JP5688661B2 - 磁気誘導システムとその動作方法 - Google Patents

Description

参照による取り込み

本出願は、２００９年１０月２３日に出願された日本特許出願第２００９−２４４９４２号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。

本発明は磁性粒子を備えた被誘導体の誘導される、磁気誘導システムおよび磁気誘導システムの動作方法に関する。

例えば、けがやスポーツ活動をきっかけに、ひざ関節の骨や軟骨に血行障害が起き、関節の軟骨が下層の骨から薄い骨片を伴ってはがれてしまう病気である離断性骨軟骨炎は、多くがひざの内側に起き、成長期の骨軟骨結合力の弱い１０代の子供達に見られ、これらの被検者は、初めはひざの痛みや脹れを訴え、痛みは歩行や運動で悪化し、進行して骨や軟骨が遊離すると、ひざのひっかかり感や曲げ伸ばしが出来なくなる状態が起きる。軟骨には血管や神経組織がなく、損傷しても自然には元に戻らない。従来は損傷部の奥の骨をドリルでわざと傷つけ、出血させて組織の再生を期待する方法や、 欠損部を埋めるように小さな軟骨を複数移植する方法がとられてきたが、関節本来の非常に滑らかな状態を再現することはできなかった。

そこで、関節本来の非常に滑らかな状態を再現できる、従来の軟骨損傷の再生医療の治療方法例の一つは、内視鏡で患者の関節で体重のかからない部分の軟骨組織５―１０ミリ四方を採取し、酵素で組織をばらばらにして細胞を体外に取り出し、欠損部の形に作製した器の中で、欠損部の形に合わせた医療用コラーゲンゲルに巻いて患者の血清を加え、約３週間培養する。これを手術で欠損部にはめ込み、患者の骨膜でふたをして縫い付ける。１カ月―１カ月半で、全体重をかけて歩けるようになる。この方法だと、患者の骨膜でふたをして縫い付ける際、患者のひざの部分を数十ミリ四方ほど広く切り開く必要があり、患者にとって身体的負担が大きくなる問題が起こる。

そこで、患者にとって身体的負担が軽減できる従来の治療方法としては、例えば骨髄間葉系幹細胞等の治療に用いる細胞と磁性粒子を複合化した複合体を、患者の体内の疾患の部位近傍に注射器等で注入し、体外から磁気力を作用させて複合体を疾患の部位に集中させることにより、その部位の損傷を治す再生医療技術の開発が進められている。

従来の軟骨損傷等の疾患の医療で使用される磁性粒子を備えた被誘導体を、磁場発生器で発生する磁界を利用して磁気誘導する磁気誘導装置として、ドーナツ状のソレノイドコイル磁石を使用し、患者の疾患部を取り囲むようにソレノイドコイル磁石を配置したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

いっぽう、患者の体内の疾患の部位付近の体外の場所に永久磁石を配置し、任意の方向に磁気力を作用させ、治療に用いる細胞と磁性粒子を複合化した複合体を例えば注射器を使用して体内に注入させ、複合体を集中させたい疾患部に集中させ、損傷を治す再生医療技術（例えば、特許文献２参照）の開発が進められている。

いっぽう、例えば治療薬と磁性粒子を結合させた複合体である磁性薬を、患者の血管内に注射器等で投薬し、患者が横たわるベッドの周りに超伝導バルク磁石で構成した磁場発生器を配置し、患者の癌細胞の上流部の血管分岐部と癌細胞付近に磁石を宛がい、被検者の体内を循環する血流によって、たまたま磁界内を通過する磁性薬を磁気力で捕捉し、患部付近の磁性薬の残留密度を高める方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。

特開２００７―１５１６０５号公報 特開２００６―３２５６００号公報 特開２００７―２９７２９０号公報

従来の磁気誘導装置では、患者の体内において体外より注入された被誘導体を磁気的に誘導するに必要な磁界を発生させる磁場発生器がソレノイドコイル磁石である場合、ソレノイドコイル磁石の磁場はコイル周辺部において、この周りに強い磁場が発生し、強い磁場がリング状に形成される。このため、患者の足をこのソレノイドコイル磁石の中央空間部に貫通させ、膝内側をこのコイル円周縁に接触させて配置される場合、磁気作用線は磁石を輪切りにした円形断面において磁石中心に半径方向から直線状に作用している。したがって、例えば注射器を使用して被誘導体の体内注入箇所と被誘導体を集中させたい疾患部とを結ぶ経路が、磁気作用線と一致しない場合、すなわち集中させたい面が円形断面と平行となる膝の側面部や、円形断面面内に対し例えば角度４５度の面にあたる間接軟骨に欠損部がある場合、被誘導体を疾患部に集中できないという問題があった。
また、患者自身の身体が障害物となる場合があり、適切に、患部に磁力線を作用することができないという問題があった。

また、磁場発生器が永久磁石である場合、永久磁石の磁気力は磁石表面から離れるに従って急激に減衰するので、永久磁石設置場所から疾患部位が５ｃｍ離れている場合、被誘導体を疾患部に集中させることが困難であるという問題があった。

いっぽう、治療薬と磁性粒子を結合させた複合体、例えば骨髄間葉系幹細胞等の治療に用いる細胞と磁性粒子を複合化した複合体である磁性薬を、患者の血管内に注射器等で投与し、超伝導バルク磁石を磁場発生器として用いて磁性薬を誘導する場合、血管が通じていない軟骨損傷疾患部等には磁性薬を磁気誘導できないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、被検体内の所望の位置に被誘導体を誘導することができる磁気誘導システムを提供することである。
本発明の他の目的は、患者自身の身体が障害物となる場合であっても、膝の内側などの複雑な箇所や狭い箇所に対しても適切な磁気力を作用させ、被検体内の所望の位置に被誘導体を誘導することができ、移動が容易で従来に比べて狭いスペースにも設置できる磁気誘導システムを提供することである。

（１．磁気誘導システム）
（第１の態様）
上記目的を達成するために、本発明の磁気誘導システムが提供される。本発明の第１の態様による磁気誘導システムは、プローブ状の複数個の磁場発生手段と、複数個の磁場発生手段により生成された合成磁場が生体内の所望の部位に作用するよう磁場発生手段の位置および角度を算出する演算手段と、複数個の磁場発生手段が演算手段により算出された位置及び角度になるように駆動手段を制御する駆動制御手段とを有する。

「磁場発生手段」は、プローブ状の形状をしており、好ましくは、超伝導バルク磁石装置を備えている。磁場発生手段の磁場発生端は、生体の体表面の近くで自在に位置や方向を調整して配置される。体表面近傍において体表面に沿って移動させることも可能であり、生体の体型や姿勢に応じて的確に利用することができる。例えば、膝の裏や側面部等の任意の狭い位置に移動・静止することが可能であり、患者の疾患部位に対し任意の角度に磁力線が深く体内に作用するように調整して配置することも可能である。複数の「磁場発生手段」は、各磁場発生手段の磁場強度や方向を変えることで、磁気力の合力ベクトルの方向、大きさを変え任意の方向に磁性複合体を磁気誘導することもできる。

磁場発生手段は、磁場を発生させるために「超伝導バルク磁石」を備えた構成とすることも可能である。超伝導バルク磁石の磁界発生面は、同じサイズの永久磁石に比べ、数十倍から数百倍の強力な磁気力を発生できるので、体内の血管外で、かつ疾患部付近に注射器等で注入された複合体を、集中させたい軟骨欠損部に高密度に良好に誘導することができる。超伝導バルク磁石は、小型・軽量であるため、狭い場所にも配置可能な本願の磁気誘導システムにおいて用いるのに適している。

超伝導バルク磁石の組成は、７７Ｋ以上の液体窒素温度で、例えば、３Ｔの磁場下で１００００Ａ／ｃｍ^２の高い臨界電流密度が得られ、十分な捕捉磁場が得られるバルク磁石が好ましい。例えば、RE-Ba-Cu-O(RE: 希土類元素）の組成のバルク磁石がより好ましい。具体的には、(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O、Gd-Ba-Cu-O、またはY-Ba-Cu-Oがさらに好ましい。

