JP4097580B2

JP4097580B2 - 磁束照射装置

Info

Publication number: JP4097580B2
Application number: JP2003289534A
Authority: JP
Inventors: 鋼太郎平山
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP2005058298A

Description

本発明は、癌の治療などのために生体の局所を集中的に加熱するために用いる磁束照射装置に関する。

癌細胞を壊死させるために患部を集中的に加熱する局部温熱療法（ハイパーサーミア法）が従来より種々検討されている。この方法は、癌細胞が４２．５°Ｃ以上の加熱によって壊死するという知見に基づき、患部を正常細胞が侵襲されない程度の温度に加熱して癌細胞のみを選択的に壊死させることを指向したものである。ここで、４２．５°Ｃという温度は、正常細胞を壊死させないまでも、このような加熱が広域に及べば生理機能に障害をもたらす恐れがあるので、加熱をいかに患部本位に行えるかが治療の成否を分けるポイントとなる。

そこで、本出願人は先に、前立腺癌のように、生体の内部にある患部に対して集中的に加熱を行う技術を開発すべく鋭意検討の結果、生体内の要加熱局所に感磁発熱体を導入配置し、該要加熱局所を生体外部に配置した交番磁界発生装置によって交番磁束照射する構成の装置を開発し、特許出願した（特開平１１−５７０３１号公報参照）。この装置では、交番磁界発生装置から照射された交番磁束が、感磁発熱体配置領域に集中し、磁気ヒステリシスによる感磁発熱体の発熱量が多くなり、一方、感磁発熱体配置領域を外れた領域では磁束密度が低くなるため、生体に発生する渦電流によるジュール発熱量がきわめて少なくなり、これらの結果、患部中心の集中的な加熱が行えるという利点を有している。
特開平１１−５７０３１号公報

しかしながら、この公報に記載の技術にも更に改良すべき点があった。すなわち、上記公報に記載の装置では、生体外に配置した交番磁界発生装置から交番磁束を照射しているため、感磁発熱体によって感磁発熱体配置領域に磁束を集中させることができるとしても、交番磁束照射位置から感磁発熱体配置領域までの距離が大きいため磁束が届きにくく、感磁発熱体配置領域の磁束密度を、加熱に要する磁束密度とするには、交番磁界発生装置の出力を大きくして照射磁束密度を高くしなければならない。このため、交番磁界発生装置における磁束出力端を構成するコイルとして多巻コイルを用い、それを高電圧で駆動することが必要となり、高駆動電圧起因の誘電作用による被施術生体の感電の恐れを生じる。また、出力の大きい交番磁界発生装置を用いるため、コスト高となると言った問題もある。

本発明は、生体内部の患部などの要加熱局所を集中的に、且つ感電等の恐れの少ない低電圧駆動による磁束出力端を用いて加熱することを可能とする磁束照射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべくなされた請求項１に係る発明の磁束照射装置は、生体内の要加熱局所に導入配置した感磁発熱体を発熱させるために、生体の開口部から体腔内に挿入して体腔内から交番磁束照射を行うための磁束照射装置であって、磁束出力端として機能させる低巻数のコイルと往復の電路を備えた低インダクタンスの給電路とを連ねて接続したコイルアッセンブリーを配して体腔内挿入部を構成すると共に、この体腔内挿入部にこれを体外から取り扱うための体外把手部を連設一体化して構成した体内挿入形式の磁束照射ガンと、該磁束照射ガンに高周波交流を送給する高周波電源装置と、前記コイルアッセンブリーと高周波電源装置の間に設けられ、高周波電源装置からの高周波交流を低電圧大電流に変換してコイルアッセンブリーに送給する電流増幅トランスを備えており、該電流増幅トランスを前記磁束照射ガンの前記体外把手部に配すると共に、前記コイルアッセンブリーを前記電流増幅トランスに、該電流増幅トランスの２次側と前記コイルアッセンブリーとが連なる閉回路を形成するように接続していることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明における前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路をパラレル又はペアツイスト給電路で構成し、前記電流増幅トランスの２次巻線を、Ｃ字状断面の切欠筒体で構成したものである。

