KR100810607B1 - 생물학적 조직 내에서 자성체, 자화가능 물질 또는덩어리를 가열하는 자기장 어플리케이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체조직에 자성체 또는 자화가능 물체 또는 덩어리를 가열하기 위한 자기장 어플리케이터에 관한 것으로, 노출용적(12)만큼 떨어져 마주보는 두 개의 자극편(7, 8)을 갖는 자석요크(2)와, 각각 자극편(7, 8)과 연결되어 교번 자기장을 발생시키기 위한 두 개의 자기코일(9, 10)로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 자석요크(2)와 자극편(7, 8)은 아철산염(ferrite) 건축용블록(16, 22)으로 제작되었으며, 이들은 함께 조립되었다. 자기코일(9, 10)은 하나 또는 다수의 나선형 권선을 갖는 판형코일(disk-shape coil)이다. 그리고 각각 마주보는 자극편의 끝은 원형의 자석코일/자극편 간극(a)을 갖는다. 본 발명은 온열효과를 발생시켜 열적절제 방법과 다른 의학적 응용을 수행하기 위한 고도의 자기장 어플리케이터(1)를 제공하기 위한 것이다.

Description

생물학적 조직 내에서 자성체, 자화가능 물질 또는 덩어리를 가열하는 자기장 어플리케이터{MAGNETIC FIELD APPLICATOR TO HEAT MAGNETIC OR MAGNETIZABLE SUBSTANCES OR SOLIDS IN BIOLOGICAL TISSUE}

본 발명은 청구항 1 항의 전제부에 따른 생물학적 조직 내에서 자성체, 자화가능 물질 또는 덩어리(solids)를 가열하는 자기장 어플리케이터(magnetic field applicator)에 관한 것이다.

악성종양은 일반적으로 외과적 적출, 화학요법, 방사선요법 또는 이러한 요법들을 조합하는 공지의 방법으로 치료되고 있는데, 이러한 치료법들은 각각 몇 가지 한계를 갖고 있다. 특히, 전이(轉移)가 상당히 진행된 단계에서 악성종양이 인체의 치명적인 부위에 근접하여 있거나 악성종양이 일정치 않은 위치로 확산되어 성장하는 경우에, 악성종양의 외과적 적출은 불가능하거나 치료를 위한 최소한의 기회를 제공하는 것에 불과하다. 이러한 이유로 외과적 치료는 일반적으로 방사선요법 및 화학요법과 병행되어진다. 방사선 요법은 영상-처리 방법에 의한 악성종양의 위치측정 만큼이나 정확하며, 건강한 조직의 회피나 보호성이 가장 좋다. 이와 반대로 화학요법은 몸 전체에 작용하게 된다. 이러한 경우 화학요법의 특성상 골수에 끼치는 독성이나 결핍은 필연적이다. 선행기술에서 바람직하지 못한 부작용은 그러므로 이러한 모든 치료법과 함께 수반되어지며, 그 결과 건강한 조직에 손상을 주게 된다.

다른 양상으로서 온열요법(hyperthermia)은 지난 수 년 동안 매우 중요하게 인식되어 왔는데, 41℃ 이상의 온도까지 악성종양 조직을 가열시킴으로 국부적인 억제와 일정 범위에서의 생존성을 수술, 방사선요법 및 화학요법과의 병행으로 향상시킬 수 있다는 치료의 성과를 얻어왔다. 41∼46℃ 범위의 온도에서 신체의 도움과 함께, 악성종양 조직은 제어되어 다소 느린 속도로 감소하게 된다. 이러한 방법을 온열요법(hyperthermia)이라 부른다. 그러나 한편으로는 47℃ 이상의 온도에서는 회저(懷疽,necrosis), 응고(凝固, coagulation) 또는 탄화(carbonization)의 형태로 온도에 따라 세포의 급격한 파괴가 일어나며, 이러한 방법을 열적절제(thermo-ablation)라 부른다. 선행기술에 따른 온열요법 시스템은 단지 상기 언급된 온열요법 또는 열적절제에 적합한 정도이다.

온열요법이 갖는 일반적인 문제점은 선행기술로는 정밀하게 국부에 집중시키지 못하고, 온열로써 신체의 목표 부위를 대체로 균일하게 가열시키는 것이 거의 불가능하다는 것이다. 종양 내의 어떤 생리적인 상태(예를 들어, 산소결핍, 저수소이온 지수(pH))하에서, 종양이 있는 세포는 온열요법에 민감하지만 이것은 드문 경우에만 적용이 가능하다. 온열요법 자체만으로는 일반 세포보다 악성종양세포에 더 효과적이지 못하기 때문에, 치료제에 의해 지시되는 부위(반드시 악성종양으로 한계를 지을 필요는 없다)에 가열을 제한하는 것이 특히 중요하다. 그러나, 선행기술에서는 실현되지 않았다.

