JP5186697B2 - In vivo cell stimulator - Google Patents

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Description

本発明は、電磁波の作用により生体内の細胞に含まれる要素を刺激するための生体内細胞刺激装置に関する。   The present invention relates to an in-vivo cell stimulation apparatus for stimulating elements contained in cells in a living body by the action of electromagnetic waves.

従来から、癌の治療には、全身への侵襲が小さく、身体への負担が少ない局所療法が用いられている。局所療法としては、典型的には放射線療法(非特許文献1)が挙げられる。   Conventionally, local therapies that are less invasive to the whole body and less burden on the body have been used for cancer treatment. Typically, local therapy includes radiation therapy (Non-patent Document 1).

「国立がんセンターがん対策情報センター がん情報サービス」ホームページ, http://ganjoho.ncc.go.jp/pub/med_info/treatment/010706.htmlNational Cancer Center Cancer Control Information Center Cancer Information Service website, http://ganjoho.ncc.go.jp/pub/med_info/treatment/010706.html

放射線療法とは、放射線を癌細胞に照射し、癌細胞内の遺伝子(DNA)に刺激(ダメージ)を与え、増殖能力をなくしたり、アポトーシスを増強することにより癌細胞を死に至らしめる(癌細胞を不活性化する)方法であり、この放射線療法によって、癌を治したり、癌の増大による痛みなどの症状を緩和させる。ここで、放射線とは空間や物質中を波のかたちや粒子でエネルギーを伝播するものを総称する言葉であり、放射線は電磁波および粒子線の2種類に大きく分けられる。電磁波にはエックス線やガンマ線などが含まれ、粒子線には電子や、陽子、重粒子(重イオン)などの粒子放射線が含まれる。   Radiation therapy irradiates cancer cells with radiation, stimulates (damages) the genes (DNA) in the cancer cells, loses proliferation ability, or enhances apoptosis to cause cancer cells to die (cancer cells) This radiation therapy cures cancer and alleviates symptoms such as pain due to increased cancer. Here, the term “radiation” is a generic term for a substance that propagates energy in the form of a wave or particles in a space or substance, and radiation is broadly divided into two types: electromagnetic waves and particle beams. Electromagnetic waves include X-rays and gamma rays, and particle beams include electron, particle radiation such as protons and heavy particles (heavy ions).

なお、以下では、放射線として粒子線を用いた療法や治療のことを特に粒子線療法、粒子線治療と称し、放射線としてエックス線やガンマ線などの電磁波を用いた療法や治療のことを特に放射線療法、放射線治療と称するものとする。また、上記の「刺激(ダメージ)を与える」とは、放射線の強度と印加時間との積の大きさ(刺激の大きさ)に応じて生ずる物理的および化学的な作用を指しており、例えば、癌細胞内の遺伝子(DNA)を物理的に断片化することを指している。以下、本願明細書では、この意味において、上記の「刺激(ダメージ)を与える」という言葉を用いるものとする。   In the following, therapies and treatments using particle beams as radiation are specifically referred to as particle beam therapy and particle beam treatments, and therapies and treatments using electromagnetic waves such as X-rays and gamma rays as radiation are particularly radiotherapy, It shall be called radiation therapy. In addition, the above-mentioned “stimulating (stimulating)” refers to physical and chemical actions that occur according to the magnitude of the product of the intensity of radiation and the application time (stimulus magnitude). It refers to physically fragmenting a gene (DNA) in cancer cells. Hereinafter, in this specification, the term “provides stimulation (damage)” is used in this sense.

放射線治療の方法には身体の外から放射線を照射する外部照射法と、放射線源を直接身体の組織や、食道、子宮といった腔に挿入して治療する密封小線源治療(内部照射法)があるが、現在は外部照射法が主流となっている。   Radiation therapy methods include external radiation methods that emit radiation from outside the body, and sealed brachytherapy (internal radiation method) in which radiation sources are inserted directly into body tissues, esophagus, and cavities such as the uterus. However, at present, the external irradiation method is the mainstream.

放射線治療を行う際には、一般に、放射線をどの部位に、どの方向から、どのくらいの量を何回に分けて治療するのかという治療計画を立てる。このとき、シミュレータなどを用いて、癌細胞に十分な放射線量が当たり、癌細胞の周囲の正常組織にあまり当たらないように放射線照射の方向を検討する。癌細胞に対して一方向から放射線を照射することが多いが、いくつもの方向から放射線を照射する場合もある。   When performing radiation therapy, generally, a treatment plan is made regarding which part of radiation, which direction, how much, and how many times it is to be treated. At this time, using a simulator or the like, the direction of radiation irradiation is examined so that a sufficient amount of radiation hits the cancer cells and does not hit the normal tissues around the cancer cells. In many cases, cancer cells are irradiated with radiation from one direction, but there are cases where radiation is irradiated from several directions.

