KR20120089732A

KR20120089732A - 자기 유도 시스템과 그 동작 방법

Info

Publication number: KR20120089732A
Application number: KR1020127013078A
Authority: KR
Inventors: 마사토 무라카미; 미츠오 오치
Original assignee: 고쿠리츠다이가쿠호진 히로시마다이가쿠; 가꼬우호진 시바우라 고교 다이가꾸
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-08-13
Also published as: WO2011049236A1; US20120289764A1; JP5688661B2; KR101814216B1; US9242117B2; JPWO2011049236A1

Abstract

본 발명은 임의의 방향으로 자기력을 깊고, 넓게 작용시킬 수 있는 자기 유도 시스템 및 그 동작 방법을 제공한다. 본 발명의 자기 유도 시스템은, 초전도 벌크 자석으로 구성된 복수의 자장 발생 수단과, 복수의 자장 발생 수단을 임의의 위치 및 각도로 구동시키는 구동 수단과, 복수의 자장 발생 수단의 합성 자장이 자성 복합체를 생체 내의 원하는 부위로 유도하도록 구동 수단을 구동시키고, 복수의 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 설정하는 구동 제어 수단을 구비한다. 이로써, 자성 복합체가 연골 결손부에 집중하도록 유도된다.

Description

자기 유도 시스템과 그 동작 방법 {MAGNETIC INDUCTION SYSTEM AND OPERATING METHOD FOR SAME}

본 출원은 2009년 10월 23일에 출원된 일본 특허출원 제2009-244942호의 우선권을 주장하고, 그 내용을 참고함으로써 본 출원에 도입한다.

본 발명은 자성 입자를 구비한 피유도체가 유도되는, 자기 유도 시스템 및 자기 유도 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 부상이나 스포츠 활동을 계기로 무릎 관절의 뼈나 연골에 혈행 장애가 일어나, 관절의 연골이 하층의 뼈로부터 얇은 골편을 수반하여 벗겨져 버리는 병인 이단성 골연골염은, 대부분이 무릎의 내측에서 일어나고, 성장기의 골연골 결합력이 약한 10 대 아이들에게 보이며, 이들 피검자는, 처음에는 무릎의 통증이나 부기를 호소하고, 통증은 보행이나 운동에 의해 악화되고, 진행되어 뼈나 연골이 유리되면, 무릎의 뭔가 걸리는 듯한 느낌이나 구부렸다 폈다 할 수 없게 되는 상태가 일어난다. 연골에는 혈관이나 신경 조직이 없어, 손상되어도 자연스럽게는 원래대로 되돌아가지 않는다. 종래에는 손상부 안쪽의 뼈를 드릴로 일부러 손상시키고 출혈시켜 조직의 재생을 기대하는 방법이나, 결손부를 메우도록 작은 연골을 복수 이식하는 방법이 취해져 왔지만, 관절 본래의 매우 매끄러운 상태를 재현할 수는 없었다.

그래서, 관절 본래의 매우 매끄러운 상태를 재현할 수 있는, 종래의 연골 손상 재생 의료의 치료 방법예 중 한 가지는, 내시경으로 환자의 관절에서 체중이 실리지 않는 부분의 연골 조직 사방 5 - 10 밀리를 채취하고, 효소로 조직을 흩어지게 분해하여 세포를 체외로 취출하고, 결손부의 형태로 제조한 그릇 안에서, 결손부의 형태에 맞춘 의료용 콜라겐 겔에 감고, 환자의 혈청을 첨가하여 약 3 주간 배양한다. 이것을 수술로 결손부에 끼워 넣고, 환자의 골막으로 닫아 꿰맨다. 1 개월 - 1 개월 반에 전체 체중을 실어 걸을 수 있게 된다. 이 방법이면 환자의 골막으로 덮어 꿰맬 때, 환자의 무릎 부분을 사방 수십 밀리만큼 넓게 절개할 필요가 있어, 환자에게 있어 신체적 부담이 커지는 문제가 일어난다.

그래서, 환자에게 있어 신체적 부담을 경감시킬 수 있는 종래의 치료 방법으로는, 예를 들어 골수 간엽계간세포 등의 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 복합화한 복합체를, 환자의 체내 질환의 부위 근방에 주사기 등으로 주입하고, 체외로부터 자기력을 작용시켜 복합체를 질환 부위에 집중시킴으로써, 그 부위의 손상을 치료하는 재생 의료 기술의 개발이 진행되고 있다.

종래의 연골 손상 등의 질환의 의료에서 사용되는 자성 입자를 구비한 피유도체를, 자장 (磁場) 발생기로 발생시키는 자계를 이용하여 자기 유도하는 자기 유도 장치로서, 도너츠상의 솔레노이드 코일 자석을 사용하여, 환자의 질환부를 둘러싸도록 솔레노이드 코일 자석을 배치한 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

한편, 환자의 체내 질환의 부위 부근의 체외 장소에 영구 자석을 배치하고, 임의 방향으로 자기력을 작용시켜, 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 복합화한 복합체를 예를 들어 주사기를 사용하여 체내에 주입시키고, 복합체를 집중시키고자 하는 질환부에 집중시켜 손상을 치료하는 재생 의료 기술 (예를 들어, 특허문헌 2 참조) 의 개발이 진행되고 있다.

한편, 예를 들어 치료약과 자성 입자를 결합시킨 복합체인 자성약을, 환자의 혈관 내에 주사기 등으로 투약하고, 환자가 가로눕는 베드 주위에 초전도 벌크 자석으로 구성한 자장 발생기를 배치하고, 환자의 암 세포의 상류부의 혈관 분기부와 암 세포 부근에 자석을 대어, 피검자의 체내를 순환하는 혈류에 의해, 가끔 자계 안을 통과하는 자성약을 자기력으로 포착하여, 환부 부근의 자성약의 잔류 밀도를 높이는 방법 (예를 들어, 특허문헌 3 참조) 이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2007-151605호 일본 공개특허공보 2006-325600호 일본 공개특허공보 2007-297290호

종래의 자기 유도 장치에서는, 환자의 체내에서 체외로부터 주입된 피유도체를 자기적으로 유도하는 데에 필요한 자계를 발생시키는 자장 발생기가 솔레노이드 코일 자석인 경우, 솔레노이드 코일 자석의 자장은 코일 주변부에 있어서, 이 주위에 강한 자장이 발생하여, 강한 자장이 링상으로 형성된다. 이 때문에, 환자의 다리를 이 솔레노이드 코일 자석의 중앙 공간부에 관통시켜, 무릎 내측을 이 코일원의 둘레 가장자리에 접촉시켜 배치되는 경우, 자기 작용선은 자석을 둥글게 자른 원형 단면에 있어서 자석 중심으로 반경 방향으로부터 직선상으로 작용하고 있다. 따라서, 예를 들어 주사기를 사용하여 피유도체의 체내 주입 지점과 피유도체를 집중시키고자 하는 질환부를 연결하는 경로가 자기 작용선과 일치하지 않는 경우, 즉 집중시키고자 하는 면이 원형 단면과 평행이 되는 무릎의 측면부나, 원형 단면면 내에 대해 예를 들어 각도 45 도의 면에 해당하는 간접 연골에 결손부가 있는 경우, 피유도체를 질환부에 집중시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또, 환자 자신의 신체가 장애물이 되는 경우가 있어, 적절히 환부에 자력선을 작용시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또, 자장 발생기가 영구 자석인 경우, 영구 자석의 자기력은 자석 표면으로부터 멀어짐에 따라 급격하게 감쇠하기 때문에, 영구 자석 설치 장소로부터 질환 부위가 5 ㎝ 떨어져 있는 경우, 피유도체를 질환부에 집중시키는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.

한편, 치료약과 자성 입자를 결합시킨 복합체, 예를 들어 골수 간엽계간세포 등의 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 복합화한 복합체인 자성약을, 환자의 혈관 내에 주사기 등으로 투여하고, 초전도 벌크 자석을 자장 발생기로서 사용하여 자성약을 유도하는 경우, 혈관이 통하고 있지 않은 연골 손상 질환부 등에는 자성약을 자기 유도할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 피검체 내의 원하는 위치에 피유도체를 유도할 수 있는 자기 유도 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 환자 자신의 신체가 장애물이 되는 경우라 하더라도, 무릎의 내측 등의 복잡한 지점이나 좁은 지점에 대해서도 적절한 자기력을 작용시켜, 피검체 내의 원하는 위치에 피유도체를 유도할 수 있고, 이동이 용이하여 종래에 비해 좁은 스페이스에도 설치할 수 있는 자기 유도 시스템을 제공하는 것이다.

(1. 자기 유도 시스템)

(제 1 양태)

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기 유도 시스템이 제공된다. 본 발명의 제 1 양태에 의한 자기 유도 시스템은, 프로브상의 복수 개의 자장 발생 수단과, 복수 개의 자장 발생 수단에 의해 생성된 합성 자장이 생체 내의 원하는 부위에 작용하도록 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 연산 수단과, 복수 개의 자장 발생 수단이 연산 수단에 의해 산출된 위치 및 각도가 되도록 구동 수단을 제어하는 구동 제어 수단을 갖는다.

「자장 발생 수단」은 프로브상의 형상을 하고 있으며, 바람직하게는 초전도 벌크 자석 장치를 구비하고 있다. 자장 발생 수단의 자장 발생단(端)은, 생체의 체표면 근처에서 자유롭게 위치나 방향을 조정하여 배치된다. 체표면 근방에서 체표면을 따라 이동시키는 것도 가능하고, 생체의 체형이나 자세에 따라 적확하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 무릎 뒤나 측면부 등의 임의의 좁은 위치로 이동ㆍ정지하는 것이 가능하고, 환자의 질환 부위에 대해 임의의 각도로 자력선이 깊게 체내에 작용하도록 조정하여 배치하는 것도 가능하다. 복수의 「자장 발생 수단」은, 각 자장 발생 수단의 자장 강도나 방향을 바꿈으로써, 자기력의 합력 벡터의 방향, 크기를 바꾸어 임의의 방향으로 자성 복합체를 자기 유도할 수도 있다.

