JP5250820B2 - 磁場発生アプリケータ、及び、磁場発生装置 - Google Patents

磁場発生アプリケータ、及び、磁場発生装置 Download PDF

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Description

本発明は、生体内の患部に配置された感磁発熱体に高周波磁場を印加し、癌等の患部を加熱するために用いられる磁場発生アプリケータ、及び、この磁場発生アプリケータが設けられる磁場発生装置に関する。
従来より、癌の治療方法として、癌細胞を焼灼する方法が知られている。これは、癌細胞が45℃以上に加熱されることによって死滅するという特徴を利用している。この癌の治療方法は、患部に感磁発熱体を配置し、この感磁発熱体に高周波磁場を印加することにより当該感磁発熱体を発熱させ、患部を加熱し焼灼する治療方法である。この治療方法を用いると、感磁発熱体を所望とする癌細胞位置に配置することにより、局所的に焼灼を行うことができる。この治療方法は、例えば図12に示すように、生体101の癌等の患部102に穿刺されている感磁発熱体103に対し、体表面から磁場発生装置104により交流磁場を発生させ、感磁発熱体103を加熱することによって患部102を焼灼する。
この治療方法に用いられる高周波磁場を発生させるための装置は、トランスを用いて高周波電源からの高周波電流をコイルに供給することによって高周波磁場を発生させている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、このような磁場発生装置に用いられる実際に磁場が発生するコイルにおいて、例えば、特許文献1に記載された装置は、単なる銅パイプを巻いた空芯コイルを利用している。このように、空芯コイルを用いると、磁場発生において効率が悪く、発生する磁場も一様ではなかった。そのため、感磁発熱体の位置によっては、十分な発熱が見込めない場合があり、問題であった。
特開2005−058298号公報
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、磁場を効率よく、一様に発生させることができる磁場発生装置に用いられる磁場発生アプリケータと、この磁場発生アプリケータが用いられる磁場発生装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明に係る磁場発生アプリケータは、生体内の患部に留置された感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生装置の磁場発生アプリケータにおいて、コイルが巻回された第1のコアと、上記第1のコアの一端部に設けられる第2のコアと、上記第1及び第2のコアを被覆する被覆部とを備える。上記コイルは、上記第1のコアのみに巻回され、上記第1及び第2のコアは、上記第2のコアが上記第1のコアよりも大径に形成されている。そして、先端部となる上記第2のコアの端面から発生した上記高周波磁場が上記生体内の患部に留置された感磁発熱体に印加されるようにする。
また、本発明に係る磁場発生装置は、生体内の患部に留置された感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生装置において、高周波磁場を発生する磁場発生アプリケータを有し、該磁場発生アプリケータにより上記感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生部と、上記磁場発生部に電流を供給する電源部と、上記磁場発生部と電源部とを接続する接続部とを備える。そして、上記磁場発生アプリケータは、コイルが巻回された第1のコアと、上記第1のコアの一端部に設けられる第2のコアと、上記第1及び第2のコアを被覆する被覆部とを有する。上記磁場発生アプリケータのコイルは、上記第1のコアのみに巻回され、上記第1及び第2のコアは、上記第2のコアが上記第1のコアよりも大径に形成されている。そして、先端部となる上記第2のコアの端面から発生した上記高周波磁場が上記生体内の患部に留置された感磁発熱体に印加されるようにする。