ところで、エックス線やガンマ線などの電磁波用いた従来の放射線療法では、抗癌剤治療などの全身療法と比べると身体への負担が小さいが、癌患部への局所的な放射線照射が困難であり、放射線が癌細胞の周囲の正常組織にも当たってしまうので、依然として身体への負担が大きかった。また、放射線として粒子線を用いた粒子線療法では、粒子線は癌細胞の周囲の正常組織にはほとんど影響がなく、身体への負担が軽いが、サイクロトロンやシンクロトロンといった加速器などの大規模かつ高額な装置が必要であり、末端の医療施設へ粒子線療法を普及させることが困難であった。   By the way, conventional radiation therapy using electromagnetic waves such as X-rays and gamma rays has less burden on the body compared to systemic therapy such as anticancer drug treatment, but local radiation irradiation to the cancer affected area is difficult, and radiation is cancerous. Since it hits the normal tissue around the cells, the burden on the body was still large. In particle beam therapy using particle beam as radiation, the particle beam has little effect on normal tissues around cancer cells and the burden on the body is light, but large-scale and high-speed accelerators such as cyclotron and synchrotron Expensive devices were necessary, and it was difficult to spread particle beam therapy to the terminal medical facilities.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトかつ安価な装置で、局所的な治療をすることの可能な生体内細胞刺激装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an in vivo cell stimulating device capable of performing local treatment with a compact and inexpensive device.

本発明の生体内細胞刺激装置は、生体内の所定の細胞を構成する複数の要素のうち所定の要素に含まれる誘電性物質の緩和時間の逆数と等しい値の周波数を基本周波数とする電磁波を発生する電磁波発生手段と、電磁波発生手段から出力された電磁波を、生体内の所定の細胞を含む微小領域に収束照射する収束照射手段とを備える。   The in vivo cell stimulating device of the present invention is an electromagnetic wave having a fundamental frequency of a frequency equal to the inverse of the relaxation time of a dielectric substance contained in a predetermined element among a plurality of elements constituting a predetermined cell in the living body. Electromagnetic wave generating means for generating, and convergent irradiating means for convergently irradiating an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave generating means to a minute region including predetermined cells in the living body.

上記電磁波発生手段から出力される電磁波の基本周波数は、例えば500MHz以上10GHz以下である。ここで、電磁波発生手段で発生させる電磁波に含まれる基本周波数成分の強度は、誘電性物質を刺激しない程度に小さく、かつ、基本周波数成分を収束照射手段によって微小領域に収束させたときの、その微小領域における基本周波数成分の強度が、誘電性物質を刺激する程度に大きいことが好ましい。また、電磁波発生手段から出力される電磁波は、低調波、非高調波、残留FM、SSB位相雑音などの不要成分が含まれていないことが好ましいが、これら不要成分が含まれている場合は、これら不要成分の強度は、誘電性物質を刺激することのない程度に小さくなっているだけでなく、その不要成分を収束照射手段によって微小領域に収束させたときの、その微小領域における不要成分の強度が、誘電性物質を刺激することのない程度に小さくなっていることが好ましい。   The fundamental frequency of the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave generating means is, for example, not less than 500 MHz and not more than 10 GHz. Here, the intensity of the fundamental frequency component contained in the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means is small enough not to stimulate the dielectric material, and when the fundamental frequency component is converged to a minute region by the convergent irradiation means, The intensity of the fundamental frequency component in the minute region is preferably large enough to stimulate the dielectric material. Further, the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave generating means preferably does not contain unnecessary components such as subharmonic, non-harmonic, residual FM, and SSB phase noise, but if these unnecessary components are included, The strength of these unnecessary components is not only small enough not to stimulate the dielectric material, but also when the unnecessary components are converged to the minute region by the convergence irradiation means, It is preferred that the strength be small enough not to irritate the dielectric material.

また、上記「生体内の所定の細胞を構成する要素」とは、例えば、核、核小体、微小管、リボソーム、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、中心体、分泌顆粒およびミトコンドリアであり、上記「生体内の所定の細胞を構成する要素に含まれる誘電性物質」とは、例えば、DNA、RNAまたはタンパク質である。   In addition, the above-mentioned “elements constituting a predetermined cell in a living body” are, for example, the nucleus, nucleolus, microtubule, ribosome, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, lysosome, centrosome, secretory granule, and mitochondria, “Dielectric substance contained in an element constituting a predetermined cell in a living body” is, for example, DNA, RNA, or protein.

本発明の生体内細胞刺激装置では、生体内の所定の細胞を構成する要素のうち所定の要素に含まれる誘電性物質の緩和時間の逆数と等しい値の周波数を基本周波数とする電磁波が電磁波発生手段から発生し、その電磁波が収束照射手段によって生体内の所定の細胞を含む微小領域に収束照射される。これにより、微小領域だけが強電磁界となるので、基本周波数の逆数と等しい値の緩和時間の誘電性物質を含む、生体内の所定の細胞を構成する要素のうち微小領域に存在する要素だけが電磁波から選択的に刺激を受ける。   In the in vivo cell stimulating device of the present invention, an electromagnetic wave having a fundamental frequency at a frequency equal to the reciprocal of the relaxation time of the dielectric substance contained in the predetermined element among the elements constituting the predetermined cell in the living body is generated as an electromagnetic wave. The electromagnetic wave generated from the means is converged and irradiated to a minute region including predetermined cells in the living body by the convergent irradiation means. As a result, only a minute region becomes a strong electromagnetic field, and therefore, only elements existing in the minute region among elements constituting a predetermined cell in a living body including a dielectric substance having a relaxation time equal to the inverse of the fundamental frequency are included. Selective stimulation from electromagnetic waves.