자장 발생 수단은, 자장을 발생시키기 위해 「초전도 벌크 자석」을 구비한 구성으로 할 수도 있다. 초전도 벌크 자석의 자계 발생면은, 동일 사이즈의 영구 자석에 비해 수십 배 내지 수백 배의 강력한 자기력을 발생시킬 수 있기 때문에, 체내의 혈관 밖에서, 또한 질환부 부근에 주사기 등에 의해 주입된 복합체를, 집중시키고자 하는 연골 결손부로 고밀도로 양호하게 유도할 수 있다. 초전도 벌크 자석은 소형ㆍ경량이기 때문에, 좁은 장소에도 배치할 수 있는 본원의 자기 유도 시스템에서 사용하기에 적합하다.

초전도 벌크 자석의 조성은, 77 K 이상의 액체 질소 온도에서, 예를 들어 3 T 의 자장 하에서 10000 A/㎠ 의 높은 임계 전류 밀도가 얻어지고, 충분한 포착 자장이 얻어지는 벌크 자석이 바람직하다. 예를 들어, RE-Ba-Cu-O (RE : 희토류 원소) 의 조성의 벌크 자석이 보다 바람직하다. 구체적으로는, (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O, Gd-Ba-Cu-O 또는 Y-Ba-Cu-O 가 더욱 바람직하다.

또, 열 전도율의 향상을 도모하기 위해, 초전도 벌크 자석에 형성된 구멍에 알루미늄 막대를 찔러 넣어 복합화하거나, 형상 기억 합금제 링을 장착하거나 해도 된다. 또, 초전도 벌크 자석에 수지나 우드 메탈 등의 저융점 합금을 함침시켜, 기계적 강도를 향상시켜 사용해도 된다. 또한, 상기의 알루미늄 막대를 찔러 넣어 복합화하는 구성, 형상 기억 합금제 링을 장착하는 구성, 저융점 합금을 함침시키는 구성 전부를 채용한 초전도 벌크 자석을 사용해도 된다.

「구동 수단」은 복수 개의 자장 발생 수단을 구동시킬 수 있다. 여기에서, 복수 개란 2 개 또는 3 개 이상을 말하지만, 제어의 용이성 면에서 바람직하게는 2 개이다. 구동 수단은, 자장 발생 수단을 지지하고, 그 자장 발생단을 생체의 체표면 근방에서 원하는 위치, 원하는 방향에 배치시킬 수 있는 기능을 갖는다. 당해 기능을 갖는 구동 수단에 의해, 환자를 움직이지 않고, 환자의 질환 부위에 대해 임의의 각도로 자력선이 깊게 체내에 작용하도록 자장 발생 수단을 조정하는 것이 가능하다. 구동 수단은, 일반적인 구동 모터 등을 사용하는 것이 가능하고, 「자석 홀더」나 「아암」, 「회전 관절부」, 「대차 (臺車)」등으로 이루어지는 구성을 생각해 볼 수 있다. 대차에 의해 베드를 소정 위치까지 이동시키고, 추가로 아암이나 회전 관절부에 의해 자장 발생 수단의 위치를 조절하는 것이 가능하다. 구동 수단에 의해, 초전도 벌크 자석을 무릎 뒤나 측면부 등의 임의의 좁은 위치로 이동ㆍ정지, 또는 이동을 연속적으로 조정할 수 있다.

「연산 수단」은 합성 자장이 자성 복합체를 생체 내의 원하는 부위로 유도하도록 상기 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출할 수 있다. 연산 수단은 CPU, 메인 메모리, RAM 등으로 구성된다.

연산 수단의 메모리에는 미리 실험 등에 기초하여 정해진 자장 발생 수단의 위치 및 각도와, 그 자장 발생 수단의 위치 및 각도로부터 생성되는 합성 자장의 관계를 매핑하여, 테이블 또는 맵에 저장할 수 있도록 해도 된다. 연산 수단은, 메모리 내에 매핑된 데이터를 참조하여, 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 것이 가능하다.

또, 연산 수단의 메모리 내에 미리 저장된 함수를 사용하여 자동적으로 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하도록 해도 된다. 연산 수단은, 메모리 내에 저장된 함수에 합성 자장을 발생시켜야 하는 위치의 데이터를 입력함으로써, 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 것이 가능하다.

「구동 제어 수단」은, 복수의 자장 발생 수단의 합성 자장에 의해 자기 비드 피유도 물질 복합체를 체내의 원하는 위치로 유도하도록 구동 수단을 제어할 수 있는 기능을 갖는다. 상기 서술한 연산 수단에 의해, 복수 개의 자장 발생 수단의 합성 자장을 생체 내의 원하는 부위에 형성하도록 자장 발생 수단의 위치 및 각도가 산출되고, 구동 제어 수단에 의해, 복수 개의 자장 발생 수단이 연산 수단에 의해 산출된 위치 및 각도가 되도록 구동 수단의 구동을 제어한다. 제어의 방법으로는, 무선 신호나 유선 케이블을 개재한 제어를 생각해 볼 수 있다.

합성 자장이 형성되는 생체 내의 원하는 부위는, 예를 들어 생체 내의 관절 연골부이다. 당해 원하는 부위는 환자의 질환부 또는 피검사부이며, 예를 들어 결손부가 존재하는 연골 결손부로 할 수 있다. 여기에서, 자기 유도 시스템에 있어서 자성 복합체를 유도할 수 있는 부위는 연골 결손부에 한정되지 않고, 특정 장기 등 환자 체내의 어떠한 부위도 상정할 수 있다. 예를 들어, 무릎 관절의 연골 결손부 등, 특정한 좁은 부위, 혹은 무릎의 내측 등의 복잡한 지점이나 좁은 지점에 대해서도 적절한 자기력을 작용시켜 자성 복합체를 환부로 유도할 수 있다. 또, 자성 복합체를 유도할 수 있는 루트는, 혈관이나 신경이 존재하는 부분에 한정되지 않고, 혈관이나 신경이 존재하지 않는 연골 부분에도 설정할 수 있다.

본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 자기 비드 피유도 물질 복합체를 체내에 주입하기 위한 기능을 갖는 「주입 장치」를 별도로 형성하는 구성도 가능하다. 주입 장치로는, 일반적인 주사기를 사용하는 것을 생각해 볼 수 있다. 또한, 당해 주사 장치는, 반드시 자기 유도 시스템과 일체로 되어 있을 필요는 없어, 다른 장치의 구성으로 할 수도 있다.

「자성 복합체」는, 예를 들어 자성 재료로 이루어지는 자기 비드와 피유도 물질로 이루어지는 자기 비드 피유도 물질 복합체이다. 「자기 비드 피유도 물질 복합체」는, 자기 유도 장치에 의해 체내의 원하는 위치로 유도되는 것을 목적으로 하여 제조되는 자성 재료를 함유하는 것을 특징으로 한다. 상기 자기 비드 피유도 물질 복합체의 생성 방법의 일례로는, 환자의 뼈나 연골, 근육 등으로 변화하는 환자 자신의 간엽계간세포를 체외로 취출하여, 조영제 등에 사용되는 마그네타이트 미립자를 사용하여 미립자 표면에 예를 들어 펩티드 등을 코팅하고, 양자를 액체 중에서 소정 시간 혼합시켜, 간세포와 마그네타이트 미립자를 펩티드를 개재하여 복합화하여 생성하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

본 발명에 관련된 자기 유도 시스템에서는, 피자성 복합체로서 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 복합화한 복합체를 사용한 경우에 대하여 기재하였지만, 피자성 복합체가 자성 입자와 항암제 등의 체내 유효 물질로 이루어지는 질환부에 대한 치료 효과를 갖는 것이라면 어떠한 것이어도 된다. 또, 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템은, 질환부의 치료뿐만 아니라, 피검자의 생체를 검사 또는 진단하기 위해 사용할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템을 사용하여, 검사 또는 진단용 자성 복합체를 피검자의 생체 내의 검사 부위 또는 진단 부위로 유도해도 된다.

(제 2 양태)

본 발명의 제 2 양태에 의한 자기 유도 시스템은, 복수의 자장 발생 수단의 자극 (磁極) 이 생체의 원하는 부위에서 서로 반발하는 배치에서 구동 수단을 제어할 수 있는 동극 (同極) 제어 수단을 추가로 갖는다. 복수의 자장 발생 수단 각각의 자장 발생단의 자극을 동극으로 한다.

「동극 제어 수단」은, 복수의 자장 발생 수단으로부터 발생하는 자장이 생체의 자장 인가 영역에서 서로 반발하는 배치에서 구동 수단을 제어할 수 있는 기능을 갖는다. 복수의 자장 발생 수단이 그 자장 발생단으로부터 동극의 자장을 발생시키고, 생체의 자장 인가 영역에서 서로 반발하는 배치에서 구동 수단을 제어한다. 본 발명의 자기 유도 시스템을 「동극 제어 수단」을 갖는 구성으로 함으로써, 생체의 자장 인가 영역 (환부) 에 대해 흡인력이 발생할 우려가 적어, 보다 안전하게 자기 비드 피유도 물질 복합체의 유도를 실시할 수 있게 된다.

동극 제어 수단에 의하면, 서로 끌어당기는 이극 (異極) 의 자석 사이에 신체의 일부가 끼어 상처를 입는 것 등을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.

(제 3 양태)

본 발명의 제 3 양태에 의한 자기 유도 시스템은, 생체 내의 부위와 그 부위에서의 자장의 강도를 자성 복합체의 도입 후에 경과 시간에 따라 컨트롤하는 시간 제어 수단을 추가로 갖는다.

