(57)【要約】【解決手段】  強磁性流体チャンバーは、生体組織を刺激する上で十分な強度の磁場を生成する構成材に連結されるようなっているハウジングを有する。また、前記ハウジング内には、前記構成材を冷却する強磁性流体が提供される。【選択図】      図３
2008540043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経皮的磁気刺激装置であって、
十分な強度の磁場を生成して生体組織を刺激するためのコイルと、
前記コイルに連結され且つ当該コイルを実質的に取り囲むチャンバーであって、前記磁場に曝されると磁気対流が生じる強磁性流体を含むものである、前記チャンバーと、
前記チャンバーに連結されて前記強磁性流体を冷却するための熱交換部と
を有する経皮的磁気刺激装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記チャンバーは、前記コイルと前記熱交換部との間で前記強磁性流体の熱対流および磁気対流を促進するよう構成されているものである。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記熱交換部はヒートシンクである。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記コイルは強磁性コアを有するものである。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記コイルは空芯を有するものである。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、当該装置は、経頭蓋磁気刺激または磁気発作治療に関連してヒトの脳組織を刺激するものである。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、前記チャンバーは前記コイルを実質的に取り囲んで、当該コイルの騒音発生領域を実質的に包囲するものである。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、前記強磁性流体は剪断音波の伝達を妨げるものである。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、前記チャンバー内に含まれる前記強磁性流体および前記磁気装置は第１の騒音減衰接触面を形成するものである。
【請求項１０】
請求項７記載の装置において、前記チャンバー内に含まれる前記強磁性流体および前記熱交換部は第２の騒音減衰接触面を形成するものである。
【請求項１１】
請求項１記載の装置において、前記磁場は第１の磁場であり、この装置は第２の磁場を生成する永久磁石をさらに有し、前記強磁性流体は前記第２の磁場に曝されると磁気対流を生じるものである。
【請求項１２】
請求項１記載の装置において、この装置は、さらに、
前記コイルと前記熱交換部との間で前記強磁性流体を循環させるポンプ機構を有するものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記ポンプ機構は、前記磁場の存在下でパルス磁場により作動して前記強磁性流体を第１の方向に循環させるものである。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置において、この装置は、さらに、
前記強磁性流体が第２の方向に循環するのを防ぐバルブを有するものである。
【請求項１５】
強磁性流体チャンバーであって、
生体組織を刺激する上で十分な強度の磁場を生成する構成材に連結されるようなっているハウジングと、
前記構成材を冷却するために前記ハウジング内に提供された強磁性流体と
を有する強磁性流体チャンバー。
【請求項１６】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記ハウジングは、さらに、前記磁場の存在下で前記強磁性流体の対流を可能にするようなっているものである。
【請求項１７】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記ハウジングは、前記構成材の騒音発生領域を実質的に包囲するよう前記構成材の周囲に設けられているものである。
【請求項１８】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、当該チャンバー内に含まれる前記強磁性流体および前記構成材は第１の騒音減衰接触面を形成するものである。
【請求項１９】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記強磁性流体は剪断音波の伝達を妨げるものである。
【請求項２０】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、このチャンバーは、さらに、
前記強磁性流体を冷却するための前記ハウジングに連結された熱交換部を有するものである。
【請求項２１】
請求項２０記載のチャンバーにおいて、前記熱交換部はヒートシンクである。
【請求項２２】
請求項２０記載のチャンバーにおいて、前記ハウジングは、前記コイルと前記熱交換部との間で前記強磁性流体の熱対流および磁気対流を促進するよう構成されているものである。
【請求項２３】