請求項３に係る発明は、請求項１の発明における前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路を同軸給電路で構成し、前記電流増幅トランスを、その１次巻線がトロイダル形式で巻成されたものであり、２次巻線が、２体の金属製筒体を前記トロイダル形式の１次巻線の内周側と外周側と振り分け配置して構成した同軸形式のものとしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に係る発明において、前記磁束照射ガンの、少なくとも前記コイルアッセンブリーを、絶縁材料製のハウジングに収容する構成としたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に係る発明において、前記磁束照射ガンの、少なくとも前記コイルアッセンブリーに、絶縁材料による被覆を施す構成としたものである。

本発明の磁束照射装置は、体腔内挿入部と体外把手部を備えた磁束照射ガンを備えているので、生体内の局所、例えば前立腺内の局所に導入配置した感磁発熱体に磁束照射するに際し、磁束照射ガンを、その体外把手部をつかんで保持し、体腔内挿入部を、生体の開口部、例えば肛門を通して直腸などの体腔内に挿入し、磁束出力端として機能させる低巻数のコイルを当該局所に近接させ、その位置で磁束を照射することで、磁束の照射を所望の局所に的確に集中させて行うことができる。このように、感磁発熱体を導入配置した局所の至近距離から磁束照射を行うことができるため、局所の加熱効率が良く、小さい照射エネルギーで必要な加熱を行うことができ、磁束照射端が、１〜５巻といった低巻数のコイルで必要な磁束照射を行うことができる。また、磁束出力端として低巻数のコイルを採用したことでこの部分のサイズを小さくでき、体腔内への挿入を容易に行うことができる。更に、低巻数のコイルは低電圧通電によって駆動でき、且つそのコイルには低インダクタンスの給電路を接続して通電する構成としているので、コイルアッセンブリーの生体内に挿入される部位への印加電圧を低く抑えることが可能となり、しかも、コイルアッセンブリーと高周波電源装置の間に高周波交流を低電圧大電流に変換する電流増幅トランスを配置し、コイルアッセンブリーをその電流増幅トランスに、該電流増幅トランスの２次側と前記コイルアッセンブリーとが連なる閉回路が形成されるように接続したことで、コイルアッセンブリーへの印加電圧を前記電流増幅トランスの２次側出力電圧以下の低電圧に抑えた状態で通電し、磁束照射を行うことができ、多巻コイルのような、高駆動電圧起因の誘導作用による被施術生体の感電や非集中的な加熱が施策なしに回避できる。

更に、前記磁束照射ガンの体外把手部に、前記電流増幅トランスを内蔵させる構成としたことにより、磁束照射ガンには小電流を送給すればよいことになり、ひいては、この送給路の発熱が小さくなるため、磁束照射ガンに連なる給電や冷却水供給のためのケーブルが細身のもので済んで、磁束照射ガンの操作性が向上し、また、高周波電源装置を含めた装置規模を小さくできると共に無駄な電力消費を小さくできるという効果をもたらす。

前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路をパラレル又はペアツイスト給電路で構成すると、給電路のインダクタンスを低く抑えることができ、また、電流増幅トランスの２次巻線をＣ字状断面の切欠筒体で構成すると、電流増幅トランスの構造を簡単且つ小型にすることができると共に大きい巻数比を確保でき、その電流増幅トランスを配した体外把手部のサイズを、手で容易に操作しうるよう小さくすることができる。