「시간 제어 수단」은, 생체의 자장 인가 영역에서의 자장의 강도를 자기 비드 피유도 물질 복합체의 도입 후에 경과 시간에 따라 컨트롤할 수 있는 기능을 갖는다. 예를 들어, 자기 비드 피유도 물질 복합체를 관절부에 도입한 경우에, 초기 단계에서는 도입된 자기 비드 피유도 물질 복합체는 관절부의 젤리상의 체액 내에 균일하게 퍼지게 하기 위해, 비교적 약한 자장을 인가하여 복합체를 자기 확산으로 균일하게 분포시키고, 그 후, 비교적 강한 자장을 작용시켜 관절부의 결손 지점이 좁은 부위에 균일하게 착상 (着床) 시키는 것을 생각해 볼 수 있다. 본 발명의 자기 유도 시스템을 「시간 제어 수단」을 갖는 구성으로 함으로써, 보다 다양한 양태로 자기 비드 피유도 물질 복합체의 유도를 실시하는 것이 가능해진다.

(제 4 양태)

본 발명의 제 4 양태에 의한 자성 복합체의 유도 시스템은, 자성 복합체와 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템을 갖고, 복합체는, 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 함유하고, 자기 유도 시스템은 초전도 벌크 자석과 초전도 벌크 자석을 무릎 뒤나 측면부 등의 임의의 좁은 위치로 이동, 정지, 또는 이동을 연속적으로 조정할 수 있는 지지 수단을 가지며, 초전도 벌크 자석이 발생시키는 자계에서, 체내의 혈관 밖의 부위에 주입된 자성 복합체를 체내에서 환자의 질환부로 유도할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

(2. 자기 유도 시스템의 동작 방법)

또, 본 발명에서는, 프로브상의 복수 개의 자장 발생 수단과, 복수 개의 자장 발생 수단을 구동시키는 구동 수단과, 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 연산 수단과, 구동 수단의 구동을 제어하는 구동 제어 수단을 갖는 자기 유도 시스템의 동작 방법으로서, 연산 수단이, 복수의 자장 발생 수단의 합성 자장을 생체 내의 원하는 부위에 작용하도록 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 단계와, 구동 제어 수단이, 복수 개의 자장 발생 수단이 연산 수단에 의해 산출된 위치 및 각도가 되도록 구동 수단의 구동을 제어하는 단계를 갖는 상기 자기 유도 시스템의 동작 방법.

본 발명의 자기 유도 시스템에 의하면, 종래의 솔레노이드 코일 자석이나 영구 자석에 비해 강력한 자장을 발생시킬 수 있는 초전도 벌크 자석을 사용함으로써, 혈관이 없는 부위 (예를 들어, 연골 부분) 나 체내의 심부에 대해서도 자력을 작용시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 질환부가 혈관이 없는 부위나 체내의 심부에 존재하는 경우에도, 자성 복합체를 당해 질환부로 유도할 수 있는 점에서 특히 유용하다.

또, 본 발명의 자기 유도 시스템에서는, 복수의 자장 발생 수단을 사용하기 때문에, 임의의 방향으로 합성 자장을 형성하는 것이 가능하고, 이로써, 환자의 체내 어떠한 부위에 대해서도 입체적으로 자력을 집중시킬 수 있다. 즉, 질환부의 부위 및 형상에 대해 보다 합치되도록 자성 복합체를 작용시키는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 의하면, 복수의 자장 발생 수단의 위치 및 방향을 제어함으로써, 처음에는 질환부 주변의 비교적 넓은 범위에 합성 자장을 작용시키고, 서서히 자성 복합체를 질환부로 유도하고, 다음으로 합성 자장을 작용시키는 범위를 좁혀 질환부의 국소 (局所) 로 자성 복합체를 유도할 수 있다. 이와 같이, 질환부의 국소에 자성 복합체를 집중시킴으로써, 보다 효과적으로 질환부에 자성 복합체를 작용시키는 것이 가능해진다.

또한, 소형ㆍ경량인 초전도 벌크 자석을 사용함으로써, 종래의 솔레노이드 코일 자석이나 영구 자석을 사용한 자기 유도 시스템에 비해 소형ㆍ경량인 자기 유도 시스템을 제공할 수 있다. 이로써, 질환부가, 예를 들어 무릎 뒤나 측면부 등의 임의의 좁은 위치에 존재하는 경우에도, 임의의 위치에 자장 발생 수단을 배치하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 자기 유도 시스템에 의하면, 환자의 생체 일부가 장애물이 되는 경우라 하더라도, 적절하게 환부에 자력선을 작용시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 자기 유도 시스템은, 이동이 용이하여 종래에 비해 좁은 스페이스에도 설치할 수 있어, 임의의 방향으로 자기력을 깊고, 넓게 작용시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템은, 자장 발생기를 소형ㆍ경량인 초전도 벌크 자석으로 구성하고, 주사기를 사용하여 체내에 주입된, 치료에 사용하는 세포와 자성 입자를 복합화한 복합체를 집중시키고자 하는 질환부로 유도하기 위해 사용한다. 초전도 벌크 자석은, 동일 사이즈의 영구 자석에 비해 수십 배 내지 수백 배의 강력한 자기력을 발생시킬 수 있기 때문에, 질환부 부근에 주사기 등에 의해 주입된 복합체를 집중시키고자 하는 연골 결손부로 고밀도로 양호하게 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 초전도 벌크 자석은, 자석면에 수직인 방향으로 주 (主) 자기력을 발생시켜, 자석면으로부터 떨어진 공간에 있어서도 이 자기력은 종래의 솔레노이드 코일 자석이나 동일 사이즈의 영구 자석에 비해 보다 강력하고, 또한 자석면에 수직 방향으로 주 자기력을 발생시킬 수 있기 때문에, 복합체를 집중시키고자 하는 질환부가 자석으로부터 예를 들어 5 ㎝ 떨어진 위치에 질환부가 있어도, 그 연골 결손부로 양호하고 적확하게 유도할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템은, 초전도 벌크 자석을 사용하여 자석면에 수직 방향으로 주 자기력을 발생시켜, 자석면으로부터 떨어진 공간에 있어서도 종래의 솔레노이드 코일 자석이나 동일 사이즈의 영구 자석에 비해 보다 강력하고, 또한 자석면에 수직 방향으로 주 자기력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 복합체를 집중시키고자 하는 질환부가 무릎의 측면부로부터 예를 들어 45 도의 각도를 가진 면에 연골 결손면이 있는 경우라 하더라도, 환자를 움직이지 않고 그 연골 결손면과 주사기 등에 의해 주입된 복합체의 주입 부위를 연결하는 자기력 작용선과 자석의 자기력선이 맞도록, 이동 지지 수단에 의해 자석면을 이동ㆍ정지시켜 배치할 수 있다. 이로써, 복합체를 연골 결손면으로 양호하고, 적확하게 유도할 수 있다.

또, 본 발명에 관련된 자기 유도 시스템은, 초전도 벌크 자석을 사용함으로써, 복합체를 집중시키고자 하는 연골 결손면이 오목상의 바닥 또는 측면에 있는 경우라 하더라도, 환자를 움직이지 않고 자석의 위치를 조정 설치할 수 있기 때문에, 복합체를 연골 결손 오목면 상으로 양호하고, 균일하고, 적확하게 유도할 수 있다. 구체적으로는, 오목상의 연골 결손면 각각의 오목면 상의 위치와 주사기 등에 의해 주입된 복합체의 주입 부위를 연결하는 각각의 자기력 작용선과 자석의 자기력선이 맞도록, 자석면을 질환부 근방의 체외 공간을 이동시키면서 연속적으로 제어하도록 해도 된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 자기 유도 시스템의 초전도 벌크 자석 용기 내의 구조를 설명하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 초전도 벌크 자석 표면의 발생 자장 분포도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 초전도 벌크 자석 표면 상부 공간에서의 자기력 벡터 분포도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 자기 유도 시스템의 동작 순서를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 자기 유도 시스템을 설명하는 도면이다.
도 6 은 무릎의 대퇴골의 뼈와 그 뼈의 연골 결손 지점을 나타내는 도면이다.
도 7 은 관절부의 젤리상의 체액 내에 자성 복합체가 퍼지면서 분포한 모습을 나타내는 도면이다.
도 8 은 종래 기술에 의한 자성 복합체의 체내 자기 유도의 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 자기 유도 시스템에 의한 자성 복합체의 체내 자기 유도의 결과를 나타내는 도면이다.
도 10 은 자기 유도의 조작을 복수 회 반복함으로써, 자성 복합체를 연골 결손부의 표면에 균일하게 착상시키는 모습을 나타내는 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 자석 설치 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 자기 유도 시스템의 동작 순서를 나타내는 도면이다.
도 13A 는 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 1 개의 초전도 벌크 자석을 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 13B 는 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석을 사용한 예를 나타내는 도면이다.
도 13C 는 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석의 자석 간 거리를 조정하여 자기력의 벡터를 제어하는 예를 나타내는 도면이다.
도 13D 는 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석의 자석 간 거리를 조정하여 자기력의 벡터를 제어하는 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 14 는 돼지 관절부의 슬개골과 그 뼈의 연골 결손부를 나타내는 도면이다.
도 15 는 연골 결손부에 백색의 연골이 자기 증식하여 재생된 모습을 나타내는 도면이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태의 자기 유도 시스템을 나타내고 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 자장 발생 수단 (1) 에 포함되는 초전도 벌크 자석 (2) 은, 이하의 구성 요소로 이루어진다. 자장 발생 수단 (1) 으로서, 예를 들어 YBCO 계 초전도 벌크체를 사용하고, 헬륨 혹은 질소 등의 헬륨 가스 이외의 작동 가스를 사용한, 압축기 (도시 생략) 일체형의 스탈링식의 소형 냉동기 (3) 로 직접 초전도 벌크체를 냉각시키는 구성을 나타내는 것으로서, 초전도 벌크체의 외주는 스테인리스제나 알루미늄제 링 (4) 과 접착제 등에 의해 일체화되어 초전도 벌크체를 착자 (着磁) 할 때에 자신의 자기력으로 균열이 발생하는 것을 방지하고 있다. 초전도 벌크체와 링 (4) 은 구리나 알루미늄제 전열 플랜지 (5) 에 접착제 등에 의해 열적으로 일체화되고, 전열 플랜지 (5) 와, 전열 플랜지 (6) 는, 인듐 시트나 그리스 (도시 생략) 를 개재하여 볼트 (도시 생략) 등에 의해 열적으로 일체화되어 있다.