請求項２０記載のチャンバーにおいて、前記熱交換部はヒートシンクである。
【請求項２４】
請求項２０記載のチャンバーにおいて、前記チャンバー内に含まれる前記強磁性流体および前記熱交換部は第２の騒音減衰接触面を形成するものである。
【請求項２５】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記構成材はコイルである。
【請求項２６】
請求項２５記載のチャンバーにおいて、前記コイルは強磁性コアを有するものである。
【請求項２７】
請求項２５記載のチャンバーにおいて、前記コイルは空芯を有するものである。
【請求項２８】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記構成材は経頭蓋磁気刺激または磁気発作治療に関連してヒトの脳組織を刺激するものである。
【請求項２９】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、前記磁場は第１の磁場であり、このチャンバーは前記ハウジングに近接して第２の磁場を生成する永久磁石をさらに有し、前記強磁性流体は前記第２の磁場に曝されると磁気対流を生じるものである。
【請求項３０】
請求項１５記載のチャンバーにおいて、このチャンバーは、さらに、前記コイルと前記熱交換部との間で前記強磁性流体を循環させるポンプ機構を有するものである。
【請求項３１】
請求項３０記載のチャンバーにおいて、前記ポンプ機構は、磁場の存在下で前記循環を生じさせる磁性材料である。
【請求項３２】
生体組織を刺激する上で十分な強度を有した磁場を生成する磁気刺激システムであって、
前記磁場を生成する構成材と、
実質的に前記構成材の周囲に設けられたチャンバーと、
前記チャンバー内に含まれる強磁性流体と
を有する磁気刺激システム。
【請求項３３】
請求項３２記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記強磁性流体を冷却するための熱交換部を有するものである。
【請求項３４】
請求項３３記載のシステムにおいて、前記熱交換部はヒートシンクである。
【請求項３５】
請求項３３記載のシステムにおいて、前記チャンバーは、前記コイルと前記熱交換部との間で前記強磁性流体の熱対流および磁気対流を促進するよう構成されているものである。
【請求項３６】
請求項３５記載のシステムにおいて、前記構成材により生成される前記磁場は、前記強磁性流体の磁気対流を駆動するものである。
【請求項３７】
請求項３２記載のシステムにおいて、前記チャンバーは前記構成材の周囲に設けられ、当該構成材の騒音発生領域を実質的に包囲するものである。
【請求項３８】
請求項３７記載のシステムにおいて、前記強磁性流体は剪断音波の伝達を妨げるものである。
【請求項３９】
請求項３７記載のシステムにおいて、前記チャンバー内に含まれる前記強磁性流体および前記磁気装置は第１の騒音減衰接触面を形成するものである。
【請求項４０】
請求項３２記載のシステムにおいて、前記構成材はコイルである。
【請求項４１】
請求項４０記載のシステムにおいて、前記コイルは強磁性コアを有する。
【請求項４２】
請求項４０記載のシステムにおいて、前記コイルは空芯を有する。
【請求項４３】
請求項３２記載のシステムにおいて、前記構成材は、経頭蓋磁気刺激または磁気発作治療に関連して組織を刺激するために使用されるものである。
【請求項４４】
請求項３２記載のシステムにおいて、このシステムは、さらに、
前記磁場の存在下で前記強磁性流体を第１の方向に循環させる磁性材料を有するものである。
【請求項４５】
請求項４４記載のシステムにおいて、この装置は、さらに、
前記強磁性流体が第２の方向に循環するのを防ぐバルブを有するものである。
【請求項４６】
請求項３２記載のシステムにおいて、前記熱交換部はヒートシンクである。
【請求項４７】
磁気装置を冷却する方法であって、
生体組織を刺激する上で十分な強度の磁場を前記磁気装置で生成する工程と、
前記磁場で対流を誘導することにより強磁性流体を循環させる工程と
を有する方法。
【請求項４８】
請求項４６記載の方法において、前記対流は前記磁気装置と熱交換部との間で生じ、当該方法は、さらに、
前記熱交換部で前記強磁性流体を冷却する工程を有するものである。
【請求項４９】
請求項４６記載の方法において、前記生体組織はヒトの脳組織である。
【請求項５０】
請求項４６記載の方法において、前記誘導される強磁性流体の対流は磁気対流および熱対流である。
【請求項５１】
請求項４６記載の方法において、この方法は、さらに、
永久磁石で第２の磁場を生成する工程と、当該第２の磁場で前記強磁性流体を循環させる工程とを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気刺激の分野に関する。具体的には、本発明は磁気刺激装置の冷却に関する。さらに、本発明はそのような磁気刺激装置の防音に関する。
【０００２】
本出願は、２００５年５月１７日付けで出願された米国特許出願第１１／１３０，６５７号（弁理士整理番号ＮＮＩ−００５９）「Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒｓ」に対して優先権を主張するものであり、本明細書での言及によりその全体を本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