また、熱伝導率の向上を図るため、超伝導バルク磁石に設けられた孔にアルミの棒を差し込んで複合化したり、形状記憶合金製リングを取り付けたりしてもよい。また、超伝導バルク磁石に、樹脂やウッドメタル等の低融点合金を含浸させ、機械的強度を向上させて使用してもよい。さらに、上記のアルミ棒を差し込んで複合化する構成、形状記憶合金製リングを取り付ける構成、低融点合金を含浸させる構成の全てを採用した超伝導バルク磁石を用いてもよい。

「駆動手段」は、複数個の磁場発生手段を駆動できる。ここで、複数個とは２つ又は３つ以上を言うが、制御の容易さの点から好ましくは２つである。駆動手段は、磁場発生手段を支持し、その磁場発生端を生体の体表面近傍にて自在位置、自在方向に配置させることが可能な機能を有する。当該機能を有する駆動手段により、患者を動かすことなく、患者の疾患部位に対し任意の角度に磁力線が深く体内に作用するように磁場発生手段を調整することが可能である。駆動手段は、一般的な駆動モーター等を用いることが可能であり、「磁石ホルダー」や「アーム」、「回転関節部」、「台車」等からなる構成が考えられる。台車によってベッドを所定の位置まで移動させ、さらにアームや回転関節部によって磁場発生手段の位置を調節することが可能である。駆動手段により、超伝導バルク磁石を膝の裏や側面部等の任意の狭い位置に移動・静止、または移動を連続的に調整することができる。

「演算手段」は、合成磁場が磁性複合体を生体内の所望の部位に誘導するよう前記磁場発生手段の位置および角度を算出することができる。演算手段は、ＣＰＵ、メインメモリ、ＲＡＭ等から構成される。

演算手段のメモリには、あらかじめ実験等に基づいて定められた磁場発生手段の位置および角度と、その磁場発生手段の位置および角度から生成される合成磁場との関係をマッピングし、テーブルまたはマップに格納することができるようにしてもよい。演算手段は、メモリ内にマッピングされたデータを参照して、磁場発生手段の位置および角度を算出することが可能である。

また、演算手段のメモリ内にあらかじめ格納された関数を用いて自動的に、磁場発生手段の位置および角度を算出するようにしてもよい。演算手段は、メモリ内に格納された関数に、合成磁場を発生すべき所望の位置のデータを入力することにより、磁場発生手段の位置および角度を算出することが可能である。

「駆動制御手段」は、複数の磁場発生手段の合成磁場によって磁気ビーズ被誘導物質複合体を体内の所望の位置に誘導するように駆動手段を制御することが可能な機能を有する。上述の演算手段により、複数個の磁場発生手段の合成磁場を生体内の所望の部位に形成するよう磁場発生手段の位置および角度が算出され、駆動制御手段により、複数個の磁場発生手段が演算手段により算出された位置及び角度になるように駆動手段の駆動を制御する。制御の方法としては、無線信号や有線ケーブルを介した制御が考えられる。

合成磁場が形成される生体内の所望の部位は、例えば、生体内の関節軟骨部である。当該所望の部位は、患者の疾患部または被検査部であり、例えば、欠損部が存在する軟骨欠損部とすることができる。ここで、磁気誘導システムにおいて磁性複合体を誘導できる部位は、軟骨欠損部に限られず、特定の臓器等、患者の体内のいかなる部位をも想定できる。例えば、膝関節の軟骨欠損部等、特定の狭い部位、あるいは膝の内側などの複雑な箇所や狭い箇所に対しても適切な磁気力を作用させて、磁性複合体を患部に誘導することができる。また、磁性複合体を誘導できるルートは、血管や神経の存在する部分に限られず、血管や神経の存在しない軟骨部分にも設定できる。

本発明の磁気誘導システムにおいて、磁気ビーズ被誘導物質複合体を体内に注入するための機能を有する「注入装置」を別途設ける構成も可能である。注入装置としては、一般的な注射器を用いることが考えられる。なお、当該注射装置は、必ずしも磁気誘導システムと一体となっている必要はなく、別々の装置の構成とすることも可能である。

「磁性複合体」は、例えば、磁性材料からなる磁気ビーズと被誘導物質とからなる磁気ビーズ被誘導物質複合体である。「磁気ビーズ被誘導物質複合体」は、磁気誘導装置により体内の所望の位置に誘導されることを目的として作製される磁性材料を含むことを特徴とする。上記磁気ビーズ被誘導物質複合体の生成方法の一例としては、患者の骨や軟骨、筋肉などに変化する患者自身の間葉系幹細胞を体外に取り出し、造影剤等に使用されマグネタイト微粒子を用い微粒子表面に例えばペプチド等をコーティングし、両者を液体中で所定の時間混合させて、幹細胞とマグネタイト微粒子をペプチドを介して複合化し生成する方法が考えられる。

本発明に係る磁気誘導システムでは、被磁性複合体として治療に用いる細胞と磁性粒子を複合化した複合体を使用した場合について記載したが、被磁性複合体が磁性粒子と抗がん剤等の体内有効物質からなる疾患部に対する治療効果を有するものであればいかなるものでもよい。また、本発明に係る磁気誘導システムは、疾患部の治療だけでなく、被検者の生体を検査または診断するために用いることもできる。例えば、本発明に係る磁気誘導システムを用いて、検査または診断用の磁性複合体を被検者の生体内の検査部位または診断部位に誘導してもよい。

（第２の態様）
本発明の第２の態様による磁気誘導システムは、複数の磁場発生手段の磁極が生体の所望の部位にて相互に反発する配置で駆動手段を制御することが可能な同極制御手段をさらに有する。複数の磁場発生手段の各々の磁場発生端の磁極を同極とする。

「同極制御手段」は、複数の磁場発生手段から発生する磁場が生体の磁場印加領域にて相互に反発する配置で駆動手段を制御することが可能な機能を有する。複数の磁場発生手段がその磁場発生端から同極の磁場を発生させ、生体の磁場印加領域にて相互に反発する配置で駆動手段を制御する。本発明の磁気誘導システムを「同極制御手段」を有する構成とすることにより、生体の磁場印加領域（患部）に対して挟み込む力が発生する恐れが少なく、より安全に磁気ビーズ被誘導物質複合体の誘導を行うことが可能になる。

同極制御手段によれば、引き合う異極の磁石の間に身体の一部が挟まれ、けがをすること等を防止できるので好ましい。

（第３の態様）
本発明の第３の態様による磁気誘導システムは、生体内の部位とその部位での磁場の強度を磁性複合体の導入後に経過時間に応じてコントロールする時間制御手段をさらに有する。

「時間制御手段」は、生体の磁場印加領域での磁場の強度を磁気ビーズ被誘導物質複合体の導入後経過時間に応じてコントロールすることが可能な機能を有する。例えば、磁気ビーズ被誘導物質複合体を関節部に導入した場合に、初期の段階では導入された磁気ビーズ被誘導物質複合体は関節部のジェリー状の体液内に均一に広がらせるために、比較的弱い磁場を印加して複合体を自己拡散で均一に分布させ、その後、比較的強い磁場を作用させ、関節部の欠損箇所の狭い部位に均一に着床させることが考えられる。本発明の磁気誘導システムを「時間制御手段」を有する構成とすることにより、より多様な態様で磁気ビーズ被誘導物質複合体の誘導を行うことが可能になる。

（第４の態様）
本発明の第４の態様による磁性複合体の誘導システムは、磁性複合体と本発明に係る磁気誘導システムとを有し、複合体は、治療に用いる細胞と磁性粒子とを含み、磁気誘導システムは超伝導バルク磁石と超伝導バルク磁石を膝の裏や側面部等の任意の狭い位置に移動、静止、または移動を連続的に調整できる支持手段を有し、超伝導バルク磁石の発生する磁界で、体内の血管外の部位に注入された磁性複合体を体内で患者の疾患部に誘導可能に構成されていることを特徴とする。