本発明の生体内細胞刺激装置によれば、生体内の所定の細胞を構成する要素のうち所定の要素に含まれる誘電性物質の緩和時間の逆数と等しい値の周波数を基本周波数とする電磁波を生体内の所定の細胞を含む微小領域に収束照射するようにしたので、基本周波数の逆数と等しい値の緩和時間の誘電性物質を含む、生体内の所定の細胞を構成する要素のうち微小領域に存在する要素だけに、電磁波による刺激を選択的に与えることができる。これにより、例えば、微小領域に癌細胞が存在する場合には、その微小領域の周囲に存在する細胞に対して刺激を与えることなく、微小領域に存在する癌細胞に刺激を与えることが可能となるので、局所的な治療が可能である。また、本細胞刺激装置では、収束照射手段を用いて、電磁波発生手段から出力された電磁波を微小領域に収束照射するようにしたので、微小領域で必要とされるパワーを電磁波発生手段から出力する必要がないので、粒子線療法で用いられる装置のような大型サイズになることはなく、テーブルトップ程度のサイズにまで小型化可能である。従って、コンパクトかつ安価な装置で、局所的な治療をすることができる。   According to the in vivo cell stimulating device of the present invention, an electromagnetic wave having a fundamental frequency of a frequency equal to the inverse of the relaxation time of the dielectric substance contained in the predetermined element among the elements constituting the predetermined cell in the living body. Since a minute area including a predetermined cell in a living body is convergently irradiated, the minute area among elements constituting the predetermined cell in the living body including a dielectric substance having a relaxation time equal to the inverse of the fundamental frequency. Stimulation by electromagnetic waves can be selectively given only to the elements present in. Thus, for example, when cancer cells are present in a minute region, it is possible to stimulate cancer cells existing in the minute region without stimulating cells existing around the minute region. Therefore, local treatment is possible. Further, in the present cell stimulation apparatus, the convergent irradiation means is used to converge and radiate the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave generating means to the minute area, so that the power required in the minute area is output from the electromagnetic wave generating means. Since it is not necessary, it does not become a large size like an apparatus used in particle beam therapy, and can be downsized to a size of a table top. Therefore, local treatment can be performed with a compact and inexpensive device.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態に係る生体内細胞刺激装置1の概略構成を表すものであり、図2は図1の電磁波発生器10の内部構成を拡大して模式的に表すものである。この生体内細胞刺激装置1は、電磁波発生器10(電磁波発生手段)と、同軸線路20と、モノポールアンテナ30と、回転楕円形反射鏡40と、水槽50とを備える。なお、モノポールアンテナ30および回転楕円形反射鏡40が本発明の「収束照射手段」の一具体例に相当する。水槽50内には、水などの液体が充填されており、その液体に、モノポールアンテナ30、回転楕円形反射鏡40および生体60が浸されている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an in-vivo cell stimulating device 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows an enlarged internal configuration of the electromagnetic wave generator 10 of FIG. is there. This in-vivo cell stimulating device 1 includes an electromagnetic wave generator 10 (electromagnetic wave generating means), a coaxial line 20, a monopole antenna 30, a spheroid reflector 40, and a water tank 50. The monopole antenna 30 and the spheroid reflector 40 correspond to a specific example of “convergent irradiating means” of the present invention. The water tank 50 is filled with a liquid such as water, and the monopole antenna 30, the spheroid reflector 40 and the living body 60 are immersed in the liquid.

ここで、生体60は、様々な種類の生体内細胞2を含んで構成されており、例えば、癌細胞が存在する患部60Aなどを有している。個々の生体内細胞2は、例えば、核、核小体、微小管、リボソーム、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、中心体、分泌顆粒、ミトコンドリアなどの細胞内構成要素を含む。なお、生体内細胞2は、動物細胞および植物細胞のいずれでもよく、細胞壁で覆われていても覆われていなくてもよい。また何らかの前処理がなされていても、なされていなくてもよい。   Here, the living body 60 is configured to include various types of in-vivo cells 2, and has, for example, an affected part 60A in which cancer cells are present. Each in-vivo cell 2 includes intracellular components such as a nucleus, a nucleolus, a microtubule, a ribosome, an endoplasmic reticulum, a Golgi apparatus, a lysosome, a centrosome, a secretory granule, and a mitochondria. The in-vivo cell 2 may be either an animal cell or a plant cell, and may or may not be covered with a cell wall. Further, some pre-processing may be performed or may not be performed.

これら細胞内構成要素は、誘電性物質、例えば、DNA、RNAなどの核酸や、タンパク質を含む。ここで誘電性物質は、その構造や構成分子に応じた固有の緩和時間を有し、この固有の緩和時間の大きさに応じた固有の共鳴周波数を有する。個々の誘電性物質の共鳴周波数は、生体内細胞2の種類や大きさなどによっても異なるが、おおよそ1MHz以上10GHz以下の範囲内に点在している。   These intracellular components include dielectric substances such as nucleic acids such as DNA and RNA, and proteins. Here, the dielectric material has a specific relaxation time corresponding to its structure and constituent molecules, and has a specific resonance frequency corresponding to the size of this specific relaxation time. The resonance frequency of each dielectric substance varies depending on the type and size of the in-vivo cell 2, but is scattered in a range of approximately 1 MHz to 10 GHz.

