JP2011515165A - 生物組織内の磁性体または磁化可能物質を加熱する交番磁界適用装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に磁性ナノ粒子を使用する温熱療法のために、生物組織内の磁性体または磁化可能物質を加熱する交番磁界適用装置に関し、この装置は、磁気ヨーク２と磁気ヨーク２の磁界間隙１３で分離された対向する２つの磁極片７，８を備え、さらに磁界間隙１３で一定の磁界強度のほぼ均一な交番磁界１２を発生するそれぞれの磁極片７，８に関連する２つの磁気コイル９，１０を備える大型アプリケータ１である。磁界を適用する生物組織が磁界適用目的箇所として磁界間隙１３に持ち込まれる。発明によると、磁界間隙において磁界を適用する磁界目的箇所としての生物組織の近辺領域に、特に患者の異常な前立腺２３のような磁界を適用する身体部分の近辺領域に磁界コンセントレータ１９が配置され、それによって大型アプリケータ１の交番磁界１２が目的箇所に集中され、そこが局部的に強化される。
【選択図】図３

Description

本発明は請求項１の上位概念部に記載された、特に磁性ナノ粒子を使用する温熱療法のために生物組織内の磁性体または磁化可能物質を加熱する交番磁界適用装置に関する。

この種の公知の交番磁界適用装置（ＥＰ１１０２６０９Ｂ１）は磁気ヨークと、磁界間隙で間隔を置いて対向する２つの磁気ヨークの磁極片と、それぞれ磁極片に配属される２つの磁気コイルとを備えた大型アプリケータで構成される。それに大型アプリケータの制御装置が接続され、磁界間隙に一定の磁界強度の非常に均一な交番磁界を発生させるため、一定の振幅、一定の周波数および一定の位相の交流が供給される。磁界に曝される磁界目的箇所としての生物組織は磁界間隙に持ち込まれる。特に、磁界間隙で磁界に曝される目的箇所としての身体部分、例えば異常な前立腺のある患者は磁界間隙に持ち込むことができる。

さらに、発明による交番磁界適用装置は、癌以外の病気、特に腹部または骨盤領域の他の腫瘍も治療できるので、一般的にほぼ前立腺癌に基づいて記載し説明はするが、装置の使用は癌に限定されることはない。

公知の大型アプリケータでは交番磁界の有効な磁界直径が約３００ｍｍであり、磁界強度が１８ｋＡ／ｍまで使用できる。患者の腹部または骨盤領域の腫瘍、特に前立腺癌を磁界にさらす際に、身体のかなり広い面が検出される。その場合、磁界で大きい環状電流が誘導され、これは例えば、骨盤領域の皮膚表面、筋肉組織および骨の過度の加熱と制御できない神経刺激に、したがって患者の相当な負担につながる。このような状態のため、このように使用する公知の大型アプリケータは、環状電流作用が患者にとって通常、耐えられる約４から４．５ｋＡ／ｍの磁界強度でしか操作されない。

異常な前立腺に磁気流体を最大に照射する際、大型アプリケータのみによる磁界では、そこの温度はせいぜい約４１℃以下にしか上昇しない。これは、能動的治療効果のある他の照射と組み合わせて治療すれば腫瘍の感作には確かに十分である。しかし腫瘍組織を直接破壊しようとすれば温度は約４５℃以上に上昇させる必要がある。そのため１００ｋＨｚの交番磁界を使用する場合であれば、大型アプリケータの磁界強度は約７ｋＡ／ｍ以上にする必要があり、これは前述のように、約１時間にもなるかなり長い磁気照射時間にわたって環状電流作用があるため患者にとって実際には許容できるものではない。

ＥＰ１１０２６０９Ｂ１

したがって、発明の課題は、この種の交番磁界適用装置において、小さい磁界適用目的箇所に関して、特に患者の小さい身体部分に関して治療上十分な磁界適用を可能にすることにある。

この課題は請求項１に記載の特徴部によって解決される。

請求項１によると、大型アプリケータの磁界間隙において磁界を適用する磁界目的箇所としての生物組織の近辺領域に、特に患者の異常な前立腺のような磁界を適用する身体部分の近辺領域に磁界コンセントレータが配置され、それによって大型アプリケータの交番磁界が目的箇所に集中され、そこが局部的に強化される。

