所
915MHz
MWお
を37℃ 以 上 の温 度 に容 易 に長 時 間維 持 す る た め
の 深 さ は,脳
よ び2,450MHz
MWの
侵入
組 織 とほ ぼ近 似 の 誘電 率 を有 す る
筋 肉 に お い て,そ
れ ぞ れ3.04cm,
915MHz
射 に お い て よ り深 部 の 加 温 が
MW照
可 能 と 考 え ら れ て い る31),32).全
1.70cmで
身低体温下 に
雑 種 成 犬 脳 加 温 を行 っ た 実 験 結 果 で は,す
述 べ た よ う に, 2,450MHz
あ り
MW照
で に
射 に よ り最
に は,少
な く と も45W以
上 の 出 力 を要 す る と
考 え られ る.ま た今 回 の実 験 結 果 で は, 915M
Hz MW照
射 加 温 に よ り最 高 温 を示 し たの は,
脳 表 下1.5cmの 部 で あ り, 2,450MHz
1.0cmに 対 し約1.5倍 の深 さ とな り温 度 深 達 度 を
高 め る こ とが可 能 で あ った.
も よ く加 温 さ れ た 部 位 は,脳 表 下1cmで
あった
12)
.今 回 の 実 験 も ほ ぼ 同 様 の 結 果 を得 た.こ
加 温 の 結 果 は,両
れ に 対 し915MHz
か ら 以 下 の よ う に 考 え ら れ る.
下1.5cmの
MW照
射 に お い て は,脳
部 位 が 最 も よ く 加 温 さ れ た.ア
表
ンテ
918MHz
MW照
深 さ は,電
射 加 温 に よ る,今
周 波 数 のMWの
少 す る 深 さ と さ れ て い る29).筋
は,こ
2,450MHz
れ12),33),こ
の た め 今 回 の 実 験 で は,ア
ンテナ
∼ 被 照 射 物 間 に 酸 化 ア ル ミニ ウ ム 充 填 を 行 い
Phantom実
験 を 行 っ た 結 果,熱
無 視 で き る と考 え ら れ た.し
放 散 の影 響 は
か し,こ
生 体 脳 に お け る 同 様 の 実 験 で は,酸
ウ ム の 充 填 に よ っ て も,脳
十 分 得 ら れ な か っ た.そ
れ に対 し
化 ア ル ミニ
表 近 傍 の 温度 上 昇 は
れ は脳 表 にお い て は熱
MWは1.7cmの
界 強 度 に 減 衰 し,こ
は, 3.04cmの
る38).
MWの
浸 入の
深 さ で 約37%の
れ に 対 し915MHz
深 さ で 約37%の
MWに
減
肉 に お いて
電
MWで
電 界 強 度 に減 衰 す
よ る加 温 は各 部 に お け る 電 界 強
度 そ の も の で な く各 部 の エ ネ ル ギ ー 消 失 す な わ
ち 誘 電 損 に 生 ず る29).上
同 一 の 出 力 のMW照
記 両 周 波 数 にお け る
射 に お い て は表 面 近 くの
エ ネ ル ギ ー の 消 失 は, 2,450MHz
MW照
放 散 の み な らず 脳 血 流 が 大 き く関 与 し て い る た
915MHz
め と 考 え ら れ る.脳
し た が っ て 表 面 の 温 度 上 昇 は2,450MHz
に お け る 血 流 は, 55∼65ml
回 の 深部
浸 入の深さ
界 強 度 が 表 面 か ら 測 っ て1/eに
ナ に近 い脳 表 が加 温 さ れ に く い こ と に つ い て
れ ま で 脳 表 よ りの 熱 放 散 の 影 響 が 重 視 さ
MWの
MW照
射が
射 に 比 べ は る か に 大 で あ り,
MW
/100g脳/分
で あ り他 臓 器 に 比 し極 め て 大 き い
34)
.イ ヌ 脳 灰 白 質 の 血 流 は, 70∼85ml/100g
照 射 の 場 合 が よ り著 し い.
一 方 エ ネ ル ギ ー の 減 衰 の ゆ る や か な915M
脳/分 で あ り 白 質 の 血 流 の 約3倍
Hz MW照
に達 す る と さ
射 で は,同
一 出力 で は表 面 に お け る
悪 性 脳 腫 瘍 に 対 す る 区 別 低 体 温 療 法(Differential
エ ネ ル ギ ー 損 失 は2,450MHz
的 小 さ い が,単
MWに
比 し比較
hypothermia)の
基礎 的 研 究
よ り 明 確 に し て い き た い と考 え て い る.