電磁波発生器10は、例えば、いわゆる仮想陰極発振管からなり、陰極11および陽極12を、真空管13内で対向配置して形成されている。   The electromagnetic wave generator 10 includes, for example, a so-called virtual cathode oscillation tube, and is formed by disposing a cathode 11 and an anode 12 in a vacuum tube 13 so as to face each other.

陰極11は、例えば、真空管13の内壁に接して設けられた柱状の金属の上面に微細繊維を貼り付けた構造を有している。この陰極11は、陽極12にパルス高電圧が印加されたときに発生する陽極12と陰極11との間の電界の作用により陰極11の上面(例えば金属上の微細繊維)から電子を放出させるようになっている。   The cathode 11 has, for example, a structure in which fine fibers are attached to the upper surface of a columnar metal provided in contact with the inner wall of the vacuum tube 13. The cathode 11 emits electrons from the upper surface of the cathode 11 (for example, fine fibers on the metal) by the action of an electric field generated between the anode 12 and the cathode 11 when a pulse high voltage is applied to the anode 12. It has become.

陽極12は、例えば、メッシュ状のステンレスを含んで構成されており、真空管13の側壁を貫通して設けられると共に真空管13の側壁に設けられた絶縁体14を介して真空管13の側壁に固定されている。この陽極12は、陽極12にパルス高電圧が印加されたときに発生する陽極12と陰極11との間の電界の作用により陰極11から電子を放出させると共に放出させた電子を所定のエネルギーまで加速させることにより高密度の電子電流を生成させ、その電子電流を、例えばメッシュの隙間を介して陽極12の裏側に通過させるようになっている。陽極12を通過した電子は空間電荷のために減速され、その結果として電子のたまり場(仮想陰極15)が発生する。   The anode 12 is configured to include, for example, mesh-like stainless steel, and is provided through the side wall of the vacuum tube 13 and is fixed to the side wall of the vacuum tube 13 via an insulator 14 provided on the side wall of the vacuum tube 13. ing. The anode 12 emits electrons from the cathode 11 and accelerates the emitted electrons to a predetermined energy by the action of an electric field between the anode 12 and the cathode 11 generated when a pulse high voltage is applied to the anode 12. As a result, a high-density electron current is generated, and the electron current is passed through the back side of the anode 12 through a mesh gap, for example. The electrons that have passed through the anode 12 are decelerated due to space charge, and as a result, an electron pool (virtual cathode 15) is generated.

真空管13は、例えば銅からなる導波管であり、グラウンドに接続されている。この真空管13の電磁波Mの放射方向の壁面には、電磁波Mを真空管13の外に取り出す取出窓16が設けられている。この取出窓16は、例えば石英からなる。この取出窓16には導波管・同軸変換部17が取り付けられており、真空管13から取り出された電磁波Mは、この導波管・同軸変換部17によって、例えばTEMモードに変換されたのち、同軸線路20に出力されるようになっている。   The vacuum tube 13 is a waveguide made of copper, for example, and is connected to the ground. On the wall surface of the vacuum tube 13 in the radiation direction of the electromagnetic wave M, an extraction window 16 for taking out the electromagnetic wave M out of the vacuum tube 13 is provided. The extraction window 16 is made of, for example, quartz. A waveguide / coaxial converter 17 is attached to the extraction window 16, and the electromagnetic wave M extracted from the vacuum tube 13 is converted into, for example, a TEM mode by the waveguide / coaxial converter 17. The signal is output to the coaxial line 20.

この電磁波発生器10では、一旦仮想陰極15が発生すると、電子が陰極11と仮想陰極13の間を往復するようになり、この往復運動によって電磁波Mが発生する。電磁波Mの周波数は1GHz以上10GHz以下であり、陰極11と陽極12との間隔などによってある程度制御可能である。つまり、電磁波発生器10は、個々の誘電性物質の共鳴周波数の範囲内の電磁波Mを発生させることができる。   In this electromagnetic wave generator 10, once the virtual cathode 15 is generated, electrons reciprocate between the cathode 11 and the virtual cathode 13, and electromagnetic waves M are generated by this reciprocating motion. The frequency of the electromagnetic wave M is 1 GHz or more and 10 GHz or less, and can be controlled to some extent by the distance between the cathode 11 and the anode 12. That is, the electromagnetic wave generator 10 can generate the electromagnetic wave M within the range of the resonance frequency of each dielectric substance.

同軸線路20は、電磁波発生器10から放射された電磁波Mをモノポールアンテナ30にまで伝播させる導波路である。同軸線路20の一端が導波管・同軸変換部17に取り付けられ、他端がモノポールアンテナ30に接続されている。   The coaxial line 20 is a waveguide that propagates the electromagnetic wave M radiated from the electromagnetic wave generator 10 to the monopole antenna 30. One end of the coaxial line 20 is attached to the waveguide / coaxial converter 17, and the other end is connected to the monopole antenna 30.