선행기술에 따른 전기장으로 제어되는 시스템은 안테나, 안테나 형상물 또는 안테나 배열로부터 일반적으로 메가헤르츠(MHz)범위대의 전자기파를 방사하는데 사용되고, 또한 국부적인 온열요법에 이용되었다. 이것을 위하여 각각의 전기장 어플리케이터의 전기장은 소위 간질(間質)성 온열요법을 위해 사용되며, 또는 안테나 배열의 간섭은 심부(深部)의 온열요법에 사용된다. 이러한 모든 전기장으로 제어되는 시스템들의 일반적 문제점은 전기장의 조절이 값비싼 전력소모로만 얻어질 수 있으며, 적절한 목표조직의 전기전도율에 따라 온열이 발생된다는 것이다. 이것은 본래 매우 이질적이어서, 균질의 방사가 있다하여도 불균일한 전기장의 가열이 일어난다. 특히 매우 다른 전기전도율을 갖는 신체부위의 천이점(transition point)에서는 과도한 전력, 소위 "열점"이 그러한 이유로 발생되며, 이것은 환자에게 고통을 유발하고 화상을 초래할 수도 있다. 그러므로 일반적으로 환자의 요구에 의해서 전체 방사전력이 감소되어졌고, 따라서 목표 부위에서는 악성종양이 있는 세포에 치명적인 손상을 줄 수 있는 온도(41-42℃)까지 이르지 못하게 되어 이러한 치료는 성공할 수 없게 되었다. 또한, 이중극 배열(dipole arrays)의 간섭으로 인해, 제 2 전기장의 최대치가 단지 신체의 더 깊은 곳에서 발생하는 것이 가능하다는 것뿐이다. 물리적인 이유 때문에, 가장 큰 전력 소모는 항상 예를 들어 반지름이 가장 크게되는 신체의 표면에서 발생한다. 또한, 온열요법하에서 정상세포만큼이나 악성종양세포에서도 혈액의 흐름이 자주 바뀌며, 이러한 변화는 전기장 조절 가능성이 매우 희박해서 외부에서 전기장으로 제어되는 시스템으로는 보상시키는 것이 불가능하다.

선행기술에 따른 다른 방법은 초음파가 있으며, 바람직하게는 열적절제(thermo-ablation)와 간질성의 극초단파 어플리케이터(interstitial microwave applicator)가 있다. 후자는 주파수 때문에 침투깊이가 낮으며, 따라서 간질성의 안테나 형태로만 사용될 수 있다. 또한, 전신 온열요법을 위한 적외선 방법은 체액(body fluids)을 가열하는 엑스트라-코퍼럴 시스템(extra-corporeal system)만큼이나 자주 이용된다.

게다가, 전립선암 치료를 위한 온열요법은 미국특허 제 5,197,940호에서 악성종양 부위에 이식된 "써모시드(thermoseed)"로 알려져 있으며, 이것은 자성체, 특히 강자성체 또는 자화(磁化)가능 물질로 이루어지거나 그러한 물질을 함유하는 물질을 포함한다. 이 써모시드는 일반적으로 수 cm의 크기를 가지며, 수 mm의 지름을 갖는다. 그러한 써모시드를 외과적으로 이식하는 데는 엄청난 비용이 필요하다는 것은 당연하다. 치료를 위해 환자의 체외에서 교번 자기장을 써모시드에 쬐게 되면, 써모시드 내의 열이 공지의 히스테리시스 효과에 의한 온열요법(hyperthermia)의 형태로 발생된다.

이러한 시드는 "열원(hot source)" 원리에 따라 가열되어진다. 예를 들어 시드가 가열되어지는 동안, 시드 주위의 온도는 가속되어 떨어지게 된다. 임상적용시에는 시드들 사이의 거리는 1cm 이하일 것이다. 만일 시드들 사이의 거리가 더 크거나 불균일한 경우에는, 치료의 성공을 저해하는 용량이하의 열(thermal under-dosing)이 발생된다. 특히 큰 종양의 경우, 써모시드의 빽빽한 이식이 필요하게 되어 이러한 방법이 외과수술로는 매우 비싸지며 환자에게는 많은 스트레스를 주게 된다. 좁은 거리는 접어두고, 시드는 최적의 전력 소모를 위해 교번 자기장에 평행하도록 방향을 맞춰야한다. 소위 자가조절 써모시드(self-regulation thermoseed)는 퀴리온도(Curie temperature)에 도달할 때 아철산염(ferrite)이 비자화(非磁化)상태로 바뀌어 더 이상의 전력 소모가 일어나지 않도록 함으로써 과열되는 것을 막는다.

