JP6278187B2 - 磁性微粒子制御システム - Google Patents
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Description
第1実施形態に係る磁性微粒子制御システムは、患者の体内である血管等に薬剤を結合させた磁性微粒子を注入し、この磁性微粒子を患部等の目的の位置に誘導するドラッグデリバリーシステムである。図1に示すように、第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1は、制御装置2、マスタのシステムである第1システム3及びスレーブのシステムである第2システム4を有する。
第1システム3は、図2(a)に示すように、人体を構成する器官の少なくとも一部を模擬して形成されたケース30と、ケース30内に磁力を与える第1磁力発生部31と、第1磁力発生部31に電流を供給する第1電源装置32と、ケース30内を撮影する撮影部33と、ケース30の位置を駆動する第1駆動機構34とを有する。
第2システム4は、図4に示すように、人体Aの対象の器官に磁力を与える第2磁力発生部41と、第2磁力発生部41に電流を供給する第2電源装置42と、人体Aの対象の器官の位置を駆動する第2駆動機構44とを有する。この人体Aには、注射器等を利用して、薬剤が結合される磁性微粒子M2が注入される。磁性微粒子M2は磁性微粒子M1と同一素材及びサイズで形成され、同一の薬剤が結合されることが好ましい。なお、仮に磁性微粒子M1と磁性微粒子M2が異なる素材で形成される場合、比透磁率と導電率が同等の素材を利用する必要がある。
制御装置2は、図1に示すように、第1システム3の撮影部33を制御する撮影制御手段201と、撮影された画像を解析し、対象の磁性微粒子M1を検出する解析手段202と、第1電源装置32を制御する第1磁力制御信号を生成し、出力する磁力制御手段203と、第1駆動機構34を制御する第1位置制御信号を生成し、出力する位置制御手段204と、第1磁力制御信号及び第1位置制御信号に対応する第2磁力制御信号及び第2位置制御信号を第2システム4に出力する第2システム制御手段205を有する。
図5に示すフローチャートを用いて、第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1において実行される磁性微粒子制御処理を説明する。
図6(a)に示すフローチャートを用いて、図5のフローチャートのステップST03の解析処理を説明する。解析手段202は、まず、二値化データD2を生成する(ST11)。
図6(b)に示すフローチャートを用いて、図5のフローチャートのステップST04の磁力の制御処理を説明する。まず、磁力制御手段203は、対象の磁性微粒子M1の移動先を設定する(ST21)。移動先は、磁性微粒子M1の現在の位置から目的位置の方向に所定距離進んだ位置である。
図6(c)に示すフローチャートを用いて、図5のフローチャートのステップST04の位置の制御処理を説明する。まず、位置制御手段204は、対象の磁性微粒子M1の位置が所定の範囲内に存在するか否か、対象の磁性微粒子M1の面積が所定の範囲内であるか否かを判定する(ST31)。位置の範囲及び面積の範囲は、磁性微粒子M1が撮影部33の撮影視野から外れないように定められる。
図7及び8を用いて、磁性微粒子M1を制御した実験例について説明する。図7(a)〜図7(f)は、液体中に複数の磁性微粒子が存在する状態で、磁性微粒子Maを磁力を利用して制御した一例である。具体的には、図7(a)は制御開始時、図7(b)は制御開始から約5秒後、図7(c)は制御開始から約10秒後、図7(d)は制御開始から約15秒後、図7(e)は制御開始から約20秒後である。また、図7(e)に示す制御開始から約20秒後の時点で制御を停止し、図7(f)は、磁力による制御を停止して約1秒後の状態である。
第2実施形態に係る磁性微粒子制御システムは、癌患者の温熱治療に利用されるハイパーサーミアシステムである。第2実施形態に係る磁性微粒子制御システムの構成は、図1〜4を用いて上述した第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1と同一であるため、図1〜図4を用いて説明する。
図9に示すフローチャートを用いて、第2実施形態に係る磁性微粒子制御システム1において実行される、磁性微粒子制御処理を説明する。第2実施形態に係る磁性微粒子制御システム1における磁性微粒子の制御処理は、図5を用いて上述した第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1における処理の流れとステップST01〜ST08までは同一である。
第3実施形態に係る磁性微粒子制御システムは、細胞やDNAのマニピュレーションシステムである。具体的には、細胞を保持する磁性微粒子をシャーレ内で目的位置に配置し、細胞の培養等に利用することができる。第3実施形態に係る磁性微粒子制御システムは、図1を用いて上述した第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1と同一であるため、図1を用いて説明する。
図12に示すフローチャートを用いて、第3実施形態に係る磁性微粒子制御システム1において実行される、磁性微粒子制御処理を説明する。第3実施形態に係る磁性微粒子制御システム1における磁性微粒子の制御処理は、図5を用いて上述した第1実施形態に係る磁性微粒子制御システム1における処理の流れとステップST01〜ST08までは同一である。
・使用する磁性微粒子のサイズを選別
他の磁性微粒子が制御対象の磁性微粒子に追随して制御されためには、磁気特性が制御対象の磁性微粒子と類似であることが必要である。また、同一の素材で形成された場合、サイズを類似することで、磁気特性も類似になる。したがって、類似のサイズの粒子を選別して注入することで、複数の磁性微粒子を同時に制御することができる。