それによって利点としては、患者に耐えられない渦電流と環状電流が発生しない大型アプリケータの比較的小さい磁界強度での磁界適用が可能になり、それにも関わらず、比較的小さい目的箇所で、例えば異常な前立腺で、約４５℃以上で腫瘍組織の直接破壊が達成できるような高い磁界集中が達成される。

そのうえ、機能信頼性が高く、簡単かつ低コストで製造、使用できる磁界コンセントレータが可能となる。

請求項２に記載の特徴によると、受動式磁界コンセントレータがフェライト式で提案される。大型アプリケータの交番磁界の集中作用と局部的強化はフェライトでは比較的小さいが、しかし、或るデータによると治療目的によっては十分である。フェライトのこのような受動式磁界コンセントレータは特に簡単かつ低コストで製造できる。

それに対し請求項３に記載の特徴によると、誘導コイルとして磁気コイルを備えた能動式磁界コンセントレータが提案される。これは確かに費用がかかるが、しかし磁界集中が強化され、したがって大型アプリケータの交番磁界が局部的に非常に強化されることになる。それでもって、例えば前立腺癌の箇所では局部的にほぼ３から４の強化率が達成できる。そのために、磁界コンセントレータと大型アプリケータの磁気軸がほぼ同じ方向に向き、磁気コイルが大型アプリケータの交流に応じて同一周波数、同一位相で同期した交流を供給するように、磁界コンセントレータの少なくとも１つの磁気コイルを整列することが必要となる。

このような同期のために請求項４によると、大型アプリケータの制御装置と磁界コンセントレータの制御装置とは互いに接続または統合され、例えば磁界コンセントレータも、電力装置が接続された大型アプリケータの制御装置から直接供給される。しかし、このような直接連結の場合でも、特に大型アプリケータの最大許容振幅は患者個々の生理的性質に依存し異なるので、大型アプリケータと磁界コンセントレータそれぞれの交流の振幅は互いに独立して調整可能である。

それに代わるものとして請求項５による同期化が提案され、磁界コンセントレータの制御装置と大型アプリケータの制御装置とは互いに分離して独立に操作される。大型アプリケータの交番磁界の周期と位相を検出するセンサが磁界コンセントレータの制御装置と協力する。そして適切な値が磁界コンセントレータの制御装置で同期化のために処理される。

請求項６に記載の特に好ましい実施形態によると、能動式磁界コンセントレータの磁気コイルは平坦なコイルとして形成され、磁界の目的箇所は平坦なコイル面にほぼ垂直に磁気軸の範囲に配置される。それに対し、円筒状コイルは能動式磁界コンセントレータにはあまり適さない。

腹部または骨盤領域の腫瘍、特に前立腺癌に磁界を適用するために、請求項７による目的箇所の近辺領域は、磁界コンセントレータを直腸アプリケータとして形成して形と大きさを患者の直腸の挿入スペースに適する平坦で長いケースとすることによって作り出される。このような長いケースは磁気コイルとして縦に広がる平坦なコイルのケーシングとして使われ、その結果、その磁気軸はケース平面にほぼ垂直となる。そのように縦に広がる平坦なコイルは、円形の平坦なコイルに巻いて、続いてそれを縦に広がる形に伸ばし、場合によってはさらに少し曲げることによって得られる。

請求項８によると、ケースの縦方向端部で解剖学上のデータに応じてケース平面から角度を付けて管状の挿入連結管がケースに結合される。直腸アプリケータはこの挿入連結管とともに直腸に挿入でき、それによって場合によってはその位置で調整でき固定できる。解剖学上の基準に基づき、請求項９によるケースは長さが約６５ｍｍから７０ｍｍ、高さが約２０ｍｍ、幅が約３５ｍｍで、ほぼ長円断面をなし、短面側は丸くされる。その際、磁界方向に向く面はできるだけ大きくされる。この面が大きければ大きいほど、磁気コイルが磁界方向に与える磁界の利用できる範囲は大きくなる。直腸アプリケータを使用する際に管部分が括約筋の領域に留まるが、その直径が小さいと炎症が回避されるので、挿入連結管の直径はケースに対して小さく約１０ｍｍにされる。さらに適合性は、請求項１０により、ケースと挿入連結管は形状安定に作られるが、しかし少なくともケースは柔軟な材料からできたオーバーレイを備えることによって改善される。