モノポールアンテナ30は、回転楕円形反射鏡40の第1焦点F1に配置されている。回転楕円形反射鏡40は、回転軸上に2つの焦点(第1焦点F1、第2焦点F2)を有しており、第1焦点F1に配置されたモノポールアンテナ30から放射された電磁波Mを反射して、第2焦点F2に収束させるようになっている。モノポールアンテナ30から放射された電磁波Mは回転楕円形反射鏡40によって反射されて、回転楕円形電磁反射鏡の第2焦点F2に収束される。回転楕円形反射鏡40の反射面は、例えば銅からなる。   The monopole antenna 30 is disposed at the first focal point F1 of the spheroid reflector 40. The spheroid reflector 40 has two focal points (first focal point F1 and second focal point F2) on the rotational axis, and electromagnetic waves M radiated from the monopole antenna 30 disposed at the first focal point F1. Is reflected and converged to the second focal point F2. The electromagnetic wave M radiated from the monopole antenna 30 is reflected by the spheroid reflector 40 and converges to the second focal point F2 of the spheroid reflector. The reflecting surface of the spheroid reflecting mirror 40 is made of, for example, copper.

なお、本実施の形態では、生体60の患部60Aが第2焦点F2に配置されるように、モノポールアンテナ30および回転楕円形反射鏡40が所定の方法を用いて位置決めされているものとする。   In the present embodiment, it is assumed that the monopole antenna 30 and the spheroid reflector 40 are positioned using a predetermined method so that the affected part 60A of the living body 60 is disposed at the second focal point F2. .

ところで、電磁波発生器10から発せられる電磁波Mに含まれる基本周波数成分の強度は、生体60に含まれる生体内細胞2内の誘電性物質を刺激することのない程度に低くなっているが、この基本周波数成分をモノポールアンテナ30と回転楕円形電磁波反射鏡50とによって第2焦点F2に収束させたときの、その第2焦点F2における基本周波数成分の強度が誘電性物質を刺激する程度に高くなっている。   By the way, although the intensity | strength of the fundamental frequency component contained in the electromagnetic wave M emitted from the electromagnetic wave generator 10 is low to such an extent that the dielectric substance in the in-vivo cell 2 contained in the biological body 60 is not stimulated, When the fundamental frequency component is converged to the second focus F2 by the monopole antenna 30 and the spheroidal electromagnetic wave reflector 50, the intensity of the fundamental frequency component at the second focus F2 is high enough to stimulate the dielectric substance. It has become.

電磁波発生器10から発せられる電磁波Mには、高調波や、低調波、非高調波、残留FM、SSB位相雑音などの不要成分が含まれていないことが好ましいが、これら不要成分が含まれている場合は、これら不要成分の強度は、誘電性物質を刺激することのない程度に低くなっているだけでなく、その不要成分をモノポールアンテナ30と回転楕円形電磁波反射鏡50とによって第2焦点F2に収束させたときの、その第2焦点F2における不要成分の強度が、誘電性物質を刺激することのない程度に低いことが好ましい。つまり、電磁波発生器10から発せられる電磁波Mは、基本周波数成分以外の周波数成分の少ない電磁波であり、入力電力の多くが基本周波数に集中しているという特徴を有することが好ましい。   The electromagnetic wave M emitted from the electromagnetic wave generator 10 preferably does not contain unnecessary components such as harmonics, subharmonics, non-harmonics, residual FM, and SSB phase noise. However, these unnecessary components are included. In this case, the strength of these unnecessary components is not only reduced to such an extent that the dielectric material is not stimulated, but the unnecessary components are secondly reduced by the monopole antenna 30 and the spheroid electromagnetic reflector 50. It is preferable that the intensity of the unnecessary component at the second focal point F2 when converged to the focal point F2 is low enough not to stimulate the dielectric substance. In other words, the electromagnetic wave M emitted from the electromagnetic wave generator 10 is an electromagnetic wave having a small frequency component other than the fundamental frequency component, and preferably has a feature that most of the input power is concentrated on the fundamental frequency.

なお、このように入力電力のほとんどが基本周波数領域に集中している場合には、細胞内構成要素を刺激するために大きな電力の電磁波を電磁波発生器10で発生させる必要がない。   When most of the input power is concentrated in the fundamental frequency region as described above, it is not necessary to generate an electromagnetic wave with a large power by the electromagnetic wave generator 10 in order to stimulate intracellular components.

また、電磁波Mの微小領域Fへの照射時間は、陰極11および陽極12の間に印加する電圧(加速電圧)のサイクル数を増やすことで増やすことが可能であることから、基本周波数と印加時間とを独立に制御することができる。これにより、細胞内構成要素の受ける刺激の大きさを任意に設定することができるので、目的および用途に応じた刺激を細胞内構成要素に与えることができる。   In addition, since the irradiation time of the electromagnetic wave M onto the minute region F can be increased by increasing the number of cycles of the voltage (acceleration voltage) applied between the cathode 11 and the anode 12, the fundamental frequency and the application time are increased. And can be controlled independently. Thereby, since the magnitude | size of the stimulus which an intracellular component receives can be set arbitrarily, the stimulus according to the objective and a use can be given to an intracellular component.

