JP2004089704A - 加熱方法及びそのための加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流磁場を用い、生体等の部分的な有機組織等を４５℃以上に効率良く加熱する方法を提供すること、及び、温熱療法等の治療等に使用し得る、交流磁場を用いた加熱装置を提供する。
【解決手段】被加熱有機物質中に分散させた少なくとも１種のフェライト及び／又は被加熱有機物質表面に付着させ又は内部に入れ、前記フェライトを１００〜７５０ｋＨｚの交流磁場を用いて加熱する加熱方法及びその方法を実施する装置。前記フェライトは、少なくともＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を５０重量％以上含有することが必要である。
【選択図】図１

Description

　本発明は高周波によって有機物を加熱する方法、及び該方法を用いて生体組織等の有機組織等を加熱する装置に関し、特にＭｇ−フェライト粉末を利用する高周波誘導加熱方法及びそれを用いた有機物の加熱装置に関する。

　電磁調理器が実用されているように、有機物を交流電磁場によって加熱することは周知である。この方法を応用して癌の温熱療法を行うことも試みられてきたが、この場合には癌周辺の正常細胞迄加熱することになるために、治療法として確立されていない。一方、酸化鉄等の磁性体粉末を交流磁場内に置くと、前記フェライト等の紛体が発熱することは既に知られている（例えば、非特許文献１）。更に、マグネタイト紛体を交流磁場で加熱し、これによって物質を加熱する方法も知られており（非特許文献２）、これによる癌温熱療法も試みられているが、治療可能な温度にまで加熱することが出来ず、更なる研究が望まれていた。
日本応用磁気学界誌、家名田敏昭、松本英敏他、１４（１９９０）４８９−４９２頁 日本ハイパーサーミア誌、新海政重他、１０［２］（１９９４）１６８−１７７頁

　ところが、最近金沢大学と富山薬科大学の研究チームが、鉄粉を多糖類で覆った微小な磁性体を利用することにより、４４℃前後にまで加温することに成功した（非特許文献３）。この温度は患部周辺全体を温める従来の電磁波温熱加熱では正常細胞を損傷せずには達成することが出来なかった温度であるが、未だ６０℃程度の高温に迄加熱することはできなかった。
３２００２年愛媛新聞３月１０日

　近年、本発明者等は、フェライト等の種々の粉末について、誘導加熱に関する基礎データを蓄積してきた（例えば、非特許文献４）が、この研究を通してＭｇ−フェライトが特に発熱効率が良いことを見出した。そこで更に発熱量の周波数依存性について検討した結果、交流磁場の周波数の増加と共に発熱量が増加するＭｇ−フェライト紛体を利用することにより、目標とする生体細胞等の有機組織等を、局部的に４５℃以上に加熱することが容易であることを見出し本発明に到達した。
　従って本発明の第１の目的は、交流磁場を用い、生体等の部分的な有機組織等を４５℃以上に効率良く加熱する方法を提供することにある。
　本発明の第２の目的は、温熱療法等の治療等に使用し得る、交流磁場を用いた加熱装置を提供することにある。
Jpn.J.App1.Phys.Vol.41(2002)、1620-1621

　　本発明の上記の諸目的は、被加熱有機物質中に分散させた少なくとも１種のフェライト及び／又は被加熱有機物質表面に付着させた少なくとも１種のフェライトからの発熱によって加熱する、前記被過熱有機物質を周波数が１００〜７５０ｋＨｚの交流磁場を用いて加熱する加熱方法であって、前記フェライトが少なくともＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を５０重量％以上含有するフェライトであることを特徴とする加熱方法及びその方法を実施する為の装置によって達成された。

　本発明によれば、交流磁場を用いて全体の中の一部分を、従来到達させることの困難だった温度に達する迄、効率良く加熱することが出来る。また、比較的低周波数域でも有効であるので、特に生体の温熱療法に対して好適である。

　本発明で使用するＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を５０重量％以上含有するフェライトは、ＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３フェライトと他のフェライトの単なる混合物であっても、複合フェライトであっても良い。これらのフェライトは公知の方法によって容易に製造することが出来る。Ｍｇフェライト以外のフェライトは生体への安全性の点からＭｎフェライトやＦｅフェライトであることが好ましい。加熱効率の点からはＭｇフェライトが１００％であることが好ましい。

　Ｍｇフェライト等、本発明で使用するフェライトは、生体との親和性を高めるために、その表面がリポソームで処理又は被覆されていることが好ましい。これらの処理又は被覆方法は公知であり、その詳細は、例えば前記日本ハイパーサーミア誌、１０［２］（１９９４）１６８−１７７頁に記載されている。また、フェライトの粒径は、発熱効率の観点から０．１μｍ以上であることが好ましい。更に、フェライトは血管内を伝わり癌細胞に吸着される必要があるため、癌周辺の血管径より十分小さいことが必要である。従って、フェライトの粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。

　マグネタイトはＦｅＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３の組成であるために、酸化される余地があり、酸化されると磁性が失われ、交流磁場内に置いても発熱しなくなる。特に粉末は表面積が大きく酸化され易いために、発熱特性が劣化し易くなる。従って、保存に際しては、窒素ガス等の不活性ガスで酸素を置換した容器中に入れたり、脂肪酸等を粒子表面にコーティングしなければならないので煩雑である。これに対して、Ｍｇフェライトの組成はＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３であって、これ以上酸化される余地はないから、化学的に安定であって、保存時に特別の配慮を必要としないという利点がある。

　フェライトを交流磁場内に置くと、該フェライトは発熱し温度が上昇するが、この発熱量は周波数の増大と共に増大する。１００〜７５０ｋＨｚの周波数領域における他のフェライトの発熱量は、Ｍｇフェライトの場合より著しく小さい。治療を行う場合、周波数が高くなる程正常細胞が損傷を受け易いことを考慮すると、４００ｋＨｚ程度で１００℃以上に加熱し得るというＭｇフェライトの特性は著しく重要である。

　Ｍｇフェライトによる加熱の制御は高周波電源の出力によって容易に調整することが出来るが、被加熱物質に対して使用するフェライトの量や、使用するフェライト中のＭｇフェライトの含有率を調整することによって制御することも可能である。非加熱部位への影響をできるだけ少なくするためには、印加する高周波電力をできるだけ小さくすることが好ましい。従って、使用するフェライト粉末の濃度、特にＭｇフェライトの濃度をできる限り高くすることが好ましい。

　加熱効率や目的部位以外への影響を避ける観点から、本発明においては、周波数を３００〜７５０ｋＨｚとするが、特に４００〜６００ｋＨｚとすることが好ましい。周波数が７５０ｋＨｚを越えると、フェライトを投与していない部分の加熱誘導が無視できなくなる。
　実際の加熱に際しては、フェライトを被加熱物質の表面に付着させる及び／又は被加熱物質内部に分散又は取り込ませた後、全体を交流磁場内に配置して行う。被加熱物質が生体内の癌細胞の塊である場合には、カテーテルを用いてフェライトを送り込み、細胞内にそれを取り込ませる。

　このような場合には、前記した如く、癌細胞が取り込み易くなるように、或いは癌細胞となじみ易くなるように、適宜、フェライト表面を処理しておくことが好ましい。また、フェライトの粒径は、前記した如く、０．１〜１０μｍであることが、加熱効率及び血管内におけるフェライトの移動の円滑性の観点から好ましい。生体に対する負担を軽減する上からは、短時間で患部を所望の温度にまで上昇させ、加熱時間を短縮することが好ましい。また癌細胞の破壊に寄与したフェライトが次の癌細胞に取り込まれるように、加熱と冷却を繰り返すことにより、患者の全治療時間を短縮することも出来る。繰り返し加熱の時間間隔は一週間程度となることもあるので、前記Ｍｇフェライトの化学的安定性は重要である。

　次に、本発明の装置を図によって説明する。
　図１は、本発明の加熱装置における加熱部の概念図である。図中の符号１はコイル、２は、該コイル中に可動に配された被加熱物質戴置台である。被加熱物質戴置台が固定されコイルの方が可動となるように構成されても良い。符号３は非接触型温度センサーである。符号４は被加熱体、符号５は加熱部位である。

　図２は、本発明の加熱装置の構成図である。コンピュータには、Ｍｇ−フェライトの量と、交流磁場の出力及び発熱量等の関係式や、Ｍｇ−フェライト濃度依存性、交流磁場の周波数依存性、被加熱物質の熱伝導と到達推定温度値等のデータが予めインプットされており、これらのデータに基づいて交流磁場の出力が自動的に制御されるようになっている。
　本装置稼動前には、被加熱対象が到達するべき温度が設定される。癌の温熱療法の場合には、６０〜８０℃に設定することが好ましい。

　また、非接触型温度センサーや光ファイバー温度計等の適当なセンサーによって、被加熱物質や被加熱箇所の温度が検出され、このデータがコンピュータにフィードバックされ、前記到達推定温度値とのズレが補正される。補正は、設定温度を超えないようになされ、例えば生体の場合には、設定温度を超えて周囲の細胞に損傷を与える場合には交流磁場発生装置の電源を落したり、緊急冷却装置が働くように、安全装置を設けておくことが好ましい。
　交流磁場発生装置を周波数固定型にしておくことにより、装置の価格を低減させることが出来る。
　以下、実施例によって本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