位 体 積 当 た りの 一 定 の エ ネ ル
ギ ー の 損 失 が 深 部 ま で も 維 持 さ れ る た め,同
加 温 を得 る た め に は,よ
結
一
り高 い 出 力 を 必 要 とす
論
悪 性 脳腫 瘍 に対 す る補 助 療 法 と して の区 別 低
る.し か し2,450MHz
MWと
比 較 し て よ り均
一 な 深 部 加 温 が 可 能 と 思 わ れ る .ま た 脳 内2cm
体 温 処 置(D.
ま で の 温 度 測 定 結 果 か ら, 915MHz
条 件 の 下 で 実 験 を 行 っ た.そ
装 置 の 出 力 を増 加 し,脳
MW照
射
表 に お け る冷 却効 果 を
H.)を
Hz
MW照
射 加 温 で は,成
は, 2,450MHz
深 達 度 で あ っ た.ア
にD. H.に
よ る 正 常 脳 の 組 織 学 的 変 化 を 見 る と,局
37℃ の 正 常 温 に,全
身 温 を30℃ に5時
間維 持 し
射 野 お よ び 照 射 野 外 に,特
所 見 を認 め な か っ た.一
所 を
に異 常
方 局 所 を40℃ に 加 温 維
持 し た 群 で は 滲 出 性 出血,血
管 内 の赤 血 球 の 充
満 等 の 異 常 所 見 を 認 め た.こ
れ まで熱 に よ る生
MW照
の 結 果,
915M
犬 脳 内 最 高加 温部 位
射 に 比 し,約1.5倍
の
ンテ ナ∼被 照 射 物 間 に酸 化
ア ル ミニ ウ ム を充 填 し915MHz
た 場 合 で は, air gapに
MWを
照射 し
比 して よ り効 果 的 な加
温 が 可 能 で あ る こ と が 判 明 し た.
温 に よ る5時
イ ク
よ る加 温 につ い て種 々 の
温 が,可
能 で あ る と 考 え ら れ る.次
確 立 す る た め に,マ
ロ ウ ェ ー ブ(MW)に
減 少 させ る こ と に よ り さ ら に 有 効 な脳 内 深 部 加
た 群 で は,照
439
間 のD. H.を,イ
MW照
ヌ お よ びサ ル脳
に行 い, 37℃ お よ び40℃ に維 持 し た2群
組 織 学 的 変 化 を検 討 し た.そ
射加
でその
の 結 果, 40℃ 維 持
体 の 組 織 学 的 変 化 に つ い て の 報 告 は 多 い が,脳
群 で は,滲
組 織 に 限 っ て み れ ば, 42℃ 以 下 の 温 度 で 変 化 を
に反 し, 37℃ 維 持 群 で は,不
見 た 報 告 は な い.池
唆 す る 組 織 学 的 異 常 所 見 は何 ら認 め ら れ な か っ
田39)ら は 家 兎 を 用 い た,
5時 間 の 全 身 体 温24∼25℃
下 でD. H.後
の組 織
学 的 変 化 を検 索 し て い る が, 40℃ に て 脳 組 織 の
形 態 変 化 を 認 め て い る.こ
の こ と は, D. H.に
出性 出血 等 の 組織 学 的 変化 をみ た の
可 逆 性 の 変化 を示
た.
以 上 の 実 験 結 果 等 か ら,今
Hz MW照
回 試 作 し た915M
射 装 置 は 従 来 よ りの2,450MHz
MW
よ り損 傷 が 生 じ や す く な っ て い る と い う こ と
照 射 装 置 に 比 し,悪 性 脳 腫 瘍 に対 す る 補 助 療 法
も,あ
としてのD. H.に 際 して,そ
る い は40℃ で あ っ て も5時
間 に な る と,こ
れ る.し
間 と い う長 時
う した損 傷 が 生 じる と も考 え ら
か し脳 を正 常 温 に保 つ 限 り,熱
め ら れ ず, 5時 間 のD. H.処 置 で の 加 温 は 正 常 温
ま で で あ れ ば,安
全 に 行 い 得 る と 考 え ら れ た.