전열 플랜지 (6) 는 열 전도율이 작은 예를 들어 유리 섬유 (도시 생략) 함유 에폭시 수지 강제 원통체 (7) 와 볼트 (도시 생략) 등에 의해 고정 지지되어 있으며, 원통체 (7) 의 타단부 (他端部) 는 예를 들어 스테인리스제 플랜지 (8) 와 접착제에 의해 일체화되고, 플랜지 (8) 는 실온 플랜지 (9) 와 O 링, 볼트 (도시 생략) 에 의해 기밀 고정된다. 실온 플랜지 (9) 에는 소형 냉동기 (3) 의 고정 플랜지 (10) 가 야금적으로 기밀 일체화되고, 진공 기밀성을 갖는 벨로우 (11) 를 개재하여 소형 냉동기 (3) 의 고정 플랜지 (12) 와 O 링, 볼트 (도시 생략) 에 의해 기밀 고정된다. 초전도 벌크체의 외주는 진공 단열을 위해 진공 용기 (13) 를 배치하고, 진공 용기 단부의 플랜지 (14) 는, 플랜지 (8, 9) 에 O 링, 볼트 (도시 생략) 에 의해 기밀 고정된다. 원통체 (7) 에는 내외의 진공 배기 구멍 (15) 을 형성하고 있다.

소형 냉동기 (3) 의 운전에 의해, 온도 약 섭씨 -230 도의 극저온이 되는 초전도 벌크체, 냉동기 (3) 의 실린더부 (16), 콜드 스테이지 (7) 주위에는, 실온의 구성재로부터의 복사열의 침입을 방지하기 위해 적층 복사 단열재 (17, 17', 17") 를 감는다. 공간 (18) 은, 진공 펌프 (19) 에 의해, 진공 배관 (20), 밸브 (21) 를 통하여 진공 배기되어, 진공 단열 공간을 형성한다. 냉동기에 의해 극저온으로 냉각된 후에는, 밸브 (21) 를 닫아 초전도 벌크 자석 (2) 과 진공 배관 (20) 을 분리할 수 있다.

소형 냉동기 (3) 는 전원 유닛 (22) 으로부터 전원 코드 (23) 를 통하여 급전되어 냉각 운전된다. 냉동기의 운전시에 발생하는 압축기의 헬륨 가스 압축열은, 칠러 유닛 (24) 에 의해 냉각된 냉매를 배관 (25) 에 의해 공급되고, 압축열을 흡수한 냉매는 배관 (26) 에 의해 칠러 유닛 (24) 으로 회수된다. 공간 (18) 을 진공 배기하면서 헬륨 냉동기 (3) 를 운전함으로써, 초전도 벌크체를 온도 약 섭씨 -230 도의 극저온으로 운전할 수 있다.

초전도 벌크체를 착자하기 위해서는, 착자하고자 하는 소정의 자계, 예를 들어 10 테슬라의 자계를 발생시킬 수 있는 착자용의 초전도 자석, 혹은 발생 자장이 작은 상전도 (常電導) 자석을 별도로 준비한다 (양 자석은 도시 생략). 초전도 벌크체를 삽입한 초전도 벌크 자석 (2) 을 냉각시키기 전에, 이미 착자하고자 하는 자장을 발생시키고 있는 착자용 자석 내의 자장 중에 삽입하고, 그 후, 소형 냉동기 (3) 에 의해 초전도 벌크체를 초전도 온도 이하로 냉각시킨다. 여기에서, 초전도 벌크체의 원통 축방향과 착자용 자석이 발생시키는 주 자장 방향을 일치시킨다.

그 후, 착자용 자석의 자장을 소자 (消磁) 하면, 계속 냉각시키는 초전도 벌크체 내에 자장이 포착되어, 냉각이 유지되는 한 착자 자장과 동등한 자계를 가진 초전도 벌크 자석 (2) 이 된다. 이와 같이 하여 높은, 예를 들어 5 테슬라 ∼ 10 테슬라의 자장을 포착한 초전도 벌크체를 자장 발생 수단 (1) 으로서 사용할 수 있다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의, 초전도 벌크 자석 표면의 발생 자장 분포도를 나타낸다. 도 2 에 있어서, I 는 초전도 벌크 자석 파면에 수직 방향의 자장 강도를 나타내고, d 는 초전도 벌크 자석 끝면 중심으로부터의 반경 방향 거리를 나타내고, m 은 초전도 벌크 자석 끝면 중앙을 나타낸다. 상기 서술한 바와 같이 하여 착자된 초전도 벌크 자석 (2) 의 자계 분포는 거의 균일하게 분포하는 마이크로한 자속의 집단으로 형성되기 때문에, 예를 들어 초전도 벌크체의 단면 형상이 원형인 경우, 도 2 의 자장 분포도에 나타내는 바와 같이, 그 자석 표면 면내의 면에 수직 방향의 자장 강도 특성 (27) 은 거의 원뿔상이 되어, 중앙부의 자계가 가장 강하고, 외주부에서 거의 제로가 된다. 따라서, 초전도 벌크체의 중앙으로부터 수직 방향 및 반경 방향으로 매우 큰 자장 구배를 갖는다. 따라서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 자장 강도와 자장 구배의 곱인 자기력은, 도면 중, 자기력의 크기를 길이로, 자기력이 작용하는 방향을 그 직선의 방향으로 나타내는 화살표로 나타낸 벡터선 (28) 으로 나타내는 바와 같이, 초전도 벌크체의 끝면 상방 공간에 있어서, 자계가 투과한 공간으로부터 초전도 벌크체의 끝면 중심부를 향하여 수직 방향 및 반경 방향으로부터 매우 큰 자기력이 발생한다.

초전도 벌크 자석 (2) 을 환자의 무릎 내측의 체외에 설치하는 경우, 초전도 벌크 자석 (2) 에 의해 발생하는 자계는 환자의 피부 외부에서 내부로 침투하여, 관절 연골에는 혈관, 신경 조직이 없어 자기 수복 능력이 없는 관절 연골 손상부의 오목상의 손상 지점에 침투시킬 수 있다.

한편, 치료에 사용하는 자성 복합체는, 환자의 뼈나 연골, 근육 등으로 변화하는 환자 자신의 간엽계간세포를 체외로 취출하고, 조영제 등에 사용되는 마그네타이트 미립자 표면에 예를 들어 펩티드 등을 코팅하고, 양자를 액체 중에서 소정 시간 혼합시켜, 간(幹)세포와 마그네타이트 미립자를 펩티드를 개재하여 복합화하여 생성된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서의 자기 유도 시스템 및 그 동작 순서를 도 4, 도 5 에 나타낸다. 본 실시예에 나타내는 자기 유도 시스템에서는, 초전도 벌크 자석 (2) 을, X 선 촬영 장치 (도시 생략) 나 핵자기 공명 이미징 장치 (도시 생략) 로부터 미리 얻어진 환자의 연골 결손부의 위치 정보, 및 미리 계산 혹은 측정으로부터 구해진 초전도 벌크 자석 (2) 의 자기력의 강도, 방향을 나타내는 자기력의 벡터 분포 정보를 사용하여, 연산 수단 (100) 에 있어서, 미리 위치 정보로서 입력된 자성 복합체의 체내의 주입 위치에서부터 연골 결손부까지의 자기력선의 루트를 산출하고, 추가로 루트 창생에 필요한 초전도 벌크 자석의 위치 및 각도 등을 산출하고, 초전도 벌크 자석 (2) 을 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 의 선단에 유지한 상태에서, 계산 결과를 기초로 그 선단의 자석부를 계산된 소정의 3 차원 위치와 계산된 소정 각도로 조정하여 배치한다. 또한, 자성 복합체가 체내의 소정 부위로 유도될 때까지 설정을 유지한다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 자기 유도 시스템을 나타내는 도면이다. 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 는, 연산 수단 (100) 으로부터 예를 들어 무선 신호나 유선 케이블 (101) 에 의해 제어된다. 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 는, 환자 (30) 를 올리는 베드 (31) 근방의 이동 정반 (32) 상을, 모터 (도시 생략) 를 내장한 구동부 수납 박스 (33) 에 의해 회전 구동되는 차 (34) 에 의해 소정 위치까지 이동한다. 또한, 지주 (35) 상부의 회전 모터 (도시 생략) 를 내장한 회전 구동부 (36) 와, 아암 (37), 회전 관절부 (38), 아암 (39), 회전 관절부 (40), 아암 (41) 을 동작시켜 초전도 벌크 자석 홀더 (42) 를 이동시킴으로써, 초전도 벌크 자석 (2) 을 연산 수단 (100) 에 의해 계산된 소정의 3 차원 위치와 각도로 세팅한다.

여기에서, 도 1 에 나타낸 소형 냉동기용 전원 (22) 및 냉매용의 칠러 유닛 (24) 은 수납 박스 (43) 내에 배치되고, 급전선 (23), 냉매 배관 (25, 26) 은 묶어 보호 튜브 (44) 내에 수납되고, 양자는 지주 (35) 안 및 상부의 회전 구동부 (36) 를 통과한 후, 묶어서 가요성을 갖는 예를 들어, 아코디언상의 고분자 재료로 제조된 보호 튜브 (45) 에 수납되어, 초전도 벌크 자석 (2) 에 연결되어 있다. 보호 튜브 (45) 는, 아암에 설치한 지지 링 (46) 안을 통과시켜 유지하고 있다.

