JP3632073B2

JP3632073B2 - 医療用磁気装置

Info

Publication number: JP3632073B2
Application number: JP2001071241A
Authority: JP
Inventors: 寿光小林; 和志石山; 忠生垣添; 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: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP2002233575A

Description

【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】
上記課題を解決するために、本発明に係る医療用磁気装置においては、対象物を囲むように配置され、他の装置との干渉を防止するように互いに対向する複数の支持部材と、それぞれ支持部材に支持され、対象物内に磁場を形成し、かつ、磁束の流れを規定し磁束の漏れを減少させるように連結されている複数のコイルと、を備え、コイルの形成する磁場を制御することによって、対象物内に配置した磁性体の誘導を行うことを特徴としている。ここで、支持部材は磁性体を有することが好ましい。
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１〜１００００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１ｍｍ×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

Claims

対象物を囲むように配置され、他の装置との干渉を防止するように所定の間隔をおいて互いに対向する複数の支持部材と、
それぞれ前記支持部材に支持され、前記対象物内に磁場を形成し、かつ、磁束の流れを規定し磁束の漏れを減少させるように連結されている複数のコイルと、を備え、
前記コイルの形成する磁場を制御することによって、前記対象物内に配置した磁性体の誘導を行うことを特徴とする医療用磁気装置。
前記支持部材は磁性体を有する請求項１項記載の医療用磁気装置。