請求項１１による有利で具体的な実施形態では、磁気コイルへの電気接続線および冷却剤供給管と冷却剤戻り管は挿入連結管に接続され、および／またはこれを通ってケースに導かれる。冷却剤によってケースの磁気コイルも接続線も冷却される。

請求項１２によると、さらに延長経路において、できるだけ小さい断面にされた電気接続線と冷却剤ホースは、挿入連結管に取り付けられた柔軟なホースに収容される。その際、重要なことは、比較的長い磁界適用時間の間に柔軟な接続線を備えた柔軟な接続ホースによって、適合性が減少し大型アプリケータの磁界方向に関して不都合な調整不良となり得る横力がほとんど挿入連結管に作用しないことである。

請求項１３による有利な実施形態によると、電気接続線と冷却剤供給ホースは接続ホースと挿入連結管に導かれ、接続ホースあるいは挿入連結管の残りの残余断面は冷却剤戻り管として使われる。それでもって、戻り流に導かれる電気接続線の有効な冷却につながる簡単な配置が達成される。

請求項１４によると、臨床実験で成功した調整値が明記され、大型アプリケータで磁界強度は約３ｋＡ／ｍから４ｋＡ／ｍの範囲で調整される。この場合、特に前述の直腸アプリケータに関して、目的箇所、特に前立腺癌において３倍から４倍の磁界強度の増加が達成できる。

請求項１５によると、通常、大型アプリケータは両方のアプリケータが同時に活性化する特に直腸アプリケータとしての能動式磁界コンセントレータに関連して取り扱われる。データに応じて時間的にずらした活性化も、場合によっては後に続く１つのアプリケータの同時活性化も治療の成功につながる。場合によっては、特に治療領域が直腸の腸壁からほぼ１０から２０ｍｍしか離れていない場合は、大型アプリケータとは無関係に分離して直腸アプリケータを治療に使用することも可能である。このような使用も保護が含まれ、直腸アプリケータのために分離したユニットとしても保護が要求される。

大型アプリケータで患者を治療するときは、基本的に腹部の腹から背中に向けてほぼ均一な磁界が存在し、その際、挿入された直腸アプリケータは腸および前立腺領域における能動式磁界コンセントレータの機能をもつ。しかし、人の解剖学上の直腸の方向によって、直腸アプリケータの磁界軸は大型アプリケータの磁界軸に対して方向が多少傾斜し、その結果、２つの磁界軸に要求される厳密な同一方向は直腸アプリケータに関連して起こりえない。それによって、異常な前立腺で磁界強化する磁界コンセントレータとしての直腸アプリケータの機能は確かに減少するが、しかし互いの磁界軸の傾斜が約２０°から３０°である場合は、それに結びつく磁界強度の損失は最大強度に比較して６％から１４％の範囲であり、治療にはまだ十分であり許容される強度である。

直腸アプリケータを使用する場合、その磁気コイルが比較的小さく、そしてコイルの磁界が間隔の３乗で減少するという基本的な問題が存在する。そのために努めて、大型アプリケータの磁界強度をできるだけ高く調整することによって、できるだけ多く大型アプリケータの磁界強度が使用できる。しかし、始めに説明したように、大型アプリケータの磁界強度を高く調整することは、磁界適用を受ける面の作用として患者に誘導された環状電流によって患者全身を望ましくない加熱に導く結果となる。この問題は特に肥満型患者の場合に現れる。肥満の結果として大型アプリケータの磁界間隙は広く調整しなければならず、このことで患者の望ましくない環状電流がさらに大きくなることによって、問題はさらに大きくなる。そのために、請求項１６で提案しているように、特に肥満型の患者では患者の上方および／または下方の皮膚表面にさらに配置され、周期と位相が適切に同期する平坦な誘導コイルによって交番磁界が集中される。