도 5 ∼ 도 10 (단, 도 8 은 종래 기술에 의한 경우) 에 나타내는 바와 같이, 자성 복합체의 체내 자기 유도는 이하와 같이 행해진다. 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 에 의해 초전도 벌크 자석 (2) 의 자석면을 환자 (30) 의 무릎 내측의 소정의 환부 부근의 소정의 질환 위치, 각도로 배치한 후, 도 6 에 나타내는 바와 같이 무릎의 대퇴골의 뼈 (47) 상에서, 환자 (30) 로부터 볼 때, 좌측 측부의 원형 오목상으로 함몰된 연골 결손 지점 (48) 이 있는 경우, 주사기 (49) 등을 사용하여 자성 복합체 (50) 를 미리 설정한 위치에 주입된다. 주입된 자성 복합체는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 관절부의 젤리상의 체액 내로 퍼지면서 분포한다. 여기에서, 종래의 링상으로 자장이 발생하는 솔레노이드 코일 자석이 무릎 내측에 배치되는 경우, 도 8 에 나타내는 바와 같이 자장 분포에 따라 링상으로 집적되어, 주입된 자성 복합체 (50) 의 일부만, 또한 연골 결손 지점 (48) 의 일부에만 집적할 수는 없지만, 복수의 자장 발생 수단 (1) 을 사용하는 본 실시예에서는, 자장을 원하는 위치에 집중시킬 수 있기 때문에 (도 11), 도 9 에 나타내는 바와 같이, 주입된 자성 복합체 (50) 대부분을 연골 결손 지점 (48) 에만 집중하여 집적시킬 수 있다. 이와 같이, 초전도 벌크 자석의 자기력에 의해, 혈관 밖의 체내에 넓게 정지 분포한 자성 복합체 (50) 가 환부의 연골 결손부로 자기 유도되어, 예를 들어 수십 분간 자기력을 유지함으로써, 결손부 표면의 골조직 표면에 착상시킨다. 이것으로 자기 유도 작업은 종료된다.

자성 복합체의 착상 상태는, 별도로 핵자기 공명 이미징 장치 (도시 생략) 등으로 연골 결손부 (48) 에 있어서의 자성 복합체의 자성 입자의 착상 밀도 분포 상황을 검사함으로써 계측할 수 있으며, 자성 복합체의 착상 밀도 부족 부위가 판명되면, 도 10 에 나타내는 바와 같이 그 부위로 유도할 수 있도록 다시 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 에 의해 초전도 벌크 자석 (2) 의 자석면을 환자의 무릎 내측 부근의 소정의 질환 위치 및 각도로 배치한 후, 자성 복합체를 재설정한 위치에 주사기 등을 사용하여 재주입하고, 착상 부족 지점에 재주입한 자성 복합체를 적확하게 자기 유도한다. 이 조작을 복수 회 반복함으로써, 자성 복합체를 연골 결손부의 표면에 소정의 밀도로 간극을 최대한 줄여 균일하게 착상시킬 수 있다.

착상시킨 후에는 안정되게 함으로써, 연골 결손면에 소정 밀도로 균일하게 착상된 간세포는, 약 수주 간을 걸쳐 연골 세포로서 자기 증식하여 결손부의 공간을 다 메워 원래의 연골 형상으로 단시간에 되돌아와 조기에 치유할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 있어서는, 자장 발생 수단 (1) 으로서 초전도 벌크 자석으로 구성함으로써, 솔레노이드 코일 자석과는 달리, 자성 복합체를 3 차원 공간에서 소정의 스폿 위치에 소정 각도로 자기 유도할 수 있으므로, 소정량의 자성 복합체를 연골 결손부의 오목면 상에 소정의 밀도로, 간극을 최대한 줄여 균일하게 착상시킬 수 있기 때문에, 원래의 연골 형상으로 단시간에 되돌아와 조기에 치유할 수 있는 효과가 있다.

본 실시예에서는, 초전도 벌크 자석의 이동에 전동이나 가스 구동 모터를 사용한 예에 대하여 설명하였지만, 중량 밸런서를 내장하여 수동으로 이동하도록 해도 동일한 효과가 발생한다. 이 경우, 초전도 벌크의 위치 정보는, 아암 관절부의 회전각의 정보로부터 연산 장치에 의헤 산출 정보를 표시해도 되고, 또한 초전도 벌크 자석 선단에 위치 센서를 장착하고, 그 정보를 무선으로 정보를 보내, 정보로부터 연산 장치에 의해 산출 정보를 표시해도 되며, 또한 이동 조작자가 눈으로 보면서 조정해도 된다.

또, 본 실시예에서 자석의 위치와 환부의 직선 거리를 일정하게 유지하도록 하였지만, 주사기 (49) 등을 사용하여 자성 복합체 (50) 를 미리 설정한 위치에 주입하는 경우, 초기 단계에서는 주입된 자성 복합체는 관절부의 젤리상의 체액 내에 균일하게 퍼지게 하기 위해 상기 직선 거리를 떨어뜨려, 자기력을 약하게 하여 균일하게 자기 확산으로 균일하게 분포시키고, 그 후, 상기 직선 거리를 근접시켜 자기력을 강하게 작용시켜, 원형 오목상으로 함몰된 연골 결손 지점 (48) 의 넓은 면에 균일하게 착상시켜도 된다.

도 11 에 본 발명의 일 실시예를 나타낸다. 본 도면에서는, 환자의 무릎 (51) 의 체내의 환부 (52) 가 뼈의 길이축 방향에 연골 결손부의 개구부가 있는 경우에서, 결함부의 바닥면 뒤쪽에 초전도 벌크 자석 (2) 을 환자의 몸이 방해하여 설치할 수 없는 경우의 자석 설치 구조를 나타내는 것으로서, 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 를 2 대 사용하여, 각각의 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 에 의해 지지된 초전도 벌크 자석 (2) 을 무릎 (51) 양측에 배치하고, 그 자장에 있어서의 자기력의 합력 벡터 (53) 가, 환부 (52) 의 개구면에 작용하도록 양 초전도 벌크 자석 (2) 을 배치한 것이다. 본 실시예에 의하면, 자기력의 합력 벡터 (53) 의 상류부의 위치에 주사기 등을 사용하여 자성 복합체를 주입하면, 자기력의 작용선을 따라 환부 (52) 에 집적할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서의 자기 유도 시스템의 동작 순서를 도 12 에 나타낸다. 복수 개의 자장 발생 수단 (1) 은 초전도 벌크 자석 (2) 에 의해 자장을 발생시킨다. 구동 제어 수단은 연산 수단 (100) 을 갖고, 연산 수단 (100) 은, X 선 촬영 장치 (도시 생략) 나 핵자기 공명 이미징 장치 (도시 생략) 로부터 미리 얻어진 환자의 연골 결손부의 위치 정보, 및 미리 계산 혹은 측정으로부터 구해진 복수 개의 초전도 벌크 자석 (2) 의 자기력의 강도, 방향을 나타내는 자기력의 벡터 분포 정보를 사용하여, 미리 위치 정보로서 입력된 자성 복합체의 체내의 주입 위치에서부터 연골 결손부까지의 자기력선의 루트를 산출한다. 연산 수단 (100) 은, 추가로 루트 창생에 필요한 복수 개의 초전도 벌크 자석의 위치 및 각도 등을 산출하고, 초전도 벌크 자석 (2) 을 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치 (29) 의 선단에 유지한 상태에서, 계산 결과를 기초로 그 선단의 자석부를 계산된 소정의 3 차원 위치와 계산된 소정 각도로 조정하여 배치한다.

도 13A 에 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 1 개의 초전도 벌크 자석을 사용한 예를 나타낸다. 도 13A 의 f 는 자기력 벡터를 나타내고, Bz 는 자장 강도를 나타내고, g 는 자기 구배를 나타내고, L1 은 자석 표면으로부터의 거리를 나타낸다. 초전도 벌크 자석 1 개로 표면 자장 5 T 의 시스템을 이용한 경우, 자석 표면으로부터 L1 = 5 ㎝ 의 중심 위치에 있어서, 자장 강도 (Bz) 는 0.8 테슬라 (T) 와 자기 구배 (g) = dBz/dz = 1 (T/㎝) 을 기록하였다. 이 때, 자기력 벡터 (f) 는, 초전도 벌크 자석의 방향을 향하고 있으며, 이 힘에 의해 자기 비드 피유도 물질 복합체를 벌크 자석 방향으로 유도하는 것이 가능해진다. 자기력 벡터 (f) 의 크기는 0.8 (T²/㎝) 을 기록하였다.

도 13B 에 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석을 사용한 예를 나타낸다. 이하의 도 13B 내지 도 13C 에 있어서, f 는 자기력 벡터를 나타내고, Bz 는 자장 강도를 나타내고, g 는 자기 구배를 나타내고, L1 은 제 1 초전도 벌크 자석의 자석 표면으로부터의 거리를 나타내고, L2 는 제 1 초전도 벌크 자석과 제 2 초전도 벌크 자석의 중심 간 거리를 나타낸다. 도 13A 와 동일한 여자 (勵磁) 를 실시한 초전도 벌크 자석 2 개의 시스템을 이용하여, 2 개 자석의 중심 간 거리 (L2) 를 5.8 ㎝ 로 하고, 자장의 축을 중심으로부터 L1 = 5 ㎝ 떨어진 위치에 자석의 축이 향하고, 또한 2 개의 자석의 동극이 향한 상태에서, 이 위치에서의 자장 강도 (Bz) 를 측정한 결과, 1.4 테슬라 (T) 와 자기 구배 (g) = dBz/dz = 1.81 (T/㎝) 을 기록하였다. 이들 자장 및 자기 구배는, 2 개의 자석의 중심을 향한 벡터 (f) 를 갖는다. 자기력 벡터 (f) 의 크기는 2.5 (T²/㎝) 를 기록하였다.

