JP2002233575A

JP2002233575A - 医療用総合磁気装置

Info

Publication number: JP2002233575A
Application number: JP2001071241A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Kobayashi; 寿光小林; Kazuyuki Ishiyama; 和志石山; Tadao Kakizoe; 忠生垣添; Kenichi Arai; 賢一荒井
Original assignee: National Cancer Center Japan
Current assignee: National Cancer Center Japan
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-08-20
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP3632073B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気を応用した医療器材を、小型化、高効率
化、低消費電力化、低漏れ磁束化し、また従来の医療器
具と併用しつつ、実際の医療の場において利用可能とす
る。【解決手段】少なくとも一個以上の空芯または鉄芯コ
イルを、平面または曲面上に配置し、これを対向させた
中に患者を収納し、各コイルの通電電流の強度と位相、
周波数を制御して、患者体内の磁力に反応する器具を制
御して医療行為を行う。またこの装置で、患者と反対側
で鉄芯コイルの鉄芯と他のコイルの鉄芯とを連結し、漏
れ磁束を減弱し、他の医療器具との併用を更に容易とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、少なくとも１個
以上のコイルを患者の周囲に配置し、患者の体内に磁場
を発生させ、また制御することで、体内に挿入した磁力
に反応する器具を誘導し、またエネルギーを与えて、診
断、治療などの医療行為を行う、医療用機械器具であ
る。