大型アプリケータとしての磁界アプリケータの概略断面図を示す。 磁界コンセントレータを備えた大型アプリケータの交番磁界の概略図を示す。 直腸アプリケータを挿入した前立腺癌のある患者の概略図を示す。 直腸アプリケータの異なった面を示す。 図４による直腸アプリケータの挿入連結管を示す。 直腸アプリケータの制御・パワーエレクトロニクスのブロック図を示す。

図面に基づいて発明をさらに説明する。

図１には温熱療法あるいは発熱療法用の大型アプリケータ１として磁界アプリケータの概略を示すが、この装置で、磁性体または磁化可能物質が磁性流体として持ち込まれた身体が磁界に曝される。

大型アプリケータ１には、間隔のある２つの平行な垂直ヨーク部材３，４とその間に接続する横ヨーク部材５，６とを備え三部材配置としてＭ型に形成された磁気ヨーク２が含まれる。

下部ヨーク部材６とこれに配属され下部磁気コイル１０付き下部磁極片８とからなる構造ユニットが固定で取り付けられる。それに対して、２つの垂直ヨーク部材３，４と、接続する上部ヨーク部材５と、これに配属される上部磁気コイル９付き上部磁極片７とからなるポータルは、ここでは概略的に示すセルフロッキングのスピンドル駆動装置１１を使って磁界間隙１３の磁界間隙幅を調整するために位置調整できる。磁界間隙１３において、患者が受容できる磁界強度（約４ｋＡ／ｍ以下の適用）のほぼ均一な交番磁界１２が発生する。

磁界間隙１３は、患者のためにスライド空間を取り囲む隔壁１４，１５によって制限される。

上部磁気コイル９と下部磁気コイル１０は、螺旋状に巻かれ銅撚り線からでき巻数が１以上の円板コイルとして形成される。

磁気ヨーク２と磁極片７，８はその間に間隙のあるフェライトセグメント１６から構成される。大型アプリケータ１には冷却空気を入れる開口１８のある冷却室が設けられ、冷却空気は磁気ヨークの間隙から再び出て行く。フェライトセグメント１６は、互いに隣接する列をなして磁束方向１７にそって磁気ヨーク２内で整列するフェライトプレートから組み立てられ、フェライトセグメント１６は磁束方向１７を横切る冷却間隙によって互いに分割される。

図２には大型アプリケータの磁極片７，８の間の磁界間隙１３の領域が概略で示され、この領域に能動式磁界コンセントレータ１９が取り付けられる。磁界コンセントレータ１９は電力供給コード２１を付けた平坦なコイル２０から構成され、この場合、大型アプリケータの磁気軸と平坦なコイル２０の磁気軸は同一方向となり一致する。そのうえ、平坦なコイル２０には大型アプリケータ１の交流に応じて同一周期、同一位相で同期する交流が供給される。それによって、能動式磁界コンセントレータ１９に表れる機能には平坦なコイル２０の領域で磁界強化が生じる。平坦なコイル２０の近辺領域には磁界が適用される身体部分、例えば異常に肥大化された前立腺２３が、明らかに大型アプリケータの交番磁界の集中と局部的強化が磁界コンセントレータ１９によって実現される目的箇所としてここでは概略的に配置される。

図３には図２による配置が具体的に示され、この場合、異常に肥大化された前立腺２３が適切に磁界が適用される。そのため、膀胱２２と、尿道２４で環状に取り囲まれ膀胱頸部に配置された前立腺２３のある患者の下腹部領域の概略断面を示す。前立腺の領域はここでは磁界適用目的箇所であり、その位置と大きさは円２５によって表示される。能動式磁界コンセントレータ１９としてここでは直腸アプリケータ２５が括約筋２６を通過して直腸２７に挿入される。直腸アプリケータ２５は図４および５に基づいて詳細に説明する。