　図３の装置を作製し、各種フェライトについて発熱量の周波数依存性を調べた。図３における符号１は、コイルを形成する直径４ｍｍの銅製パイプであり、内径４０ｍｍ、外径４８ｍｍ長さ６０ｍｍのポリプロピレン製芯に、８回巻きつけられている。符号３は非接触の温度センサーであり、本実施例では赤外線センサーが用いられた。５は試料（４ｇ）であり、ポリプロピレン製容器に収納されている。
　試料としては、Ｍｇ−フェライト、Ｇｕ−フェライト及びマグネタイトを用いた。夫々の場合について、４ｋＡ/ｍの交流磁場強度で２分間加熱したときの試料温度の周波数依存性は、図４に示した通りである。尚、試料の加熱前の温度は、常に室温とした。
　また、交流磁場強度を２．７ｋＡ/ｍとしたときの結果は図５に示した通りであり、磁場強度によって発熱量を容易に制御することができることが確認された。
　この結果から、Ｍｇ−フェライトがこの周波数領域で、他の粒子より著しく発熱量が高いこと、及び３６０ｋＨｚ付近に発熱ピークを持つことが実証された。

　図６に示す装置を用い、下記の実験を行った。
　試料としてはフェライト粉末４ｇをカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）ナトリウム水溶液２０ｇ中に均一に分散させたものを使用した。フェライト粉末としてはＭｇフェライトのほか、マグネタイト、Ｎｉフェライト、銅フェライトを使用した。ここで、マグネタイトは発熱特性の良い５０ｎｍ以下の粒子径を持つものを使用し酸化防止のため、粒子表面を脂肪酸で被覆した。温度計としては、光ファイバー温度計を使用し、内部の温度を測定した。この光ファイバ温度計は、センサー先端部に感温部（蛍光体）を持ち、該感温部へ青色光を照射した際の反射が温度依存性を持つことから、温度を計測することができるという仕組みであり、電磁界の影響を受けることのない温度計測法である。
　印加した磁場強度は２．５ｋＡ／ｍで印加時間は５分であり、室温（２５℃）からの温度上昇を測定し、その周波数依存性を図７に示した。
　図７から明らかなようにＭｇフェライトの発熱が最大であることが実証された。また、上記の実験の３６時間後に、Ｍｇフェライトについて再度同じ実験を行なったところ、表１に示したように、マグネタイトの場合には加温効率が明らかに劣化したが、Ｍｇフェライトの場合には、殆ど劣化しない事が実証された。

　本発明は生体の局部加熱等に有効であるので、特に医療分野における応用が見込まれる。

本発明の加熱装置の加熱部分の原理図である。 本発明の加熱装置の構成図である。 実施例１で使用した、本発明の加熱装置の断面概念図である。 磁場強度を４ｋＡ/ｍとしたときの、Ｍｇ−フェライトの特異的な発熱を実証する発熱量の周波数依存性を示す図である。 磁場強度を２．７ｋＡ/ｍとしたときの、Ｍｇ−フェライトの特異的な発熱を実証する発熱量の周波数依存性を示す図である。 実施例２で使用した、本発明の加熱装置の断面概念図である。 実施例２によって得られた、フェライトによるＣＭＣゲル加熱の周波数依存性を示すグラフである。

符号の説明

１．コイル
２．試料台
３．非接触温度センサー
４．被加熱体
５．加熱試料又は加熱部位

Claims (8)

1. 　被加熱有機物質中に分散させた少なくとも１種のフェライト及び／又は被加熱有機物質表面に付着させた少なくとも１種のフェライトからの発熱によって加熱する、前記被過熱有機物質を周波数が１００〜７５０ｋＨｚの交流磁場を用いて加熱する加熱方法であって、前記フェライトが少なくともＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を５０重量％以上含有するフェライトであることを特徴とする加熱方法。
2. 　前記フェライト中のＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３が８０重量％以上である、請求項１に記載された加熱方法。
3. 　前記被加熱有機物質が生体組織である、請求項１又は２に記載された加熱方法。
4. 　生体組織がガン細胞である、請求項３に記載された加熱方法。
5. 　前記フェライトとして、粒径が０．１〜１０μｍのフェライトを使用する、請求項１〜４の何れかに記載された加熱方法。
6. 　少なくとも、１００〜７５０ｋＨｚで安定に交流磁場を発生させる電源及びコイルを有する高周波発生装置、前記コイル内の中央部に設けた試料台、並びに、試料の温度を測定する温度センサーを有すると共に、試料の温度が設定温度を超えないように制御し得る制御装置が組み込まれてなることを特徴とする加熱装置。
7. 　前記制御装置が、ＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３について予め収集された、交流磁場を用いた加熱に関する情報に基いて制御される、請求項６に記載された加熱装置。
8. 　前記制御装置の制御がコンピュータによってなされる、請求項６又は７に記載された加熱装置。