磁気装置は、磁気刺激装置やスピーカーなど多くの用途に使用されている。磁気装置は、磁場を生成するコイル内の抵抗損失により熱を生じる傾向があり、生じる熱の量は、当該装置の消費電力に比例する。そのため、磁気刺激療法に使用されるような、大量電力を消費する高電圧磁気装置は、作動時に非常に熱くなりやすい。磁気装置が動作する環境、またはその装置自体の動作特性により、磁気装置は、特定の温度閾値下で動作するよう制限される可能性がある。例えば、磁気刺激療法では、治療用磁場を生成するために使用される磁気刺激装置の温度は、特定の規制要件（ＦＤＡガイドラインなど）を満たす範囲に維持されるよう約４１．５℃未満に保たれる必要がある。４１．５℃を超える温度で磁気刺激装置を動作させる場合、当該装置の製造元および／または医療従事者は、当該装置の動作（操作）が安全であることを実証するため、上記のような規制要件により、付加的なガイドラインの遵守を義務付けられる。これらの追加要件は、動作（操作）を複雑にし全体的なコストを押し上げるため、できるだけ回避することが最良の方策である。
【０００４】
従来、そのような療法に使用される磁気刺激装置では、閾値温度に到達するまで使用が行われ、治療は刺激装置が冷却するまで一時的に停止される。したがって、このような処理方法では治療にかかる時間が増すため、患者にも医療従事者にも望ましくない。あるいは、第１の過熱した刺激装置の冷却中も中断なく治療を続けられるよう、第２の磁気刺激装置が必要になる（第１の装置が閾値温度に到達した時点で当該装置と交換するため）。この処理方法も、追加の磁気刺激装置の購入および維持に伴う費用が余計にかかるため望ましくない。さらに、磁気刺激療法を行う患者ごとに前記第２の磁気装置を設定および／または較正する必要があるため、患者および医療従事者に余計な時間がかかる。設定および／または較正の工程中に作業者が過失を犯すおそれもあるため、作業者がこのような工程を何度も実施する必要がある場合、治療の全体的な安全性レベルが低下する可能性がある。
【０００５】
冷却のための従来の解決策は、通常、空気または流体を使用した冷却機構を必要とする。空気による冷却機構では、冷却した空気または室温の空気を前記磁気装置を通過してすばやく循環させるファンが必要になる。流体による冷却機構では、冷却した流体が前記磁気装置を通過して循環し、前記装置を冷却する過程で加熱されたのち冷却機構へ向かい、再び前記磁気装置へ戻る。どちらの機構にも、いくつかの欠点がある。例えば、どちらの機構にも付加的な可動部品が必要となり（例えばファンや、冷却ユニットまたは熱交換部ユニットなどの冷却機構）、磁気装置のコストがかさみ、複雑度が増してしまう。さらに可動部品が加わることで、装置が誤動作するおそれも増す。
【０００６】
磁気装置についてさらに考慮すべき事柄は、磁気装置の磁気コイルへの通電時に生じる騒音である。例えば、磁気コイルに電流を流すと、そのコイルは多くの場合強度が急速に変化する強力な磁場を生じる。この変動磁場により、前記コイルの巻線に断続的にフープ応力が生じ、カチカチという鋭い騒音を生じる。
【０００７】
このような騒音は、特に磁気刺激装置において、刺激装置のコイルにパルスを適用して治療用磁場を生成する場合、著しいものとなる。通常刺激装置は患者頭部に近接して配置され、刺激装置からの騒音は患者に不快感を与えることになるため、このような騒音は患者にとって問題となる。また、このような騒音に繰り返し曝される医療従事者にも悪影響の及ぼぶおそれがある。従来の解決策の１つに、患者に耳栓を着用させるものがあるが、治療工程に余計な工程を追加しなければならない点で望ましくなく、治療施設（診療所や病院など）の装置に起因する騒音問題を解決するものでもない。また、一部の精神病患者または若年患者は耳栓を嫌がる可能性があり、耳栓使用が手順を不必要に複雑化することからも、耳栓の使用は望ましくない。
【０００８】
このため、騒音を軽減するための従来の解決策では、騒音軽減材を磁気装置の全部または一部の周囲に設置してきた。代替態様として、部分的に減圧したチャンバーを磁気装置の周りに形成するものもあるが、これは部分的に減圧した空間には力学的な波（音波）を伝達する粒子が非常にわずかな数しか含まれないためである。しかし、このような騒音軽減技術には、冷却用の熱伝導性を損なうという欠点がある。例えば、最良の騒音軽減材は、騒音を伝達しにくい空気ポケットを含むよう作製される。しかし、そのような空気ポケットは熱導特性も劣るという特性がある。真空の場合には、同じことがさらに高い度合いで当てはまる。このため、このような騒音軽減技術を使用すると、磁気刺激装置を十分に冷却することができなくなる。磁気装置の周囲に配置された冷却システムの周囲に防音剤を配置し、または部分的減圧を形成することにより上記のようなジレンマを緩和しようとしても、結果的に得られる装置は大型化し、コストおよび複雑度も増してしまうため望ましくない。
【０００９】
従来、強磁性流体は、磁気刺激装置その他の高電圧磁気装置と比べ電圧の低い音声（オーディオ）スピーカーシステムを冷却するため使用されてきた。強磁性流体は、強磁性粒子を懸濁させた流体である。強磁性粒子が前記スピーカーによって生成された磁場の影響を受けることにより、スピーカーとヒートシンクとの間に流体対流が促進され前記スピーカーが冷却される。強磁性流体は、通常、剪断波を搬送しないため、装置を冷却しながら騒音も軽減できるというもう１つの利点がある。さらに、音速の不整合性により一部の音波は反射する。