이상과 같이, 2 개의 초전도 벌크 자석을 이용함으로써, 1 개인 경우보다 보다 큰 자장 강도 및 자기 구배, 따라서, 보다 큰 자기력을 부여할 수 있다.

또한, 도 13C 에 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석의 자석 간 거리를 조정하여 자기력의 벡터를 제어하는 예를 나타낸다. 2 개의 초전도 벌크 자석 간 거리를 조정함으로써, 자기력 및 자기력이 작용하는 방향을 제어하는 것이 가능해진다. 동일한 여자를 실시한 초전도 벌크 자석 2 개의 시스템을 이용하여, 2 개의 자석을 중심 간 거리 (L2) 는 4 ㎝ 로 하고, 자장의 축을 중심으로부터 L1 = 5 ㎝ 떨어진 위치에 자석의 축이 향하고, 또한 2 개의 자석의 동극이 향한 상태에서, 이 위치에서의 자장 강도 (Bz) 를 측정한 결과, 1.8 테슬라 (T) 와 자기 구배 (g) = dBz/dz = 2.3 (T/㎝) 을 기록하였다. 이들 자장 및 자기 구배는, 2 개의 자석의 중심을 향한 벡터 (f) 를 갖는다. 자기력 벡터 (f) 의 크기는 4.1 (T²/㎝) 을 기록하였다.

이상과 같이, 초전도 자석 간의 거리를 조정함으로써, 연골 재생을 목적으로 하는 위치에 있어서의 자기력을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 자석 배치의 제어에 의해서도 자기력의 방향 벡터의 제어도 필요해진다.

도 13D 에 본 발명의 자기 유도 시스템에 있어서, 2 개의 초전도 벌크 자석의 자석 간 거리를 조정하여 자기력의 벡터를 제어하는 다른 예를 나타낸다. 도 13D 에 있어서 L3 은 제 1 초전도 벌크 자석 (2) 에서부터 중심축까지의 거리를 나타내고, L4 는 제 2 초전도 벌크 자석 (2) 에서부터 중심축까지의 거리를 나타낸다. f 는 자기력 벡터를 나타내고, Bz 는 자장 강도를 나타내고, g 는 자기 구배를 나타내고, L1 은 제 1 초전도 벌크 자석의 자석 표면으로부터의 거리를 나타내고, L2 는 제 1 초전도 벌크 자석과 제 2 초전도 벌크 자석의 중심 간 거리를 나타낸다. 도 13C 와 동일한 여자를 실시한 초전도 벌크 자석 2 개의 시스템을 이용하여, 자석 (2) 을 중심으로부터의 거리 (L3) = 2.9 ㎝ 인 위치로, 자석 (2) 을 중심으로부터의 거리 (L4) = 2 ㎝ 인 위치로 폐지 (廢止), 각각의 자장의 축을, 자석 간의 중심 위치로부터 L1 = 5 ㎝ 떨어진 위치에 자석의 축이 향하고, 또한 2 개의 자석의 동극이 향한 상태에서, 이 위치에서의 자장 강도 (Bz) 를 측정하였다. 이 때, 자장 강도 (Bz) 의 최고는 1.6 테슬라 (T) 가 되었지만, 그 벡터는, 도면과 같이 이 위치로부터의 거리가 가까운 자석의 방향으로 어긋났다. 또, 최고의 자기 구배 (g) = dBz/dz = 2.04 (T/m) 를 기록하였지만, 그 벡터 (f) 도, 도면과 같이 동일한 방향으로 어긋났다. 자기력 (f) 의 크기는 3.3 (T²/㎝) 을 기록하였다. 이와 같이, 자석의 상대 위치를 변화시킴으로써, 자기력의 강도와 함께 힘이 작용하는 벡터를 제어하는 것도 가능해진다.

또, 양 자석을 바꿈으로써, 자기력의 합력 벡터의 방향, 크기를 바꾸어 임의의 방향으로 자성 복합체를 자기 유도할 수도 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 초전도 벌크 자석 1 대에서는 환자의 몸이 방해하여 적확한 자기 유도를 할 수 없는 경우에 있어서도, 자성 복합체를 적확하게 환부 (52) 에 집적시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 실시예에서 양 초전도 자석의 극성은 동극이 되도록 하고, 양 자석의 설치 상황에서 양 자석은 반발하도록 한다. 이로써, 양 자석끼리의 흡인력이 작용하여 환자의 무릎을 사이에 끼워 환자에게 상처를 입히지 않게 하는 효과가 있다. 즉, 임의의 실시형태에 있어서는, 복수의 자장 발생 수단 (1) 각각의 자장 발생단의 자극이 동극이고, 구동 제어 수단이, 복수의 자장 발생 수단 (1) 으로부터 발생하는 자장이 생체의 원하는 위치에서 서로 반발하도록 자장 발생 수단 (1) 의 위치 및 각도를 설정하도록 해도 된다.

또한, 임의의 실시형태에 있어서는, 구동 제어 수단이, 생체 내의 원하는 위치에서의 자장의 강도를 자성 복합체의 도입 후의 경과 시간에 따라 조정하도록 해도 된다. 특히, 자성 복합체의 도입 직후에는, 자성 복합체가 넓은 범위로 확산되도록, 자장 발생 수단 (1) 을 생체의 질환부로부터 조금 떨어진 위치에 설치하여 비교적 약한 자장을 작용시키고, 그 후, 도입 후의 경과 시간에 따라 자장 발생 수단 (1) 을 생체의 질환부에 근접시켜 비교적 강한 자장을 작용시키도록 해도 된다. 이로써, 3 차원의 형상을 갖는 질환부에 자성 복합체를 집적시킬 수 있다.

(초전도 벌크 자석의 제조예)

본 발명의 장치를 실현시키기 위해서는 지향성이 우수하고, 고온에서 강(强)자장을 발생시키는 초전도 벌크 자석이 필요해진다. 이 시스템을 실현시키기 위해서는, 임계 온도가 높고, 고온 고(高)자장에서의 임계 전류가 우수하며, 기계 특성 및 열 안정성이 우수한 벌크 초전도체가 필요해진다. 이하에, 본 시스템에 적용한 초전도 벌크체의 제조예를 나타낸다. 표 1 은 초전도 벌크체의 각 제조예의 개요를 나타내는 것이다.

(제조예 1)

Nd 와 Eu 와 Gd 의 혼합비가 1 : 1 : 1 인 (Nd, Eu, Gd)Ba₂Cu₃O_y (여기에서, 6.8 ≤ y ≤ 7.0) 및 (Nd, Eu, Gd)2BaCuO₅ 의 분말을 준비하고, 이들 화합물의 비가 4：1 이 되도록 칭량하고, 0.5 중량％ 의 Pt 를 첨가한 후, 충분히 혼합한다 (단계 1001). 그 후, 2000 ㎫ 의 정수압 하에서 직경 42 ㎜, 두께 15 ㎜ 의 펠릿으로 성형한다 (단계 1002). 펠릿을 900 ℃ 에서 1 시간 공기 중에서 가열하고, 예비 소결을 실시한다 (단계 1003). 다음으로, 소결체의 중심으로부터 20 ㎜ 인 원주를 따라, 직경 2 ㎜ 의 인공 구멍을 6 개 등간격으로 초경 드릴에 의해 가공한다 (단계 1004). 다음으로, 직경 50 ㎜ 의 Al₂O₃ 제 도가니의 바닥에, 먼저 Nd₂O₃분말을 직경 45 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린 후에, 추가로 BaCuO₂ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린다 (단계 1005). 그 위에, 인공 구멍을 6 개 형성한 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 소결체를 설치한다 (단계 1006).

그 후, 1 ％ O₂ + 99 ％ Ar 의 분위기로 조정된 전기로에 Al₂O₃ 제 도가니마다 설치하고, (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 소결체의 중앙에 가로세로 2 ㎜ 이고, 두께가 1 ㎜ 인 NdBa₂Cu₃O_y 단결정을 종 (種) 으로서 설치한다 (단계 1007). 그 후, 50 ℃/h 의 속도로 전기로를 1100 ℃ 까지 가열하여 1 시간 유지 후, 1050 ℃ 까지 1 시간에 냉각시키고, 그 후에는 0.2 ℃/h 의 속도로 950 ℃ 까지 서랭시키고, 그 후에는 노랭 (爐冷) 을 실시하였다 (단계 1008). 노로부터 꺼낸 시료는, 마지막으로 100 ％ 산소 기류 중에서, 300 ℃ 에서 100 시간의 산소 어닐 처리를 실시하였다 (단계 1009). 이 상태에서, 초전도 임계 온도를 측정한 결과, 95 K 라는 값이 얻어진다.

다음으로, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하고 (단계 1010), 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하였다 (단계 1011). 또, 내경이 19 ㎜ 이고 두께가 3 ㎜, 높이가 20 ㎜ 인 Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 처리도 실시하였다 (단계 1012).

그 결과, 알루미늄 막대와 복합화하여, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링으로 사전 압축 하중을 인가하였다 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 4 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 2)

상기 제조예 1 의 (단계 1001) 에서부터 (단계 1010) 까지와 동일한 처리를 실시하여, (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 2 에 있어서도, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입한다. 제조예 1 과의 차이는, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 1011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 1012) 를 실시하지 않는 점에 있다.

제조예 2 에 기초하여 제조한, 알루미늄 막대와 복합화한 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 3.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 3)

상기 제조예 1 의 (단계 1001) 에서부터 (단계 1009) 까지와 동일한 처리를 실시하여, (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 1 과의 차이는, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하는 단계 (단계 1010) 와, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 1011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 1012) 를 실시하지 않는 점에 있다. 따라서, 제조예 3 에 있어서는, 인공 구멍에 알루미늄 막대가 삽입되어 있지 않다.

