(57)【要約】少なくとも２つの横棒、少なくとも２つの取り付け金具、及び少なくとも２つの留め針を含む外部固定器具において、ＲＦ誘起された加熱を低減する方法と、他の外部固定器具と比較した場合、留め針の先端において著しく低下したＦＲ加熱を有する外部固定器具とを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの横棒、少なくとも２つの取り付け金具、及び少なくとも２つの留め針を含む外部固定器具において、ＲＦ誘起された加熱を低減する方法であって、
少なくとも１つの横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間に、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間に、吸収材料を付加する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間で、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間で、中間物としての役目を果たす
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に又は部分的に覆う
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に覆う
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、横棒と取り付け金具との間の、又は取り付け金具と留め針との間の、あらゆる接続点の領域を覆う
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記吸収材料は、完全な電気的伝導体の電気伝導率と絶縁体の電気伝導率との間の電気伝導率を有する
請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記吸収材料は、１０-4Ｓ／ｍから１０3Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記吸収材料は、１０-3Ｓ／ｍから１.０Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記吸収材料は、１０-2Ｓ／ｍから１０-1Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記吸収材料は、εrが約１から１０10の範囲にある誘電率を有する
請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記吸収材料は、１０ｍｍよりも大きくない厚さを有する
請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
外部固定器具であって、
少なくとも２つの横棒と、
少なくとも２つの取り付け金具と、
少なくとも２つの留め針と、
少なくとも横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間にある、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間にある吸収材料と、を備え、
前記留め針の先端でのＲＦ加熱は、少なくとも横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間に、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間に、吸収材料が無い外部固定器具におけるＲＦ加熱と比較して著しく低減される
ことを特徴とする外部固定器具。
【請求項１３】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間で、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間で、中間物としての役目を果たす
請求項１２に記載の外部固定器具。
【請求項１４】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に又は部分的に覆う
請求項１２に記載の外部固定器具。
【請求項１５】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に覆う
請求項１２に記載の外部固定器具。
【請求項１６】
前記吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、横棒と取り付け金具との間の、又は取り付け金具と留め針との間の、あらゆる接続点の領域を覆う
請求項１２ないし１５のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項１７】
前記吸収材料は、完全な電気的伝導体の電気伝導率と絶縁体の電気伝導率との間の電気伝導率を有する
請求項１２ないし１６のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項１８】
前記吸収材料は、１０-4Ｓ／ｍから１０3Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１２ないし１７のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項１９】
前記吸収材料は、１０-3Ｓ／ｍから１．０Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１２ないし１８のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項２０】
前記吸収材料は、１０-2Ｓ／ｍから１０-1Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する