は42℃ ま で 耐 え 得 る
と さ れ て い る も の の40) 41)長 時 間 ま た は,全
身
可 逆 性 の 変 化 が 生 じ得
る こ と を 常 に念 頭 に お い て お か な け れ ば な ら な
後D. H.に 用 い る 加 温 方 法 の
改 良 を さ ら に進 め る と と も に 原 発 脳 腫 瘍 モ デ ル
を 用 い て,
の正 常温
安 全 に行 い う る も の
D. H.も
な わ ち正常 温 下 の短 時 間 の局
い と い え よ う.今
た37℃
に脳 を加 温 維 持 し た も の で は 不 可 逆 的 変 化 は 認
と考 え ら れ る.す
低 体 温 下 に お い て は,不
り有 用 で ある と 考 え ら れ た.ま
による
損 傷 は 見 ら れ ず,
所 ハ イ パ サ ー ミア で は,脳
の 脳 加 温 効 果 の 点 でよ
D. H.を 試 み る こ と に よ り 悪 性 脳 腫
稿 を終 る に 臨 み,終
始 御 懇 篤 な る御 指 導,御
校
閲 を賜 り ま し た恩 師 西 本 詮教 授 に深 甚 の 謝 意 を捧
げ ま す と と も に,本 研 究 に御 指 導,御
助 言頂 きま
し た,佐 賀 医 科 大 学 脳 神 経 外 科 田 淵 和 雄 教 授 に 感
謝 致 し ま す.
なお 本 研 究 は文 部 省 科 学研 究 費 の援 助 を受 け た.
瘍 に 対 す るD. H.の 補 助 療 法 と して の 有 用 性 を
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of
tissue
has
malignant
and
A
its
hypothermia
hypothermia,
Surgery,
to
new
brain
maintain
Adult
The
36.7•Ž,
highest
32.0•Ž,
than
with
be
Heat
brain
tive
brain
kept
was
3)
body
the
than
0,
2)
Temperatures
hypothermia
of
brains
in
that:
Deeper
2.0
at
915MHz
Deeper
that
heat
the
heat
above
kept
815MHz
40•Ž
(29•}1•Ž).
for
treat
volumes
of
time.
was
devised,
2,450MHz
microwave
total
the
and
microwave
irradiation
following
manually
to
be
3.0cm
was
ang
3.8•Ž,
35.4•Ž,
penetration
the
was
brain
between
3-37•Ž.
34.8•Ž,
35.5•Ž,
36.0•Ž,
3.•Ž,
achieved
was
with
controlled
The
36.0•Ž,
34.5•Ž,
915MHz
easily
and
body.
following
to
37•Ž,
at
40•Ž.
MW
penetration
specific
of
915MHz
and
of
cooled
to
period
at
under
in
(29•}1•Ž).
temperature
heated
brains
1)
to
controlled
1.5,
The
School
is essential
conventional
exposed
1.0,
It
uniformly
radiation
hypothermia
was
Medical
normothermic
appropriate
with
were
0.5,
kept
effect.
heat
an
histopathologically
in
are
the
for
body
2,450MHz.
revealed
suggest
deliver
comparison
brain
of
examined
observed
were
results
total
irradiation.
higher
was
in
respectively,
at
MW
7-10•Ž
toxicity
hyperthermia.
total
30.7•Ž,
2,450MHz
homorrhage
irradiation.
under
and
damage
These
in
depths
respectively,
a therapeutic
brains
under
at
tumors
have
electromagnetic
monkey
temperture
34.4•Ž,
and
could
or
temperature
which
to
University
A. Nishimoto)
to
D. H.
evaluated
craniectomy
Prof.
temperature
delivering
was
canine
fronto-parietal
average
for
efficacy
by
optimal
brain
Okayama
in
confirmed
tumors
the
instrument
therapeutic
diathermy.
(D. H.),
been
of the
irradiation
MATSUMOTO
(Director:
body
treatment
tumors
microwave
heating
of Neurological
hypothermia
brain
of 915MHz
for therapeutic
Department
五
but
irradiation
was
5 hours
achieved
induced
a
5-hour-D.
irreversible
can
by
H.
treatment.
changes
effectively
915MHz
irreversible
such
induce
than
changes
No
as
exuda
localized
2,450
in
MH
the
MW
brain