진동회로의 자석코일은 여기서는 교번자기장을 위한 자기장 어플리케이터로서 사용되며, 써모시드가 이식된 환자의 신체부위가 진동회로의 축에 놓일 수 있다. 실제로는 에어코일(air coil)은 치료하는 동안 비자화(非磁化) 지지대 상에 앉아있는 환자의 중앙부에 사용된다.

써모시드로 하는 온열요법은 매우 작은 크기의 악성종양에 시술하는 한계성 뿐만 아니라 높은 수술비용, 어려운 수술방법과 부정확한 방향지정 또는 시드의 위치변화에 따른 위험성과 뒤따른 용량이하의 열 등의 단점이 있다.

악성종양 치료를 위한 또 다른 공지된 온열요법(WO 97/43005)에는 혈액을 통해 악성종양 부위에 접근하는 자화 마이크로캡슐이 제안되고 있다. 이 방법에서 자화가능 성분의 외과이식은 이식한 후 환자가 부가적으로 받게될 스트레스의 위험이 존재하기 때문에 다른 치료를 하는 사이에서는 피해야만 하며, 종양을 잘랐을 때 악성종양 세포가 건강한 세포로 전염될 가능성이 있다. 선형교번자기장은 10kHz - 500kHz의 범위의 주파수에서 사용된다. 마이크로캡슐은 높은 자화가능 물질과 함께 자주 사용되기 때문에, 자기장 노출을 위해 필요한 교번자기장의 세기는 전기에너지공급 뿐만 아니라 필요한 냉각시스템 기계기구와 관련하여 조절이 가능하다. 그러나 실제적인 기계기구는 지시되지 않았다.

매우 유사하게, 공지의 온열요법(EP 0 913 167 A2)으로는 10kHz이상의 주파수를 갖는 회전하는 자기장이 사용된다. 이 요법에서 사용된 회전하는 교번자기장을 만들기위한 이런 종류의 자기장 어플리케이터는 단지 단편 개략적으로 도시되었다. 자기장 어플리케이터는 서로 마주보는 두 쌍의 자극편을 갖는 자석요크로 구성되고, 노출량의 차이에 의해 서로 구분되어지며, 두 쌍의 자기코일은 이러한 자극편에 연결된다. 실제 직사각형의 자석요크는 직사각형의 중앙에 정렬된 자극편으로 나타나며, 각 요크 가지의 중앙으로부터 시작하여 자기장 노출부위가 형성된다. 원통형 코일은 자극편 위에 장착되어 진동회로를 형성하기 위해서 배열된 콘덴서에 연결되어져 서로 마주보게 된다.

상기 설명된 온열요법을 실행하기 위한 자기장 어플리케이터의 도식적 설명은 병원에서 사용 가능한 적절한 수술비용, 최소의 필요공간과 적은 자기장 누출과 최적의 치료 효과를 갖는 제품을 목적으로 하는 실제적인 산업상 해결방법을 찾는 실험적 단계를 넘어서지는 못하고 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 병원 및 타 산업분야에 이용을 위하여 상기 필요조건을 만족하며, 생체 조직 내에서 자성체, 자화가능 물질 또는 덩어리를 가열하기 위한 자기장 어플리케이터를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적은 청구항 1 항의 특징을 통해 이루어진다.

청구항 1 항에 따르면, 자석요크와 자극편은 함께 설치되어 조립된 아철산염 건축용블록들(ferrite building blocks)로 되어있다. 또한, 자석요크는 3개의 다리와, 서로 좀 떨어져 있는 동일 형상의 두 개의 나란한 수직요크와, 서로 마주보는 자기코일이 설치된 자극편의 중앙에서 서로 연결된 수평요크를 갖는 M자 형상으로 만들어진다. 자기코일이 내설된 수평요크는 노출용적에서 간극의 폭 조절을 위한 또 다른 수평요크와 연계되어 이동이 가능하도록 만든다. 여기서는 자력선속의 폐쇠가 양측에서 동일형상을 갖는 동일 길이의 두 개의 경로로 세분화되는 것이 유리하다. 하나이상의 수평요크의 상대위치 역학은 C-형 자석요크보다 단순하다. 왜냐하면 수직요크는 양면이 사용가능한 지지대이기 때문이다.