ここで、誘電性物質を刺激することのない程度の電磁波Mの強度は電磁波Mの照射時間によって異なり、照射時間が短ければ電磁波Mの強度がある程度大きくても誘電性物質を刺激することはなく、逆に、印加時間が長くても電磁波Mの強度がある程度低ければ誘電性物質を刺激することはない。従って、照射される生体内細胞2の種類によってその値が多少異なるが、微小領域Fにおける電磁波Mに含まれる基本周波数成分の強度と、微小領域Fに電磁波Mを収束照射する照射時間との積が所定の値以上となるように、電磁波発生器10で発生させる電磁波Mの強度および照射時間をそれぞれ設定する。   Here, the intensity of the electromagnetic wave M that does not stimulate the dielectric substance varies depending on the irradiation time of the electromagnetic wave M, and if the irradiation time is short, the dielectric substance is not stimulated even if the intensity of the electromagnetic wave M is large to some extent. On the contrary, even if the application time is long, if the intensity of the electromagnetic wave M is low to some extent, the dielectric substance is not stimulated. Accordingly, although the value varies somewhat depending on the type of the in vivo living body cell 2, the product of the intensity of the fundamental frequency component contained in the electromagnetic wave M in the minute region F and the irradiation time for convergently irradiating the minute region F with the electromagnetic wave M. Is set to be equal to or greater than a predetermined value, and the intensity and irradiation time of the electromagnetic wave M generated by the electromagnetic wave generator 10 are set.

本実施の形態の生体内細胞刺激装置1では、所定の生体内細胞2を構成する要素のうち所定の要素に含まれる誘電性物質の緩和時間の逆数と等しい値の周波数を基本周波数とする電磁波Mが電磁波発生器10から発生し、その電磁波Mがモノポールアンテナ30と回転楕円形電磁波反射鏡50とによって患部60Aの存在する第2焦点F2に収束照射される。これにより、患部60Aだけが強電磁界となるので、基本周波数の逆数と等しい値の緩和時間の誘電性物質を含む、所定の生体内細胞2を構成する要素のうち患部60Aに存在する要素だけに、電磁波Mによる刺激を選択的に与えることができる。これにより、例えば、患部60Aに癌細胞が存在する場合には、その患部60Aの周囲に存在する生体内細胞2に対して刺激を与えることなく、患部60Aに存在する癌細胞に刺激を与えることが可能となるので、局所的な治療が可能である。また、本実施の形態の生体内細胞刺激装置1では、モノポールアンテナ30と回転楕円形電磁波反射鏡50とを用いて、電磁波発生器10から出力された電磁波Mを第2焦点F2に収束照射するようにしたので、第2焦点F2で必要とされるパワーを電磁波発生器10から出力する必要がないので、粒子線療法で用いられる装置のような大型サイズになることはなく、テーブルトップ程度のサイズにまで小型化可能である。従って、コンパクトかつ安価な装置で、局所的な治療をすることができる。   In the in-vivo cell stimulation apparatus 1 of the present embodiment, an electromagnetic wave having a fundamental frequency of a frequency equal to the inverse of the relaxation time of the dielectric substance contained in the predetermined element among the elements constituting the predetermined in-vivo cell 2. M is generated from the electromagnetic wave generator 10, and the electromagnetic wave M is converged and irradiated to the second focal point F2 where the affected part 60A exists by the monopole antenna 30 and the spheroid electromagnetic wave reflecting mirror 50. Thereby, since only the affected part 60A becomes a strong electromagnetic field, only elements existing in the affected part 60A among the elements constituting the predetermined in-vivo cell 2 including the dielectric substance having the relaxation time equal to the reciprocal of the fundamental frequency are included. Stimulation by the electromagnetic wave M can be selectively given. Thereby, for example, when cancer cells are present in the affected part 60A, the cancer cells existing in the affected part 60A are stimulated without stimulating the in vivo cells 2 existing around the affected part 60A. Therefore, local treatment is possible. Further, in the in vivo cell stimulation apparatus 1 of the present embodiment, the electromagnetic wave M output from the electromagnetic wave generator 10 is converged and irradiated to the second focal point F2 using the monopole antenna 30 and the spheroid electromagnetic wave reflecting mirror 50. Since the power required for the second focal point F2 does not need to be output from the electromagnetic wave generator 10, it does not become a large size like a device used in particle beam therapy, and is about a table top. The size can be reduced to the size of Therefore, local treatment can be performed with a compact and inexpensive device.

[実施例]
次に、上記実施の形態に係る実施例について説明する。
[Example]
Next, examples according to the above embodiment will be described.

本実施例では、CHO(Chinese Hamster Ovary :チャイニーズハムスターの卵巣) 細胞の増殖能力を推定することができるように、CHO細胞に電磁波を照射する前に、DNA複製期において、CHO細胞のうち特定の細胞内構成要素に、BrdU(ブロモデオキシウリジン)を取り込ませておいた。このBrdUは、BrdU抗体を用いることにより検出可能なものであり、このBrdU抗体によって検出されたBrdUの面積を計測することにより、CHO細胞の活性反応領域の面積を知ることができ、この面積を、CHO細胞に電磁波を全く照射しないでCHO細胞を増殖させたときに検出された活性反応領域の面積と対比することにより、CHO細胞の増殖能力を推定することができる。   In this example, in order to estimate the proliferative ability of CHO (Chinese Hamster Ovary) cells, before CHO cells were irradiated with electromagnetic waves, a specific CHO cell was selected during DNA replication. BrdU (bromodeoxyuridine) was incorporated into the intracellular components. This BrdU can be detected by using a BrdU antibody, and by measuring the area of BrdU detected by this BrdU antibody, the area of the active reaction region of CHO cells can be known. By comparing with the area of the active reaction region detected when the CHO cells were grown without irradiating the CHO cells with any electromagnetic wave, the proliferation ability of the CHO cells can be estimated.

