JP2005503190A - 磁場による処置装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は磁場による処置のための機器に関し、磁場による処置のための容易に運搬可能で保管可能な機器を提供する。これは患者にとっても便利であり、特に経済的に製造できる。上記機器は、第１磁場を発生する第１機器と、第２磁場を発生する第２機器と、上面および下面を有する台、特にマットとを備え、このマットは、患者の処置される身体領域を当てるように具現化される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、磁場による処置装置および方法に関し、特に、処置すべき組織中のスピンおよび／または磁気モーメントに影響を及ぼすことに関する。
【背景技術】
【０００２】
非侵襲的処置方法が、医学においてますます新規な応用分野を見出しつつある。本願発明に関し、外部磁場による治療処置装置および方法が特に言及されるべきである。今までのところ、このような療法の正確な作用機序は詳細には理解されていないが、それらの治療的成功が科学的に証明され、一般的に認識されている。既知の磁場療法の結果の研究は、例えば「Orthapadische Praxis」8/2000, [Orthopedic practice] year 36、５１０〜５１５ページ、およびFritz Lechner著「Elektrostimulation und Magnetfeldtherapie. Anwendung, Ergebnisse und Qualitatssicherung」1989 [「Electrostimulation and magnetic field therapy. Use, results and quality assurance」に見出される。
【０００３】
特に、いくつかの症例の患者に適用した磁場療法が、確認し得る有意な負の副作用なしに徴候および症状が相当改善するというような調査結果が見出されている。磁場療法のもう１つの主要な利点は、患者にとって相当の苦痛、危険および費用を伴う手術が場合によっては完全に避けられるかもしれないことである。
【０００４】
例として、ドイツ特許DE 40 26 173は、患者を処置するためにパルス変調磁場を生成する装置を開示している。この場合、生体組織が、定磁場と交番磁場の重ね合わせによって生成される磁場を受ける。
【０００５】
パルス磁場は通常、コイルを流れるパルス電流によって生成される。しかし、このようなコイル内にあるパルス磁場は、大量のエネルギーを必要とし、高度の慣性を有する。というのは、コイルのインダクタンスが場の変化率を低下させるからである。
【０００６】
この磁場療法の治癒効果としては、とりわけ、骨粗鬆症の軽減および卒中の予後の改善がある。この場合おそらく、印加される磁場が輸送および／または代謝過程を促進して正の治療効果につながっていると思われる。今までのところ、正の治療効果は、場と細胞成分（プロトン、イオン等）の間のエネルギー交換によって生じると想定されている。この場合、エネルギー輸送は、生体内のイオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）の刺激および／または吸収によって説明されており、したがって適当なＩＣＲ条件が探索されている。このため、既知の装置はＩＣＲ条件の生成に基づいている。
【０００７】
しかし、この因果的説明は一部の状況では疑わしいと思われる。というのは、サイクロトロン共鳴は一般的に、例えば真空中や半導体の伝導帯中の電子の場合のように自由粒子についてのみ起こるからである。さらに、簡単な計算を用いると、サイクロトロン運動は、人体の断面の平均直径より実質的に大きい半径の軌道上で起こるであろうということを示すこともできる。このことは、サイクロトロン共鳴に対するエネルギー輸送に関する説明が、特に固体組織の場合には疑わしいかもしれないことを意味する。
【０００８】
また、その効果が体内のピエゾ電気過程に基づいている可能性もある。この説明手法は、あらゆる身体関節の周りには電場があり、軟骨がピエゾ電気特性を有するため、健康な状態では、あらゆる運動がピエゾ電圧を生じるという仮定に基づいている。不健康な状態では、これらのピエゾ電圧は誘導電圧によって刺激され得る。これに関連しては、Christian Thuile著「Das groBe Buch der Magnetfeldtherapie」Linz 1997 [The Big Book on magnetic field therapy]も参照されたい。
【０００９】
処置すべき体内にスピン共鳴を生成する、磁場による生体の処置用のもう１つの装置が、同一出願人による国際公開明細書ＷＯ ９９／６６９８６に開示されている。しかし、国際公開明細書ＷＯ ９９／６６９８６に記載されているこの装置は、イオン性部分が存在するかどうかにかかわらずすべての生体物質中で磁場による特定の再現性のある処置を実行することに実質的に基づいている。引用した装置は、スピン共鳴およびスピン共鳴シーケンスの生成によって正の治療効果を達成する。しかし、この場合、核磁気共鳴もまた特にエネルギー輸送のために使用される。
【００１０】
他の技術分野において、いくつかの核磁気共鳴法（いわゆるＮＭＲ法）が既に長期にわたり知られている。それらの方法は、特に医学的診断のために、そして一般的に高精度磁場測定のために使用されている。後者の応用に関しては、例えば「Virginia Scientific FW101 Flowing Water NMR Teslameter」を参照されたい。この機器の説明は
www.gmw.com/magnetic-measurements/VSI/FW101.html.