（２．磁気誘導システムの動作方法）
また、本発明では、プローブ状の複数個の磁場発生手段と、複数個の磁場発生手段を駆動する駆動手段と、磁場発生手段の位置および角度を算出する演算手段と、駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、を有する磁気誘導システムの動作方法であって、演算手段が、複数の磁場発生手段の合成磁場を生体内の所望の部位に作用するよう磁場発生手段の位置および角度を算出するステップと、駆動制御手段が、複数個の磁場発生手段が演算手段により算出された位置及び角度になるように駆動手段の駆動を制御するステップと、を有する前記磁気誘導システムの動作方法。

本発明の磁気誘導システムによれば、従来のソレノイドコイル磁石や永久磁石に比べ、強力な磁場を発生することが可能な超伝導バルク磁石を用いることにより、血管のない部位（例えば、軟骨部分）や体内の深部に対しても磁力を作用させることが可能である。従って、本発明は、疾患部が、血管のない部位や体内の深部に存在する場合にも、磁性複合体を当該疾患部に誘導できる点で特に有用である。

また、本発明の磁気誘導システムでは、複数の磁場発生手段を用いるため、任意の方向に合成磁場を形成することが可能であり、これにより、患者の体内のいかなる部位に対しても、立体的に磁力を集中させることができる。即ち、疾患部の部位および形状に対して、より合致するように、磁性複合体を作用させることが可能となる。

また、本発明によれば、複数の磁場発生手段の位置および方向を制御することにより、始めは疾患部周辺の比較的広い範囲に合成磁場を作用させ、徐々に磁性複合体を疾患部へと誘導し、次に合成磁場を作用させる範囲を狭めて疾患部の局所に磁性複合体を誘導することができる。このように、疾患部の局所に磁性複合体を集中させることで、より効果的に疾患部に磁性複合体を作用させることが可能となる。

さらに、小型・軽量な超伝導バルク磁石を用いることにより、従来のソレノイドコイル磁石や永久磁石を用いた磁気誘導システムに比べ、小型・軽量な磁気誘導システムを提供することができる。これにより、疾患部が、例えば、膝の裏や側面部等の任意の狭い位置に存在する場合にも、任意の位置に磁場発生手段を配置することが可能となる。

また、本発明の磁気誘導システムによれば、患者の生体の一部が障害物となる場合あっても、適切に、患部に磁力線を作用することができる。さらに、本発明の磁気誘導システムは、移動が容易で従来に比べて狭いスペースにも設置でき、任意の方向に磁気力を深く、広く作用できる。

また、本発明に係る磁気誘導システムは、磁場発生器を小型・軽量な超伝導バルク磁石で構成し、注射器を使用して体内に注入された、治療に用いる細胞と磁性粒子を複合化した複合体を集中させたい疾患部に誘導するために使用する。超伝導バルク磁石は、同じサイズの永久磁石に比べ、数十倍から数百倍の強力な磁気力を発生できるので、疾患部付近に注射器等で注入された複合体を、集中させたい軟骨欠損部に高密度に良好に誘導することができる。

さらに、本発明に係る超伝導バルク磁石は、磁石面に垂直な方向に主磁気力を発生し、磁石面から離れた空間においてもこの磁気力は従来のソレノイドコイル磁石や同じサイズの永久磁石に比べて、より強力で、かつ磁石面に垂直方向に主磁気力を発生できるので、複合体を集中させたい疾患部が磁石から例えば５ｃｍ離れた位置に疾患部があっても、その軟骨欠損部に良好に的確に誘導することができる。

上述の通り、本発明に係る磁気誘導システムは、超伝導バルク磁石を用いて磁石面に垂直方向に主磁気力を発生し、磁石面から離れた空間においても従来のソレノイドコイル磁石や同じサイズの永久磁石に比べて、より強力で、かつ磁石面に垂直方向に主磁気力を発生させることができる。したがって、複合体を集中させたい疾患部が膝の側面部から例えば４５度の角度を有した面に軟骨欠損面がある場合であっても、患者を動かさずにその軟骨欠損面と注射器等で注入された複合体の注入部位を結ぶ磁気力作用線と、磁石の磁気力線が合うように、移動支持手段により磁石面を移動・静止して配置できる。これにより、複合体を軟骨欠損面に良好に、的確に誘導することができる。

また、本発明に係る磁気誘導システムは、超伝導バルク磁石を用いることにより、複合体を集中させたい軟骨欠損面が凹状の底または側面にある場合であっても、患者を動かさずに磁石の位置を調整設置できるので、複合体を軟骨欠損凹面上に良好に、均一に、的確に誘導することができる。具体的には、凹状の軟骨欠損面のそれぞれの凹面上の位置と注射器等で注入された複合体の注入部位を結ぶそれぞれの磁気力作用線と、磁石の磁気力線が合うように、磁石面を疾患部近傍の体外空間を移動しながら連続的に制御するようにしてもよい。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

本発明の一実施例における、磁気誘導システムの超伝導バルク磁石容器内の構造を説明する図。 本発明の一実施例における、超伝導バルク磁石表面の発生磁場分布図。 本発明の一実施例における、超伝導バルク磁石表面上部空間での磁気力ベクトル分布図。 本発明の一実施例における磁気誘導システムの動作手順を示す図。 本発明の一実施例における、磁気誘導システムを説明する図。 膝の大腿骨の骨とその骨の軟骨欠損箇所を示す図。 関節部のジェリー状の体液内に磁性複合体が広がりながら分布した様子を示す図。 従来技術による磁性複合体の体内磁気誘導の結果を示す図。 本発明の一実施例における、磁気誘導システムによる磁性複合体の体内磁気誘導の結果を示す図。 磁気誘導の操作を複数回繰り返すことで、磁性複合体を軟骨欠損部の表面に均一に着床させる様子を示す図。 本発明の一実施例における、磁石設置構造の一例を示す図。 本発明の一実施例における磁気誘導システムの動作手順を示す図。 本発明の磁気誘導システムにおいて、１個の超伝導バルク磁石を用いた例を示す図。 本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石を用いた例を示す図。 本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石の磁石間距離を調整して磁気力のベクトルを制御する例を示す図。 本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石の磁石間距離を調整して磁気力のベクトルを制御する他の例を示す図。 豚の関節部の膝蓋骨とその骨の軟骨欠損部を示す図。 軟骨欠損部に白色の軟骨が自己増殖して再生した様子を示す図。

以下、図面に基づき、本発明の具体的な実施例について説明する。図１から図３は、本発明の第１の実施の形態の磁気誘導システムを示している。

図１に示すように磁場発生手段１に含まれる超伝導バルク磁石２は、以下の構成要素からなる。磁場発生手段１として、例えばYBCO系の超伝導バルク体を使用し、ヘリウムあるいは窒素等のヘリウムガス以外の作動ガスを使用した、圧縮機（図示せず）一体型のスターリング式の小型冷凍機３で直接超伝導バルク体を冷却する構成を示すもので、超伝導バルク体の外周はステンレス製やアルミニュウム製のリング４と接着剤等で一体化され超伝導バルク体を着磁する際に自身の磁気力で割れが発生することを防止している。超伝導バルク体とリング４は銅やアルミニュウム製の伝熱フランジ５に接着剤等で熱的に一体化され、伝熱フランジ５と、伝熱フランジ６とは、インジュームシートやグリース（図示せず）を介してボルト（図示せず）等で熱的に一体化されている。