【００１０】
残念なことに、スピーカー関連で使用される強磁性流体溶液であっても、磁気刺激装置などの高電圧磁気装置への使用には適さないという欠点がある。例えば、スピーカー冷却関連で使用される強磁性流体は通常のスピーカーレベルの電圧が印加されると誘電性を呈するが、磁気刺激装置関連で使用されるより高電圧レベルでは誘電体分離を保つことができない。その結果、アーク放電その他の問題が生じるおそれがある。
【００１１】
したがって、高電圧用途における強磁性流体による冷却機器、システム、および方法が必要とされている。より具体的には、強磁性流体を対流により循環させて、高電圧磁気装置を冷却する機器、システム、および方法が必要とされている。さらに具体的には、強磁性流体を使ってそのような高電圧磁気装置を冷却すると同時に、騒音も軽減する機器、システム、および方法が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の欠点および難点を鑑み、強磁性流体を使って磁気装置を冷却する機器、システム、および方法について説明する。一実施形態によれば、強磁性流体チャンバーは、生体組織を刺激する上で十分な強度の磁場を生成する構成材に連結されるようなっているハウジングを有する。また、前記ハウジング内には、前記構成材を冷却する強磁性流体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の対象を法的要件を満たすよう具体的に説明する。ただし、この説明自体は、本特許の範囲を限定することを目的としたものではない。むしろ、本発明者らは、既存または将来の他の技術を参照することで、請求の範囲に記載された対象が他の方法でも実施でき、本明細書で説明するものと類似した異なる工程、または要素を含むよう企図している。さらに、本明細書では、使用される方法の異なる観点を暗示するため用語「工程」を使用する場合があるが、この用語は、個々の工程の順序を明示的に説明しない限り、本明細書に開示する種々の工程間で任意の特定順序を示唆すると解釈すべきものではない。
【００１４】
磁気装置の概要
当業者には周知のように、導体に誘導される電場の大きさは、その導体を横切る磁束密度の変化率に比例する。電場が導体中に誘導されると、この電場に対応する電流が導体内に生じる。この電流は、任意の時点における電場のベクトルと同方向に流れる。ピーク電場は磁束密度の経時的変化率が最大のときに起こり、その他の時間ではそれより小さくなる。磁気パルスの適用中、電流は磁場を維持存する方向に流れる（レンツの法則）。
【００１５】
この原理は、電場を誘導するため種々の装置で活用でき、そのような装置は種々の用途で使用できることが理解されるであろう。例えば、磁気装置は生体構造などの電気刺激に使用できる。本明細書の説明は、生体組織の磁気刺激に関連して使用される磁気装置に重点を置いているが、このような議論は説明および明瞭化のためだけに限定されていることが理解されるであろう。これを受け、一実施形態は、いかなる分野の磁気装置のいかなる用途にも同等に適用できることが理解されるであろう。このため、磁気装置に関する本明細書の説明は、本発明の実施形態を医療等の用途だけに限定するものと解釈されるべきではない。
【００１６】
ここで生体構造の電気刺激の文脈に移るが、身体構造の特定部分（神経、組織、筋肉、脳など）は導体としての機能を果たし、電場が印加されると電流を伝達する。これらの生体構造の一部に時間変化する磁場（パルス磁場など）を印加すると、その生体構造の一部に経皮的に電場を生成することができる。例えばＴＭＳの場合では、頭蓋骨を通して時間変化する磁場を印加することにより、脳組織内に電場、そして電流を生じさせることができる。誘導される電流に十分な密度があれば、膜のナトリウムチャネルが開き活動電位応答が生じる程度まで、神経細胞の活動電位が低下しうる。次に電流の衝撃が軸索膜に沿って伝播し、神経伝達物質の変調を介して他の神経細胞へ情報が伝達される。このような磁気刺激は、皮質組織内のグルコース代謝と局部血流量に急速に影響することが示されている。大うつ病性障害の場合は、前頭前皮質とそれにつながる辺縁系構造とにおける神経伝達物質の調節不全および異常なグルコース代謝が最も可能性の高い病態生理であると考えられる。磁気刺激を前頭前皮質に繰り返し与えると、神経伝達物質の濃度および代謝に慢性的な変化が生じてうつ病が緩和されうる。
【００１７】
上記と同様に、非皮質神経細胞（脳神経、末梢神経、感覚神経（知覚神経）など）も誘導電場に刺激される。パルス磁場に誘導された刺激への応答における応答時間および伝導速度を観察することにより神経病理を診断するため、末梢神経を意図的に刺激する技術が開発されてきている。末梢神経または脳神経に与える誘導電場が、非常に強力であるか、あるいはそのような神経の小領域に集中した場合は、不快感および／または痛みが生じるおそれがある。この不快感は、罹患神経束の感覚神経を意図的に過剰刺激して外部からの痛み刺激に応答しなくなるようにする、あるいは痛みの感覚を起こしている誘導電場の強度および集束度を低下させることにより軽減することができる。