図４ａには直腸アプリケータ２５の側面図を、図４ｂには断面図を、図４ｃには上面図を示す。直腸アプリケータ２５にはケース２８で被覆された形状の長い平坦なコイル２０が含まれる。ケースは長さ約７０ｍｍ、高さ約２０ｍｍ、幅約３５ｍｍでほぼ長円の断面で短面側が丸くされる。この場合、この大きさは直腸２７の収容容積に対応する。ケース縦方向端部でケース平面から角度を付けて管状の挿入連結管２９が形成され、これは図３から明らかなように、解剖学上のデータに応じてケース平面から角度を付けて配置される。それに加え、ケース２８は柔軟な材料からできたオーバーレイを備える。

特に図５による挿入連結管２９の断面に示すように、電気接続線２１と冷却剤供給ホース３０が挿入連結管２９内に導かれて接続され、残りの残余断面３１は冷却剤戻り管として使われる。形状的に安定した挿入連結管２９にフレキシブルな接続ホース３２が接続され、その中を電気接続線２１と冷却剤供給ホース３０が続けて導かれる。

図３から明らかなように、直腸アプリケータ２５の能動式磁界コンセントレータとしての機能の有効範囲は、二重矢印３３で表す約７０ｍｍの範囲に応じて前立腺領域を検出する必要がある。さらに図３から明らかなように、直腸２７の解剖学上の位置のために直腸アプリケータ２５の平坦なコイル２０の磁気軸は大型アプリケータの磁気軸（ここでは水平）に対して或る角度で上方に傾く。それによって直腸アプリケータの磁界コンセントレータの作用は、理想的な場合の同じ向きの磁気軸に対して多少減少するが、集中作用は十分であり許容できる。

図６に直腸アプリケータ２５を供給し制御するためのブロック図３４を示す。挿入連結管２９にここでは具体的に挿入調節用に目盛り付きの接続ホース３２が接続され、その中を電気接続線２１が電力増幅器３５から導かれ、また冷却剤供給・戻り管３０，３１が通過サーモスタット３６から導かれる。さらに、特に電力調整のために操作装置３９と協同する制御装置３８が設けられる。それに加えて監視装置４０が設けられる。直腸アプリケータ２５の領域のセンサに接続された信号線４１が直腸アプリケータ２５から制御装置まで導かれる。このセンサは位置を検出するか、または同期のために大型アプリケータの交番磁界の周波数と位相を検出して、比較のために制御装置３８に送る１つ以上のセンサにすることができる。しかし制御装置３８はこのような同期のために、線４２で概略示すように大型アプリケータの制御装置にも直接接続することができる。

Claims (16)