특히 자석유동체(magnetic fluids)를 갖는 온열요법을 위해서는 대략 50 - 100 kHz 일 때, 대략 15 - 20 kA/m 의 교번자기력이 필요하다. 온열요법 장치는 대략 18 kW - 80 kW 일 때, 8 - 301 용량(capacities)의 자기장에 의해서 노출된 용적이 생성되어야 한다. 이러한 에너지는 고주파로 발생되어 열의 형태로 다시 전달되야 한다. 왜냐하면 환자 신체에 온열요법을 위한 자석 유동체에는 단지 몇 와트가 발생될 뿐이기 때문이다.

청구항 1 항에서 청구된 설비를 사용하면 누출 자기장 뿐만 아니라 자기장에 의해 노출된 용적을 적게 유지하는 것과, 이러한 자기장을 치료받고 있는 환자의 신체 내로 제한시키는 것이 가능하다. 따라서 필요한 에너지 비용과 열전달을 위해 필요한 비용을 절감할 수 있다. 이를 위해서 자석요크의 형태 뿐만 아니라 아철산염 건축용블록으로 만들어진 자석요크와 자극편이 특히 도움이 크며, 커다란 손실초래 외에도 바람직하지 않은 자기흐름밀도의 과잉이 상당히 줄게 된다.

약 50 - 100kHz의 교번고주파와 함께 아철산염 건축용블록을 사용함으로써 자기장에 노출된 용적을 바람직하게 제한할 수 있으므로, 같은 공기용적을 갖는 에너지의 단지 약 1/2000이 아철산염 용적으로 이동한다. 이러한 중요한 잇점은 아철산염 건축용블록이 손실되어, 치료부위에서 자기흐름밀도가 배가(倍加)됨으로써 5 - 6 배 정도의 손실을 초래할 수 있다는 사실을 수반한다. 따라서 자기흐름밀도를 낮게 유지하기 위하여, 특히 바람직하지 못한 자기흐름밀도의 증가를 방지하거나 적어도 이것들을 상당히 줄이기 위한 적절한 량을 이하에 설명한다.

아철산염은 적당한 비용으로 특히, 여기서 사용된 자석요크의 포괄적인 형태가 아니라 어떤 바람직한 형태를 만들어낼 수 있는 세라믹 같은 건축용블록이다. 이 때문에 본 발명은 자석요크를 아철산염 건축용블록으로 구성함으로써, 가급적 균일해야 하는 혈액의 흐름이 천이점에서 장애가 일어날 수도 있다는 것을 제안한다. 이러한 문제를 처리하기 위한 바람직한 해결방안은 이하에 설명한다.

본 발명에 따른 자기장 어플리케이터는 열적절제 방법만큼이나 온열요법 치료를 하는 데에 매우 적합하다. 더욱이 본 발명에 따른 자기장 어플리케이터는 악성종양 치료법 중에서 다른 방법보다 의학적 목적으로 다른 물체 또는 덩어리를 데우는 데 적합하다. 악성종양 치료법 중에는, 열-유도 이식, 스턴트 재생(stent regeneration), 이식 또는 스턴트 표면활성화(stent surface activation), 대비매체의 분포 또는 초-상자성체 대비매체에서 발생되는 교번자기장의 자극을 통하여 개선을 목적으로 악성종양에 의해 영향을 받지않는 염증있는 신체부위의 가열, 물질의 신진대사 과정과 내분비 과정을 유발시킬 뿐만 아니라 자성 운반자의 원조를 받는 유전자 전달기관(magnet-carrier-assisted gene transfer systems), 라이건스(ligands), 수용기관(receptors), 유전자(transmitter), 기타 신호분자들의 자극을 통한 분자-생물학적, 세포-생물학적 및 발달-생리학적 방법의 동원(mobilization)처럼 모두 열과 관련된 의학적 응용법들이다.

이러한 목적을 위하여 청구항 2항에 따라 하부 수평요크와, 자기코일을 갖는 관련된 자극편으로 이루어진 부분을 고정 설치한다. 그러면 환자지지대와, 고정된 자극편 위에 플라스틱재질의 운반대위치표시장치가 장착된 환자운반대를 설치하는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써 환자는 노출용적에서 간극의 폭 조절을 하는 동안에는 더 이상 움직일 필요가 없게 된다. 이러한 고정부와는 상대적으로, 두 개의 수직요크와, 자기코일을 갖는 관련된 자극편이 장착된 상부 수평요크로 이루어진 입구는 노출용적에서 간극의 폭을 자리잡기 위해 수직조절장치로 조절이 가능하다.