伝熱フランジ６は熱伝導率の小さな例えばガラス繊維（図示せず）入りエポキシ樹脂鋼製の円筒体７とボルト（図示せず）等で固定支持されており、円筒体７の他端部は例えばステンレス製のフランジ８と接着剤で一体化され、フランジ８は室温フランジ９とOリング、ボルト（図示せず）で気密固定される。室温フランジ９には小型冷凍機３の固定フランジ１０が冶金的に気密一体化され、真空気密性を有するベロー１１を介して小型冷凍機３の固定フランジ１２と、Oリング、ボルト（図示せず）で気密固定される。超伝導バルク体の外周は真空断熱のため、真空容器１３を配置し、真空容器端部のフランジ１４は、フランジ８、９にOリング、ボルト（図示せず）で気密固定される。円筒体７には内外の真空排気穴１５を設けている。

小型冷凍機３の運転により、温度約摂氏マイナス２３０度の極低温となる超伝導バルク体、冷凍機３のシリンダー部１６、コールドステージ７の周りには、室温の構成材からの輻射熱の侵入を防止するために積層輻射断熱材１７、１７’、１７’’を巻付ける。空間１８は、真空ポンプ１９により、真空配管２０、弁２１を通じて真空排気され、真空断熱空間を形成する。冷凍機で極低温に冷却された後は、弁２１を閉じ、超伝導バルク磁石２と真空配管２０を分離することができる。

小型冷凍機３は電源ユニット２２から電源コード２３を通じて給電され冷却運転される。冷凍機の運転時に発生する圧縮機のヘリウムガス圧縮熱は、チラーユニット２４で冷却された冷媒を配管２５で供給され、圧縮熱を吸収した冷媒は配管２６でチラーユニット２４に回収される。空間１８を真空排気しながらヘリウム冷凍機３を運転することによって、超伝導バルク体を温度約摂氏マイナス２３０度の極低温に運転できる。

超伝導バルク体を着磁するためには、着磁したい所定の磁界、例えば１０テスラの磁界を発生できる着磁用の超伝導磁石、もしくは発生磁場が小さな常電導磁石を別途用意する（両磁石は図示せず）。超伝導バルク体を組み込んだ超伝導バルク磁石２を冷却する前に、既に着磁したい磁場を発生している着磁用磁石内の磁場中に挿入し、その後、小型冷凍機３で超伝導バルク体を超伝導温度以下に冷却する。ここで、超伝導バルク体の円筒軸方向と着磁用磁石が発生する主磁場方向を一致させる。

その後、着磁用磁石の磁場を消磁すると、冷却し続ける超伝導バルク体内に磁場が捕捉され、冷却が維持される限り着磁磁場と同等の磁界を有した超伝導バルク磁石２となる。このようにして、高い、例えば５テスラ〜１０テスラの磁場を捕捉した超伝導バルク体を磁場発生手段１として使用することができる。

図２は、本発明の一実施例における、超伝導バルク磁石表面の発生磁場分布図を示す。図２において、Ｉは超伝導バルク磁石波面に垂直方向の磁場強度を示し、ｄは超伝導バルク磁石端面中心からの半径方向距離を示し、ｍは超伝導バルク磁石端面中央を示す。上述の様にして着磁された超伝導バルク磁石２の磁界分布はほぼ均一に分布するミクロな磁束の集団で形成されるため、例えば超伝導バルク体の断面形状が円形の場合、図２の磁場分布図に示すように、その磁石表面面内の面に垂直方向の磁場強度特性２７はほぼ円錐状となり、中央部の磁界が最も強く、外周部でほぼゼロとなる。したがって、超伝導バルク体の中央から垂直方向および半径方向に非常に大きな磁場勾配を有する。したがって、図３に示すように、磁場強度と磁場勾配の積である磁気力は、図中、磁気力の大きさを長さで、磁気力が作用する方向をその向き示す矢印で表したベクトル線２８で示すように、超伝導バルク体の端面上方空間において、磁界が透過した空間から超伝導バルク体の端面中心部に向かって、垂直方向および半径方向から非常に大きな磁気力が発生する。

超伝導バルク磁石２を患者の膝の内側の体外に設置する場合、超伝導バルク磁石２で発生する磁界は患者の皮膚外部から内部に浸透し、関節軟骨には血管、神経組織が無く自己修復能力が無い関節軟骨損傷部の凹状の損傷箇所に浸透させることができる。

いっぽう、治療に用いる磁性複合体は、患者の骨や軟骨、筋肉などに変化する患者自身の間葉系幹細胞を体外に取り出し、造影剤等に使用されるマグネタイト微粒子表面に例えばペプチド等をコーティングし、両者を液体中で所定の時間混合させて、幹細胞とマグネタイト微粒子をペプチドを介して複合化し生成される。

本発明の一実施例における磁気誘導システムおよびその動作手順を図４、図５に示す。本実施例に示す磁気誘導システムでは、超伝導バルク磁石２を、X線撮影装置(図示せず)や核磁気共鳴イメージング装置(図示せず)から予め得られた患者の軟骨欠損部の位置情報および、予め計算もしくは測定から求められた超伝導バルク磁石２の磁気力の強さ、方向を示す磁気力のベクトル分布情報を使用し、演算手段１００において、予め位置情報として入力された磁性複合体の体内の注入位置から、軟骨欠損部までの磁気力線のルートを算出し、さらにルート創生に必要な超伝導バルク磁石の位置および角度等を算出し、超伝導バルク磁石２を超伝導バルク磁石位置制御装置２９の先端に保持した状態で、計算結果を基にその先端の磁石部を計算された所定の３次元位置と計算された所定の角度に、調整して配置する。さらに、磁性複合体が体内の所定の部位に誘導されるまで設定を維持する。

図５は、本発明の一実施例における磁気誘導システムを示す図である。超伝導バルク磁石位置制御装置２９は、演算手段１００から例えば無線信号や有線ケーブル１０１にて制御される。超伝導バルク磁石位置制御装置２９は、患者３０を載せるベッド３１近傍の移動定盤３２上を、モータ（図示せず）を内蔵した駆動部収納ボックス３３で回転駆動される車３４で所定の位置まで移動する。さらに支柱３５上部の回転モータ（図示せず）を内蔵した回転駆動部３６と、アーム３７、回転関節部３８、アーム３９、回転関節部４０、アーム４１を動作させて、超伝導バルク磁石ホルダー４２を移動することで、超伝導バルク磁石２を演算手段１００で計算された所定の３次元位置と角度にセットする。

ここで、図１に示した小型冷凍機用電源２２および冷媒用のチラーユニット２４は収納ボックス４３内に配置され、給電線２３、冷媒配管２５，２６は束ねて保護チューブ４４内に収められ、両者は支柱３５内および上部の回転駆動部３６を通過した後、束ねて可撓性を有する例えは蛇腹状の高分子材料で製作された保護チューブ４５に収納され、超伝導バルク磁石２に連結されている。保護チューブ４５は、アームに設置した支持リング４６内を通過させて保持している。

図５〜図１０（ただし図８は従来技術による場合）に示すように磁性複合体の体内磁気誘導は、以下のように行われる。超伝導バルク磁石位置制御装置２９で超伝導バルク磁石２の磁石面を患者３０の膝内側の所定の患部付近の所定の患位置、角度で配置した後、図６示すように膝の大腿骨の骨４７上で、患者３０から見て左側側部の円形凹状に陥没した軟骨欠損箇所４８がある場合、注射器４９等を用いて磁性複合体５０を予め設定した位置に注入される。注入された磁性複合体は、図７に示すように関節部のジェリー状の体液内に広がりながら分布する。ここで、従来のリング状に磁場が発生するソレノイドコイル磁石が膝内側に配置される場合、図８に示すように磁場分布に応じてリング状に集積し、注入された磁性複合体５０の一部しか、さらに軟骨欠損箇所４８の一部にしか集積することはできないが、複数の磁場発生手段１を使用する本実施例では、磁場を所望の位置に集中させることができるため（図１１）、図９に示すように、注入された磁性複合体５０のほとんどが、軟骨欠損箇所４８のみに集中して集積させることができる。このように、超伝導バルク磁石の磁気力により、血管外の体内に広く静止分布した磁性複合体５０を患部の軟骨欠損部に磁気誘導され、例えば数十分間磁気力を保持することにより、欠損部表面の骨組織表面に着床させる。これで磁気誘導作業は終了する。