本発明によれば、第1及び第2のコアを有し、第1のコアの一端部に第2のコアが設けられ、コイルの巻回されない第2のコアが第1のコアよりも大径に形成されていることから、先端部となる第2のコアから一様に磁場を発生させることができ、効率よくコイルから磁場を発生させることができる。第2のコアの端面から発生した上記高周波磁場は生体内の患部に留置された感磁発熱体に印加される。
以下、本発明に係る磁場発生装置に用いられる磁場発生アプリケータを実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る磁場発生アプリケータ10は、図1に示すように、生体2内の患部2aに留置された感磁発熱体3に高周波磁場を印加する高周波磁場を発生させる装置であり、高周波磁場を発生させ、感磁発熱体3に高周波磁場を印加する磁場発生用のアプリケータである。
この磁場発生アプリケータ10が用いられる磁場発生装置1は、図1及び図2に示すように、感磁発熱体3に高周波磁場を印加する磁場発生部11と、磁場発生部11に電力を供給する電源部12と、磁場発生部11と電源部12とを接続する接続部13とを備える。また、磁場発生装置1は、さらに図2に示すように、制御操作用の表示部15と入力部16と操作部17とを備え、この表示部15、入力部16及び操作部17が磁場発生部11と、アーム18を介して連結され、アーム18に沿って、設けられる接続部13により接続されている。磁場発生装置1は、磁場発生アプリケータ10を生体の開口部、例えば子宮から体腔内に挿入して、要加熱箇所に近接させ使用する。なお、磁場発生装置1は、上述のように、体腔内に挿入することに限らず、体表面から要加熱箇所に近接させ使用することもできる。
磁場発生装置1によって高周波磁場が印加され発熱する感磁発熱体3は、図3(A)及び図3(B)に示すように、針状に形成され、中心部に高透磁率のフェライト材料で発熱部31が設けられ、この発熱部31の周囲に、発熱部31を補強する金属被覆部32が設けられている。
発熱部31は、強磁性体、又は、MFe(但し、Mは、Mg、Ni、Fe、Cuから選択された少なくとも一の金属である。)といった高透磁率のフェライト材料で形成されている。また、金属被覆部32は、生体適合性のある金属材料で形成され、脆弱な発熱部31を補強する。金属被覆部32は、生体適合性を有する、例えばチタン管やステンレス管が用いられる。
磁場発生装置1の磁場発生部11は、図1及び図4に示すように、生体2の患部2aに穿刺され配置された感磁発熱体3に近接させ交流磁場を発生させる磁場発生アプリケータ10と、磁場発生アプリケータ10が接続される本体部14とを有している。磁場発生アプリケータ10は、電源部12から交流電流が供給されることによって、100kHz〜1MHz程度の交流磁場を発生させる。そして、磁場発生装置1は、生体2内の癌等の患部2aに穿刺された感磁発熱体3に、磁場発生アプリケータ10からの交流磁場により、感磁発熱体3を加熱させることによって患部2aを焼灼する。
磁場発生アプリケータ10は、図5に示すように、第1のコア22と、この第1のコア22の周囲に導線21が巻回されることにより形成されるコイル24と、第1のコア22の一端部22aに一体に設けられる第2のコア23と、第1及び第2のコア22、23を被覆する被覆部25とから構成されている。
磁場発生アプリケータ10の第1のコア22は、いわゆるコイル24の有芯コアとなるもので、略円柱形状を有している。第1のコア22は、導線21が所定巻数巻かれており、コイル24で発生する磁束の磁路となり、効率よく高周波磁場を発生させるために、例えば、フェライトコアが用いられている。なお、第1のコア22は、フェライトコアを用いることに限らず、このフェライトコアと同様に、効率良く高周波磁場を発生させるものであれば、いかなるものであってもよい。
磁場発生アプリケータ10の第2のコア23は、第1のコア22の一端部22aに取り付けられる部材で、円形のフランジ状に形成されている。第2のコア23は、図6に示すように、第1のコア22よりも大径に形成され、第1及び第2のコア22、23は、全体が断面が略T字状になるように形成されている。第2のコア23は、第1のコア22と一体となるように連結され、コイル24から発生する高周波磁場が端面23aから一様に発生する。
なお、第1のコア22及び第2のコア23は、それぞれ複数個のフェライトコアを連結し形成したものでもよい。また、第1のコア22と第2のコア23とを1つのフェライトコアから成形するようにしてもよいが、コスト的には、第1のコア22と第2のコア23とを1つのフェライトコアから成形することが好ましい。