청구항 3 항에 따라 수직조절장치는 바람직하게는 수직자석요크를 움직일 수 있는 단순한 선형 구동장치의 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 자가-억제 스핀들 구동장치(self-inhibiting spindle drive)를 사용함으로 전체 배치가 매우 견고하여 무거운 자석요크가 조절장치의 잘못으로 환자를 위태롭게 할 어떠한 위험도 배제토록 할 수 있다.

청구항 4 항에 따라 더욱 바람직한 개선은 열전달을 위한 아철산염 건축용블록의 냉각공기 간극을 통해 흐르는 냉각공기가 더욱이 흐름을 유발시키거나 흐름의 원인이 되도록 지지하는 구조를 자석요크가 억제한다.

주위환경과 특별한 필요조건하에서, 청구항 5 항에 따라 자기장 경계코일(field delimitation coils)과 칸막이(bulkheads)에 의하여, 노출용적의 간극과 자기장에 의해 노출된 인근용적은 옆으로 경계가 나뉠 수 있다.

대체로 본 발명에 따른 자기장 어플리케이터는 공지의 자성체와 자화가능 물질을 사용하여 자기장에 노출되는 모든 가능한 조직, 신체, 물체 및 덩어리 상에 정밀하게 국부화되고 비접촉된 온열요법을 위하여 알맞은 목적으로 사용될 수 있다. 그러나 선출원된 명세서상의 자기장 어플리케이터는 청구항 6 항에 따른 치료약의 범위 내에 머물며, 특히 악성종양 치료의 영역 내에 머문다. 이로써 자화가능 나노-입자를 갖는 유동체는 오히려 자석물질로써 사용된다. 따라서 약 41℃이상의 온도까지 국부적으로 악성종양 부위를 가열하는 것이 가능하다.

청구항 7 항에 따라, 약 10 - 15 kA/m와 약 50 -100 kHz의 주파수의 자기력을 갖는 교번자기장이 사용된다. 따라서 상기 청구된 자기장 어플리케이터를 사용함으로서 악성종양 치료를 위해 필요한 온도에 이르게 된다. 자기장 어플리케이터의 써모시드 사용을 위해서는 단지 1 - 2 kA/m면 충분하다. 상기와 같은 조건하에서 20 - 500 kHz의 범위의 광역주파수가 또한 적당하다.

자극편 주위의 원통형 코일이 설치된 대체로 가능한 배열에서, 유도가열은 두 개의 자석 사이의 공기 간극(air gap)에 마지막 권선을 늘림으로써 열전달에 필요한 양만큼의 온도를 상승시킨다. 반면에 판형코일을 적어도 하나의 자기코일/자극편 간극을 갖도록 설계하여, 지정된 자극편의 가장자리주위에서 상당히 낮은 자기흐름밀도를 얻게되어, 자기흐름밀도의 바람직하지 못한 증가가 감소하게 하여도 된다.

일반적인 실시예로서, 상기한 자기코일은 소용돌이 흐름 손실을 가능한 적게 유지하기 위하여 표준 구리와이어으로 되어, 나선형으로 늘어나는 하나 또는 그 이상의 권선을 갖도록 하여도 된다.

매우 바람직한 실시예로서, 상기한 자극편은 원통형 또는 상기 설명한 것 같이 원형으로 하여, 노출용적의 간극 거리를 마주보는 반대편의 평행한 원형 자극편 표면과 서로 바라보게 하여도 된다. 따라서 자기코일은 원형 링의 형태로 적절하게 만든다. 이것은 모퉁이와 가장자리에선 증가되는 반면에 가열효과의 감소를 갖는 자기흐름을 균일하게 한다.

만일 판형 자기코일이 노출용적의 간극에 가능한 근접하여 위치되어 있거나, 특히 지정된 자극편 표면에 대해 같은 높이의 평평한 배열이라면, 에너지와 자기흐름에 대한 바람직한 조건으로 만일 동시에 자기코일/자극편 간극이 자극편 지름의 약 1/10 배(0.07 - 0.1 배)의 크기가 되거나, 만일 각각의 자극편 단부면의 가장자리 주위가 둥글게 되어 있다면 최적의 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 방법으로 해로운 자기흐름밀도의 증가는 매우 감소하게 된다.