また、前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路を同軸給電路で構成すると、給電路のインダクタンスを一層低く抑えることができ、また、電流増幅トランスを、その１次巻線がトロイダル形式で巻成されたものであり、２次巻線が、２体の金属製筒体を前記トロイダル形式の１次巻線の内周側と外周側とに振り分け配置して構成した同軸形式のものとすると、電流増幅トランスの構造を簡単且つ小型にすることができると共に大きい巻数比を確保でき、その電流増幅トランスを配した体外把手部のサイズを、手で容易に操作しうるよう小さくすることができる。また、その電流増幅トランスの２次巻線と同軸給電路の接続構造を簡単なものとすることができる。

前記した磁束照射ガンを、少なくとも前記コイルアッセンブリーが、絶縁材料製のハウジングに収容されている構成とすると、生体内に挿入した際に生体に対する感電等のトラブルを回避でき、またハウジングの形状を生体内への挿入に適した形状としておくことで、挿入を容易とすることができる。

また前記した磁束照射ガンの、少なくとも前記コイルアッセンブリーに、絶縁材料による被覆を施しておく構成とすると、コイルアッセンブリー内におけるショートを回避できると共に生体に対する感電等のトラブルを回避できる。

磁束照射装置による交番磁束照射によって発熱させる感磁発熱体には、酸化鉄微粉などの交番磁界中で磁気ヒステリシスにより発熱する微粒子であって、生体への害が少なく、又、代謝排出されやすい微粒子を主成分とするものが使用される。感磁発熱体の好適な例としては、特開平１１−５７０３１号公報に記載されている感磁発熱体を挙げることができる。また、この感磁発熱体を生体内の局所に導入配置する方法は任意であり、患部に生体を切開して埋設する配置手法、血管を通して患部に送り込む手法などを採用すればよい。なお、本発明に使用する感磁発熱体は、磁気ヒステリシス発熱性を有するものに限らず、金属微粉などの誘導加熱発熱性を有するものとしてもよい。

生体内の感磁発熱体導入局所に対して交番磁束照射を行うために用いる磁束照射装置は、磁束出力端を生体の開口部、例えば肛門から体腔内に挿入して要加熱局所に至近近接させることができるものである。以下、その磁束照射装置の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明の好適な実施形態に係る磁束照射装置の概略側面図、図２はその回路図である。全体を参照符号１で示す磁束照射装置は、磁束照射ガン２と、商用交流電源などの電源５から入力した電流を高周波交流に変換し、その高周波交流を接続配線４を介して磁束照射ガン２に送給する高周波電源装置３を備えている。磁束照射ガン２は、体腔内に挿入するための体腔内挿入部７と、これを体外から取り扱うための体外把手部８を連設一体化した構造のものである。体腔内挿入部７は、磁束出力端として機能させる低巻数のコイル１０ａに往複の電路を備えた低インダクタンスの給電路１０ｂを接続したコイルアッセンブリー１０と、それを収容した絶縁材料製のハウジング１１を備えており、そのハウジング１１は体腔内への挿入に適した形状に作られている。体外把手部８は、手で取り扱うのに適した形状の絶縁材料製のハウジング１３と、それに内蔵され、高周波電源装置３からの高周波交流を低電圧大電流に変換してコイルアッセンブリー１０に供給する電流増幅トランス１４を備えている。ハウジング１１，１３は別部品として作ったものでもよいし、一体構造のものとしてもよい。ハウジング１１，１３には、プラスチック材料を用いることが好ましく、特に低誘電損失特性を備えたものが、発熱を抑制でき且つエネルギーロスを小さくできるので好ましい。体腔内挿入部７のハウジング１１は、体腔内に滑らかに挿入できるよう、フッ素樹脂製とするか又はフッ素樹脂加工を施しておくことが望ましい。体腔内挿入部７の長さは、先端のコイル１０ａを加熱すべき局所に近接した位置まで挿入することができるように定められるものであり、例えば、前立腺癌の治療に用いる場合には、前立腺と肛門との距離は１８０ｍｍ程度であるので、体腔内挿入部７の長さは１８０ｍｍより少し長めに定めておけばよい。なお、後述するように、電流増幅トランス１４の１次巻線には水冷可能なチューブが用いられているので、そのチューブに冷却水を供給できるよう、接続配線４には水冷ケーブルを用いており、その水冷ケーブルに冷却水配管１６を接続している。また、コイルアッセンブリー１０も水冷式のものが用いられており、そのコイルアッセンブリー１０に冷却水を供給できるよう、磁束照射ガン２に冷却水配管１７を接続している。