本発明の参考例ではあるが、第2のコア23は、上述のように、円形フランジ状に限定されるものではなく、第1のコア22との関係で任意の大きさや形状とすることもできる。例えば、第2のコア23は、図7及び図8に示すように、第1のコア22と略同一の径や高さを有する円柱形状とするものとしてもよい。このように、第2のコア23は、その大きさや形状を変えることにより、用途に応じた磁場発生アプリケータ10の大きさや形状に対応することができる。
第1のコア22に巻回されたコイル24は、熱効率良く高周波磁場を発生させるために、例えば、所定本数のエナメル線を撚り合わせたリッツ線が用いられる。
第1及び第2のコア22、23を被覆する被覆部25は、生体適合性を有するポリプロピレンやテフロン(登録商標)等のフッ素系樹脂等により形成されている。被覆部25は、第2のコア23と略同一の径を有する有底筒状に形成されている。また、被覆部25には、その内周面と第1のコア22に巻回されたコイル24との間に空隙部26が形成されている。
空隙部26は、コイル24から発生する熱が被覆部25に伝播するのを抑制する断熱層の役目をする。空隙部26は、第1及び第2のコア22、23とコイル24の巻数によって決まり、被覆部25への熱の伝播を抑制したい場合には、空隙部が多くなるように、例えば、被覆部25を大きくしたり、第1のコア22の径を小径なものとすることで対応することができる。この空隙部26を有する磁場発生アプリケータ10は、空隙部26にファンなどの空気供給手段により、内部に空気を送ることにより、コイル24の発熱を冷却することができる。なお、磁場発生アプリケータ10は、上述に限らず、空隙部26に水やサーマルオイルを充填し、循環させることにより冷却するようにしてもよい。
このように構成された磁場発生アプリケータ10は、患部2aに近接させ高周波磁場を感磁発熱体3に印加することで、この感磁発熱体3を発熱させ、患部2aを癌の焼灼温度である60℃〜80℃程度に加熱することができる。
磁場発生部11の本体部14には、磁場発生アプリケータ10が接続されるコンデンサ14aと、トランス19とが設けられている。本体部14は、接続部13及びトランス19を介して電源部12と接続されている。すなわち、図4に示すように、磁場発生部11では、本体部14のコンデンサ14aと、磁場発生アプリケータ10のコイル24とで直列の共振回路を構成している。磁場発生部11は、この共振回路とトランス19を介して接続部13と接続されることから、トランス19において、インピーダンス整合を行い、磁場発生部11と電源部12とのインピーダンスが等しくなるように整合することが可能となる。
なお、上述のように共振回路を備える磁場発生装置の他に、トランスのみを用いた磁場発生装置があるが、このトランスのみを用いた磁場発生装置は、トランスのもつ入力側の電流と電圧の積と、出力側の電流と電圧の積とが同一となる性質を有する。この点、共振回路を備える磁場発生装置1では、入力電力に比べ、コイルでの無効電力を大きくすることができ、入力に対して大きい電流を発生することができるため、トランスのみを用いた磁場発生装置より優れている。
磁場発生部11と電源部12とを電気的に接続する接続部13は、汎用の同軸ケーブル等の可撓性を有するフレキシブルケーブルで電気的に接続されている。磁場発生装置1は、接続部13として、フレキシブルケーブルを用いているので、磁場発生部11を容易に移動することができ、操作性の向上を図ることができる。
なお、接続部13は、磁場発生部11と電源部12とを、複数のヒンジを組み合わせた例えば2軸のアームにより機械的に接続するようにしてもよい。
このような構成を有する磁場発生装置1は、例えば、子宮頸部に発生した子宮頸癌の治療に用いることができる。磁場発生装置1は、図9に示すように、予め患部である子宮51の子宮頸部52に穿刺された感磁発熱体3に対して、磁場発生部11を、膣53から挿入し患部である子宮頸癌近傍に配置する。そして、電源部12から電力を供給することにより、磁場発生アプリケータ10のコイル24に高周波磁場を発生させ、この高周波磁場を感磁発熱体3に局所的に印加することができる。磁場発生装置1は、コイル24で発生する磁束の磁路となるように第2のコア23が設けられていることから、図9に示すように、第2のコア23の端面23a、すなわち、磁場発生部11の先端部から一様に高周波磁場が発生する。そのため、コイル24から発生する磁力線に沿うように感磁発熱体3を磁場発生部11の先端部に位置するように配置することにより、効率的に、かつ一様に、感磁発熱体3に高周波磁場を印加することができる。