磁性複合体の着床状態は、別途核磁気共鳴イメージング装置（図示せず）等で軟骨欠損部４８における磁性複合体の磁性粒子の着床密度分布状況を検査することにより、計測でき、磁性複合体の着床密度不足部位が判明すれば、図１０に示すようにその部位に誘導できるよう再度、超伝導バルク磁石位置制御装置２９で超伝導バルク磁石２の磁石面を患者の膝内側付近の所定の疾患位置および角度で配置した後、磁性複合体を再設定した位置に注射器等を用いて再注入し、着床不足箇所に再注入した磁性複合体を的確に磁気誘導する。この操作を複数回繰り返すことで、磁性複合体を軟骨欠損部の表面に、所定の密度で、隙間を極力少なくして、均一に着床させることができる。

着床させた後は、安静にすることで、軟骨欠損面に所定の密度で均一に着床した幹細胞は、約数週間をかけて軟骨細胞として自己増殖し、欠損部の空間を埋め尽くし、もとの軟骨形状に短時間で戻り、早期に治癒することができる。

このように、本実施例においては、磁場発生手段１として超伝導バルク磁石で構成することにより、ソレノイドコイル磁石とは異なり、磁性複合体を３次元空間で所定のスポット位置に、所定の角度で磁気誘導できるので、所定量の磁性複合体を軟骨欠損部の凹面上に、所定の密度で、隙間を極力少なくして均一に着床できるので、もとの軟骨形状に短時間で戻り、早期に治癒することができる効果がある。

本実施例では、超伝導バルク磁石の移動に電動やガス駆動モーターを使用した例について説明したが、重量バランサーを内蔵して手動で移動するようにしても、同様な効果が生じる。この場合、超伝導バルクの位置情報は、アーム関節部の回転角の情報から演算装置で算出情報を表示しても良く、また、超伝導バルク磁石先端位置センサーを取り付け、その情報を無線で情報を送り、情報から演算装置で算出情報を表示しても良く、また、移動操作者が目で見て調整しても良い。

また、本実施例で、磁石の位置と患部との直線距離を一定に保つようにしたが、注射器４９等を用いて磁性複合体５０を予め設定した位置に注入する場合、初期の段階では、注入された磁性複合体は関節部のジェリー状の体液内に均一に広がらせるため、上記直線距離を離れて、磁気力を弱くして均一に自己拡散で均一に分布させ、その後、上記直線距離を近づけて、磁気力を強く作用させ、円形凹状に陥没した軟骨欠損箇所４８の広い面に均一に着床させても良い。

図１１に、本発明の一実施例を示す。本図では、患者の膝５１の体内の患部５２が骨の長手軸方向に軟骨欠損部の開口部がある場合で、欠陥部の底面の裏側に超伝導バルク磁石２を患者の体が邪魔して設置できない場合の、磁石設置構造を示すもので、超伝導バルク磁石位置制御装置２９を２台使用し、それぞれの超伝導バルク磁石位置制御装置２９で支持された超伝導バルク磁石２を膝５１の両側に配置し、その磁場における磁気力の合力ベクトル５３が、患部５２の開口面に作用するように両超伝導バルク磁石２を配置したものである。本実施例によれば、磁気力の合力ベクトル５３の上流部の位置に注射器等を用いて磁性複合体を注入すれば、磁気力の作用線に沿って患部５２に集積することができる。

本発明の他の実施例における磁気誘導システムの動作手順を図１２に示す。複数個の磁場発生手段１は超伝導バルク磁石２により磁場を発生する。駆動制御手段は、演算手段１００を有し、演算手段１００は、X線撮影装置(図示せず)や核磁気共鳴イメージング装置(図示せず)から予め得られた患者の軟骨欠損部の位置情報および、予め計算もしくは測定から求められた複数個の超伝導バルク磁石２の磁気力の強さ、方向を示す磁気力のベクトル分布情報を使用し、予め位置情報として入力された磁性複合体の体内の注入位置から、軟骨欠損部までの磁気力線のルートを算出する。演算手段１００は、さらにルート創生に必要な複数個の超伝導バルク磁石の位置および角度等を算出し、超伝導バルク磁石２を超伝導バルク磁石位置制御装置２９の先端に保持した状態で、計算結果を基にその先端の磁石部を計算された所定の３次元位置と計算された所定の角度に、調整して配置する。

図１３Ａに、本発明の磁気誘導システムにおいて、１個の超伝導バルク磁石を用いた例を示す。図１３Ａのｆは磁気力ベクトルを示し、Ｂｚは磁場強度を示し、ｇは磁気勾配を示し、Ｌ１は磁石表面からの距離を示す。超伝導バルク磁石1個で表面磁場5Tのシステムを利用した場合、磁石表面からＬ１＝5ｃｍの中心位置において、磁場強度Ｂｚは0.8テスラ（T）と磁気勾配ｇ＝ｄＢｚ／ｄｚ＝1（T/cm）を記録した。この時、磁気力ベクトルｆは、超伝導バルク磁石の方向に向いており、この力によって磁気ビーズ被誘導物質複合体をバルク磁石方向に誘導することが可能となる。磁気力ベクトルｆの大きさは0.8（T²/cm）を記録した。

図１３Ｂに、本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石を用いた例を示す。以下の図１３Ｂから図１３Ｃにおいて、ｆは磁気力ベクトルを示し、Ｂｚは磁場強度を示し、ｇは磁気勾配を示し、Ｌ１は第１の超伝導バルク磁石の磁石表面からの距離を示し、Ｌ２は第１の超伝導バルク磁石と第２の超伝導バルク磁石の中心間距離を示す。図１３Ａと同様の励磁を施した超伝導バルク磁石2個のシステムを利用し、2個の磁石の中心間距離Ｌ２を5.8ｃｍとし、磁場の軸を中心からＬ１＝5ｃｍ離れた位置に磁石の軸が向き、さらに、2個の磁石の同極が向いた状態で、この位置での、磁場強度Ｂｚを測定したところ、1.4テスラ（T）と磁気勾配ｇ＝ｄＢｚ／ｄｚ＝1.81（T/cm）を記録した。これら磁場および磁気勾配は、2個の磁石の中心を向いたベクトルｆを有する。磁気力ベクトルｆの大きさは2.5（T²/cm）を記録した。

以上のように、2個の超伝導バルク磁石を利用することで、1個の場合よりも、より大きな磁場強度、および磁気勾配、したがって、より大きな磁気力を与えることができる。

さらに、図１３Ｃに、本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石の磁石間距離を調整して磁気力のベクトルを制御する例を示す。2個の超伝導バルク磁石間距離を調整することにより、磁気力および磁気力の作用する方向を制御することが可能となる。同様の励磁を施した超伝導バルク磁石2個のシステムを利用し、2個の磁石を中心間距離Ｌ２は4ｃｍとし、磁場の軸を中心からＬ１＝5ｃｍ離れた位置に磁石の軸が向き、さらに、2個の磁石の同極が向いた状態で、この位置での、磁場強度Ｂｚを測定したところ、1.8テスラ（T）と磁気勾配ｇ＝ｄＢｚ／ｄｚ＝2.3（T/cm）を記録した。これら磁場および磁気勾配は、2個の磁石の中心を向いたベクトルｆを有する。磁気力ベクトルｆの大きさは4.1（T²/cm）を記録した。

以上のように、超伝導磁石間の距離を調整することによって、軟骨再生を目的とする位置における磁気力を制御することが可能となる。さらに、磁石配置の制御によっても、磁気力の方向ベクトルの制御も必要となる。