本実施例では、生体内細胞刺激装置1は、図3に示したように、陰極11と陽極12との間に印加する電圧Vdの大きさを数十kVから百kV程度までの範囲内で0.数秒の間、変化させたときに、2GHzから3.5GHz程度の範囲内の電磁波が電磁波発生器10から発生し、図4に示したように、このときの第2焦点F2での電磁波の強度が3GHzにおいて15MWとなるような特性を有している。つまり、ここでの生体内細胞刺激装置1は、数十kVから百kV程度までの範囲内の加速電圧を陰極11と陽極12との間に印加することにより、2GHzから3.5GHz程度の範囲内の電磁波を発生させることができる。   In this embodiment, the in-vivo cell stimulating apparatus 1 has a voltage Vd applied between the cathode 11 and the anode 12 in the range from several tens kV to about 100 kV, as shown in FIG. 0. When changed for several seconds, an electromagnetic wave in the range of about 2 GHz to 3.5 GHz is generated from the electromagnetic wave generator 10, and as shown in FIG. 4, the intensity of the electromagnetic wave at the second focal point F2 at this time Has a characteristic of 15 MW at 3 GHz. That is, the in-vivo cell stimulating device 1 here applies an acceleration voltage in the range of about several tens of kV to about 100 kV between the cathode 11 and the anode 12 to provide a range of about 2 GHz to 3.5 GHz. The electromagnetic wave inside can be generated.

まず、上記したように、CHO細胞に電磁波を照射する前に、DNA複製期において、CHO細胞のうち特定の細胞内構成要素(例えば核20)に、BrdUを取り込ませ、BrdUを取り込んだ細胞内構成要素を有するCHO細胞が含まれる微小領域Fに対して、図5に示した4種類の電磁波A〜Dを別個に収束照射したのち、しばらく経過したときに、CHO細胞に含まれるBrdUをBrdU抗体で検出し、活性反応領域の面積を計測した。なお、図5には、計測された各活性反応領域の面積を、CHO細胞に電磁波を全く照射しないでCHO細胞を増殖させたとき(比較例)に検出された活性反応領域の面積で除算して得られた値が示されている。   First, as described above, before irradiating CHO cells with electromagnetic waves, in the DNA replication phase, BrdU is incorporated into a specific intracellular component (for example, nucleus 20) of the CHO cells, and the intracellular cells that have incorporated BrdU. After the four types of electromagnetic waves A to D shown in FIG. 5 are separately converged and irradiated to the microregion F including the CHO cells having the constituent elements, BrdU contained in the CHO cells is changed to BrdU after a while. It detected with the antibody and the area of the active reaction area | region was measured. In FIG. 5, the measured area of each active reaction region is divided by the area of the active reaction region detected when the CHO cells were grown without irradiating the CHO cells with electromagnetic waves at all (Comparative Example). The values obtained are shown.

ここで、図5中の電磁波Aは、基本周波数が3.6GHzで、その強度が13MWの電磁波であり、電磁波Bは、基本周波数が3.6GHzで、その強度が10MWの電磁波であり、電磁波Cは、基本周波数が2.7GHzで、その強度が2MWの電磁波である。   Here, the electromagnetic wave A in FIG. 5 is an electromagnetic wave having a fundamental frequency of 3.6 GHz and an intensity of 13 MW, and the electromagnetic wave B is an electromagnetic wave having a fundamental frequency of 3.6 GHz and an intensity of 10 MW. C is an electromagnetic wave having a fundamental frequency of 2.7 GHz and an intensity of 2 MW.

図5から、CHO細胞に対して電磁波Bを収束照射したときに、活性反応領域が最も狭く、比較例と比べて0.1程度しかなかった。つまり、CHO細胞に対して電磁波Bを収束照射すると、CHO細胞の増殖能力が1/10程度に抑制されたと言える。従って、このときのCHO細胞を電磁波Bに曝すことによりほとんど不活性化することができたと言える。また、他のケースにおいても、活性反応領域が比較例と比べて最大でも0.4程度になったことから、CHO細胞を電磁波A,C,Dに曝すことによりおおむね不活性化することができたと言える。   From FIG. 5, when the electromagnetic wave B was converged and irradiated to the CHO cell, the active reaction region was the narrowest and was only about 0.1 as compared with the comparative example. That is, it can be said that when the electromagnetic wave B is convergently irradiated to the CHO cell, the proliferation ability of the CHO cell is suppressed to about 1/10. Therefore, it can be said that the CHO cells at this time were almost inactivated by exposure to the electromagnetic wave B. In other cases, since the active reaction region is about 0.4 at the maximum compared to the comparative example, the CHO cells can be generally inactivated by exposure to electromagnetic waves A, C, and D. I can say.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   While the present invention has been described with reference to the embodiment and examples, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible.

例えば、上記実施の形態では、電磁波発生器10が仮想陰極発振管により構成されていたが、例えば、マグネトロン、クライストロンなどにより構成されていてもよい。   For example, in the above embodiment, the electromagnetic wave generator 10 is configured by a virtual cathode oscillation tube, but may be configured by, for example, a magnetron, a klystron, or the like.