に見出される。
【００１１】
治療医学用の既知の装置は一般的に、磁場を発生し変動させるための大型のコイルシステムを備えることも言及されなければならない。しかし、これらのコイルシステムはインダクタンスが高く、そのためスイッチング時定数が長くなり、エネルギー消費量が大きくなる。しかし、長いスイッチング時間は、体内の動的過程に関する効率が悪くなって不利である。
【００１２】
さらに、コイルシステムは通常、例えば上肢や下肢のような身体部分を挿入することができる開口を有するように設計される。その結果として、既知の装置は比較的不格好であり、それらを保管および運搬する可能な方法に関して欠点を有する。それは別にしても、場合により、それらの装置は患者にとって不便である。さらに、ほとんどの既知の装置に必要なエネルギーは非常に高い。というのは、コイルシステムが強磁場を生成するためである。
【００１３】
さらに、装置が作用する肉体的・生理的方法に関して、およびそれらの装置によって体内に開始される過程に関しては依然としていくつかの未解決な問題がある。しかし、従来、それらの装置が動作する方法について詳細な知識がないため、その動作に対する最適化された設計および最適なパラメータを決定するには常に困難が伴った。
【００１４】
したがって、本発明の１つの目的は、磁場による処置のための改善された装置および改善された方法を提供することである。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、身体における運動によって、特に身体における磁気モーメントの自然な挙動によって生成される電磁刺激を、地球磁場中での運動中に人工的にモデリングまたはシミュレートすることができる装置および方法を利用可能にすることである。
【００１６】
本発明のもう１つの目的は、短いスイッチング時定数を可能にしエネルギー消費の少ない装置および方法を利用可能にすることである。
【００１７】
本発明のもう１つの目的は、容易に運搬および保管することができ、患者にとって便利であり、特に低コストで製造することもできる、磁場による処置用の装置を利用可能にすることである。
【００１８】
本発明の目的は、まさに請求項１、１６および３７の対象によって、驚くほど簡単な方法で達成される。有利で好ましい発展形態が従属請求項の対象である。
【００１９】
本発明は、磁場による処置に由来する正の治療効果がスピン共鳴信号による運動シミュレーションにさかのぼって突き止めることができるという極めて驚くべき知見に基づいている。
【００２０】
磁気モーメント、例えば電子および核スピンモーメントは、ヒト、動物または他の生体内ではちょうど地球磁場と整列して巨視的磁化を生成し得る。身体部分の運動があると、この磁化の方向の小さい変化につながる。磁化方向が地球磁場方向と平行に整列していない場合、磁化は地球磁場中で約２０００Ｈｚの周波数で歳差運動し、環境中に同一周波数で交番電圧を誘導する。この誘導電圧は外部コイルを用いて測定可能であり、ミリボルト範囲にある。しかし、体内の誘導電圧のほうが、距離が短いためにかなり高い。ヒト神経系はこの電圧を記録して運動を識別する。その結果として、筋肉の伸縮にエネルギーが要求されるために代謝が活性化される。
【００２１】
種々の衰弱が患者の運動およびその代謝を制限する。本発明による装置および方法は、スピンと、スピンによって生成される巨視的組織磁化の所定の意図的回転を引き起こす。体内で地球磁場により自然に生成されるスピン共鳴に関して、生物は、実際には起きていない運動が起きていると思わされる。これを行うため、本発明による装置は、スピンおよび／または磁化の配列を変動させる好適な磁場を生成して、これが処置領域に配置された身体領域の運動を刺激するようにする。これに関連しては、とりわけ、本発明の使用により、骨粗鬆症に対する療法において非常に良好な処置の成功を達成することが可能となっている。
【００２２】
本発明の第１実施形態は、本発明による磁場による処置用の装置が、それぞれ第１および第２磁場を生成する第１および第２機器と、台、特に、処置すべき患者の身体領域または患者全体を載せる、および／または支えるマットとを備えることを特徴とする。この場合、マット等の台が、それぞれ第１および第２磁場を生成する第１および第２機器が好ましくはその間に配置される上面および下面を画定する。この配置は、非常にコンパクトな、特に非常に平坦な構成を可能にする。
【００２３】
第１および第２磁場を生成する機器が配置されるマットに加え、処置カウチ（例えば、診察台）また処置スツール（例えば、診察用足のせ台）を台として用いてもよい。さらに、患者の上に、または処置すべき組織の上に配置されるシステムも可能である。例として、台は、患者の身体部分、特に頭部の周りに配置することができ、患者の頭部を支えて配置される多重ウィング構成を備えてもよい。この装置は、例えば、２個以上のウィングを備え、各ウィングのサイズは、患者の両耳の周りまたは顎の周りに配置することができるようにする。特に、この形態の台では、それぞれ第１および第２磁場を生成する第１および第２機器は、２個以上またはすべてのウィングに組み込まれてもよい。
【００２４】
さらに、台は、例えば下肢または上肢の周りに配置することができるすね当ての形態であってもよい。
【００２５】
いくつかの応用例では、カバーを備える台も有利であるかもしれない。例えば、とりわけウマのような動物の処置には、処置のために動物を覆うカバーを配置してもよい。
【００２６】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置は、台が、処置カウチおよび／または処置スツールおよび／または患者の身体部分、特に頭部の周りに配置することができる多重ウィング配置、および／またはすね当ておよび／またはカバーを備えることを特徴とする。
【００２７】
したがって、上記の例から明らかなように、台の形状および状態に限定はなく、適宜目的に合わせることができる。
【００２８】
患者の組織中の原子核は、磁場中のスピン共鳴周波数を規定し、または当該周波数を有する。この場合、共鳴周波数は磁場の場の強さに関連づけられる。例えば、水素原子には次式が成り立つ：
Ｆ［ｋＨｚ］＝４．２２５×Ｂ［ガウス］
ここでＦはキロヘルツ単位の核磁気共鳴周波数であり、Ｂはガウス単位の磁場の強さである。例えば、磁場が４ガウスの場合、核磁気共鳴周波数は１６．９ｋＨｚである。