제조예 3 에 의해, 인공 구멍을 형성하지 않고 제조한 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크체도 제조하고, 이들 시료를 5 T 의 초전도 마그넷으로 자장을 인가한 상태에서, 액체 질소 (77 K) 에 의해 20 분 냉각시키고, 그 후, 외부 자장을 0.1 T/min 의 속도로 저하시켜 제로로 한 후에 5 분 유지하고 나서, 포착 자장을 2 차원 주사형 자장 분포 측정 장치에 의해 측정하였다.

제조예 3 에 기초하여 제조한, 금속과 복합화하지 않은 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 2 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

상기 제조예 1 내지 3 에 있어서, 추가로 동일한 측정을 반복한 결과, 알루미늄 막대와 복합화한 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링의 유무에 관계없이, 동일한 포착 자장을 기록하였다. 금속과 복합화하지 않은 (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 1.7 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 4)

GdBa₂Cu₃O_y 및 Gd₂BaCuO₅의 분말을 준비하고, 이들 화합물의 비가 10：3 이 되도록 칭량하고, 0.5 중량％ 의 Pt 를 첨가한 후, 충분히 혼합한다 (단계 4001). 그 후, 2000 ㎫ 의 정수압 하에서 직경 42 ㎜, 두께 15 ㎜ 의 펠릿으로 성형한다 (단계 4002). 펠릿을 900 ℃ 에서 1 시간 공기 중에서 가열하고, 예비 소결을 실시한다 (단계 4003). 다음으로, 소결체의 중심으로부터 20 ㎜ 인 원주를 따라, 직경 2 ㎜ 인 인공 구멍을 6 개 등간격으로 초경 드릴에 의해 가공한다 (단계 4004). 다음으로, 직경 50 ㎜ 인 Al₂O₃ 제 도가니의 바닥에, 먼저 Gd₂O₃ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린 후에, 추가로 BaCuO₂ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린다 (단계 4005). 그 위에, 인공 구멍을 6 개 형성한 Gd-Ba-Cu-O 소결체를 설치한다 (단계 4006).

그 후, 1 ％ O₂ + 99 ％ Ar 의 분위기로 조정된 전기로에 Al₂O₃ 제 도가니마다 설치하고, Gd-Ba-Cu-O 소결체의 중앙에 가로세로 2 ㎜ 이고, 두께가 1 ㎜ 인 NdBa₂Cu₃O_y 단결정을 종으로서 설치한다 (단계 4007). 그 후, 50 ℃/h 의 속도로 전기로를 1100 ℃ 까지 가열하여 1 시간 유지 후, 1055 ℃ 까지 1 시간에 냉각시키고, 그 후에는 0.2 ℃/h 의 속도로 950 ℃ 까지 서랭시키고, 그 후에는 노랭을 실시하였다 (단계 4008). 노로부터 꺼낸 시료는, 마지막으로, 100 ％ 산소 기류 중에 있어서, 300 ℃ 에서 100 시간의 산소 어닐 처리를 실시하였다 (단계 4009). 이 상태에서, 초전도 임계 온도를 측정한 결과, 94 K 라는 값이 얻어졌다.

다음으로, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하고 (단계 4010), 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하였다 (단계 4011). 또, 내경이 19 ㎜ 이고 두께가 3 ㎜, 높이가 20 ㎜ 인 Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 처리도 실시하였다 (단계 4012).

그 결과, 알루미늄 막대와 복합화하여, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링으로 사전 압축 하중을 인가한 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 3 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 5)

상기 제조예 4 의 (단계 4001) 에서부터 (단계 4010) 까지와 동일한 처리를 실시하여, Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 4 에 있어서도, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입한다. 제조예 4 와의 차이는, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 4011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 4012) 를 실시하지 않는 점에 있다.

제조예 5 에 기초하여 제조한, 알루미늄 막대와 복합화한 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 2.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 6)

상기 제조예 4 의 (단계 4001) 에서부터 (단계 4009) 까지와 동일한 처리를 실시하여, Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 4 와의 차이는, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하는 단계 (단계 4010) 와, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 4011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 4012) 를 실시하지 않는 점에 있다. 따라서, 제조예 6 에 있어서는, 인공 구멍에 알루미늄 막대가 삽입되어 있지 않다.

제조예 6 에 의해, 인공 구멍을 형성하지 않고 제조한 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크체도 제조하였다. 이들 시료를 5 T 의 초전도 마그넷으로 자장을 인가한 상태에서, 액체 질소 (77 K) 에 의해 20 분 냉각시키고, 그 후, 외부 자장을 0.1 T/min 의 속도로 저하시켜, 제로로 한 후 5 분 유지하고 나서, 포착 자장을 2 차원 주사형 자장 분포 측정 장치에 의해 측정하였다.

제조예 6 에 기초하여 제조한, 금속과 복합화하지 않은 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 1.2 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

상기 제조예 4 내지 6 에 있어서, 추가로 동일한 측정을 반복한 결과, 알루미늄 막대와 복합화한 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링의 유무에 관계없이, 동일한 포착 자장을 기록하였지만, 금속과 복합화하지 않은 Gd-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 1.2 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 7)

YBa₂Cu₃O_y (여기에서, 6.8 ≤ y ≤ 7.0) 및 Y₂BaCuO₅ 의 분말을 준비하고, 이들 화합물의 비가 10：3 이 되도록 칭량하고, 0.5 중량％ 의 Pt 를 첨가한 후, 충분히 혼합한다 (단계 7001). 그 후, 2000 ㎫ 의 정수압 하에서 직경 42 ㎜, 두께 15 ㎜ 의 펠릿으로 성형한다 (단계 7002). 펠릿을 900 ℃ 에서 1 시간 공기 중에서 가열하고, 예비 소결을 실시한다 (단계 7003). 다음으로, 소결체의 중심으로부터 20 ㎜ 인 원주를 따라, 직경 2 ㎜ 의 인공 구멍을 6 개 등간격으로 초경 드릴에 의해 가공한다 (단계 7004). 다음으로, 직경 50 ㎜ 의 Al₂O₃ 제 도가니의 바닥에, 먼저 Y₂O₃ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린 후에, 추가로 BaCuO₂ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린다 (단계 7005). 그 위에, 인공 구멍을 6 개 형성한 Y-Ba-Cu-O 소결체를 설치한다 (단계 7006).

그 후, 대기 중에 있어서 전기로에 Al₂O₃ 제 도가니마다 설치하고, Y-Ba-Cu-O 소결체의 중앙에 가로세로 2 ㎜ 이고, 두께가 1 ㎜ 인 NdBa₂Cu₃O_y 단결정을 종으로서 설치한다 (단계 7007). 그 후, 50 ℃/h 의 속도로 전기로를 1100 ℃ 까지 가열하여 1 시간 유지 후, 1050 ℃ 까지 1 시간에 냉각시키고, 그 후에는 0.2 ℃/h 의 속도로 950 ℃ 까지 서랭시키고, 그 후에는 노랭을 실시하였다 (단계 7008). 노로부터 꺼낸 시료는, 마지막으로, 100 ％ 산소 기류 중에 있어서, 300 ℃ 에서 100 시간의 산소 어닐 처리를 실시하였다 (단계 7009). 이 상태에서, 초전도 임계 온도를 측정한 결과, 90 K 라는 값이 얻어졌다.

다음으로, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하고 (단계 7010), 그 후, Pb-Bi-Sn-Cd 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하였다 (단계 7011). 또, 내경이 19 ㎜ 이고 두께가 3 ㎜, 높이가 20 ㎜ 인 Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn-Cd 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 처리도 실시하였다 (단계 7012).

그 결과, 알루미늄 막대와 복합화하여, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링으로 사전 압축 하중을 인가한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 1.1 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 8)

상기 제조예 7 의 (단계 7001) 에서부터 (단계 7010) 까지와 동일한 처리를 실시하여, Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 8 에 있어서도, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입한다. 제조예 7 과의 차이는, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 7011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 7012) 를 실시하지 않는 점에 있다.

즉, 제조예 8 에 의한 초전도 벌크체는, 이하와 같이 제조된다. YBa₂Cu₃O_y(여기에서, 6.8 ≤ y ≤ 7.0) 및 Y₂BaCuO₅ 의 분말을 준비하고, 이들 화합물의 비가 10：3 이 되도록 칭량하고, 0.5 중량％ 의 Pt 를 첨가한 후, 충분히 혼합한다. 그 후, 2000 ㎫ 의 정수압 하에서 직경 42 ㎜, 두께 15 ㎜ 의 펠릿으로 성형한다. 펠릿을 900 ℃ 에서 1 시간 공기 중에서 가열하고, 예비 소결을 실시한다. 다음으로, 소결체의 중심으로부터 20 ㎜ 의 원주를 따라, 직경 2 ㎜ 의 인공 구멍을 6 개 등간격으로 초경 드릴에 의해 가공한다. 다음으로, 직경 50 ㎜ 의 Al₂O₃ 제 도가니의 바닥에, 먼저 Y₂O₃ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 2 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린 후에, 추가로 BaCuO₂ 분말을 직경 45 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 펠릿상으로 성형한 것을 올린다. 그 위에, 인공 구멍을 6 개 형성한 Y-Ba-Cu-O 소결체를 설치한다. 그 후, 대기 중에 있어서 전기로에 Al₂O₃ 제 도가니마다 설치하고, Y-Ba-Cu-O 소결체의 중앙에 가로세로 2 ㎜ 이고, 두께가 1 ㎜ 인 NdBa₂Cu₃O_y 단결정을 종으로서 설치한다. 그 후, 50 ℃/h 의 속도로 전기로를 1100 ℃ 까지 가열하여 1 시간 유지 후, 1050 ℃ 까지 1 시간에 냉각시키고, 그 후에는 0.2 ℃/h 의 속도로 950 ℃ 까지 서랭시키고, 그 후에는 노랭을 실시하였다. 노로부터 꺼낸 시료는, 마지막으로, 100 ％ 산소 기류 중에 있어서, 300 ℃ 에서 100 시간의 산소 어닐 처리를 실시하였다. 이 상태에서, 초전도 임계 온도를 측정한 결과, 90 K 라는 값이 얻어졌다. 다음으로, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입한다.