1. 特に磁性ナノ粒子を使用する温熱療法のために、生物組織内の磁性体または磁化可能物質を加熱する交番磁界適用装置であって、
   磁気ヨーク（２）と、磁気ヨーク（２）に磁界間隙（１３）によって間隔を保つ対向する２つの磁極片（７，８）とを有する大型アプリケータ（１）を備え、
   それぞれの磁極片（７，８）に配属された２つの磁気コイル（９，１０）が、磁界間隙（１３）で広範囲に及ぶ一定の磁界強度の均一な交番磁界（１２）を発生させるために一定の振幅、一定の周波数および一定の位相の交流を供給する大型アプリケータの制御装置に接続され、
   磁界を適用する生物組織を磁界適用目的箇所として磁界間隙（１３）に持ち込み、特に患者の異常な前立腺（２３）のような磁界を適用する身体部分を磁界間隙（１３）に持ち込むことができる交番磁界適用装置において、
   磁界間隙（１３）において磁界を適用する磁界目的箇所としての生物組織の近辺領域に、特に患者の異常な前立腺（２３）のような磁界を適用する身体部分の近辺領域に磁界コンセントレータ（１９）が配置され、それによって大型アプリケータ（１）の交番磁界（１２）が目的箇所に集中され、そこが局部的に強化されることを特徴とする。
2. 磁界コンセントレータは受動式磁界コンセントレータとしてフェライトであることを特徴とする請求項１に記載の交番磁界適用装置。
3. 磁界コンセントレータには能動式磁界コンセントレータ（１９）に少なくとも１つの磁気コイル（２０）が含まれ、
   少なくとも１つの磁気コイル（２０）は、能動式磁界コンセントレータ（１９）と大型アプリケータ（２）の磁力線がほぼ同じ方向となるように整列し、
   大型アプリケータ（２）の交流に応じて同一周期、同一位相で同期した交流が少なくとも１つの磁気コイル（２０）に供給される磁界コンセントレータの制御装置（３５，３８）が設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の交番磁界適用装置。
4. アプリケータの制御装置と磁界コンセントレータの制御装置（３８）とは周波数と位相を同期させるために互いに接続または互いに統合され、好ましくは大型アプリケータと磁界コンセントレータの交流の振幅はそれぞれ互いに独立して調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の交番磁界適用装置。
5. 磁界コンセントレータの制御装置（３８）は大型アプリケータの制御装置に依存しない装置として、大型アプリケータ（２）の交番磁界の周期および位相を検出し同期化するため少なくとも１つのセンサ（信号線４１）を備えることを特徴とする請求項３に記載の交番磁界適用装置。
6. 能動式磁界コンセントレータ（１９）の少なくとも１つの磁気コイルは平坦なコイル（２０）であることを特徴とする請求項３，４または５に記載の交番磁界適用装置。
7. 能動式磁界コンセントレータ（１９）は直腸アプリケータ（２５）として形成され、形と大きさが患者の直腸（２７）の挿入スペースに適する平坦で長いケース（２８）となり、
   ケース（２８）内に適切に縦に広がる平坦なコイル（２０）が磁気コイルとして含まれ、その結果、磁気コイルの磁界方向がほぼケース平面に垂直となる
   ことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の交番磁界適用装置。
8. ケースの縦方向端部でケース平面から角度を付けて管状の挿入連結管（２９）がケース（２８）に結合され、挿入連結管（２９）の付いた直腸アプリケータ（２５）が直腸（２７）に挿入でき、その位置で調整、固定できることを特徴とする請求項７に記載の交番磁界適用装置。
9. ケース（２８）は長さが約６５ｍｍから７０ｍｍ、高さが約２０ｍｍ、幅が約３５ｍｍで、ほぼ長円断面をなし、短面側は丸くされることを特徴とする請求項８に記載の交番磁界適用装置。
10. ケース（２８）と挿入連結管（２９）は形状安定に作られ、少なくともケース（２８）は直腸（２７）の内壁に適合する柔軟な材料からできたオーバーレイを備えることを特徴とする請求項９に記載の交番磁界適用装置。
11. 磁気コイル（２０）への電気接続線（２１）および冷却剤供給管（３１）と冷却剤戻り管（３１）は挿入連結管（２９）に接続され、および／またはこれを通ってケース（２８）に導かれることを特徴とする請求項７に記載の交番磁界適用装置。
12. 電気接続線（２１）と冷却剤ホース（３０）は小さい断面を備え、挿入連結管（２９）に取り付けられた柔軟な接続ホース（３２）に収容されることを特徴とする請求項１１に記載の交番磁界適用装置。
13. 電気接続線（２１）と冷却剤供給ホース（３０）は接続ホース（３２）と挿入連結管（２９）に導かれ、残りの残余断面（３１）は冷却剤戻り管として使われることを特徴とする請求項１２に記載の交番磁界適用装置。
14. 大型アプリケータ（２）では磁界強度が約３ｋＡ／ｍから４ｋＡ／ｍの範囲で調整され、能動式磁界コンセントレータによって目的箇所、特に異常な前立腺（２３）において約３から４倍の磁界強度に増加されることを特徴とする請求項３ないし１３のいずれか１項に記載の交番磁界適用装置。
15. 能動式磁界コンセントレータ（１９）は特に直腸アプリケータ（２５）として大型アプリケータと同時にまたは部分的に同時に、または大型アプリケータとは無関係に分離して活性化でき、使用できることを特徴とする請求項３ないし１３のいずれか１項に記載の交番磁界適用装置。
16. 特に肥満型の患者では患者の上方および／または下方の皮膚表面にさらに配置され、大型アプリケータ（１）の交番磁界（１２）に周期と位相が適切に同期する平坦な誘導コイルによって交番磁界（１２）が集中されることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の交番磁界適用装置。

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