【０００２】

【従来の技術】体内の磁石を装着した医療器具を牽引す
るために、体表から磁石をあてるのみでは、有効な磁力
を発生することは容易ではなく、また十分な磁力を与え
ることができても、距離の３乗に反比例する磁場の原理
から、体内の管腔内の自由な位置にとどめて誘導するこ
とは、不可能に近く、これまで医療の場において実用化
できなかった。器具の誘導が容易な平行磁場を発生する
ためには、大型の空芯コイルを井桁状に組み合わせ、内
部に患者を収容する必要があった。しかし装置全体が巨
大化するため体内の器具の位置の確認に必要なＸ線透視
装置やＣＴと干渉し、またコイル自体がＸ線を遮るため
に体内の器具の位置が確認できず、有効な磁場を発生す
るための電力も大きく、また周囲への漏れ磁束も大きい
ため周囲の器具への影響があり、安全性を含めて実用化
が非常に難しかった。更に通常の医療行為を施行中、磁
気装置の補助が必要、またその応用が手技を促進すると
考えられる場合でも、装置の汎用性がないため、検査
室、検査手技、患者、また検査の一時期などの必要に応
じた、容易かつ一時的な適用が難しかった。以上のよう
な理由から、磁気装置の医療の場での実際の応用は、現
在まで不可能であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気を応用した医療器
材を、従来の医療器具との併用を可能又は容易とし、高
度な誘導を含む磁気の有効利用を行う。また目的に応じ
て、装置の小型化、高効率化、低消費電力化、低漏れ磁
束化を行い、実際の医療での汎用性を向上して実用可能
な医療装置とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】少なくとも１個以上の空
芯又は鉄芯コイルを、その間隔を目的にあわせて患者の
体外に配置して、各コイルの通電電流の強度と位相、周
波数を制御することにより、目的に応じた強度と方向、
作用の磁場を患者体内に発生させ、体内に挿入した磁力
に反応する器具の誘導や、診断、治療を行う。（１）平面または曲面上に少なくとも１個以上のコイル
を配置し、このコイルを対向させるまたは単独に用い、
収容した患者の体内に磁場を発生させる。（２）鉄芯コイルの目的とする磁場を発生する反対側
で、他の鉄芯コイルの鉄芯と連結して、周囲への漏れ磁
束を減じる。以上のような基本的コイル配列および構造を持った装置
を、単独または複合して用いることで、患者体内の磁気
に反応する器材を介して医療行為を行う。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１、２の様に、単一平面内に４
個のコイル（１−１、２−１）を固定用リング（１−
２、２−２）上に配列し、中心を空洞としたものを基本
器具（リングＡ）として、２個を対向させ、２つのリン
グＡの穴を通して患者を収容する。それぞれのコイルの
組み合わせと間隔、角度を調節して、通電電流、電圧、
極性、周波数、波形を制御して、患者体内に磁場を形成
して、体内に挿入した器具の誘導を行い、診断、治療と
いった、医療行為を行う。リングＡの間隔をとること
で、ＣＴ装置や、Ｘ線透視装置との干渉を防止する。リ
ングＡ内のコイル数は目的にあわせて設定し、また複数
の中から使用するものを選択することも可能である。た
とえば図１、２の４個のコイルのうち、対向する２個の
みをコイルとし、残りを１組のＸ線透視装置とすれば、
磁力による誘導のＸ線透視での確認と操作が容易とな
り、またこの形の装置は、ＣアームＸ線透視装置のアー
ムを延長し、コイルを装備することで製作できるため普
及が容易である。平面に限らずに必要に応じて曲面上に
配置することも可能である。コイル数が多ければ、より
高度な制御が可能であり、反対に単純な制御であれば、
１個のコイルでも可能である。またリングＡを１個単独
に使用して、単純な制御を行うことも可能で、リングＡ
を追加するなどリングＡを３個以上使用することや、目
的に適したコイルを補助コイルとして単独、又複数で追
加することで、更に高度な制御を行う。リングＡの様に
リング状、枠状としなくても、複数、又は単独のコイル
を、患者周囲にたとえば自在アームを使用して配置し、
それぞれのコイルの組み合わせと間隔、角度を調節し、
通電電流、電圧、極性、周波数、波形を制御して、患者
体内に磁場を形成して、体内に挿入した器具の誘導を行
い、診断、治療といった、医療行為を行う。間隔を十分
にとることで、ＣＴ装置や、Ｘ線透視装置との干渉を防
止する。コイルに磁性体を組み合わせることで、鉄芯コ
イルとすれば、磁場強度は５〜１０倍となり、高効率
化、低消費電力化が可能である。また複数のコイルの鉄
芯外側を磁性体で連結した図３、４のような装置におい
ては、患者医療行為を行う外側で鉄芯が連結されるた