図１３Ｄに、本発明の磁気誘導システムにおいて、２個の超伝導バルク磁石の磁石間距離を調整して磁気力のベクトルを制御する他の例を示す。図１３ＤにおいてＬ３は第１の超伝導バルク磁石２から中心軸までの距離を示し、Ｌ４は第２の超伝導バルク磁石２から中心軸までの距離を示す。ｆは磁気力ベクトルを示し、Ｂｚは磁場強度を示し、ｇは磁気勾配を示し、Ｌ１は第１の超伝導バルク磁石の磁石表面からの距離を示し、Ｌ２は第１の超伝導バルク磁石と第２の超伝導バルク磁石の中心間距離を示す。図１３Ｃと同様の励磁を施した超伝導バルク磁石2個のシステムを利用し、磁石２を中心からの距離Ｌ３＝2.9ｃｍの位置に、磁石2を中心からの距離Ｌ４＝2ｃｍの位置に廃止、それぞれの磁場の軸を、磁石間の中心位置からＬ１＝5ｃｍ離れた位置に磁石の軸が向き、さらに、2個の磁石の同極が向いた状態で、この位置での、磁場強度Ｂｚを測定した。この際、磁場強度Ｂｚの最高は1.6テスラ（T）となったが、そのベクトルは、図のように、この位置よりの距離の近い磁石の方向にずれた。また、最高の磁気勾配ｇ＝ｄＢｚ／ｄｚ＝2.04（T/m）を記録したが、そのベクトルｆも、図のように同様の方向にずれた。磁気力ｆの大きさは3.3（T²/cm）を記録した。このように、磁石の相対位置を変化させることで、磁気力の強度とともに、力の作用するベクトルを制御することも可能となる。

また両磁石を変えることで、磁気力の合力ベクトルの方向、大きさを変え任意の方向に磁性複合体を磁気誘導することもできる。したがって、本実施例によれば、超伝導バルク磁石１台では患者の体が邪魔して、的確な磁気誘導ができない場合においても、磁性複合体を的確に患部５２に集積することができる効果がある。

また、本実施例で両超伝導磁石の極性は同極となるようにし、両磁石の設置状況で両磁石は反発するようにする。これにより、両磁石同士の吸引力が作用し患者の膝を挟み患者に怪我をさせないようにする効果がある。即ち、ある実施の形態においては、複数の磁場発生手段１の各々の磁場発生端の磁極が同極であり、駆動制御手段が、複数の磁場発生手段１から発生する磁場が生体の所望の位置にて相互に反発するよう磁場発生手段１の位置および角度を設定するようにしてもよい。

さらに、ある実施の形態においては、駆動制御手段が、生体内の所望の位置での磁場の強度を磁性複合体の導入後の経過時間に応じて調整するようにしてもよい。特に、磁性複合体の導入直後は、磁性複合体が広い範囲に拡散するよう、磁場発生手段１を生体の疾患部から少し離れた位置に設置して、比較的弱い磁場を作用させ、その後、導入後の経過時間に応じて、磁場発生手段１を生体の疾患部に近づけ、比較的強い磁場を作用させるようにしてもよい。これにより、３次元の形状を有する疾患部に磁性複合体を集積できる。

（超伝導バルク磁石の作製例）
本発明の装置を実現するためには指向性にすぐれ高温で強磁場を発生する超伝導バルク磁石が必要となる。このシステムを実現するためには、臨界温度が高く、高温高磁場での臨界電流にすぐれ、機械特性および熱安定性にすぐれたバルク超伝導体が必要となる。以下に、本システムに適用した超伝導バルク体の作製例を示す。表１は、超伝導バルク体の各作製例の概要を示すものである。

（作製例１）
NdとEuとGdの混合比が1:1:1の(Nd,Eu,Gd）Ba₂Cu₃O_y(ここで、6.8≦y≦7.0)および(Nd,Eu,Gd）2BaCuO₅の粉末を用意し、これら化合物の比が4：1になるように秤量し、0.5重量%のPtを添加したのち、よく混合する（ステップ１００１）。その後、2000MPaの静水圧下で直径42mm、厚さ15mmのペレットに成型する（ステップ１００２）。ペレットを、900℃で1時間空気中で加熱し、仮焼結を行う（ステップ１００３）。つぎに焼結体の中心から20mmの円周に沿って、直径2mmの人工孔を6個、等間隔で超硬ドリルにより加工する（ステップ１００４）。つぎに、直径50mmのAl₂O₃製るつぼの底に、まずNd₂O₃粉を直径45mm厚さ 2mmのペレット状に成型したものを載せたうえに、さらにBaCuO₂粉を直径45mm厚さ 10mmのペレット状に成型したものを載せる（ステップ１００５）。そのうえに、人工孔を6個設けた(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O焼結体を設置する（ステップ１００６）。

その後、1%O₂＋99%Arの雰囲気に調整された電気炉にAl₂O₃製るつぼごと設置し、(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O焼結体の中央に2mm角で厚さが1mmのNdBa₂Cu₃O_y単結晶を種として設置する（ステップ１００７）。その後、50℃/hの速度で電気炉を1100℃まで加熱し1時間保持後、1050℃まで1時間で冷却し、その後は、0.2℃/hの速度で950℃まで徐冷し、その後は炉冷を行った（ステップ１００８）。炉から取り出した試料は、最後に、100％酸素気流中において、300℃で100時間の酸素アニール処理を行った（ステップ１００９）。この状態で、超伝導臨界温度を測定したところ95Kという値が得られる。

つぎに、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入し（ステップ１０１０）、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行った（ステップ１０１１）。また、内径が19mmで厚さが3mm、高さが20mmのFe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行う処理も行った（ステップ１０１２）。

その結果、アルミニウム棒と複合化し、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングで予圧縮荷重を印加した(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において4Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例２）
上記作製例１の（ステップ１００１）から（ステップ１０１０）までと同じ処理を行って、(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例２においても、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入する。作製例１との違いは、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ１０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ１０１２）を行わない点にある。

作製例２に基づいて作製した、アルミニウム棒と複合化した(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において3.5Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例３）
上記作製例１の（ステップ１００１）から（ステップ１００９）までと同じ処理を行って、(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例１との違いは、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入するステップ（ステップ１０１０）と、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ１０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ１０１２）を行わない点にある。したがって、作製例３においては、人工孔にアルミニウム棒が挿入されていない。

作製例３により、人工孔を設けずに作製した(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク体も作製し、これら試料を5Tの超伝導マグネットで磁場を印加した状態で、液体窒素（77K）により20分冷却し、その後、外部磁場を0.1T/minの速度で低下させ、ゼロとしたのち5分保持してから、捕捉磁場を2次元走査型磁場分布測定装置により測定した。

作製例３に基づいて作製した、金属と複合化しなかった(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において2Tの捕捉磁場が得られた。

上記作製例１から３において、さらに、同様の測定を繰り返したところ、アルミニウム棒と複合化した(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングのあるなしに係わらず、同様の捕捉磁場を記録した。金属と複合化しなかった(Nd,Eu,Gd)-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において1.7Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例４）
GdBa₂Cu₃O_yおよびGd₂BaCuO₅の粉末を用意し、これら化合物の比が10：3になるように秤量し、0.5重量%のPtを添加したのち、よく混合する（ステップ４００１）。その後、2000MPaの静水圧下で直径42mm、厚さ15mmのペレットに成型する（ステップ４００２）。ペレットを、900℃で1時間空気中で加熱し、仮焼結を行う（ステップ４００３）。つぎに焼結体の中心から20mmの円周に沿って、直径2mmの人工孔を6個、等間隔で超硬ドリルにより加工する（ステップ４００４）。つぎに、直径50mmのAl₂O₃製るつぼの底に、まずGd₂O₃粉を直径45mm厚さ 2mmのペレット状に成型したものを載せたうえに、さらにBaCuO₂粉を直径45mm厚さ 10mmのペレット状に成型したものを載せる（ステップ４００５）。そのうえに、人工孔を6個設けたGd-Ba-Cu-O焼結体を設置する（ステップ４００６）。