상기한 자극편의 직경은 노출용적의 간극 폭보다 더 커야만 한다. 결과적으로 누출자기장은 자극편의 외부에서 감소되거나 자기장에 의해 노출된 용적의 누출자기장이 감소되어, 아철산염 건축용블록 내의 자기흐름밀도와 아철산염 물질 내의 손실은 상대적으로 낮게 유지될 수 있다.

상대적으로 작은 직경을 갖는 자극편의 경우, 아철산염 건축용블록 내의 이러한 손실은 과도하게 증가하게 된다.

상기한 자석요크는 균일한 변화를 발생시키기 위하여 평행한 평면바닥 표면을 갖는 절단석형상(cut-stone-shape)의 아철산염 건축용블록으로 구성되어, 어떤 경우에는 외부의 소결층(outer sintering layers)이 이동되기도 한다. 따라서 둥근 자극편은 케이크 한 조각의 모양처럼 쐐기형상(wedge-shaped)의 아철산염 건축용블록으로 이루어져, 여기서의 표면은 평행한 평면이 되기에는 너무 인접해 있다.

소용돌이 흐름의 손실을 감소시키기 위해서, 한 줄로 늘어선 아철산염판으로부터 절단석형상의 아철산염 건축용블록을 만들 것과, 그것들을 절연/냉각 간극에 의해 서로 분리시킬 것을 제안한다. 조립된 상태에서, 이 아철산염판들은 자기흐름의 방향으로 맞추게 된다. 아철산염판으로부터 한 장의 아철산염 건축용블록을 만들기 위해서는 플라스틱분리기를 사용하여야 서로 분리되며, 이 분리기에 의해서 서로 접합되어진다.

상기한 쐐기형 아철산염 건축용블록은 자극편을 형성하기 위하여 유사한 방법으로 만들어지며, 냉각공기가 유입될 수 있는 관 모양의 중앙 개구(opening)는 열려있게 된다. 아철산염판을 접합하기 위해서, 두 성분 저항온도 접합(temperature-resistant two-component adhesive)이 바람직하게 사용된다.

두 개의 아철산염판 사이에 간극은 그 간극으로 불어오는 냉각공기로 인한 냉각 뿐만 아니라 전기절연체로 사용된다. 아철산염의 낮은 전도율에도 불구하고 상대적으로 거대한 소용돌이 흐름 때문에 냉각이 필요하며, 그렇게 감소된 열이 전달되야만 한다. 액체냉각이 더 효과적이기는 하나 절연이 필요하기 때문에 이용될 수 없으며, 기름냉각은 기름 연소의 위험성을 수반하며, 유사한 불연성 액체는 일반적으로 독소를 함유하고 있다. 일반적으로, 액체냉각장치의 밀봉문제는 높은 비용을 요구하며, 특히 이동가능한 요크와 다른 모든 기술적인 어려움들을 수반한다.

반면에 전술한 바와 같이, 제조시 생성된 약 0.1 - 0.2 mm 의 자기적으로 불활성의 소결층이 이동됨으로써, 천이점에서의 자기흐름이 제어되며, 또한, 자기적으로 전도성의 표면이 평행한 평면이 되도록 연마한다. 아철산염의 투과성(permeablility)이 좋으면 좋을수록, 작은 불규칙도 영향을 받게되어, 강제-에어간극(forced-air gaps)을 갖는 자기흐름제어도 유리하게 된다. 이것은 특히 이동가능한 수평요크와 인접한 수직요크 사이의 천이점에서 또는 수평요크와 자극편 사이의 천이점에서 2 - 3 mm의 강제-에어간극을 갖는 것이 바람직하다.

그런 상대적으로 넓은 강제-에어간극의 부근에는 조건에 따라서 아철산염 건축용블록의 제조비용을 절감하기 위해서 소결층이 남아있게 된다.

본 발명을 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 은 자기장 어플리케이터의 개략 단면도이며,

도 2 는 도 1의 자기장 어플리케이터의 개략 평면도이며,

도 3 은 도 1의 자기장 어플리케이터의 개략 측면도이며,

도 4 는 쐐기형상의 아철산염 건축용블록을 갖는 자극편의 평면도이며,

도 5 는 도 4의 자극편의 측면도이며,

도 6 은 절단석형상의 아철산염 건축용블록의 구조를 확대도시한 개략 사시도이며,

도 7 은 수직요크와 수평요크의 사이에 천이영역을 확대도시한 개략도이며,

도 8 은 자극편 표면과 같은 높이의 평평한 자기코일을 개략적으로 보이는 측면도이다.