以上のような磁場発生装置1は、磁場発生アプリケータ10を備え、この磁場発生アプリケータ10が第1及び第2のコア22、23を有し、第1のコア22の一端部22aに第2のコア23が設けられることから、コイル24から発生する高周波磁場の磁路となり、効率よく、かつ、第2のコア23の端面23aから一様に磁場を発生させることができる。
また、磁場発生アプリケータ10は、空隙部26が形成されていることから、コイル24の発熱による被覆部25表面の温度上昇を抑えることができる。
また、磁場発生アプリケータ10の第2のコア23は、第1のコア22よりも大径に形成することにより、さらに、コイル24から発生する高周波磁場を一様に発生させることができる。
また、磁場発生アプリケータ10の第1及び第2のコア22、23は、フェライトコアにより形成され、導線21としてリッツ線を用いることにより、さらに、コイル24の発熱を抑え、効率良く高周波磁場を発生させることができる。
さらに、磁場発生装置1は、磁場発生部11の磁場発生アプリケータ10と本体部14にそれぞれコイル24とコンデンサ14aとを設けることによって、このコンデンサ14aとコイル24との接続距離が短くなり、電気抵抗を下げることができ、電源部12からの電力を下げることができる。さらに、磁場発生装置1は、トランス19を介して接続部13と接続されているので、本体部12のコンデンサ12a及び磁場発生アプリケータ10のコイル24が、電気的に浮いた状態となり、電力損失が起こらず、電源部12からの電圧・電流を下げることができる。そのため、磁場発生装置1は、磁場発生部11との接続を行う接続部13にかかる電圧・電流を下げることができることから、接続部13として、汎用の同軸ケーブルを用いることができ、同軸ケーブルの持つ可撓性を利用し、磁場発生部11を持ち運び可能とすることができる。
次に、本発明に係る磁場発生アプリケータの第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の機能を有する部材については、同様の符号を付し、その説明を省略する。
第2の実施の形態に係る磁場発生アプリケータ40は、図10及び図11に示すように、空気供給手段41と、磁場発生アプリケータ10の空隙部26を二分する仕切板42が設けられている。磁場発生アプリケータ40は、仕切板42を設けることにより、被覆部25と第1のコア22のコイル24との空隙を第1の空隙部43と第2の空隙部44とに二分する。
仕切板42は、図10に示すように、略U字状に形成され、樹脂などの非磁性材料からなるものである。仕切板42は、主面略中央に切欠部42aが設けられ、この切欠部42aにコイル24が巻回された第1のコア22が位置するように取り付けられる。また、仕切板42は、切欠部42aが形成された側の端部42bと第2のコア23とが離間する位置に配置され連通口45としている。この連通口45は、二分された第1及び第2の空隙部43、44とを連通している。磁場発生アプリケータ40は、空気供給手段41から第1の空隙部43に供給される空気が、連通口45を通り、第2の空隙部44を通り排出される(図11中矢印A参照。)。
このような仕切板42を有する磁場発生アプリケータ40は、磁場発生アプリケータ10と同様に、効率良く、一様に高周波磁場を発生させることができるとともに、空気供給手段41からの空気が第1の空隙部43から第2の空隙部44へと連通口45を介して排気されることにより、効率よくコイル24の冷却を行うことができる。
なお、磁場発生アプリケータ40は、空気供給手段41を備えることに限らず、例えば、本体部14に空気供給手段41を備え、第1の空隙部43に空気を供給するものであってもよい。
以上のように、本発明に係る磁場発生アプリケータ10、40は、第1及び第2のコア22、23を有し、第1のコア22の一端部22aに第2のコア23が設けられることから、この第1及び第2のコア22、23がコイル24から発生する高周波磁場の磁路となり、効率よく、かつ、第2のコア23の端面23aから一様に磁場を発生させることができる。