図３は磁束照射ガン２に設けているコイルアッセンブリー１０及び電流増幅トランス１４を示すものである。コイルアッセンブリー１０は、先端の低巻数のコイル１０ａとそれに給電するための給電路１０ｂを備えたものであり、内部に通水して冷却できるよう銅チューブなどの導電性の良い金属製のチューブ２０で一体構造に作られている。ここで、コイル１０ａを低巻数としたのは、低電圧で駆動することができるようにするため及び小型化して体腔内への挿入を容易とするためであり、その巻数としては１〜５巻が好ましく、１〜２巻が一層好ましい。給電路１０ｂは、往復の電路を形成するチューブ２０を平行に近接配置したパラレル給電路で構成されている。この構成により、往復の各電路が発生する磁界が互いに打ち消し合うこととなって、低インダクタンスの給電路を形成できる。なお、パラレル給電路に代えて、可撓性に優れるペアツイスト給電路を用いても良い。コイルアッセンブリー１０を形成する金属製のチューブ２０の外周面には、エナメルなどの絶縁材料による被覆が施されており、これによってチューブ２０同士が接触してもショートを生じることがなく、また、体腔内に挿入した状態で例えハウジング１１が破損しても感電することがなく、安全を確保できる。

電流増幅トランス１４は、一対のＥ字状コア（磁心）２１を向かい合わせて接合し、中央のコア部分２１ａの周囲に、銅チューブなどの金属製のチューブからなる１次巻線２２を多数回巻き付け、その外側に２次巻線として、銅板等の金属板で作られたＣ字状断面の切欠筒体２３を配置した構造のものであり、その切欠筒体２３の向かい合った端部にコイルアッセンブリー１０を形成するチューブ２０の両端が接続されている。また、そのチューブ２０の両端には、冷却水配管１７が接続されており、コイルアッセンブリー１０に通水して水冷可能としている。１次巻線２２を形成するチューブの両端には、水冷ケーブルで形成された接続配線４（図１参照）が接続され、通電及び通水するようになっている。この構成の電流増幅トランス１４では、２次巻線の巻数が１となるため、簡単な構造で大きい巻数比を確保できる。

この磁束照射ガン２を用いて生体内の局所、例えば、前立腺を加熱するには、あらかじめ感磁発熱体（例えば酸化鉄微粉）を前立腺の要加熱局所に導入しておき、次いで、磁束照射ガン２の体外把手部８を手で持って、体腔内挿入部７を肛門から直腸内に挿入し、先端の磁束出力端（コイル１０ａ）を要加熱局所に近接した位置とする。この状態で高周波電源装置３から高周波交流を送給し、磁束出力端から磁束照射を行う。これにより、照射された磁束が要加熱局所に導入された感磁発熱体によって集束され、主として要加熱局所を通ることとなり、効率よく感磁発熱体を磁気ヒステリシス発熱させて、効率良く局所加熱を行うことができる。ここで、前立腺と直腸との距離は短いため、直腸に挿入した磁束出力端と前立腺内の要加熱局所との距離を２０〜３０ｍｍ程度とすることができ、磁束出力端からの出力を小さくしても、前立腺治療に必要とする加熱を行うことができる。例えば、磁束出力端のコイル１０ａのコイル巻数を１とした場合、そのコイル１０ａへの供給電圧、電流を、３０ボルト、２００アンペア程度で所望の加熱を行うことができ、コイルアッセンブリー１０への印加電圧を低くでき、例え、コイルアッセンブリー１０が生体に接触したとしても感電等の問題を生じることがない。また、高周波電源装置３から磁束照射ガン２の電流増幅トランス１４への供給電圧、電流は、電流増幅トランス１４の巻数比を１０：１とすると、３００ボルト、２０アンペア程度で良いこととなり、このため、磁束照射ガン２に接続した接続配線４は細身のものでよく、磁束照射ガン２の操作性が向上する。また、高周波電源装置３に対する電源５として、商用交流電源を支障なく使用することができる。