【００１８】
上記のとおり、経皮的磁気刺激は、うつ病治療だけに限定されないことを理解すべきである。うつ病のほか、本発明に係る経皮的磁気刺激の方法および装置は、てんかん、統合失調症、パーキンソン病、トゥレット症候群、筋萎縮性側索硬化症（ａｍｙｏｔｒｏｐｈｉｃ  ｌａｔｅｒａｌ  ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ：ＡＬＳ）、多発性硬化症（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ：ＭＳ）、アルツハイマー病、注意欠陥／多動性障害、肥満症、双極性障害／躁病、不安障害（広場恐怖症を伴う、または伴わないパニック障害、対人恐怖症（別名「社会不安障害」）、急性ストレス障害、全般性不安障害など）、心的外傷後ストレス障害（ＤＳＭにおける不安障害の１つ）、強迫性障害（ＤＳＭにおける不安障害の１つ）、痛み（片頭痛、三叉神経痛のほか、糖尿病性神経障害、帯状疱疹後神経痛、また線維筋痛症や局所性筋筋膜性疼痛症候群などの特発性疼痛性障害による痛みなどの神経因性疼痛を含む慢性疼痛性障害など）、脳卒中後のリハビリテーション（神経可塑性の誘導）、耳鳴り、融合を促進するための移植神経の刺激、物質関連障害（アルコール、コカイン、アンフェタミン、カフェイン、ニコチン、大麻などに関する依存症、乱用、離脱（禁断症状）など）、脊髄損傷および脊髄再生／リハビリテーション、脳卒中、頭部損傷、睡眠遮断逆転、原発性睡眠障害（原発性不眠症、原発性睡眠過剰（原発性過眠症）、概日リズム睡眠障害）、認知能力の向上、認知症、月経前不快気分障害（ＰＭＳ、薬物送達システム（薬物への細胞膜透過性を変化させる）、タンパク質合成の誘導（転写と翻訳の誘導）、吃音症、失語症、嚥下障害、本態性振戦、および／または摂食障害（過食症、無食欲症、むちゃ食いなど）などに罹患した患者の治療に使用することができる。
【００１９】
例示的な磁気刺激装置
強磁性コアは、磁気装置に連結して磁場を生成するために使用することができる。一部の実施形態において、そのような磁場は、例えば経頭蓋磁気刺激（Ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ：ＴＭＳ）、反復経頭蓋磁気刺激（Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ  ＴＭＳ：ｒＴＭＳ）、磁気発作治療（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｅｉｚｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ：ＭＳＴ）、末梢神経の不快感を軽減するなどの経皮的磁気刺激を実施することが目的である可能性がある。上述したように、以下の例でも説明および明瞭化のためＴＭＳおよびｒＴＭＳの実施形態に関連して説明しているが、上記のタイプ全てを含め、いかなるタイプの経皮的磁性刺激も、本発明の一実施形態に従った実施が可能である。また上記でも説明したが、本発明の実施形態は経皮的磁気刺激に限定されるものではなく、一実施形態は、いかなる目的で磁場を生成する磁気装置に関しても使用することができる。
【００２０】
さらに、本発明の実施形態は、強磁性コア磁気刺激装置を使用するものと限定されるものではなく、例えば空気（空芯）など他のコア材料も使用可能である。したがって、本明細書における説明では、説明および明瞭化のためのみに強磁性コア磁気刺激装置について記載している。一実施形態では、強磁性コアは略半球形であり、別の一実施形態では、少なくとも０．５テスラで磁気飽和に至る高可飽和磁性材料が強磁性コアに含まれる。一部の実施形態では、強磁性コアは、治療領域で磁場分布を最適化する形状であってもよい。他の治療形態の治療領域（末梢神経における不快感の軽減など）は、程度の差はあるがＴＭＳの場合より深部になる可能性がある。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に関連して使用可能な例示的な磁気装置１０、すなわち「コイル」を示したものである。装置１０は、巻線１４に囲まれた強磁性コア１２を有する。コア１２と巻線１４との間には、絶縁材１６が介装されている。装置１０は、装置１０を制御システム（明瞭化のため図１には示さず）に接続するケーブル２０も含む。ケーブル２０は、保護および張力緩和のためハウジング１８で覆われている。
【００２２】
強磁性コア１２は、例えば３％方向性ケイ素鋼またはバナジウムパーメンジュール（別称Ｓｕｐｅｒｍｅｎｄｕｒ）など種々の強磁性材料から作製することができる。前記材料は、例えば高飽和レベル、急激に変化するＢ−Ｈ曲線（飽和状態から不飽和状態に急激に切り替わる）、低渦電流損失を有し、コストが実用的であるものが選択される。このコア材料から、渦電流損失を最小限に抑える電気的に絶縁された多数の層を作製することができる。積層配向は、例えば渦電流を遮るようにする（可能な限り誘導電流の方向に垂直にする）。また、前記材料が粒子配向を有する場合は、これを誘導磁束に平行に方向付ける。一実施形態では、前記強磁性コアは米国特許第６，１３２，３６１号および第５，７２５，４７１号明細書（それぞれ参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする）に基づいている。