その後、1%O₂＋99%Arの雰囲気に調整された電気炉にAl₂O₃製るつぼごと設置し、Gd-Ba-Cu-O焼結体の中央に2mm角で厚さが1mmのNdBa₂Cu₃O_y単結晶を種として設置する（ステップ４００７）。その後、50℃/hの速度で電気炉を1100℃まで加熱し1時間保持後、1055℃まで1時間で冷却し、その後は、0.2℃/hの速度で950℃まで徐冷し、その後は炉冷を行った（ステップ４００８）。炉から取り出した試料は、最後に、100％酸素気流中において、300℃で100時間の酸素アニール処理を行った（ステップ４００９）。この状態で、超伝導臨界温度を測定したところ94Kという値が得られた。

つぎに、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入し（ステップ４０１０）、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行った（ステップ４０１１）。また、内径が19mmで厚さが3mm、高さが20mmのFe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行う処理も行った（ステップ４０１２）。

その結果、アルミニウム棒と複合化し、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングで予圧縮荷重を印加したGd-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において3Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例５）
上記作製例４の（ステップ４００１）から（ステップ４０１０）までと同じ処理を行って、Gd-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例４においても、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入する。作製例４との違いは、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ４０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ４０１２）を行わない点にある。

作製例５に基づいて作製した、アルミニウム棒と複合化したGd-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において2.5Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例６）
上記作製例４の（ステップ４００１）から（ステップ４００９）までと同じ処理を行って、Gd-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例４との違いは、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入するステップ（ステップ４０１０）と、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ４０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ４０１２）を行わない点にある。したがって、作製例６においては、人工孔にアルミニウム棒が挿入されていない。

作製例６により、人工孔を設けずに作製したGd-Ba-Cu-O超伝導バルク体も作製した。これら試料を5Tの超伝導マグネットで磁場を印加した状態で、液体窒素（77K）により20分冷却し、その後、外部磁場を0.1T/minの速度で低下させ、ゼロとしたのち5分保持してから、捕捉磁場を2次元走査型磁場分布測定装置により測定した。

作製例６に基づいて作製した、金属と複合化しなかったGd-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において1.2Tの捕捉磁場が得られた。

上記作製例４から６において、さらに、同様の測定を繰り返したところ、アルミニウム棒と複合化したGd-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングのあるなしに係わらず、同様の捕捉磁場を記録したが、金属と複合化しなかったGd-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において1.2Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例７）
YBa₂Cu₃O_y(ここで、6.8≦y≦7.0)およびY₂BaCuO₅の粉末を用意し、これら化合物の比が10：3になるように秤量し、0.5重量%のPtを添加したのち、よく混合する（ステップ７００１）。その後、2000MPaの静水圧下で直径42mm、厚さ15mmのペレットに成型する（ステップ７００２）。ペレットを、900℃で1時間空気中で加熱し、仮焼結を行う（ステップ７００３）。つぎに焼結体の中心から20mmの円周に沿って、直径2mmの人工孔を6個、等間隔で超硬ドリルにより加工する（ステップ７００４）。つぎに、直径50mmのAl₂O₃製るつぼの底に、まずY₂O₃粉を直径45mm厚さ 2mmのペレット状に成型したものを載せたうえに、さらにBaCuO₂粉を直径45mm厚さ 10mmのペレット状に成型したものを載せる（ステップ７００５）。そのうえに、人工孔を6個設けたY-Ba-Cu-O焼結体を設置する（ステップ７００６）。

その後、大気中において電気炉にAl₂O₃製るつぼごと設置し、Y-Ba-Cu-O焼結体の中央に2mm角で厚さが1mmのNdBa₂Cu₃O_y単結晶を種として設置する（ステップ７００７）。その後、50℃/hの速度で電気炉を1100℃まで加熱し1時間保持後、1050℃まで1時間で冷却し、その後は、0.2℃/hの速度で950℃まで徐冷し、その後は炉冷を行った（ステップ７００８）。炉から取り出した試料は、最後に、100％酸素気流中において、300℃で100時間の酸素アニール処理を行った（ステップ７００９）。この状態で、超伝導臨界温度を測定したところ90Kという値が得られた。

つぎに、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入し（ステップ７０１０）、その後、Pb-Bi-Sn-Cd合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行った（ステップ７０１１）。また、内径が19mmで厚さが3mm、高さが20mmのFe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn-Cd合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行う処理も行った（ステップ７０１２）。

その結果、アルミニウム棒と複合化し、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングで予圧縮荷重を印加したY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において1.1Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例８）
上記作製例７の（ステップ７００１）から（ステップ７０１０）までと同じ処理を行って、Y-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例８においても、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入する。作製例７との違いは、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ７０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ７０１２）を行わない点にある。

即ち、作製例８による超伝導バルク体は、以下のように作製される。YBa₂Cu₃O_y(ここで、6.8≦y≦7.0)およびY₂BaCuO₅の粉末を用意し、これら化合物の比が10：3になるように秤量し、0.5重量%のPtを添加したのち、よく混合する。その後、2000MPaの静水圧下で直径42mm、厚さ15mmのペレットに成型する。ペレットを、900℃で1時間空気中で加熱し、仮焼結を行う。つぎに焼結体の中心から20mmの円周に沿って、直径2mmの人工孔を6個、等間隔で超硬ドリルにより加工する。つぎに、直径50mmのAl₂O₃製るつぼの底に、まずY₂O₃粉を直径45mm厚さ 2mmのペレット状に成型したものを載せたうえに、さらにBaCuO₂粉を直径45mm厚さ 10mmのペレット状に成型したものを載せる。そのうえに、人工孔を6個設けたY-Ba-Cu-O焼結体を設置する。その後、大気中において電気炉にAl₂O₃製るつぼごと設置し、Y-Ba-Cu-O焼結体の中央に2mm角で厚さが1mmのNdBa₂Cu₃O_y単結晶を種として設置する。その後、50℃/hの速度で電気炉を1100℃まで加熱し1時間保持後、1050℃まで1時間で冷却し、その後は、0.2℃/hの速度で950℃まで徐冷し、その後は炉冷を行った。炉から取り出した試料は、最後に、100％酸素気流中において、300℃で100時間の酸素アニール処理を行った。この状態で、超伝導臨界温度を測定したところ90Kという値が得られた。つぎに、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入する。

作製例８に基づいて作製した、アルミニウム棒と複合化したY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において1.0Tの捕捉磁場が得られた。

（作製例９）
上記作製例７の（ステップ７００１）から（ステップ７００９）までと同じ処理を行って、Y-Ba-Cu-O超伝導バルク体を作製する。作製例７との違いは、人工孔に直径が1.8mm、長さが20mmのアルミニウム棒を6本挿入するステップ（ステップ７０１０）と、その後、Pb-Bi-Sn合金を200℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで含浸を行うステップ（ステップ７０１１）と、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングをバルク体の周りに配したうえで、Pb-Bi-Sn合金を300℃に加熱後、真空ポンプで脱気することで、形状記憶合金による予圧縮と真空含浸を同時に行うステップ（ステップ７０１２）を行わない点にある。したがって、作製例９においては、人工孔にアルミニウム棒が挿入されていない。

作製例９により、人工孔を設けずに作製したY-Ba-Cu-O超伝導バルク体も作製した。これら試料を5Tの超伝導マグネットで磁場を印加した状態で、液体窒素（77K）により20分冷却し、その後、外部磁場を0.1T/minの速度で低下させ、ゼロとしたのち5分保持してから、捕捉磁場を2次元走査型磁場分布測定装置により測定した。

作製例９に基づいて作製した、金属と複合化しなかったY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において0.5Tの捕捉磁場が得られた。

上記作製例７から９において、さらに、同様の測定を繰り返したところ、いずれの試料においても捕捉磁場特性に大きな変化は認められなかった。

上記作製例７から９において、つぎに、液体窒素ではなく、冷凍機を用いて50Kまで冷却して捕捉磁場特性を測定したところ、アルミニウム棒と複合化し、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングで予圧縮荷重を印加したY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において5.0Tの捕捉磁場が得られた。また、アルミニウム棒と複合化したY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において4.5Tの捕捉磁場が得られた。また、金属と複合化しなかったY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において3.5Tの捕捉磁場が得られた。