以上のように、この磁束照射ガン２を用いることにより、生体内の要加熱局所を効率良く加熱して治療を行うことができ、また、その際の操作性が良いといった利点が得られる。なお、上記実施形態では、感磁発熱体として、磁気ヒステリシス発熱性を有する酸化鉄微粉などを用いる例を示したが、この感磁発熱体が金属微粉などの誘導加熱発熱性を有するものの場合にも本発明は有用である。

次に、本発明の第二の実施形態を説明する。図４は第二の実施形態に用いる磁束照射ガン２Ａを示すもので、この磁束照射ガン２Ａは、図１に示す磁束照射装置の磁束照射ガン２に代えて使用されるものである。図４に示す磁束照射ガン２Ａも、図３に示す磁束照射ガン２と同様に、コイルアッセンブリー１０Ａを備えた体腔内挿入部７Ａと、電流増幅トランス１４Ａを内蔵した体外把手部８Ａを連設一体化した構造のものであり、コイルアッセンブリー１０Ａも、磁束出力端として機能させる低巻数のコイル１０Ａａに往復の電路を備えた低インダクタンスの給電路１０Ａｂを接続した構造である。しかしながら、図４の実施形態に用いている給電路１０Ａｂは同軸状に配置された金属製のチューブ３１，３２で構成されている。この構成はきわめて低インダクタンスの給電路を形成できる利点を有している。このコイルアッセンブリー１０Ａにも、エナメル等の絶縁材料の被覆を施しておくことが好ましい。

一方、電流増幅トランス１４Ａは、多段に積み重ねたトロイダルコア（磁心）３４に銅チューブなどの金属製のチューブからなる１次巻線３５をトロイダル形式で巻き付け、そのトロイダル形式の１次巻線３５の内周側と外周側とに同軸形式で金属製筒体３７、３８を振り分け配置して２次巻線を構成したものである。内側に配置した筒体３７の一端は、コイルアッセンブリー１０Ａの給電路１０Ａｂの内側のチューブ３１に接続しており、他端には冷却水配管１７を連通させている。外側に配置した筒体３８の一端は、コイルアッセンブリー１０Ａの給電路１０Ａｂの外側のチューブ３２に接続しており、他端には冷却水配管１７を連通させている。この構成により、コイルアッセンブリー１０Ａを水冷することができる。１次巻線３５を形成するチューブの両端には、水冷ケーブルで形成された接続配線４（図１参照）が接続され、通電及び通水するようになっている。この構成の電流増幅トランス１４Ａでも、２次巻線の巻数が１となるため、簡単な構造で大きい巻数比を確保できる。なお、コイルアッセンブリー１０Ａ及び電流増幅トランス１４Ａの外側には絶縁材料製のハウジング１１Ａ，１３Ａを設けている。

図４に示す構成の磁束照射ガン２Ａも、図３に示す磁束照射ガン２と同様に用いることで、生体内の要加熱局所を効率良く加熱して治療を行うことができ、また、その際の操作性が良いといった利点が得られる。