【００２９】
第２機器は好ましくは交流磁場を生成するように設計される。この場合の第１および第２磁場を生成する２個の機器は、特に、核磁気共鳴を生成する古典的配置である。この場合、第２磁場は好ましくはスピン共鳴周波数で振動する。スピン共鳴周波数は、体内の粒子、元素または化合物の性質によって、および第１磁場の強さによって実質的に規定される。生成されるスピン共鳴周波数は好ましくは１ｋＨｚと１ＭＨｚの間にあり、特に好ましくは２ｋＨｚと２００ｋＨｚの間にあり、最も好ましくは約１００ｋＨｚの領域にある。
【００３０】
第１および第２機器がマットの面に平行な平面内に配置される好ましい実施形態が特に有利である。この場合、第１および／または第２機器は好ましくは完全にマット内に、その上面と下面の間に配置することができる。これにより、患者が処置のためにマット上に単に横臥するという、特に簡単で実用的な実施形態が得られる。この平面内の配置は平面形状も提供するが、それにもかかわらず、互いに直交する磁場を処置領域に生成することができる。
【００３１】
好ましい一実施形態によれば、マットを２つ以上のセクションに細分することによって１回以上折り畳むことができる場合には、装置を特に容易に保管および運搬することができる。この場合、第１および第２機器は好ましくはマットの同一セクションに収容される。マットは好ましくは厚さ約３〜１０ｃｍ、幅７０ｃｍ、そして長さ２１０ｃｍで、例として２回折り畳まれると、約９〜３０ｃｍ×７０ｃｍ×７０ｃｍという寸法が達成される。
【００３２】
第２機器は好ましくはトロイダルコイルを備える。これは、巻線が走るコイル面と、そのコイル面と直角をなすコイル軸とを画定する。当業者には明らかなように、コイル軸方向の磁場が実質的にコイルの中心に生成される。コイル軸方向に、コイルすなわち第２機器は５０ｃｍ未満、好ましくは２０ｃｍ未満、特に好ましくは１０ｃｍ未満、最も好ましくは約２ｃｍと６ｃｍの間の広がりを有する。コイルすなわち第２機器は、半円形端部領域がコイル面内にある円形ないし長円形または細長い形状を有する。特に、コイル軸方向のコイルの広がりは、好ましくはコイル面の広がりより小さく、その少なくとも２分の１または特に好ましくは少なくとも５分の１よりも小さい。その特別の形状は、特に、平坦なマットに完全に収容されることを可能にし、同時に極めて有効な磁場を生成するが、これは一般に既知の大型コイル配置では可能でない。
【００３３】
第１機器は好ましくは少なくとも１個、２個、３個または特に好ましくは４個のコイルを備え、これらの各コイルは好ましくは、例えばフェライト材料からなる固定磁石と組み合わされる。これにより、有利に、フェライト材料を通る強い一定の基本磁場が生成されるとともに、それに重ね合わされる時間変動する追加磁場がコイルにより生成される。
【００３４】
したがって、比較的小さいコイルおよび少ないエネルギー消費で、同時に有効な磁場を扱うことが可能である。
【００３５】
好ましい一発展形態では、それぞれ第１および第２磁場を生成する第１および第２機器は、マット表面の平面および第２機器のコイル面に平行な平面内に配置される。第１機器が２個以上のコイルおよび／または固定磁石を有する場合、第２機器は好ましくはそれらの間の中央に配置される。
【００３６】
特に、処置磁場は、第１および第２磁場の少なくとも１つの重ね合わせを含む。特に患者が処置のために配置され、または横臥しているマット表面上方の処置領域において、第１機器によって生成される磁力線は、マット表面に対して実質的に平行もしくは少なくとも０°から３０°までもしくは０°から４５°までの範囲の鋭角をなし、および／または第２機器の磁力線に対して直角もしくは少なくとも４５°もしくは６０°から１２０°もしくは１３５°までの範囲の鈍角をなして進む。第２磁場は、マット表面に対して、好ましくは３０°〜１５０°の範囲、特に好ましくは４５°〜１３５°の範囲、そして特に好ましくは６０°〜１２０°の範囲、そして最も好ましくは実質的に直角の角度をなして進む。
【００３７】
本発明の一実施形態では、スピンまたはスピンにより生成される巨視的磁化の配列が処置磁場の変動により時間変動して、地球磁場中で処置領域に配置されている身体領域の運動をシミュレートすることを可能にするように、処置磁場を時間変動させることができる。
【００３８】
好ましくは、第１磁場は、好ましくは固定磁石すなわちフェライトにより生成される好ましくは一定の第３磁場と、好ましくは時間変動し好ましくは固定磁石に関連する補助コイルにより生成される第４磁場との、実質的に平行な重ね合わせ、または他の方向における平行な重ね合わせを含む。この場合、第３磁場の強さは好ましくは０．５ガウス〜５００ガウスであり、好ましくは１０ガウス〜５０ガウスであり、特に好ましくは２３ガウス〜２４ガウスの範囲にある。第４磁場は、変調磁場と呼んでもよいが、周期的に、好ましくは規則的に、好ましくは−１０ガウスと＋１０ガウスの間、好ましくは−１ガウスと＋１ガウスの間、特に好ましくは−０．５ガウスと＋０．５ガウスの間で振動する。最後のものはおよそ地球磁場の強さに対応する。当業者には明らかなように、第３磁場は一定の基本場を表し、第４磁場は第１磁場の振幅変調を表す。
【００３９】
第４磁場は好ましくは、約０ガウスに関して対称な三角形または鋸歯状の波形振動を描き、第１磁場が第３磁場すなわち一定の基本場の値の周りで振動するようにする。その結果、第１磁場が好ましくは三角波形で振幅変調される。数学的共鳴条件はこの場合、第４磁場が消失する点で正確に満たされる。第３磁場の強さはこの場合、第４磁場の最大強さの少なくとも４倍、１０倍または２０倍の大きさである。
【００４０】
ここで第２磁場が、交流磁場として、第３磁場中の組織内の粒子のスピン共鳴周波数に対応する周波数で、第１磁場に実質的に直角に入射する場合、これは、いわゆる高速断熱過程を作り出す配置に対応する。
【００４１】
第２磁場すなわち交流磁場は好ましくは、第１磁場の立上りおよび立下り側面の期間中に異なる強度を有する。第２磁場は特に好ましくは、第１磁場の立下り側面の期間中に入射し、立下り側面の期間中にスイッチオフされ、またはその逆も同様である。その結果として、第２磁場の「オン時間」中のスピンまたは巨視的磁化は基本場の方向から離れるように断熱的に回転し、第２磁場の「オフ時間」中に再び緩和して戻る。