上記作製例７から９において、さらに、同様の測定を繰り返したところ、アルミニウム棒と複合化したY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、Fe-Mn-Si形状記憶合金製リングのあるなしに係わらず、同様の捕捉磁場を記録したが、金属と複合化しなかったY-Ba-Cu-O超伝導バルク磁石では、表面において3.5Tの捕捉磁場が得られた。

（超伝導バルク磁石の作製例８を用いた実験）
図１４は、上述の超伝導バルク磁石の作製例８を用いた動物実験の結果として得られた豚の関節部の膝蓋骨とその骨の軟骨欠損部を示す。図１４の写真に示すように、豚の関節部の膝蓋骨５４に物理的に故意に設けた円形凹状の軟骨欠損部５５を使用し、豚の脊髄の幹細胞と磁性ビーズを複合化した磁性複合体を、体外に配置した超伝導バルク磁石の磁気力を利用して、注射器で注入された磁性複合体を体内で磁気誘導させて軟骨欠損部５５に着床させたのち、磁場を取り除き、３ヶ月間経過した後の軟骨欠損部５５の写真を図１５にしめす。図１５に示すように、軟骨欠損部５５には白色の軟骨が自己増殖して再生しており、上記磁性複合体の軟骨欠損部５５の磁気誘導が軟骨再生に有効であることがわかる。

本効果は、超伝導バルク磁石で発生させた軟骨欠損部５５の箇所における磁場の磁束密度が、０．８テスラ（T）以上の場合や、磁束密度と磁気勾配の値が１（T２／ｍ）において、軟骨欠損部で均一に軟骨が再生することができることがわかった。また、上記実施例では関節部の骨の欠損部に磁性複合体を磁気誘導させる場合について説明したが、欠損部が頭部や腕や足の骨の骨折等の欠損部に、磁性複合体を磁気誘導する場合においても、同様な効果が生じる。

ここで、超伝導バルク体は、より磁場強度を高めるために以下の素材を作製し、適用すれば、着磁後の磁気力がさらに大きくなり、複合磁性体をさらに良好に着床させ、超伝導バルク磁石２の端面からさらに深部の体内部位に大きな磁気力を作用させ、深部に位置する患部に、磁性複合体を良好に磁気誘導することができる効果が生じる。
上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。

１ 磁場発生手段
２ 超伝導バルク磁石
３ 小型冷凍機
１３ 真空容器
１９ 真空ポンプ
２２ 電源ユニット
２４ チラーユニット
２９ 超伝導バルク磁石位置制御装置
３０ 患者
３１ ベッド
３３ 駆動部収納ボックス
３６ 回転駆動部
３８、４０ 回転間接部
４２ 超伝導バルク磁石ホルダー
４３ 収納ボックス
４８ 軟骨欠損箇所
５０ 磁性複合体
１００ 演算制御装置

Claims (18)

1. 磁場発生端の磁極がすべて同極であるプローブ状の複数個の磁場発生手段と、
   前記複数個の磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を調整する駆動手段と、
   前記複数個の磁場発生手段により生成された合成磁場が生体内の所望の部位に作用するよう前記磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を算出する演算手段と、
   該複数個の磁場発生手段の磁場発生端が前記演算手段により算出された位置及び角度になるように、前記駆動手段の磁場発生端の位置および角度を制御する駆動制御手段と、
   前記複数の磁場発生手段の磁極が前記生体の所望の部位にて相互に反発する配置で駆動手段を制御することが可能な同極制御手段と、
   を有する磁気誘導システム。
2. 前記磁場発生手段が、超伝導バルク磁石装置を備える、請求項１に記載の磁気誘導システム。
3. 前記超伝導バルク磁石は、７７Ｋの液体窒素温度で所要の臨界電流密度が得られる組成を有する、請求項２に記載の磁気誘導システム。
4. 前記超伝導バルク磁石の組成が、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−０（ＲＥ：希土類元素）である、請求項２または３に記載の磁気誘導システム。
5. 前記超伝導バルク磁石の組成が、（Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ）−Ｂａ−Ｃｕ−０、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−０、またはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０である、請求項４に記載の磁気電導システム。
6. 前記演算手段は、前記合成磁場が磁性複合体を生体内の所望の部位に誘導するよう前記磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を算出する、請求項１から５のいずれか一に記載の磁気誘導システム。
7. 前記磁性複合体が、磁性材料からなる磁気ビーズと被誘導物質とからなる磁気ビーズ被誘導物質複合体である、請求項６に記載の磁気誘導システム。
8. 前記所望の部位は、前記生体内の関節軟骨部である、請求項１から７のいずれか一に記載の磁気誘導システム。
9. 前記生体内の部位とその部位での磁場の強度を前記磁性複合体の導入後に経過時間に応じてコントロールする時間制御手段をさらに有する、請求項６から８のいずれか一に記載の磁気誘導システム。
10. 磁場発生端の磁極がすべて同極であるプローブ状の複数個の磁場発生手段と、該複数個の磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を調整する駆動手段と、前記磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を算出する演算手段と、前記駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、同極制御手段と、を有する磁気誘導システムの動作方法であって、
    前記演算手段が、前記複数の磁場発生手段の合成磁場を生体内の所望の部位に作用するよう、前記磁場発生手段の磁場発生端の位置および角度を算出するステップと、
    前記駆動制御手段が、前記複数個の磁場発生手段の磁場発生端が前記演算手段により算出された位置及び角度になるように前記駆動手段の駆動を制御するステップと、
    前記同極制御手段が、前記複数の磁場発生手段の磁極が前記生体の所望の部位にて相互に反発する配置で駆動手段を制御するステップと、
    を有する前記磁気誘導システムの動作方法。
11. 前記磁気誘導システムが、さらに時間制御手段を有し、
    前記時間制御手段が、前記生体内の部位とその部位での磁場の強度を前記磁性複合体の導入後に経過時間に応じてコントロールするステップをさらに有する、請求項１１に記載の磁気誘導システムの動作方法。
12. 前記駆動制御手段が、前記複数個の磁場発生手段の磁場発生端の相対的位置を変えることにより、合成磁場の磁気力の強度と磁気力ベクトルの方向を制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１から８および１０のいずれか一に記載の磁気誘導システム。
13. 前記駆動手段が、前記複数個の磁場発生手段にそれぞれ個別に接続された回転関節部を有することを特徴とする請求項１から８、１０および１４のいずれか一に記載の磁気誘導システム。
14. 前記駆動手段の駆動を制御するステップにおいて、前記複数個の磁場発生手段の磁場発生端の相対的位置を変えることにより、合成磁場の磁気力の大きさを制御することを特徴とする請求項１１または１３に記載の磁気誘導システムの動作方法。
15. 前記駆動手段の駆動を制御するステップにおいて、前記複数個の磁場発生手段の磁場発生端の相対的位置を変えることにより、合成磁場の磁気力ベクトルの方向を制御することを特徴とする請求項１１、１３および１６のいずれか一に記載の磁気誘導システムの動作方法。
16. 前記駆動手段の駆動を、前記複数個の磁場発生手段にそれぞれ個別に接続された回転関節部を回転させることにより行うことを特徴とする請求項１１、１３、１６および１７のいずれか一に記載の磁気誘導システムの動作方法。
17. 生体内の局所周辺に合成磁場を作用させた後に、合成磁場を作用させる範囲を前記局所を含む狭い範囲に狭めることにより前記局所へ磁気誘導することを特徴とする請求項１１、１３および１６から１８のいずれか一に記載の磁気誘導システムの動作方法。
18. 血管外の部位へ磁気誘導することを特徴とする請求項１１、１３および１６から１９のいずれか一に記載の磁気誘導システムの動作方法。

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