【００２３】
一実施形態では、患者治療に、通常、略半球形の強磁性コアで構成されたコイルを使って患者に磁場を印加する工程が含まれる。場の強度および切り替え率は、実施中の治療タイプに適切な態様で標的領域に刺激を与えられるよう十分なものにする。上記のとおり、治療用強度または他の目的の強度に近い強度を有する磁場を生成すると、熱および騒音も生じてしまう。したがって以下では、そのような熱および／または騒音を、強磁性流体を使って軽減するための機器、システム、および方法を提供する実施形態について説明する。
【００２４】
強磁性流体の対流および冷却
一般に、強磁性流体は、例えば約１０ｎｍサイズの小さい磁性粒子の懸濁液である。このような小粒子サイズを選択することにより、前記強磁性流体が使用される用途において適切な時間の間、それらの粒子の沈殿が起こらないことを確実にする。また、１若しくはそれ以上の界面活性剤を使用して油や水などの流体中で磁性粒子の懸濁を確実に維持する場合もある。外部磁場がない場合、前記強磁性流体内の個々の粒子の磁気モーメントは互いに整列していない状態にある。そこに磁場を印加すると、磁気モーメントは印加磁場に配列する。この配列の特性は、前記流体が個々の磁性粒子サイズの磁気モーメントにより常磁性の動作を示すことから、「超常磁性」と呼ばれることが多い。
【００２５】
強磁性流体の温度が上昇すると、印加磁場による磁化効果は低下することが理解されるであろう。例えば、高温では、強磁性流体の飽和モーメントもその初期磁化率も低下する。強磁性流体の磁化と印加磁場との間の関係を表したものは、ランジュバン関数と呼ばれ、当業者に知られている。
【００２６】
自然対流は、温度による液体の体積変化に起因した現象である。流体は高温になるほど密度が低下するため、熱源に曝された流体は膨張し上昇する。熱源から離れた低温の流体は、高温の流体に置き換わるよう移動する。このように、熱は熱源から離れる方向へ機械的に運ばれる。
【００２７】
強磁性流体の対流の場合、強磁性流体は磁場勾配中で磁場が最も強い位置に置かれる。上記のとおり、低温の強磁性流体は高温の強磁性流体より高い磁化率を有するため、磁場が最も強い領域へ選択的に引き付けられる。一実施形態において、この低温強磁性流体が集まる最大磁場領域は、動作中の磁気装置（磁気刺激装置など）に近接した位置にある。そのため、前記磁気装置に近接した強磁性流体は加熱されて磁化率が低下し、さらに膨張する。その結果、より高い磁化率および密度を有する低温の強磁性流体（前記磁気装置からより離れた強磁性流体など）が前記磁気装置へ引き付けられる。このように、強磁性流体の磁気対流および熱対流は、当該強磁性流体の磁化率および体積の増減により確立されることが理解されるであろう。強磁性流体を充填したチャンバーの作製に関する詳細は当業者に公知であるものと想定し、本明細書ではそのような詳細は明瞭化のため省略する。
【００２８】
また、強磁性流体を使用してソレノイドその他の装置内の望ましくない騒音を低減することができる。これは、強磁性流体が横方向の音波を良好に伝達しないためである。また、強磁性流体とそれに隣接した物体（磁気装置など）との接触面により、前記磁気装置により生じた騒音が低減される可能性がある。これは、当業者に公知のとおり、そのような接触面の両側で音速が異なるためである。さらに、強磁性流体が振動を減衰させる可能性もある。これにより、磁気装置を冷却するため使用される強磁性流体が、そのような磁気装置により生じる騒音を軽減することが理解されるであろう。さらに、磁気装置を冷却するため使用される強磁性流体は、例えば他の吸音方法に関連して使用できることが理解されるであろう。例えば、吸音材料を使用して強磁性流体の消音能力を強化できる。
【００２９】
一実施形態では、強磁性流体を含んだチャンバーを提供する。このチャンバー内の強磁性流体を使用して当該チャンバーに実質的に覆われた磁気装置を冷却することができる。例えば、磁気装置により生成された磁場は、上記のとおり強磁性流体の磁気対流を誘導する可能性がある。また、その磁気装置から生じた熱が熱対流を誘導する。
【００３０】
一実施形態では、前記チャンバーに熱交換部が連結されて強磁性流体を冷却することにより、強磁性流体が加熱される磁気装置と、強磁性流体が冷却される前記熱交換部との間で強磁性流体が循環し、前記磁気装置の付加的な冷却を可能にする。また、一実施形態では、前記チャンバーを磁気刺激装置の周囲に設け、当該装置の音発生領域を実質的に包囲することで、強磁性流体により消音がもたらされる。一実施形態において、強磁性流体は、その磁気特性、熱特性、および／または騒音軽減特性を強化するよう選択される。
【００３１】
本明細書で説明する一実施形態は、説明および明瞭化のため磁気発作治療（ＭＳＴ）および経頭蓋磁気刺激（ＴＭＳ）に関するが、一実施形態は、いかなる目的に使用されるいかなるタイプの高電圧磁気装置に関しても使用できることが理解されるであろう。
【００３２】