【００４２】
したがって、第４磁場、すなわち第１磁場の振幅変調の周波数は、好ましくは組織内の粒子のスピン格子緩和時間に一致する。これにより、第１磁場の変調の好ましい持続時間は１ｍｓ〜１０ｓ、好ましくは１０ｍｓ〜１ｓ、特に好ましくは２００ｍｓの領域となる。
【００４３】
高速断熱過程用配置の別法として、第２磁場すなわち交流磁場は、短いパルス、例えばいわゆる９０パルスまたは１８０°パルスとして入射する。
【００４４】
本発明は、好ましい実施形態を用いて以下の本文で、図面を参照してさらに詳細に説明される。
【００４５】
核磁気共鳴は、その過程で身体を動かすことなく、体内の磁化方向を変動させることを可能にする。というのは、誘導される核磁気共鳴電圧が体自体の運動過程をシミュレートするからである。したがって、本発明による装置および方法は、代謝をシミュレートまたは加速する療法を実行するために使用可能である。
【００４６】
図１ａおよび図１ｂは、本発明の第１実施形態を示している。ここで、図示されている寸法は単に例としてのものとみなすべきである。本発明による装置１はマット１０を備える。マット１０は、３つのセクションに細分されており、折り畳むことが可能であり、その中央セクション１２のみが図示されており、図の面内に広がっている。図の面と直角をなし、平坦なトロイダルコイル１４の形態の第２機器が、可撓性材料、例えばフォーム材料からなる緩衝材１６中に第２磁場を生成するために、マット１０のセクション１２に埋め込まれている。トロイダルコイルすなわち伝送コイル１４は、図の面内に広がり、幅が約Ｂ＝３５０ｍｍ、高さが約Ｈ＝５５０ｍｍで、ヘッドエンド１４ａ、１４ｂがそれぞれ半円形となるように設計されている。図の面と直角をなす方向のコイルの長さは約Ｌ＝５２ｍｍである。コイルの断面は、長さＬおよび断面方向の幅約ＱＢ＝７５ｍｍによって画定される。マットの厚さは約Ｄ＝１３２ｍｍであり、トロイダルコイルはマットの中央に配置され、緩衝材１６（これは約４０ｍｍでもある）がそれぞれマットの上面と下面の間に配置されるようになっている。第１磁場を生成するために、コイルの左側および右側にそれぞれ２個の機器２２、２４、２６、２８がある。これらはそれぞれ、固定磁石３２、３４、３６、３８と、それぞれマット面内で固定磁石を包囲する補助コイル４２、４４、４６、４８とを備える。各機器２２、２４、２６、２８は高さが約２００ｍｍであり、幅が約１００ｍｍであり、図の面と直角をなす方向の長さＬが約５２ｍｍである。機器２２、２４、２６、２８はそれぞれ、トロイダルコイル１４から幅方向に約５０ｍｍ離れ、２個の機器２２および２４は、２６および２８とともに、それぞれ垂直方向に互いに隣接している。
【００４７】
９０°核磁気共鳴信号パルス化方法
上記で既に述べたように、本発明の第１実施形態はパルス化方法を使用する。これについて以下の本文で詳細に説明する。
【００４８】
われわれの体の分子または巨大分子複合体は主として、例えば水（Ｈ_２Ｏ）や有機分子（例えばＣＨ_２またはＣＨ_３中の）中の水素原子からなる。水素の核またはイオンはプロトンである。プロトンは磁気モーメントおよびスピン（見かけ上はトルク）を有し、それらの間の比はγ（磁気回転比）である。プロトンの場合、γ＝２．６７５２２・１０^８Ｔ^−１ｓ^−１である。定常状態の磁場Ｂ_０、例えば地球磁場が、時定数Ｔ_１で時間とともに指数関数的に変化する巨視的磁化Ｍ（ｔ）を生成する。これは次式で定義される。
Ｍ（ｔ）＝Ｍ_０（１−ｅ^{−ｔ／Ｔ１}）
ここで
Ｍ_０＝χＢ_０
であり、Ｔ_１はスピン格子緩和時間であり、Ｍ_０は磁化の漸近値である。立上り後に一定である磁場Ｂ_０の急激な印加によって生成される磁化Ｍ（ｔ）の時間プロファイルを図２に示す。ヒト組織中のプロトンまたは水素の場合、
Ｔ_１＝１０ｓ〜１０^−３ｓ
である。
【００４９】
治療処置の前に、スピン格子緩和時間を求めるために、好ましくはスピンエコー測定が実行される。
【００５０】
巨視的磁化Ｍは、図３に示すように、印加される磁場Ｂ＝Ｂ_０に対して漸近的に平行に整列する。図３は、直角右手座標系ＸＹＺも示している。これは、以下の解析に対する配向の基礎として使用される。
【００５１】
微視的には、量子力学によって要請されるように、すべてのプロトンスピンはＢ_０の周りに周波数ｆ_０で歳差運動を行う。この周波数はラーモア周波数と呼ばれる。ラーモア周波数ｆ_０は次のように求められる。
【数１】

【００５２】
これから、地球磁場中、すなわちＢ_０＝０．５ガウス＝５・１０^−５Ｔの場合、
【数２】

となる。
【００５３】
結果として、地球磁場中では、プロトンのラーモア周波数は約２ｋＨｚとなる。ラーモア周波数は、化学結合によってもほんのわずかに変動する。
【００５４】
図５は、２３．５ガウススペクトロメーターを用いて５００ｍｌの水を１００ｋＨｚでスピンエコー測定することにより、ラーモア周波数の実験的検証をしたオシロスコープ印刷出力を示している。９０°パルスおよび１８０°パルスを入射してスピンエコーを検出している。図６〜図８は、第１磁場Ｂ＝２３．２ガウス、２３．４ガウスおよび２３．８ガウスの場合のスピンエコーを、時間スケールを拡大して示している。第１磁場Ｂは、フェライト磁石３２、３４、３６、３８の形態の４個の固定磁石による定磁場Ｂ_０と、４個の補助コイル４２、４４、４６、４８により生成される時間変動する磁場ΔＢ_０との平行重ね合わせによって生成される。
【００５５】
図９は、図６〜図８からの３個の測定点を、Ｈｚ単位の相対周波数の関数としてガウス単位の磁場のグラフ形式で示している。直線は、測定点にわたる線形補間である。相対周波数は、基本場Ｂ_０＝２３．５ガウスによって規定される共鳴周波数ｆ_０からの周波数誤差を表す。
【００５６】
本発明による装置は、約１００ｋＨｚの周波数ｆ_ｏでの交番磁場Ｂ_１の形態で第２磁場を生成する平坦コイルすなわち伝送コイル１４を備える。この周波数は、Ｂ＝２３．５ガウスの平均磁場中でのプロトンのラーモア周波数にほぼ対応する。
【００５７】
この目的のために、伝送コイル１４は好ましくは、共振回路を形成するためにコンデンサに非常に簡単な方法で接続される。共振回路の共鳴周波数ｆ_ＬＣは
【数３】

である。ここでＬは伝送コイル１４のインダクタンスであり、Ｃはコンデンサの静電容量である。