도 1 은 온열요법을 위한 자기장 어플리케이터를 개략적으로 보이고 있는데, 자기장에 노출된 신체에 소개되는 자성체, 자화가능 물체 또는 덩어리를 설치하여 조사할 수 있다. 액체 예를 들어, 자기 나노-입자가 혼합된 액체가 투약된 인간신체의 악성종양 부위가 특히 자기장에 노출되는 신체로서 매우 적합하며, 그렇게 함으로써 악성종양 부위에서 바람직하게 약 41℃이상의 온도로 가열될 수 있다.

자기장 어플리케이터(1)는 3개의 다리를 갖는 M자형태로 설계된 자석요크(2)로 이루어져, 사이가 연결되어 있는 두 개의 수평요크(5,6)와 서로 일정거리를 두고 떨어진 두 개의 평행한 수직요크(3,4)를 갖는다.

하부 수평요크(6)와 이와 연결되어 하부 자기코일을 갖는 하부 자극편(8)으로 이루어진 고정부는 고정 설치된다. 상대적으로, 두 개의 수직요크(3,4)와, 자기코일을 갖는 관련된 상부자극편(7)이 장착된 상부 수평요크(9)로 이루어진 입구는 노출용적(12)에서 간극의 폭을 자리잡기 위해 여기서 개략적으로 보이고 있는 자가-억제 스핀들 구동장치(11)로 조절이 가능하다.

또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 노출용적(12)의 간극은 슬립공간(13, slip-in space)을 경계짓는 칸막이(14,15)에 의해서 경계가 정해질 수 있다. 칸막이(14,15)는 이 경우에 서로 비례하여 수직으로 조절된다.

또한, 도 8에서 보는 바와 같이, 자기코일(9,10)은 중앙에 끼어 넣어지고 둘레의 자기코일/자극편 간극(a)을 갖는 자극편 단부로 이루어지는 것을 도시하고 있다. 자극편(7,8) 중 하나의 평면도를 보이는 도 4에서 특히 볼 수 있는 것과 같이, 자극편(7,8)은 원형으로 설계된다. 자기코일/자극편 간극(a)은 자극편 직경(d)의 0.07 - 0.1배의 크기범위를 가지며, 자기코일은 자극편의 단부면과 대략 동일높이의 평면을 갖고, 둘레의 가장자리는 자극편의 단부면에서 둥글게 된다.

또한, 노출용적(12)의 간극의 크기는 누설자기장의 감소를 위해 자극편 직경(d)의 함수로 설계된다. 따라서 자극편 직경(d)은 누설자기장을 막기 위해 바람직한 실시예에서 노출용적(12)의 간극보다 크게 한다.

자석요크(2)의 측면도와 평면도를 비교하여 보여주는 도 2와 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 자석요크(2)는 절단석형상의 아철산염 건축용블록(16)으로 이루어져 있으며, 그것의 표면은 소결층이 없으며 지면에 나란하다. 도 6에서 보이는 바와 같이, 이러한 절단석형상의 아철산염 건축용블록(16)은 번갈아 가며 한 줄로 위치되며, 자기흐름(17)의 방향 감지에 있어서 자석요크(2)내에 정렬된 아철산염판(18)으로 이루어진다.

이러한 아철산염판(18)은 절연/냉각 간극(19)에 의해 자기흐름(17)의 방향에 수직하도록 서로 분리된다. 측면에서 플라스틱 분리기(20)는 이 절연/냉각 간극(19)에 삽입되어, 아철산염판(18)이 플라스틱 분리기(20)를 통해 요크로서 절 단석형상의 아철산염 건축용블록(16)에 접합된다. 냉각 공기는 도 6에서 화살표(21)로 개략 도시한 바와 같이, 자석요크(2)를 냉각시키도록 절연/냉각 간극(9)을 통해 이송될 수 있다.

도 4 및 도 5에 있어서, 둥근 자극편(7,8)은 위로부터 볼 때 쐐기형상의 아철산염 건축용블록(22)으로 이루어지며 그 표면이 또한 소결층을 갖지 않으며, 지면에 나란하다. 또한, 쐐기형상의 아철산염 건축용블록(22)사이에는 분리기가 삽입되어 개략적으로 단순 도시한 절연/냉각 간극(23)을 형성하며, 인접한 아철산염 건축용블록이 이들 분리기를 통해 서로 접합된다. 상기 분리기는 도 4 및 도 5의 개략도에서는 생략했다.