ここで図２を参照すると、磁気装置の冷却方法を例示するフローチャートが示されている。図２に例示した冷却方法２００は、例えば、磁場が生成される工程２０１から開始される。このような磁場は、図１に関連して上記で説明したように、例えば磁気装置１０により、または他の任意タイプの磁気装置により生成される。一実施形態において、工程２０１で生成される磁場は生体組織を刺激する上で十分な強度を有する。ただし、このような一実施形態においても、前記磁場は、組織を刺激する上で十分な強度があっても、組織刺激以外の用途に使用可能である。例えばＴＭＳが関与する一実施形態において、磁気装置１０は、約１,５００Ｖ以上の電圧レベルで動作できる。
【００３３】
工程２０３では、強磁性流体を循環させる。強磁性流体は、図３〜６に関連して後述するようにチャンバー内に収容できることが理解されるであろう。この強磁性流体は、詳しく上述したとおり、例えば磁気装置１０によって生成された磁場に誘導される磁気対流により循環させることができる。一実施形態では、１若しくはそれ以上の磁場発生装置により、１若しくはそれ以上の磁場が生成され、図５に関連して以降説明する例示的な構成における磁気対流のような磁気対流を誘導する。さらに、付加的な構成要素を使用すると、図６の例示的な構成に関連して後述するように、強磁性流体を機械的に循環させることができる。
【００３４】
工程２０５では、前記強磁性流体が加熱される。このような加熱は、例えば磁気装置１０に近接した位置で起こる。このような加熱は、上述のとおり、当該装置１０の動作時に起こる加熱によるものである。工程２０７では、前記強磁性流体が冷却される。このような冷却は、例えばヒートシンクや冷却ユニットなどの熱交換部により促進される熱損失により起こる。代替態様として、このような冷却は熱交換部を介すことなく起こる。上記のとおり、工程２０５の加熱および工程２０７の冷却は、前記強磁性流体の熱対流を促進することが理解されるであろう。このような熱対流は、一実施形態において、工程２０３に関連して上記説明した強磁性流体の磁気対流を助長する。
【００３５】
図３は、一実施形態に従って強磁性流体よって磁気装置を冷却する例示的な実施形態を示したものである。図３において、磁気装置１０は強磁性コアを有するものとして例示したが、磁気装置１０は、磁場を生成できるいかなるタイプの装置であってもよいことが理解されるであろう。
【００３６】
図３からわかるように、チャンバー３６は装置１０の周りに設けられている。チャンバー３６内には強磁性流体３０が含まれており、チャンバー３６の周りには熱交換部３２が設けられている。熱交換部３２は、図３に関連して例示したヒートシンクを含め（これに限定されるものではないが）、強磁性流体３０を冷却するいかなる手段であってもよいことが理解されるであろう。また一部の実施形態では、熱交換部３２に関連して、ファンや冷却ユニットなどの付加的な構成要素を使用することができる。さらに、一実施形態では、例えばチャンバー３０周囲の空気により強磁性流体３０が冷却されるため、熱交換部３０は不要になることが理解されるであろう。
【００３７】
図３では、装置１０の周りに騒音軽減用の吸音体３４も設けられていることがわかる。吸音体３４は、吸音材料や能動的な騒音軽減器具など、音の伝達を低減する任意の手段であってよい。このように、一部の実施形態では、強磁性流体３０の騒音軽減特性を、１若しくはそれ以上の消音技術により増強できることが理解されるであろう。
【００３８】
強磁性流体３０の対流（磁気対流および／または熱対流）は、上述のように発生し、矢印Ａで表されている。このように、一実施形態では、動作中で熱を生じている装置１０に近接した強磁性流体３０も加熱されることが理解されるであろう。また、強磁性流体３０は、装置１０が生成した磁場（明瞭化のため図３には示さず）により装置１０に引き付けられる。上記のとおり、加熱された強磁性流体３０の体積は増加するが、その磁化率は低下する。したがって、熱交換部３２に近接した強磁性流体３０は、装置１０に近接した強磁性流体３０より低温となり、その結果より高密度となるため、より強い磁力で装置１０へ引き付けられる。強磁性流体３０の加熱および冷却と、その磁化率の増減とにより、強磁性流体３０には熱対流および磁気対流が生じることが理解されるであろう。
【００３９】
図３に示した例示的な構成は一実施形態に関連して実施できる任意数の構成のうちの単なる１つを表したものであることを理解すべきである。この点について例示するためここで図４を参照すると、一実施形態に係る別の実施例が示されている。
【００４０】
図４でも、装置１０は、その周囲にチャンバー３６が設けられた状態で例示されている。チャンバー３６の内部にはチャネル４０が形成されており、これにより熱交換部３２との間で強磁性流体３０が搬送される。熱交換部３２との間の強磁性流体３０の移動は、矢印Ｂで表されている。熱交換部は、図３に関連して上述したものであってよいことが理解されるであろう。図４に例示した構成は、吸音体３４がチャンバー３６内の特定位置に配置され使用されるのではなく、チャンバー３６の周囲に設けられる点で、図３に例示したものと異なる。
【００４１】