また、磁場発生アプリケータ10、40は、空隙部26が形成されていることから、コイル24の発熱による被覆部25表面の温度上昇を抑えることができる。
また、磁場発生アプリケータ10、40の第2のコア23は、第1のコア22よりも大径に形成することにより、さらに、コイル24から発生する高周波磁場を一様に発生させることができる。
また、磁場発生アプリケータ10、40の第1及び第2のコア22、23は、フェライトコアにより形成され、導線21としてリッツ線を用いることにより、さらに、効率良く高周波磁場を発生させることができる。
次に、本発明に係る磁場発生アプリケータ10の具体的な実施例について説明する。
<実施例>
磁場発生アプリケータ10は、第1のコア22として、直径18.5[mm]、高さ10[mm]のフェライトコア(FDK社製、型番7H20)を5個隙間なく並べたものを使用し、この第1のコア22に導線21として、リッツ線(直径1.3[mm]、直径0.1[mm]のエナメル線を54本撚り合わせたもの)を一重に38回巻いたものを使用する。また、第2のコア23としては、直径28[mm]、高さ5[mm]のフェライトコア(FDK社製、型番7H20)を使用する。このような部材を利用して形成したコイル24は、リッツ線の外径が21.6[mm]、内径19[mm]、長さ47[mm]となった。このコイル24に樹脂(ポリプロピレン製、外径31[mm]、内径28.5[mm]、長さ205[mm])を覆い、被覆部25を形成し、磁場発生アプリケータ10を完成させた。
この磁場発生アプリケータ10に日東電磁社製キャパシタRF-80(1200[μF])を接続し、共振回路を構成し、高周波を10[W]印加した。そのときの周波数は414[kHz]であった。また、リッツ線に流れた電流は、2.4[A]であった。
<比較例1>
比較例1として、直径20[mm]の絶縁部材に直径4[mm]の銅パイプを5回巻き、外側を厚さ1[mm]の樹脂で被覆し外径30[mm]のアプリケ一夕を作製した。このアプリケータに、CELEM社製キャパシタCSM150(0.1[μF])を接続し、共振回路を構成し、高周波を10[W]印加した。そのときの周波数は489[kHz]であった。また、銅パイプに流れた電流は、12[A]であった。
<比較例2>
比較例2として、直径28[mm]の絶縁部材に直径1.3[mm]のリッツ線(直径0.1[mm]のエナメル線を54本撚り合わせたもの)を11回巻き、外側をビニルテープで被覆することで、外径33[mm]のアプリケータを作製した。このアプリケータに、CELEM社製キャパシタCSP120(0.025[μF])を接続し、共振回路を構成して、高周波を10[W]印加した。そのときの周波数は、403[kHz]であった。また、リッツ線に流れた電流は、7.3[A]であった。
この実施例、及び比較例1、2に対し、それぞれのアプリケータから5[mm]離れた位置に、直径6[mm]の検出用コイルを置き、磁場強度を検出した。この磁場強度の検出結果を表1に示す。
Figure 0005250820
表1に示す検出結果から、実施例は、比較例1、2と比較して、効率良く磁場を発生させることができることがわかる。また、検出用コイルの測定場所による検出結果を比較しても、実施例のアプリケータが一様に磁場を発生していることがわかる。
本発明を適用した磁場発生アプリケータが取り付けられた磁場発生装置全体を示す図である。 本発明を適用した磁場発生アプリケータの使用例を説明するための概略図である。 本発明に用いられる感磁発熱体を示す図であり、(A)は、斜視図、(B)は、断面図である。 磁場発生装置の回路図を示す図である。 本発明を適用した磁場発生アプリケータを示す斜視図である。 本発明を適用した磁場発生アプリケータの図5のx−x’線における断面図である。 第2のコアの他の実施の形態を示す斜視図である。 第2のコアの他の実施の形態における図7のy−y’線の断面図である。 本発明を適用した磁場発生アプリケータの使用形態を示す図である。 本発明の第2の実施の形態の磁場発生アプリケータを示す図である。 本発明を適用した磁場発生アプリケータの図8のz位置から見た図である。 従来の磁場発生装置の構成を示す図である。