なお、以上に説明した実施形態はいずれも、コイルアッセンブリー１０，１０Ａ及び電流増幅トランス１４、１４Ａを収容する絶縁材料製のハウジング１１，１１Ａ，１３，１３Ａを設けているが、これらのハウジングは適宜省略してもよい。例えば、コイルアッセンブリー１０，１０Ａが十分な絶縁性を備えている場合、ハウジング１１，１１Ａを省略するとか、先端のコイル１０ａ，１０Ａａのみを覆うような小さいハウジングを設けるいった変更を加えても良い。また、図４の実施形態のように、電流増幅トランス１４Ａが手でつかむのに適した筒状をなしている場合には、その筒体３８の外周面に絶縁材料の被覆を施してそのまま把手として用い、ハウジング１３Ａを省略してもよい。

本発明の好適な実施形態に係る磁束照射装置の概略側面図図１に示す磁束照射装置の回路図（ａ）は図１の実施形態に用いる磁束照射ガンを、ハウジングを外した状態で示す概略側面図、（ｂ）はその磁束照射ガンの電流増幅トランスの概略縦断面図、（ｃ）はその磁束照射ガンの電流増幅トランスの概略横断面図（ａ）は、第二の実施形態に用いる磁束照射ガンを、ハウジングを外した状態で示す概略側面図、（ｂ）はその磁束照射ガンの電流増幅トランスを（ａ）の矢印Ａ−Ａ方向に見た概略断面図

符号の説明

１磁束照射装置
２，２Ａ磁束照射ガン
３高周波電源装置
４接続配線
５電源
７，７Ａ体腔内挿入部
８，８Ａ体外把手部
１０，１０Ａコイルアッセンブリー
１０ａ，１０Ａａコイル（磁束出力端）
１０ｂ，１０Ａｂ給電路
１１，１１Ａ，１３，１３Ａハウジング
１４，１４Ａ電流増幅トランス
１６，１７冷却水配管
２０チューブ
２１Ｅ字状コア（磁心）
２２１次巻線
２３切欠筒体（２次巻線）
３１，３２チューブ
３４トロイダルコア（磁心）
３５１次巻線
３７，３８金属製筒体（２次巻線）

Claims

生体内の要加熱局所に導入配置した感磁発熱体を発熱させるために、生体の開口部から体腔内に挿入して体腔内から交番磁束照射を行うための磁束照射装置であって、磁束出力端として機能させる低巻数のコイルと往復の電路を備えた低インダクタンスの給電路とを連ねて接続したコイルアッセンブリーを配して体腔内挿入部を構成すると共に、この体腔内挿入部にこれを体外から取り扱うための体外把手部を連設一体化して構成した体内挿入形式の磁束照射ガンと、該磁束照射ガンに高周波交流を送給する高周波電源装置と、前記コイルアッセンブリーと高周波電源装置の間に設けられ、高周波電源装置からの高周波交流を低電圧大電流に変換してコイルアッセンブリーに送給する電流増幅トランスを備えており、該電流増幅トランスを前記磁束照射ガンの前記体外把手部に配すると共に、前記コイルアッセンブリーを前記電流増幅トランスに、該電流増幅トランスの２次側と前記コイルアッセンブリーとが連なる閉回路が形成されるように接続していることを特徴とする磁束照射装置。
前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路はパラレル又はペアツイスト給電路であり、前記電流増幅トランスの２次巻線は、Ｃ字状断面の切欠筒体で構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁束照射装置。
前記磁束照射ガンにおいて、前記コイルアッセンブリーを構成する低インダクタンスの給電路は同軸給電路であり、前記電流増幅トランスは、その１次巻線がトロイダル形式で巻成されたものであり、２次巻線が、２体の金属製筒体を前記トロイダル形式の１次巻線の内周側と外周側とに振り分け配置して構成した同軸形式のものであることを特徴とする請求項１記載の磁束照射装置。
前記磁束照射ガンは、少なくとも前記コイルアッセンブリーが、絶縁材料製のハウジングに収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁束照射装置。
前記磁束照射ガンの、少なくとも前記コイルアッセンブリーには、絶縁材料による被覆が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の磁束照射装置。