또한, 도 4와 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 자극편(7,8)은 축방향, 관형 개구(24)를 가지며, 이 개구(24)를 통해 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 자기장 어플리케이터(1)에 냉각공기를 유입시킬 수 있다.

도 7은 절단석형상의 건축용블록(16)은 매우 좁은 접촉간극(S₂)을 두고 자기흐름방향(17)을 따라 서로 인접한 것을 보이고 있다. 또한 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 특히 강제-에어간극(S₁)은 하부 수평요크(6)에 관련하여 조정가능한 수직요크(3,4)사이의 천이점 뿐만 아니라, 수평요크(5,6)와 자극편(7,8)사이의 천이점에 제공되어 자기흐름의 바람직한 제어를 제공한다. 상기 강제-에어간극(S₁)은 예를들어, 2 - 3 mm의 간극 폭을 가지며, 접촉간극(S₂)과 비교할 때 매우 크다.

콘덴서(도시없음)에 연결된 자기코일(9,10)에 의해 발생되는 자기장이 진동회로에 공급되어, 에너지가 이 회로의 공진주파수에서 아이들전력(idle power)으로서 발진한다. 자기력은 1 - 20 kA/m의 범위에 있는 것이 바람직하며, 주파수는 20 - 500 kHz의 범위에 있는 것이 바람직하다. 자기장 어플리케이터의 써모시드 이용을 위해서는, 1 - 2 kA/m로 충분하며, 자기 유동체에 적용을 위해서는 높은 자계력이 필요하다.

본 발명은 온열효과를 발생시켜 열적절제 방법과 다른 의학적 응용을 수행하기 위한 고도의 자기장 어플리케이터(1)를 제공하여 특히 악성종양 치료 등의 의학 분야에 적용할 수 있다.

Claims (17)

1. 노출용적(12)의 간극에 의해 격리되고 서로 대향하는 직경(d)을 갖는 두 자극편(7, 8)을 갖춘 자석요크(2, 25)가 함께 장착된 아철산염 건축용 블록으로 이루어지고 각각이 하나의 자극편에 할당되어 교번자기장을 생성하는 두 개의 자기코일(9, 10)을 구비한 생물학적 조직 내에서 자성체 또는 자화가능 물질 또는 덩어리를 가열하는 자기장 어플리케이터에 있어서,

   상기 자석요크(2)가 3개의 다리를 갖는 M형상으로 서로 일정거리를 두고 떨어져 동일 형상을 갖는 두 개의 평행한 수직요크(3, 4)와, 가운데가 연결된 두 개의 수평요크(5, 6)로 이루어지고, 상기 자석요크(2)의 중앙에 위치되어 서로 마주보는 자극편(7, 8)과, 결합된 자극편(8)과 연관된 자기코일(10)을 구비하며, 상기 노출용적(12)의 간극 폭 조절을 위해 다른 수평요크(5)의 상대성분인 적어도 하나의 수평요크(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수평요크(6)와 자기코일(10)을 갖는 관련된 자극편(8)으로 구성되는 고정부는 고정 설치되고, 두 개의 수직요크(3,4)와 자기코일(9)을 갖는 관련된 자극편(7)이 장착된 상기 수평요크(5)로 이루어진 입구는 상기 노출용적(12)에서 간극의 폭을 자리잡기 위해 수직조절장치로 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
3. 제 2항에 있어서, 수직조절장치가 자가 억제 스핀들 구동장치(11)로 이루어진 하부로부터 수직요크(3, 4)를 이동시키는 적어도 하나의 모터로 제어되는 선형 구동장치로 구성된 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 자석요크(2, 25)가 냉각공기가 흐를 수 있는 지지조립체 내에 유지되는 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
5. 제 1항에 있어서, 노출용적(12) 내의 간극이 자기장 경계코일 또는 활주공간의 범위를 설정하며, 상호간에 수직으로 조정할 수 있는 조정가능 칸막이(14, 15)에 의해 수직요크(3, 4)에 수평으로 범위가 설정되는 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
6. 제 1항에 있어서, 자기장에 노출되는 조직이 환자의 악성종양 부위이고, 자성체, 자화가능 나노-입자를 갖는 자기유동체가 주입되어 악성종양 부위가 41℃이상의 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
7. 제 6항에 있어서, 10 - 15 kA/m의 자기력과 50 - 100 kHz의 주파수를 갖는 교번자기장이 사용되는 것을 특징으로 하는 자기장 어플리케이터.
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