本発明の一実施の形態に係る生体内細胞刺激装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the in-vivo cell stimulation apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1の電磁波発生器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electromagnetic wave generator of FIG. 実施例に係る電磁波発生器の加速電圧と基本周波数との関係を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the relationship between the acceleration voltage and fundamental frequency of the electromagnetic wave generator which concerns on an Example. 実施例に係る電磁波発生器から出力される電磁波の周波数スペクトラム図である。It is a frequency spectrum figure of the electromagnetic waves output from the electromagnetic wave generator which concerns on an Example. 実施例でのCHO細胞の不活性化率と、電磁波の基本周波数およびパワーとの関係を説明するための関係図である。It is a relationship figure for demonstrating the relationship between the inactivation rate of the CHO cell in an Example, and the fundamental frequency and power of electromagnetic waves.

符号の説明Explanation of symbols

1…生体内細胞刺激装置、2…細胞、10…電磁波発生器、11…陰極、12…陽極、13…真空管、14…絶縁体、15…仮想陰極、16…取出窓、17…導波管・同軸変換部、20…同軸線路、30…モノポールアンテナ、40…回転楕円形反射鏡、50…水槽、60…生体、60A…患部、F1…第1焦点、F2…第2焦点、M…電磁波。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell stimulator in a living body, 2 ... Cell, 10 ... Electromagnetic wave generator, 11 ... Cathode, 12 ... Anode, 13 ... Vacuum tube, 14 ... Insulator, 15 ... Virtual cathode, 16 ... Extraction window, 17 ... Waveguide -Coaxial conversion part, 20 ... Coaxial line, 30 ... Monopole antenna, 40 ... Spheroidal reflector, 50 ... Water tank, 60 ... Living body, 60A ... Affected part, F1 ... First focus, F2 ... Second focus, M ... Electromagnetic waves.

Claims (6)

生体内の所定の細胞を構成する複数の要素のうち所定の要素に含まれる誘電性物質の緩和時間の逆数と等しい値の周波数を基本周波数とする電磁波を発生する電磁波発生手段と、
前記電磁波発生手段から出力された電磁波を、前記生体内の所定の細胞を含む微小領域に収束照射する収束照射手段と
を備え、
前記基本周波数は、1GHz以上10GHz以下であり、
前記電磁波発生手段で発生させる電磁波に含まれる基本周波数成分の強度は、前記誘電性物質を刺激しない程度に小さく、さらに、前記電磁波発生手段で発生した電磁波を前記収束照射手段によって前記微小領域に収束させたときの、前記微小領域での基本周波数成分の強度が前記細胞を刺激する程度に高くなる大きさとなっている
ことを特徴とする生体内細胞刺激装置。
Electromagnetic wave generating means for generating an electromagnetic wave having a fundamental frequency of a frequency equal to the inverse of the relaxation time of the dielectric substance contained in the predetermined element among the plurality of elements constituting the predetermined cell in the living body;
Convergent irradiating means for converging and irradiating the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave generating means to a minute region including predetermined cells in the living body,
The fundamental frequency is 1 GHz or more and 10 GHz or less,
The intensity of the fundamental frequency component contained in the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means is small enough not to stimulate the dielectric substance, and the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means is converged on the micro area by the convergent irradiation means. An in- vivo cell stimulating device characterized in that the intensity of the fundamental frequency component in the minute region is high enough to stimulate the cells when it is applied.
前記微小領域における電磁波に含まれる基本周波数成分の強度と、前記微小領域に電磁波を収束照射する照射時間との積が所定の値以上となるように、前記電磁波発生手段で発生させる電磁波の強度および前記照射時間がそれぞれ設定される
ことを特徴とする請求項1に記載の生体内細胞刺激装置。
The intensity of the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means so that the product of the intensity of the fundamental frequency component included in the electromagnetic wave in the minute area and the irradiation time for convergent irradiation of the electromagnetic wave on the minute area is a predetermined value or more, and The in vivo cell stimulation apparatus according to claim 1, wherein each of the irradiation times is set.
前記生体内の所定の細胞は、癌細胞である
ことを特徴とする請求項1に記載の生体内細胞刺激装置。
The in-vivo cell stimulating device according to claim 1, wherein the predetermined cell in the living body is a cancer cell.
前記生体内の所定の細胞を構成する要素は、核、核小体、微小管、リボソーム、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、中心体、分泌顆粒またはミトコンドリアである
ことを特徴とする請求項1に記載の生体内細胞刺激装置。
The element that constitutes a predetermined cell in the living body is a nucleus, nucleolus, microtubule, ribosome, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, lysosome, centrosome, secretory granule, or mitochondria. The in-vivo cell stimulating device.
前記誘電性物質は、DNA、RNAまたはタンパク質である
ことを特徴とする請求項1に記載の生体内細胞刺激装置。
The in vivo cell stimulating device according to claim 1, wherein the dielectric substance is DNA, RNA, or protein.
前記収束照射手段は、モノポールアンテナと回転楕円形反射鏡とを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の生体内細胞刺激装置。
The in vivo cell stimulation apparatus according to claim 1, wherein the convergent irradiation means includes a monopole antenna and a spheroid reflector.
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