第2システム4における制御は、第1システム3における制御と対応する信号が利用されるが、環境が同一である場合、必ずしも同時に制御される必要はない。予め、第1システム3においてフィードバック制御を実行した際の制御信号を記憶しておき、この制御信号を利用して、後に第2システム4において同一の制御が実行されてもよい。
第1システム3の撮影部33が蛍光X線観察を利用してもよい。例えば、磁性微粒子M1に蛍光物質を結合させることで、蛍光X線観察により磁性微粒子M1の位置を特定することができる。
磁性微粒子は、長時間磁力を与えられると、磁化されることがある。また、複数の磁性微粒子を同時に注入し、連動して制御した場合、複数の磁性微粒子がチェーンクラスター化するおそれがある。血管中でクラスター化することは好ましくないため、クラスター化した磁性微粒子は、分離する必要がある。したがって、クラスター化した場合、適切な励磁条件を選択することで、これを切断する処理を行うことが好ましい。流体抵抗力と慣性力によってクラスター化された複数の磁性微粒子の結合面にせん断力が作用しこれを切り離すことができる。
2 制御装置
20 CPU
201 撮影制御手段
202 解析手段
203 磁力制御手段
204 位置制御手段
205 第2システム制御手段
21 記憶装置
22 入力装置
23 出力装置
3 第1システム
30,30A,40 ケース
31 第1磁力発生部
31a〜31f 磁石
32 第1電源装置
33 撮影部
34 第1駆動機構
35 注入装置
36 回収装置
4 第2システム
40 ケース
41 第2磁力発生部
41a〜41f 磁石
42 第2電源装置
44 第2駆動機構
Claims (7)
- 人体を構成する器官の少なくとも一部を模擬して透明材料で形成され、内部に当該器官が有する空間と同一形状の空間を有するとともに、当該器官の空間を満たす液体と粘性が同一で透明な液体が存在するケースと、
前記ケースの周囲に配置され、前記ケース内に磁力を与える第1磁力発生部と、
前記ケース内に注入された磁性微粒子を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影された磁性微粒子の画像を用いて、当該磁性微粒子を前記ケース内で目的位置まで移動させる磁力を与えるように前記第1磁力発生部をフィードバック制御する第1制御信号を生成するとともに、前記ケースと対応する人体の器官の周囲に配置されて当該人体に磁力を与える第2磁力発生部に前記第1制御信号と対応する第2制御信号を出力する制御装置と、
を備えることを特徴とする磁性微粒子制御システム。 - 人体を構成する器官の少なくとも一部を模擬して透明材料で形成され、内部に当該器官が有する空間と同一形状の空間を有するとともに、当該器官の空間を満たす液体と粘性が同一で透明な液体が存在するケースと、
前記ケースの周囲に配置され、前記ケース内に磁力を与える第1磁力発生部と、
前記ケース内に注入された磁性微粒子を撮影する撮影部と、
前記ケースと対応する人体の周囲に配置され、磁性微粒子が注入された当該人体の器官に磁力を与える第2磁力発生部と、
前記撮影部で撮影された磁性微粒子の画像を用いて、当該磁性微粒子を前記ケース内で目的位置まで移動させる磁力を与えるように前記第1磁力発生部をフィードバック制御する第1制御信号を生成するとともに、前記第2磁力発生部に前記第1制御信号と対応する第2制御信号を出力する制御装置と、
を備えることを特徴とする磁性微粒子制御システム。 - 細胞のマニピュレーションに利用される容器を模擬して透明材料で形成され、内部に当該容器と同一形状の空間を有するとともに、当該容器を満たす液体と粘性が同一で透明な液体が存在するケースと、
前記ケースの周囲に配置され、前記ケース内に磁力を与える第1磁力発生部と、
前記ケース内に注入された磁性微粒子を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影された磁性微粒子の画像を用いて、当該磁性微粒子を前記ケース内で目的位置まで移動させる磁力を与えるように前記第1磁力発生部をフィードバック制御する第1制御信号を生成するとともに、前記ケースと対応する容器の周囲に配置されて当該容器に磁力を与える第2磁力発生部に前記第1制御信号と対応する第2制御信号を出力する制御装置と、
を備えることを特徴とする磁性微粒子制御システム。 - 細胞のマニピュレーションに利用される容器を模擬して透明材料で形成され、内部に当該容器と同一形状の空間を有するとともに、当該容器を満たす液体と粘性が同一で透明な液体が存在するケースと、
前記ケースの周囲に配置され、前記ケース内に磁力を与える第1磁力発生部と、
前記ケース内に注入された磁性微粒子を撮影する撮影部と、
前記ケースと対応する容器の周囲に配置され、磁性微粒子が注入された当該容器に磁力を与える第2磁力発生部と、
前記撮影部で撮影された磁性微粒子の画像を用いて、当該磁性微粒子を前記ケース内で目的位置まで移動させる磁力を与えるように前記第1磁力発生部をフィードバック制御する第1制御信号を生成するとともに、前記第2磁力発生部に前記第1制御信号と対応する第2制御信号を出力する制御装置と、
を備えることを特徴とする磁性微粒子制御システム。 - 前記制御装置は、前記ケース内で磁性微粒子が目的位置まで移動されると、当該目的位置で前記磁性微粒子を把持するとともに、前記磁性微粒子を発熱させる制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁性微粒子制御システム。 - 前記ケースは、内部の液体を当該ケースが模擬する器官内の液体と同一の流速で当該ケース内の液体の流れを形成するポンプを有する
ことを特徴とする請求項1、2又は5記載の磁性微粒子制御システム。 - 前記ケースと、前記第1磁力発生部の位置関係を調整する駆動機構を備える
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の磁性微粒子制御システム。
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