제조예 8 에 기초하여 제조한, 알루미늄 막대와 복합화한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 1.0 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(제조예 9)

상기 제조예 7 의 (단계 7001) 에서부터 (단계 7009) 까지와 동일한 처리를 실시하여, Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크체를 제조한다. 제조예 7 과의 차이는, 인공 구멍에 직경이 1.8 ㎜, 길이가 20 ㎜ 인 알루미늄 막대를 6 개 삽입하는 단계 (단계 7010) 와, 그 후, Pb-Bi-Sn 합금을 200 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써 함침을 실시하는 단계 (단계 7011) 와, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링을 벌크체 주위에 배치한 후에, Pb-Bi-Sn 합금을 300 ℃ 로 가열 후, 진공 펌프로 탈기함으로써, 형상 기억 합금에 의한 사전 압축과 진공 함침을 동시에 실시하는 단계 (단계 7012) 를 실시하지 않는 점에 있다. 따라서, 제조예 9 에 있어서는, 인공 구멍에 알루미늄 막대가 삽입되어 있지 않다.

제조예 9 에 의해, 인공 구멍을 형성하지 않고 제조한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크체도 제조하였다. 이들 시료를 5 T 의 초전도 마그넷으로 자장을 인가한 상태에서, 액체 질소 (77 K) 에 의해 20 분 냉각시키고, 그 후, 외부 자장을 0.1 T/min 의 속도로 저하시켜, 제로로 한 후 5 분 유지하고 나서, 포착 자장을 2 차원 주사형 자장 분포 측정 장치에 의해 측정하였다.

제조예 9 에 기초하여 제조한, 금속과 복합화하지 않은 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 0.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

상기 제조예 7 내지 9 에 있어서, 추가로 동일한 측정을 반복한 결과, 어느 시료에서도 포착 자장 특성에 큰 변화는 관찰되지 않았다.

상기 제조예 7 내지 9 에 있어서, 다음으로, 액체 질소가 아니라, 냉동기를 사용하여 50 K 까지 냉각시켜 포착 자장 특성을 측정한 결과, 알루미늄 막대와 복합화하고, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링으로 사전 압축 하중을 인가한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 5.0 T 의 포착 자장이 얻어졌다. 또, 알루미늄 막대와 복합화한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 4.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다. 또, 금속과 복합화하지 않은 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 3.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

상기 제조예 7 내지 9 에 있어서, 추가로 동일한 측정을 반복한 결과, 알루미늄 막대와 복합화한 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, Fe-Mn-Si 형상 기억 합금제 링의 유무에 관계없이, 동일한 포착 자장을 기록하였지만, 금속과 복합화하지 않은 Y-Ba-Cu-O 초전도 벌크 자석에서는, 표면에 있어서 3.5 T 의 포착 자장이 얻어졌다.

(초전도 벌크 자석의 제조예 8 을 사용한 실험)

도 14 는 상기 서술한 초전도 벌크 자석의 제조예 8 을 사용한 동물 실험의 결과로서 얻어진 돼지 관절부의 슬개골과 그 뼈의 연골 결손부를 나타낸다. 도 14 의 사진에 나타내는 바와 같이, 돼지 관절부의 슬개골 (54) 에 물리적으로 고의로 형성한 원형 오목상의 연골 결손부 (55) 를 사용하여, 돼지 척수의 간세포와 자성 비드를 복합화한 자성 복합체를, 체외에 배치한 초전도 벌크 자석의 자기력을 이용하여, 주사기에 의해 주입된 자성 복합체를 체내에서 자기 유도시켜 연골 결손부 (55) 에 착상시킨 후, 자장을 없애고, 3 개월간 경과한 후의 연골 결손부 (55) 의 사진을 도 15 에 나타낸다. 도 15 에 나타내는 바와 같이, 연골 결손부 (55) 에는 백색의 연골이 자기 증식하여 재생되어 있어, 상기 자성 복합체의 연골 결손부 (55) 의 자기 유도가 연골 재생에 유효하다는 것을 알 수 있다.

본 효과는 초전도 벌크 자석으로 발생시킨 연골 결손부 (55) 의 지점에 있어서의 자장의 자속 밀도가 0.8 테슬라 (T) 이상인 경우나, 자속 밀도와 자기 구배의 값이 1 (T2/m) 에 있어서, 연골 결손부에서 균일하게 연골이 재생될 수 있음을 알 수 있었다. 또, 상기 실시예에서는 관절부의 뼈의 결손부에 자성 복합체를 자기 유도시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 결손부가 헤드부나 팔이나 다리의 뼈의 골절 등의 결손부에 자성 복합체를 자기 유도하는 경우에 있어서도 동일한 효과가 발생한다.

여기에서, 초전도 벌크체는, 보다 자장 강도를 높이기 위해 이하의 소재를 제조하여 적용하면, 착자 후의 자기력이 더욱 커져, 복합 자성체를 더욱 양호하게 착상시키고, 초전도 벌크 자석 (2) 의 끝면으로부터 더욱 심부의 체내 부위에 큰 자기력을 작용시켜, 심부에 위치하는 환부에 자성 복합체를 양호하게 자기 유도할 수 있는 효과가 발생한다.

상기 기재는 실시예에 대하여 이루어졌지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 첨부한 청구의 범위의 범위 내에서 여러 가지의 변경 및 수정을 할 수 있음은 당업자에게 분명하다.

1 : 자장 발생 수단
2 : 초전도 벌크 자석
3 : 소형 냉동기
13 : 진공 용기
19 : 진공 펌프
22 : 전원 유닛
24 : 칠러 유닛
29 : 초전도 벌크 자석 위치 제어 장치
30 : 환자
31 : 베드
33 : 구동부 수납 박스
36 : 회전 구동부
38, 40 : 회전 간접부
42 : 초전도 벌크 자석 홀더
43 : 수납 박스
48 : 연골 결손 지점
50 : 자성 복합체
100 : 연산 제어 장치

Claims

프로브상의 복수 개의 자장 발생 수단과,
상기 복수 개의 자장 발생 수단에 의해 생성된 합성 자장이 생체 내의 원하는 부위에 작용하도록 상기 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 연산 수단과,
그 복수 개의 자장 발생 수단이 상기 연산 수단에 의해 산출된 위치 및 각도가 되도록 상기 구동 수단을 제어하는 구동 제어 수단을 갖는 자기 유도 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 자장 발생 수단이, 초전도 벌크 자석 장치를 구비하는 자기 유도 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 초전도 벌크 자석은, 77 K 의 액체 질소 온도에서 소요되는 임계 전류 밀도가 얻어지는 조성을 갖는 자기 유도 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 초전도 벌크 자석의 조성이, RE-Ba-Cu-O (RE : 희토류 원소) 인 자기 유도 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 초전도 벌크 자석의 조성이, (Nd, Eu, Gd)-Ba-Cu-O, Gd-Ba-Cu-O 또는 Y-Ba-Cu-O 인 자기 유도 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산 수단은, 상기 합성 자장이 자성 복합체를 생체 내의 원하는 부위로 유도하도록 상기 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 자기 유도 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 자성 복합체가, 자성 재료로 이루어지는 자기 비드와 피유도 물질로 이루어지는 자기 비드 피유도 물질 복합체인 자기 유도 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원하는 부위는, 상기 생체 내의 관절 연골부인 자기 유도 시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 자장 발생 수단 각각의 자장 발생단의 자극이 동극이고,
상기 복수의 자장 발생 수단의 자극이 상기 생체의 원하는 부위에서 서로 반발하는 배치에서 구동 수단을 제어할 수 있는 동극 제어 수단을 추가로 갖고 있는 자기 유도 시스템.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 내의 부위와 그 부위에서의 자장의 강도를 상기 자성 복합체의 도입 후에 경과 시간에 따라 컨트롤하는 시간 제어 수단을 추가로 갖는 자기 유도 시스템.
프로브상의 복수 개의 자장 발생 수단과, 그 복수 개의 자장 발생 수단을 구동시키는 구동 수단과, 상기 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 연산 수단과, 상기 구동 수단의 구동을 제어하는 구동 제어 수단을 갖는 자기 유도 시스템의 동작 방법으로서,
상기 연산 수단이, 상기 복수의 자장 발생 수단의 합성 자장을 생체 내의 원하는 부위에 작용하도록 상기 자장 발생 수단의 위치 및 각도를 산출하는 단계와,
상기 구동 제어 수단이, 상기 복수 개의 자장 발생 수단이 상기 연산 수단에 의해 산출된 위치 및 각도가 되도록 상기 구동 수단의 구동을 제어하는 단계를 갖는 상기 자기 유도 시스템의 동작 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 자기 유도 시스템이, 추가로 동극 제어 수단을 갖고,
상기 복수의 자장 발생 수단 각각의 자장 발생단의 자극이 동극이고,
상기 동극 제어 수단이, 상기 복수의 자장 발생 수단의 자극이 상기 생체의 원하는 부위에서 서로 반발하는 배치에서 구동 수단을 제어하는 단계를 추가로 갖는 자기 유도 시스템의 동작 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 자기 유도 시스템이, 추가로 시간 제어 수단을 갖고,
상기 시간 제어 수단이, 상기 생체 내의 부위와 그 부위에서의 자장의 강도를 상기 자성 복합체의 도입 후에 경과 시간에 따라 컨트롤하는 단계를 추가로 갖는 자기 유도 시스템의 동작 방법.