【００５８】
最初はＢ_０＝２３．５ガウスという一定の強さを有する第１磁場Ｂ中に、患者または生体組織の身体領域が配置される場合、本実施形態でＢ_０がＺ軸に平行に走る時（図３参照）には、組織の巨視的磁化ＭはＢ_０に平行な核スピンのベクトル和になる。
【００５９】
ここで、Ｂ_０方向から離れるように磁化Ｍを偏向させるために核磁気共鳴法が使用される。核磁気共鳴は、身体が静止していても、磁化方向を変化させる。誘導電圧は、身体が運動しているかのような効果を生じる。そこで、核磁気共鳴は代謝を刺激することによる療法を実行するために使用可能である。
【００６０】
いわゆる９０°無線周波数パルスを用いて磁化を９０°回転させる。磁場および磁化成分Ｍ_ｚ（ｔ）およびＭ_ｘｙ（ｔ）の時間プロファイルを図４に概略的に示す。Ｘ軸に平行に走る軸を有する伝送コイルが、回転するか、またはＸ方向に直線的に振動する無線周波数磁場Ｂ_１を発生する。巨視的磁化Ｍは、周波数ｆ_１でＸ軸の周りに正のＺ方向からＸ−Ｙ平面へと回転する。この場合、
ｆ_１＝ω_１／２π
であり、ここで
ω_１＝γＢ_１
である。
【００６１】
Ｍの回転角αは
α＝ω_１ｔ
である。
【００６２】
９０°回転、すなわちα＝π／２の場合、９０°パルスの持続時間ｔ_９０は次のように計算される。
【数４】

【００６３】
巨視的磁化Ｍは、９０°パルスの入射後はＹ方向にある。それはω_０でＺ軸の周りで回転し、無線周波数コイル中である電圧を誘導し、これを核磁気共鳴信号として測定することができる。この信号は、時定数Ｔ_２ ^＊で指数関数的に減衰し、
Ｍ_ｘｙ＝Ｍ_０・ｅ^{−ｔ／Ｔ２＊}
である。
【００６４】
一様磁場Ｂの場合、 Ｔ_２ ^＊≒Ｔ_２
である。ここで、Ｔ_２はスピン−スピン緩和時間である。
あまり一様でない磁場Ｂの場合、 Ｔ_２ ^＊＜Ｔ_２ である。
液体の場合、 Ｔ_１≒Ｔ_２ である。
【００６５】
Ｔ_２の通常の値は次の通りである。
水道水： Ｔ_２≒３ｓ
蒸留水： Ｔ_２≒３０ｓ〜３ｍｉｎ
ヒト組織： Ｔ_２≒１０ｍｓ〜１ｓ
手の組織： Ｔ_２≒１００ｍｓ〜１ｓ
【００６６】
高速断熱核磁気共鳴過程
図１０ａ〜図１０ｃ、あるいは上記のパルス化方法を参照すると、磁化の特定の回転が、高速断熱過程によって達成される。これについて以下の本文で説明する。これは、第１磁場Ｂの場変動または交流磁場Ｂ_１の周波数変動によって達成される。この場合、磁化ＭをＺ軸に対して０から１８０°まで回転することができる。
【００６７】
Ｚ軸の周りにω_０で回転する座標系（Ｘ′Ｙ′Ｚ）において以下の磁場を定義する：
ΔＢ_０＝Ｂ−Ｂ_０ （ここでＢ_０＝ω_０／γ）
Ｂ_１ および
Ｂ_Ｒ。
【００６８】
この場合、Ｂ_１は、伝送コイル１４により生成される交流磁場すなわち無線周波数場であり、時刻ｔ＝ｔ_０に、座標系Ｘ′Ｙ′ＺにおいてＸ′軸に平行に走る。Ｂ_Ｒは、ＢとＢ_１の重ね合わせから生じる磁場すなわち処置磁場である。
【００６９】
図１０ａは、時刻ｔ_０に関する瞬間における空間内の磁場ベクトルの配列を示している。この図は、補助コイル４２、４４、４６、４８により生成され、Ｚ軸と平行に走る第４磁場ΔＢ_０のベクトルを示している。この場合、ΔＢ_０は、共鳴第３磁場Ｂ_０を上回る、または下回る、磁場Ｂのそれぞれ正または負の超過分である。このＢ_０はフェライト磁石３２、４４、４６、４８により生成され、常に正のＺ方向を向き、図１０ａ〜図１０ｃには図示していない。
【００７０】
磁場Ｂ（ｔ）＝Ｂ_０のみが最初に作用する場合、組織の巨視的磁化はＺ軸の方向に整列し、個別のスピンが角周波数ω_０でＺ軸の周りに歳差運動する。これは、スピンは回転座標系Ｘ′Ｙ′Ｚに対して最初は静止していることを意味する。
【００７１】
第３磁場ΔＢ_０および交流磁場Ｂ_１は、重ね合わされて結果として磁場Ｂ_Ｒを形成するが、ここで時刻ｔ＝ｔ_０まで増大する。交流磁場Ｂ_１（ｔ_０）のベクトルはＸ′軸の方向を向く。
【００７２】
交流磁場Ｂ_１は、周波数ω_０でＺ軸と実質的に直角をなして直線的に振動する。別法として、場Ｂ_１は周波数ω_０でＺ軸の周りに回転してもよい。これは、Ｘ′−Ｚ平面内の射影に関しては等価である。核スピンもまた、Ｚ軸の周りに同じ周波数ω_０で回転するので、常に交流磁場Ｂ_１と同位相である。
【００７３】
古典的解釈に基づくと、この配置において、合力Ｆが常に磁化またはスピンに作用し、この力Ｆは磁化ＭまたはスピンをＸ′−Ｚ平面内でＺ軸から離れるように回転させる。この回転中に、スピンは実質的に同位相で歳差運動する。この回転は、磁化方向の変化に追従するために、第４磁場すなわち変調磁場ΔＢ_０をゼロに減少させてから、再び連続的に負のＺ方向に増大させる。これにより、磁化を負のＺ軸方向に回転させること、すなわち、核の磁化を１８０°回転させることが可能となる。
【００７４】
図１０ｂは、ｔ_０よりも後の時刻ｔ_１における磁化Ｍおよび種々の磁場の配列を示している。磁化ベクトルＭは既にＺ軸からかなり離れたところまで回転している。
【００７５】
対応して、図１０ｃは、ｔ_１よりもさらに後の時刻ｔ_２に関する瞬間を示している。
【００７６】
運動シミュレーションの所望の効果を最大化するためには、磁化Ｍをできるだけ頻繁に回転させるべきである。この目的のため、磁場ΔＢ_０を生成する補助コイルを、三角形状、鋸歯状、または正弦波形状で、ΔＢ_０ ^ｍａｘと−ΔＢ_０ ^ｍａｘの間で、すなわちゼロの周りに対称的に移動させる。図１１の上部に、第１磁場Ｂ（ｔ）の最も好ましい三角波形変調を概略的に示している。図１０ａ〜図１０ｃからの時刻ｔ_０、ｔ_１およびｔ_２も示されている。磁場Ｂ（ｔ）が減少している時には、伝送コイルおよび交流磁場Ｂ_１は磁化を正のＺ軸から離れるように回転させるためにスイッチオンされる一方、磁場が増大する時には伝送コイルはスイッチオフされる。その結果、交流磁場Ｂ_１（ｔ）はこの例示的な実施形態による方形波形で振幅変調される。しかし、第１および／または第２磁場に対する他の変調形式、例えば正弦波振幅変調も同様に本発明の範囲内にある。図１１の下部に示されているブロック５０は、交流磁場Ｂ_１のオン時間を概略的に表している。交流磁場Ｂ_１のオフ時間中、スピンは緩和し、磁化は再び減少する。こうして、第１および第４磁場の変調周期が組織のスピン格子緩和時間と一致し、または少なくともその大きさに対応する。第１磁場の時間変動の周期は、好ましくはスピン格子緩和時間の１／１０倍〜１０倍まで、特に１倍〜３ないし５倍までである。