符号の説明
1 磁場発生装置、2 生体、2a 患部、3 感磁発熱体、10、40 磁場発生アプリケータ、11 磁場発生部、12 電源部、13 接続部、14 本体部、14a コンデンサ、15 表示部、16 入力部、17 操作部、18 アーム、19 トランス、21 導線、22 第1のコア、22a 一端部、23 第2のコア、23a 端面、24 コイル、25 被覆部、26 空隙部、31 発熱部、32 金属被覆部、41 空気供給手段、42 仕切板、42a 切欠部、42b 端部、43 第1の空隙部、44 第2の空隙部、45 連通口、101 生体、102 患部、103 感磁発熱体、104 磁場発生装置

Claims (11)

  1. 生体内の患部に留置された感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生装置の磁場発生アプリケータにおいて、
    コイルが巻回された第1のコアと、
    上記第1のコアの一端部に設けられる第2のコアと、
    上記コイルが巻回された第1のコアと上記第2のコアとを被覆する被覆部とを備え、
    上記コイルは、上記第1のコアのみに巻回され、
    上記第1及び第2のコアは、上記第2のコアが上記第1のコアよりも大径であり、
    先端部となる上記第2のコアの端面から発生した上記高周波磁場が上記生体内の患部に留置された感磁発熱体に印加されるようにする磁場発生アプリケータ。
  2. 上記第1及び第2のコアは、フェライトにより形成されている請求項1記載の磁場発生アプリケータ。
  3. 上記コイルは、リッツ線からなる請求項1又は請求項2記載の磁場発生アプリケータ。
  4. 上記被覆部と上記第1のコアに巻回されたコイルとの間には、空隙部が設けられている請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項記載の磁場発生アプリケータ。
  5. 上記空隙部には、該空隙部を二分する第1の空隙部と第2の空隙部とを形成する仕切板が設けられ、上記第2のコアが設けられる側近傍において、上記第1の空隙部と第2の空隙部とが連通されている請求項4記載の磁場発生アプリケータ。
  6. 生体内の患部に留置された感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生装置において、
    高周波磁場を発生する磁場発生アプリケータを有し、該磁場発生アプリケータにより上記感磁発熱体に高周波磁場を印加する磁場発生部と、
    上記磁場発生部に電流を供給する電源部と、
    上記磁場発生部と電源部とを接続する接続部とを備え、
    上記磁場発生アプリケータは、コイルが巻回された第1のコアと、上記第1のコアの一端部に設けられる第2のコアと、上記コイルが巻回された第1のコアと第2のコアとを被覆する被覆部とを有し、
    上記磁場発生アプリケータのコイルは、上記第1のコアのみに巻回され、
    上記第1及び第2のコアは、上記第2のコアが上記第1のコアよりも大径であり、
    先端部となる上記第2のコアの端面から発生した上記高周波磁場が上記生体内の患部に留置された感磁発熱体に印加されるようにする磁場発生装置。
  7. 上記磁場発生アプリケータの上記第1及び第2のコアは、フェライトコアにより形成されている請求項6記載の磁場発生装置。
  8. 上記コイルは、リッツ線からなる請求項6又は請求項7記載の磁場発生装置。
  9. 上記磁場発生アプリケータの被覆部と上記第1のコアに巻回されたコイルとの間には、空隙部が設けられている請求項6乃至請求項8のうちいずれか1項記載の磁場発生装置。
  10. 上記磁場発生アプリケータの上記空隙部には、二分する第1の空隙部と第2の空隙部とを形成する仕切板が設けられ、上記第2のコアが設けられる側近傍において、上記第1の空隙部と第2の空隙部とが連通され、
    さらに、上記第1又は第2の空隙部のいずれか一方から空気を供給する空気供給部を備える請求項9記載の磁場発生装置。
  11. 上記磁場発生部は、上記コイルと、このコイルと直列のコンデンサとによって、共振回路が設けられる請求項6記載の磁場発生装置。
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