め、周囲に対する漏れ磁束を大幅に減少させることが可
能となり、結果として装置全体、部屋全体の磁気シール
ドを行わなくても漏れ磁束は１００分の１程度まで減少
する。磁気シールドを追加すれば、１０００分の１〜１
００００分の１まで漏れ磁束は低下し、地磁気レベルま
で低下させることが可能である。医療行為の種類、目的
に応じて、連結する鉄芯コイルの組み合わせを選択する
ことで、制御能、磁場強度が向上する。例えば図５、６
の様に、対向するコイルを磁性体で連結することで、一
組となり制御されるコイルの組数が増えるため、それぞ
れを単独に制御を行うことで、患者用の空間を十分確保
して、高い磁場強度、制御能、操作性の向上が可能であ
る。図７、８のように、鉄芯コイルの鉄芯をＣリング状
として、その磁極を患者に向け、患者の周囲に少なくと
も一個以上を配置することで、Ｘ線透視装置等の装置を
併用しつつ、患者周囲に充分な空間が確保されることに
より、鉄芯コイルの存在によって医療行為が障害されず
に施行可能である。また患者の体軸方向に強い磁場を発
生させることが可能であり、磁気シールドを行うこと
で、漏れ磁束を減少させ通常の医療器具の使用が可能と
なる。Ｃ型アームを単独に用いて患者を収容すれば、一
軸方向への磁場を形成することが可能で、その制御およ
びＣ型磁気アームの角度、位置の調整によって、三次元
的な磁場の形成が可能である。簡易な構造であるため、
Ｃリング状の鉄芯コイルを支持装置に取り付け、回転、
上下、伸縮を可能とした図９、１０のごときポータブル
磁界発生装置では、既存の医療器具、患者の状態、医療
手技の種類、タイミングに応じて、自由に磁気装置を使
用した、医療行為が可能となる。また磁気シールドを施
せば、地磁気レベルまで漏れ磁束を軽減でき、磁気装置
の医療領域における幅広い適応が可能である。鉄芯コイ
ルを使用することによって、その鉄芯を例えば、コイル
内で、ヨークが自由に移動、伸縮可能にし、必要時にた
とえば固定ネジで固定することで、図１１、１２の様に
伸縮構造とすれば、患者体内に発生させる磁場の強度、
範囲を制御しつつ、併用器具、患者、目的などに対する
汎用性を向上することが可能である。また伸縮機構を、
磁力を発生するヨークを、別の筒状の磁性体で収容した
図１３、１４の様にすることで、周囲への漏れ磁束を更
に軽減し、また周囲機材や医療関係者との干渉を減じ、
漏れ磁束を更に低減する事が可能である。また蝶番構造
でコイルをささえる図１５の様なアーム型とすれば、患
者に対してその距離や位置の調節もより自由度が大き
く、自在アームとして患者周囲の目的の位置に目的のコ
イルを配置することもできる。Ｃリング状の鉄芯コイル
を用いた、図１６のごとき磁界発生装置の磁力は、以下
のごとく計算される。この際、Ｃ型の磁性体ヨークにＮ
ターンの励磁巻線を装着し、電流ｉで励磁するものとす
る。Ｃ型ヨークの磁路長をＬ_２とし、磁界が発生する空
隙部分の長さをＬ_１、ヨークの断面積をＳ_１、空隙部分
の断面積をＳ_２、ヨークの比透磁率をμとする。磁気回
路の考えにおいて、起磁力Ｖｍと磁束φ、磁気抵抗（リ
ラクタンス）Ｒｍの関係は、Ｖｍ＝φ・Ｒｍ（１）となるので、発生磁束φは起磁力Ｖｍと磁気抵抗Ｒｍか
ら算出できる。Ｎターンの巻線に電流ｉを流しているの
で、起磁力はＶｍ＝Ｎｉであり、磁気抵抗はヨーク部分
と空隙部分とにわけて下記のように算出される。ただし
ここで、μ_０は真空の透磁率である。Ｒｍ＝Ｌ_１／（μ_０・μ・Ｓ_１）＋Ｌ_２／（μ_０・Ｓ_２）（２）これらより、ヨーク、空隙部分に発生する磁束φは、 φ＝Ｖｍ／Ｒｍ＝Ｎｉ／Ｒｍ（３）と計算できる。ゆえに、空隙部分に発生する磁界ＨはＨ＝φ／（μ_０・Ｓ_２）（４）であるから、φに（２），（３）式を代入して、以下の
ように計算できる。実際に、Ｃ型ヨークの長さＬ_１を５ｍ、空隙部（磁界発
生部）長さＬ_２を３０ｃｍとした場合、Ｃ型ヨークが円
弧であるとして、その直径は約１．６ｍである。ヨーク
の断面積を、５０ｃｍ角（０．２５ｍ^２）とする。ここ
に１２００ターンのコイルを巻いて１００Ａの電流を流
すと、発生磁界は約４０ｋＡ／ｍ（＝約５ｋＯｅ）であ
る。この磁界が、細径のガイドワイアーに装着可能な１
ｍｍ×１ｍｍ×３ｍｍの角柱状希土類磁石に発生させる
磁気トルクは、約１２ｇ・ｃｍとなる。太径のガイドワ
イアーに装着可能な２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×１０ｍｍ
の角柱希土類磁石では、その約２０倍の磁気トルクが発
生し、医療操作に十分な磁気トルクを発生させる事が可
能である。Ｌ_１：磁界が発生する空隙部分の長さＬ_２：Ｃ型ヨークの磁路長Ｓ_１：ヨーク断面積Ｓ_２：空隙部分断面積 μ：ヨークの比透磁率ｉ：電流