【００７７】
より高速な回転を達成するために、変調磁場ΔＢ_０の立下り側面を立上り側面より急峻にすることも本発明の範囲内に入る。
【００７８】
以上、断熱過程について、第１磁場Ｂ（ｔ）の変調により説明した。この過程は、一定の第１磁場Ｂ＝Ｂ_０と、交流磁場Ｂ_１の対応する周波数変化（いわゆる周波数スイープ）を用いても同様に実行することができる。
【００７９】
さらに、Ｙ方向の軸を有する受信コイルが、誘導された核磁気共鳴信号を検出し、その位相を感受する。この信号の時間積分は、全核磁気共鳴効果に比例し、したがって上記のように最大化される。
【００８０】
断熱過程の１つの利点は、第１磁場Ｂが約１０％までの非一様性を有し得ることである。これは、本方法が、スピンエコー法のような既知の方法よりもこの点に関して数桁も感度が低いことを意味する。本発明は、第１磁場と第２磁場の間の角に対しても対応して感度が低い。
【００８１】
図１２は、本発明による装置のための回路構成の一例を示している。この回路構成は、伝送コイル１４および補助コイル４２、４４、４６、４８を駆動するための増幅器５２および５４をそれぞれ有する。制御機器または制御ロジック５６が、伝送コイル１４および補助コイル４２、４４、４６、４８に関連するとともに２つの増幅器５２および５４に関連しており、第１磁場および第２磁場の変調を制御する。
【００８２】
図１３ａおよび図１３ｂは本発明の第２実施形態を示している。ここで、図１３ａはこの第２実施形態の図を示し、図１３ｂは、図１３ａにおける切断線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。マット１０は平坦なトロイダルコイル１５を有し、その内側領域１５１にさらに２個の平坦なトロイダルコイル１７および１９が配置されている。図１ａおよび図１ｂに関して説明した実施形態と同様に、本実施形態もまた、例えば、９０°核磁気共鳴信号パルス化方法および高速断熱核磁気共鳴過程を実施するために好適である。
【００８３】
トロイダルコイル１５は、準静的磁場Ｂ（ｔ）＝Ｂ_０＋ΔＢ_０（ｔ）を生成する。広い処置範囲を達成するため、ΔＢ_０（ｔ）の大きさは好ましくはＢ_０の半分である。
【００８４】
平坦なトロイダルコイル１７および１９は、これらの２つのコイルのＮ極およびＳ極がそれぞれマット１０の一方の面を向くように、逆向きに作用する。このようにして、これらのコイルは、マット１０の上下の領域２１および２３において、トロイダルコイル１５により生成される磁場Ｂと実質的に直角をなす磁場Ｂ_１を生成する。患者がマット上に横臥すると、患者の組織はこの領域２１内に配置される。こうして領域２１は、処置すべき組織に対する処置領域を画定する。
【００８５】
磁場Ｂ（ｔ）および磁場Ｂ_１の時間プロファイルはこの場合、他の実施形態に関して上記で説明したように制御される。
【００８６】
しかし、本発明の第１実施形態とは異なり、処置領域内の磁場Ｂはおよそ、マット表面と直角に、すなわち第１実施形態におけるコイル２２、２４、２６および２８により生成される磁場Ｂ（ｔ）と直角に走る。さらに、第２実施形態では固定磁石は不要である。実際、定磁場成分Ｂ_０は、時間変動する磁場ΔＢ_０と同様に、トロイダルコイル１５の好適な作用によって生成することができる。
【００８７】
図１４は、例として図１１に示した時間プロファイルを有する準静的磁場Ｂ（ｔ）と交流磁場Ｂ_１（ｔ）を生成するためのコイル１５、１７および１９の好適な制御手段をブロック図の形式で示している。図１２に示した制御手段と同様に、この制御手段は論理回路５６を有する。論理回路５６は、交流磁場Ｂ_１を生成するために、トロイダルコイル１５を駆動する増幅器５８と、トロイダルコイル１７および１９を駆動する増幅器とを駆動する。この場合の増幅器５８は、永久磁石のない実施形態のために、コイル１５に定磁場Ｂ_０を生成する定電流を生成するとともに、そのコイルに流され時間変動しかつ可変磁場成分ΔＢ_０を生成する電流を生成する。
【００８８】
要約すれば、本発明は、代謝を刺激するために核磁気共鳴信号を運動センサとして使用する磁場療法装置および磁場療法方法を提案する。この場合の信号は身体部分の運動をシミュレートする。この場合の１つの有利な特徴は、提案される核磁気共鳴療法がおそらく生物に対して負の効果を有さないことである。
【００８９】
本発明による核磁気共鳴療法装置は、磁化が少量のエネルギーを用いて急速に回転することを可能にする。特に、回転は、１ミリ秒〜３０秒までの範囲内で実行される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１ａ】本発明の第１実施形態の図（寸法の単位はｍｍ）を示す図である。
【図１ｂ】図１ａの切断線Ａ−Ａに沿った断面図（寸法の単位はｍｍ）を示す図である。
【図２】磁場Ｂ（ｔ）および結果として生じる巨視的磁化Ｍ（ｔ）の時間プロファイルを示す図である。
【図３】定磁場Ｂ_０中の巨視的磁化Ｍの配列を説明する図である。
【図４】９０°パルスが入射する時の磁場Ｂ（ｔ）ならびに結果として生じる磁化成分Ｍ_ｚ（ｔ）およびＭ_ｘｙ（ｔ）の時間プロファイルを示す図である。
【図５】１００ｋＨｚ基準を用いた位相弁別検出による核磁気共鳴信号のオシロスコープ印刷出力を示す図である。
【図６】Ｂ_０＝２３．４ガウスに対する核磁気共鳴信号の時間詳細を示す図である。
【図７】Ｂ_０＝２３．２ガウスに対する核磁気共鳴信号の時間詳細を示す図である。
【図８】Ｂ_０＝２３．８ガウスに対する核磁気共鳴信号の時間詳細を示す図である。
【図９】相対周波数の関数としての、磁場の強さのプロファイルを示す図である。
【図１０ａ】時刻ｔ_０における高速断熱過程に対する磁場の空間配列の概略図である。
【図１０ｂ】図１０ａで時刻がｔ_０ではなくｔ_１の場合の図である。
【図１０ｃ】図１０ａで時刻がｔ_０ではなくｔ_２の場合の図である。
【図１１】第１および第２磁場の時間プロファイルの概略図である。
【図１２】制御電子機器を有する本発明による装置のブロック図である。
【図１３ａ】本発明の第２実施形態の図である。