図５は、一実施形態に係る別の構成例を例示したものである。具体的には、図５は、例えばＭＳＴやＴＭＳなどの医療用途に使用可能な磁気装置１０の一部である巻線５４を例示した図である（図５では明瞭化のため装置１０の全体を図示していない）。巻線５４に通電すると装置１０は磁場を生成し、その磁場を使用して患者５２の治療が行われ、さらに／または矢印Ｃで示すように強磁性流体３０の磁気対流を駆動することができることが理解されるであろう。また、永久磁石５０を配置し、継続的または略継続的に強磁性流体３０の対流（やはり矢印Ｃで表す）を誘導するようにしてもよい。一実施形態において、このような構成は、強磁性流体３０を絶えず熱交換部３２の横で循環させて、チャンバー３６内の強磁性流体３０を常時比較的低温に維持するよう作用する。一部の実施形態では、永久磁石５０に誘導される強磁性流体３０の対流と、巻線５４に誘導される強磁性流体３０の対流とが合わされることが理解されるであろう。すなわち、例えば巻線５４への通電により強磁性流体３０にいっそう強力な対流が起こる。
【００４２】
ここで図６を参照すると、一実施形態に係る別の例示的な構成が示されている。図６において、チャンバー３６は巻線５４に近接して設けられており、少なくとも部分的に強磁性流体３０が充填されている。磁性材料６２は、チャンバー３６および巻線５４に近接して配置することができる。磁性材料６２は、例えば巻線５４および／または装置１０（明瞭化のため図６には示さず）により生成された磁場に応じて、巻線５４に引き付けられる（または反発される）ことが理解されるであろう。一実施形態では、磁性材料６２を例えば可撓性の膜に取り付けて磁性材料６２が望ましい領域内で移動できるようにし、矢印Ｄで示すように強磁性流体３０をチャンバー３６内全体で循環させる。磁性材料６２に誘導されるこのようないかなる機械的循環は、巻線５４により生じる磁場によって発生する上記の強磁性流体３０の熱対流および／または磁気対流のいずれかに付加されるもの、またはそれに代わるものであることが理解されるであろう。
【００４３】
また、強磁性流体３０の循環を強化促進するため一方向弁６０Ａ〜Ｂを設けてもよい。例えば、強磁性流体３０は、巻線５４に引き付けられると磁性材料６２により矢印Ｄで示す方向へ流れる可能性があるが、当該強磁性流体３０が巻線５４から反発を受けると反対方向へ流れる場合がある。このため、１若しくはそれ以上の一方向弁６０Ａ〜Ｂをチャンバー３６に動作可能に連結して、強磁性流体３０が確実に矢印Ｄで示した方向へのみ流れるようにすることができる。このような方向性のある流れは、いかなる技術を使用しても（使用する場合）確実に生成でき、そのようないかなる機器も同等に一実施形態と整合することを理解すべきである。
【００４４】
したがって、磁性材料６２は、強磁性流体３０の循環を駆動するポンプ機構として作用することが理解されるであろう。代替実施形態では、他のこのようなポンプ機構が使用可能であり、そのような実施形態は、本明細書で単に例示的に示した磁性材料６２の使用に限定されるものでは一切ない。例えば、流体ポンプをチャンバー３６に動作可能に連結して強磁性流体３０を循環させてもよく、そのような構成も一実施形態と整合する。また付加的な冷却その他の目的で、そのような流体ポンプ（または第２の流体ポンプ）により別の非強磁性流体を循環させてもよい。このように、いかなるタイプのポンプ機構を使って強磁性流体３０を循環させてもよく、そのようないかなるポンプ機構も、上述した強磁性流体３０の磁気対流および／または熱対流を増補し、またはそれに代わって動作しうる。
【００４５】
当然のことながら、以上の例示的実施形態は単に説明目的で提供したものであり、決して本発明を限定すると解釈されるべきものではない。本明細書で使用する用語は、説明および例示のためのものであり、限定を意図したものではない。また、本明細書で説明した利点および目的は、本発明を実施するすべての実施形態で達成されるとは限らない。さらに、本明細書では、特定の構造、材料、および／または実施形態を参照することによって本発明を説明してきたが、本発明は本明細書に開示した特定の事柄に限定されるものではない。むしろ、本発明は、添付した特許請求の範囲内に含まれる機能的に均等なすべての構造、方法、および用途へと拡張される。当業者であれば、本明細書の教示を活用することにより本発明に多数の変更を加えることができ、また本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更形態を実施することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の態様を実施できる磁気刺激装置の例を示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従って磁気装置を冷却する方法を例示したフローチャートである。
【図３】図３〜６は、本発明の実施形態に従って強磁性流体による磁気装置の冷却を伴う構成の例を示した図である。
【図４】図３〜６は、本発明の実施形態に従って強磁性流体による磁気装置の冷却を伴う構成の例を示した図である。
【図５】図３〜６は、本発明の実施形態に従って強磁性流体による磁気装置の冷却を伴う構成の例を示した図である。
【図６】図３〜６は、本発明の実施形態に従って強磁性流体による磁気装置の冷却を伴う構成の例を示した図である。
【図１】
2008540043.tif 000003
【図２】
2008540043.tif 000004
【図３】
2008540043.tif 000005
【図４】
2008540043.tif 000006
【図５】
2008540043.tif 000007
【図６】
2008540043.tif 000008
【国際調査報告】
2008540043.tif 000009