【０００６】

【発明の効果】これまでのＣＴやＸ線透視装置との併用
が可能となり、患者の体の大きさ、医療手技、必要な器
材による当該装置への影響も少ない。磁場の強度、発生
範囲も自由に設定可能で、周囲への磁力の影響を著しく
低減し、地磁気レベルとすることが可能であるため、使
用や導入、適応における自由度が著しく増大する。従来
の医療手技においても、必要に応じて容易に磁気応用医
療器材の利用が可能となる。また高効率化で低消費電力
化が可能で、非常に高い磁場強度を形成することも容易
である。これらを通して、これまで不可能であった医療
領域における磁気駆動を含めた磁気装置の、実際的な適
用が可能となり、新たな医療手技が開発され、更にこれ
まで難しかった医療手技がより容易、高精度、高効果、
安全に行えるなどの高い効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一平面内に４個のコイルを固定用リング上に
配列したリングＡの正面図

【図２】単一平面内に４個のコイルを固定用リング上に
配列したリングＡの側面図

【図３】複数のコイルの鉄芯外側を磁性体で連結した装
置の正面図

【図４】複数のコイルの鉄芯外側を磁性体で連結した装
置の側面図

【図５】対向した鉄芯コイルを連結した装置の側面図

【図６】対向した鉄芯コイルを連結した装置の正面図

【図７】鉄芯コイルの鉄芯をＣリング状とし磁極を患者
に向けた装置の正面図

【図８】鉄芯コイルの鉄芯をＣリング状とし磁極を患者
に向けた装置の側面図

【図９】Ｃリング状の鉄芯コイルを支持装置に取り付け
たポータブル磁界発生装置の側面図

【図１０】Ｃリング状の鉄芯コイルを支持装置に取り付
けたポータブル磁界発生装置の正面図

【図１１】コイル内のヨークを移動、伸縮可能にして固
定ネジで固定した伸縮機構の断面図

【図１２】コイル内のヨークを移動、伸縮可能にして固
定ネジで固定した伸縮機構の正面図

【図１３】磁力を発生するヨークを、別の筒状の磁性体
で収容した伸縮機構の断面図

【図１４】磁力を発生するヨークを、別の筒状の磁性体
で収容した伸縮機構の正面図

【図１５】蝶番構造でコイルをささえるアーム型位置調
整機構

【図１６】Ｃリング状鉄芯コイルの側面図

【符号の説明】

１−１コイル１−２固定用リング１−３リング駆動部１−４固定ハンドル２−１コイル２−２固定用リング２−３リング駆動部２−４固定ハンドル３−１コイル３−２磁性体４−１コイル４−２磁性体５−１コイル５−２磁性体６−１コイル６−２磁性体７−１鉄芯コイル８−１鉄芯コイル９−１Ｃリング鉄芯状コイル９−２スパーギヤ９−３ピニオンギヤ９−４角度調整手段９−５スパーギヤ９−６ピニオンギヤ９−７駆動手段９−８スパイラルギヤ９−９ピニオンギヤ９−１０ピニオンギヤ９−１１ウォーム＆ウォームホイール９−１２ウォームホイール９−１３ウォームギヤ９−１４カウンターウェイト１０−１Ｃリング状鉄芯コイル１０−２スパーギヤ１０−３ピニオンギヤ１０−４カウンターウェイト１０−５スパーギヤ１１−１ヨーク１１−２コイル１１−３磁性体１１−４固定ネジ１２−１ヨーク１２−２コイル１２−３磁性体１２−４固定ネジ１３−１ヨーク１３−２コイル１３−３固定ネジ１３−４磁性体１３−５ハンドル１４−１ヨーク１４−２コイル１４−３固定ネジ１４−４磁性体１５−１ヨーク１５−２コイル１５−３ハンドル１５−４ウォーム１５−５ウォームホイール１５−６ウォームホイ
ール１５−７ウォーム１５−８ハンドルＬ_１磁界が発生する空隙部分の長さＬ_２Ｃ型ヨークの磁路長Ｓ_１ヨーク断面積Ｓ_２空隙部分断面積 μ ヨークの透磁率ｉ電流比Ｎコイルの巻数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒井賢一宮城県塩竈市南町６−14 Ｆターム(参考） 4C061 GG15 GG22 4C093 AA07 AA22 EE30 4C106 AA05 AA06 BB21 BB24 CC40 FF01 FF03 FF12 FF16 4C167 AA05 AA28 AA32 BB44 BB56 CC04 GG21 GG22 HH08 HH30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面または曲面上に少なくとも１個以上の
コイルを配置し、このコイルを対向させるまたは単独に
用い、患者の近傍に配置し、患者の体内に磁場を発生さ
せ、体内で磁力を応用した誘導や、診断、治療を行う装
置。
【請求項２】複数の鉄芯コイルを患者の周囲に配置し
て、鉄芯コイルの目的とする磁場を発生する反対側で、
他の鉄芯コイルの鉄芯と連結することで、周囲への漏れ
磁束を大幅に減少させつつ、患者体内に磁場を発生さ
せ、患者体内で磁力を応用した誘導、診断、治療を行う
装置。