請求項１２ないし１９のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項２１】
前記吸収材料は、εrが約１から１０10の範囲にある誘電率を有する
請求項１２ないし２０のいずれかに記載の外部固定器具。
【請求項２２】
前記吸収材料は、１０ｍｍよりも大きくない厚さを有する
請求項１２ないし２１のいずれかに記載の外部固定器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
この発明は、２０１５年２月６日に出願された特許文献１に対する優先権を主張し、特許文献１の内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
全ての医療画像技術の中で、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）を使用することが増加傾向にあるが、その理由は、磁気共鳴画像法が、非イオン化であるという特徴及び高解像度の画像品質を有するからである。しかしながら、ＭＲＩシステムによって発生される強い高周波電磁場は、患者が走査される際に、加熱効果を引き起こし得る。金属製の医療器具（例えば、外部固定器具）を付けた患者が走査される場合、これは重要な問題であり得る。局在化したエネルギーが、これら医療器具の先端近くに蓄積される可能性があり、これは、もしかすると、恒久的な組織損傷につながるかもしれない。これは、外部固定器具を付けた患者が走査されている場合、特に深刻であるが、その理由は、たいていの外部固定器具が、機械的強度を維持するために、非磁性金属でできているという事実による。典型的な外部固定器具がＭＲＩの下に置かれる場合、金属部分は、電磁場と強く相互作用するであろう。そして金属部分は、人間の被験者の内部に、誘起された電磁場エネルギーを作り出すかもしれない。更に、器具の大部分は外部にあるのに対して、金属部品の小さな部分だけが人体の内部に存在するので、高度に凝縮された電磁気エネルギーが、組織の限られた体積の中で散逸される。このことは、人体内部での局所温度に非常に大きな上昇が生じるという結果になる。Ｌｕｅｃｈｉｎｇｅｒ等は、ＭＲ環境において、一群の大きな外部固定取り付け金具及び枠を評価し、そして患者の組織内部にある金属製留め針の先端では、局所温度において最大で９．９℃の上昇があることを見出した。例えば、非特許文献１を参照されたい。
【０００３】
高リスクの温度上昇を低減するために、加熱分布を変化させるための電気的（熱的ではない）吸収材料を使用する方法が考えられた。Ｌｉｕ等は、電気的に絶縁された層材料の効果を研究し、且つそれが、誘起されたＲＦ加熱を低減するための潜在的な方法であることを見出した。例えば、非特許文献２を参照されたい。しかしながら、ＲＦ加熱低減のための絶縁された層の能力は限られており、その理由は、動作する高周波電磁波の周波数は比較的高く（一般に６４ＭＨｚよりも上である）、且つ誘導される電流は、人体内部で依然として結合し得るからである。
【０００４】
発明者は、思いがけなく、外部固定器具におけるＲＦ加熱（又はＲＦ誘起された加熱）を効果的に低減する解決法を見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第６２／１１３，２７１号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｂ，Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｍａｔｅｒ．，２００７，８２：１７−２２．
【非特許文献２】Ｌｉｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，２０１４，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．３，Ｐａｇｅｓ  ２２３−２２７．
【非特許文献３】Ｄ．Ｃ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ  ａｔ  ａｌ．，Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，２００１，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本発明は、少なくとも２つの横棒、少なくとも２つの取り付け金具、及び少なくとも２つの留め針を含む外部固定器具において、ＲＦ誘起された加熱を低減するための方法を提供する。そこでは、該方法の各々は、少なくとも１つの横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間に、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間に、吸収材料を付加すること、又は該吸収材料を使用すること、又は該吸収材料を導入することを含む。別の態様において、本発明は、外部固定器具を提供し、該外部固定器具の各々は、少なくとも２つの横棒と、少なくとも２つの取り付け金具と、少なくとも２つの留め針と、少なくとも横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間にある、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間にある吸収材料と、を含む。そこでは、留め針の先端でのＲＦ加熱は、少なくとも横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間に、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間に吸収材料が無い外部固定器具におけるＲＦ加熱と比較して、著しく低減される。
【０００８】