【図１３ｂ】図１３ａの切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１４】第２実施形態におけるコイルを制御する回路のブロック図である。

Claims (49)

1. 磁場による処置装置であって、
   第１磁場を生成する第１機器と、
   第２磁場を生成する第２機器と、
   処置すべき患者の身体領域が置かれるように構成された上面および下面を有する台と、
   を備える磁場による処置装置。
2. 前記第２機器は交流磁場を生成するように構成される請求項１に記載の磁場による処置装置。
3. 前記台の前記上面の上方の処置領域において、前記上面に対して、前記第１磁場が鋭角で進み、および／または前記第２磁場が鈍角で進む請求項１または２に記載の磁場による処置装置。
4. 処置すべき前記身体領域に含まれる元素および／または化合物が前記第１磁場中で少なくとも１つのスピン共鳴周波数を有し、前記第２磁場は該スピン共鳴周波数に対応する周波数で少なくとも一時的に振動する請求項１、２または３に記載の磁場による処置装置。
5. 前記第１および前記第２機器は第１平面内に配置され、前記台の、特に前記マットの前記上面は実質的に第２平面内に機能状態で延在し、前記第１平面は前記第２平面と実質的に平行である請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
6. 前記第２機器はコイルを備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
7. 前記第２機器は、前記台の表面と実質的に直角に配置されるコイル軸を有するトロイダルコイルを備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
8. 前記第１機器は２個または４個のコイルを備え、その間に前記第２機器が配置される請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
9. 前記台、前記第１および／または第２機器が埋め込まれる充填材を備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
10. 前記第１および／または第２機器の出し入れのための、閉じることができる開口を有する、好ましくは緩衝性のケーシングを備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
11. 前記台は２個、３個または多数のセクションに細分され、該セクションの間で折り畳むことができる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
12. 前記第１機器は、時間変動する磁場を生成するように設計される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
13. 前記第１機器は、少なくとも１つの固定磁石および少なくとも１つのコイルを備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
14. 前記第１磁場の強度および／または方向が可変である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
15. 前記台は、処置カウチおよび／または処置スツールおよび／または患者の身体部分の周りに置くことができる多重ウィング構成、および／またはすね当ておよび／またはカバーをとからなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁場による処置装置。
16. 処置すべき患者の少なくとも１つの身体領域の組織を配置する処置領域を画定する磁場による治療処置の装置であって、
    前記処置領域に第１磁場を生成する第１機器と、
    第２磁場を生成する第２機器であって、該第２磁場は前記第１磁場に重ね合わされて前記処置領域に処置磁場を形成し、前記組織に含まれる元素および／または化合物が前記処置磁場中で少なくとも１つのスピン共鳴周波数を有し、該第２磁場は少なくとも一時的に、該スピン共鳴周波数に対応する周波数にある交番磁場を含む第２機器と、
    前記２つの第１および第２機器の少なくとも一方を制御する制御機器であって、該制御機器により前記処置磁場を時間変動させることが可能であり、スピンの配列を前記処置磁場の時間変動により変動させる制御機器と、
    を備える磁場による治療処置のための装置。
17. 前記スピンにより生成される巨視的磁化の配列を、前記処置磁場の時間変動により変動させる請求項１６に記載の磁場による治療処置のための装置。
18. 前記組織の磁化の方向の断熱変動のための前記処置磁場の制御機器を備える請求項１６または１７に記載の磁場による治療処置のための装置。
19. 前記第２磁場は前記第１磁場と実質的に直角に進む請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
20. 前記第２磁場は実質的に、空間的に直線的に、および／または前記第１磁場と直角に振動する請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
21. 前記処置領域における前記第１磁場の強さは、０．５ガウス〜５００ガウス、好ましくは１０ガウス〜５０ガウス、また好ましくは２３ガウス〜２４ガウスの範囲にある請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
22. 前記処置領域における前記第２磁場の周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは２ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、また好ましくは１００ｋＨｚの領域にある請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
23. 前記第２磁場は振幅変調される請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
24. 前記第１磁場の強度および／または方向を時間変動させる手段を備える請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
25. 前記第１磁場は振幅変調され、該振幅変調の周期持続時間が、処置すべき前記組織のスピン格子緩和時間に一致する請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
26. 前記第１磁場は磁場強さの最小と最大の間の値をとり、該値において前記第２磁場の周波数は前記スピン共鳴周波数に対応する請求項２５に記載の磁場による治療処置のための装置。
27. 前記第１磁場の変動の周期持続時間が１ｍｓ〜１０ｓ、好ましくは１０ｍｓ〜１ｓ、また好ましくは２００ｍｓの領域にある請求項２５または２６に記載の磁場による治療処置のための装置。
28. 前記第２磁場は前記第１磁場が減少している間スイッチオンされるとともに前記第１磁場が増大している間スイッチオフされ、またはその逆である請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
29. 前記第１機器は、静的な第３磁場を生成する固定磁石を有する第３機器と、時間変動する第４磁場を生成する第４機器とを備え、前記第１磁場は該第３および第４磁場の重ね合わせを含む請求項１６〜２８のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
30. 前記固定磁石はフェライト磁石を備え、および／または前記第４機器はコイルを備える請求項２９に記載の磁場による治療処置のための装置。
31. 前記第３および第４磁場は前記処置領域において実質的に平行、または逆向きに平行である請求項２９または３０に記載の磁場による治療処置のための装置。
32. 前記処置領域における前記第３磁場の強さは、０．５ガウス〜５００ガウス、好ましくは１０ガウス〜５０ガウス、また好ましくは２３ガウスの領域にある請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
33. 前記処置領域において前記第４磁場は、０ガウスから±５ガウスまで、好ましくは０から±２ガウスまで、また好ましくは０ガウスから±０．５ガウスまで変動可能である請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
34. 前記第２磁場の周波数を、１ｋＨｚと１ＭＨｚの間で、好ましくは２ｋＨｚと２００ｋＨｚの間で、更に好ましくは９０〜１１０ｋＨｚの間で変動させる手段を備える請求項１６〜３３のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
35. 前記巨視的磁化の方向を前記第２磁場の周波数を変動させる手段により変動させる請求項３４に記載の磁場による治療処置のための装置。
36. 前記第１磁場は実質的に一定の磁場を含む請求項１６〜３５のいずれか１項に記載の磁場による治療処置のための装置。
37. 処置すべき患者の少なくとも１つの身体領域の組織が配置される処置領域における磁場による治療処置方法であって、
    第１および第２磁場が前記処置領域に生成され、該磁場は前記処置領域で重ね合わされて処置磁場を形成し、
    前記処置磁場中の前記組織に含まれる元素および／または化合物が少なくとも１つのスピン共鳴周波数を有し、
    前記第２磁場は、少なくとも一時的に、前記スピン共鳴周波数に対応する周波数にある交番磁場を含み、
    前記処置磁場は、前記２つの第１および第２磁場の少なくとも一方の変動により時間変動可能であり、
    スピンの配列が前記処置磁場の時間変動により変動する、
    磁場による治療処置方法。
38. 前記スピンは前記処置磁場の時間変動により変動する配列を有する巨視的磁化を生成する請求項３７に記載の磁場による治療処置方法。
39. 前記組織の磁化の配列が断熱的に変動させられる請求項３７または３８に記載の磁場による治療処置方法。
40. 前記第２磁場は前記第１磁場と実質的に直角に印加される方法請求項１〜３９のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
41. 前記第２磁場は実質的に、空間的に直線的に、および／または前記第１磁場と直角に振動する方法請求項１〜４０のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
42. 前記処置領域における前記第１磁場の強さは、０．５ガウス〜５００ガウス、好ましくは１０ガウス〜５０ガウス、また好ましくは２３ガウス〜２４ガウスの範囲にある方法請求項１〜４１のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
43. 前記処置領域における前記第２磁場の周波数は、１ｋＨｚと１ＭＨｚの間、好ましくは２ｋＨｚと２００ｋＨｚの間、また好ましくは９０ｋＨｚと１１０ｋＨｚの間で変動する方法請求項１〜４２のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
44. 前記第２磁場は振幅変調される方法請求項１〜４３のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
45. 前記第１磁場の強度および／または方向が時間変動する方法請求項１〜４４のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
46. 前記第１磁場は振幅変調され、該振幅変調の周期持続時間が、処置すべき前記組織のスピン格子緩和時間に一致する方法請求項１〜４５のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。
47. 前記第１磁場は磁場強さの最小と最大の間の値をとり、該値において前記第２磁場の周波数は前記スピン共鳴周波数に対応する請求項４６に記載の磁場による治療処置方法。
48. 前記第１磁場の変動の周期持続時間が１ｍｓ〜１０ｓ、好ましくは１０ｍｓ〜１ｓ、また好ましくは２００ｍｓの領域にある請求項４６または４７に記載の磁場による治療処置方法。
49. 前記第２磁場は前記第１磁場が減少している間スイッチオンされるとともに前記第１磁場が増大している間スイッチオフされ、またはその逆である請求項４５〜４７のいずれか１項に記載の磁場による治療処置方法。

Images