幾つかの実施形態において、吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの横棒と少なくとも１つの取り付け金具との間で、又は少なくとも１つの取り付け金具と少なくとも１つの留め針との間で、中間物としての役目を果たす。
【０００９】
他の幾つかの実施形態において、吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に又は部分的に覆う。
【００１０】
他の幾つかの実施形態において、吸収材料は、フィルムの形態をしており、且つ、少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも横棒の領域を、又は少なくとも１つの取り付け金具が接続される少なくとも留め針の領域を、完全に覆う。例えば、吸収材料は、横棒と取り付け金具との間の、又は取り付け金具と留め針との間の、あらゆる接続点の領域を覆う。
【００１１】
更に他の幾つかの実施形態において、吸収材料は、完全な電気的伝導体の電気伝導率と絶縁体の伝導率との間の電気伝導率を有する。例えば、吸収材料は、１０-4Ｓ／ｍから１０3Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率、１０-3Ｓ／ｍから１．０Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率、又は１０-2Ｓ／ｍから１０-1Ｓ／ｍの範囲にある電気伝導率を有する。
【００１２】
更に他の幾つかの実施形態において、吸収材料は、εrが約１から１０10の範囲にある誘電率を有する。
【００１３】
なお更に他の幾つかの実施形態において、吸収材料は、１０ｍｍよりも大きくない厚さを有する。
【００１４】
外部固定器具の、取り付け金具と留め針との間に、又は取り付け金具と横棒との間に、固有の伝導率及び誘電率を有する吸収材料を用いることによって、ＲＦ誘起された加熱を実質的に低減するという結果をもたらすことが可能である。吸収材料の伝導率及び誘電率は、ＲＦ誘起された加熱を最大限に低減するように最適化することが可能である。
【００１５】
応答表面法（ＲＳＭ）方式に基づく高速最適化プロセスは、最適な加熱低減を達成するための、望ましい伝導率及び誘電率を見出すことにおいて、適用することが可能である。ＲＳＭプロセスでは、最も急な勾配の降下方向に沿って正しい因子を選択することによって、ＲＦ誘起された加熱を急速に低減ことが可能である。誘電率及び伝導率の両方が、加熱低減効果に影響を与える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】外部固定器具の典型的な構造を示した説明図
【図２】外部固定器具及びＡＳＴＭ人体模型の相対的位置を示した説明図
【図３】外部固定器具上の吸収材料の幾何学的配置を示した説明図
【図４】シミュレーションにおけるＭＲＩのＲＦコイルの構造を示した説明図
【図５】外部固定器具及びＡＳＴＭ人体模型のための実験構成を示した写真
【図６】外部固定の幾何学的配置の側面図を示した説明図
【図７】（ａ）および（ｂ）は、異なる場合における、留め針の断面平面での１ｇ平均ＳＡＲ分布を示した説明図
【図８】留め針の先端を横切る線に沿うＳＡＲを示したグラフ
【図９】異なる比誘電率に対する、留め針先端近くでの最大局所ＳＡＲ対伝導率を示すグラフ
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、外部固定器具における吸収のための、構成部分（ａ〜ｃ）および構成自体（ｄ）を示した写真
【図１１】４つの試験された全ての場合に対して、温度上昇測定を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
典型的な外部固定器具は、少なくとも２つの接続横棒と、２つの横棒の間にある少なくとも２つの安定化取り付け金具と、各取り付け金具における少なくとも１つの留め針とを含み、ここで該少なくとも１つの留め針は、人体へ延びると共に人体を貫通し、それによって、人体に対して固定器具を確実に位置決めする。外部固定器具の例は、図１において以下に示されており、ここで該外部固定器具は、（以下に示されるように平行な）２つの接続横棒、２つの取り付け金具、及び４つの留め針を含む。この例では、留め針の下側部分は、その先端を含めて、人体に埋められ、それによって、人体に対する器具の相対的位置を確実なものとする。
【００１８】
本発明は、外部固定器具の中の異なる部分の間に吸収材料を利用することによって、外部固定器具におけるＲＦ誘起された加熱を低減させるための、新規でしかも効率的な解決法を提供する。理論によって束縛されることが意図されることなく、次のことは正しいと考えられる。即ち、伝導性の吸収材料は、外部固定器具の周りの、及び該外部固定器具の上の電場分布を変化させ、それ自体が人体の外側である量のパワーを消費し、それによって、ＲＦ誘起された加熱を低減する。
【００１９】
熱低減のためには、最適な電気的吸収特性を見出すことが望ましいが、しかしながら、そうするには、ＲＦ誘起の加熱を最小化するための最良の吸収材料パラメータ（即ち、伝導率及び誘電率）を求めて、複数の因子の全ての組み合わせを試験することが必要である。異なる吸収材料を試験すると共に、加熱の低減を計算するための１つのアプローチは、一時一変数（ＯＶＡＴ）法である。即ち、一時に単一の変数が変えられ、その一方で、他の変数は固定された状態に保たれる。このアプローチは、限られた量の情報を得るのに、大きなリソースを必要とするが、ここで限られた量の情報とは、この発明の方法に対して使用され得るようなものである。多変数最適化に対しては、ＯＶＡＴ方法は効率が悪く、且つある時は、信頼できないことさえもある。この限界を克服するために、応答表面法（ＲＳＭ）と呼ばれる統計的方法を、実験計画法（ＤｏＥ）技術の中で使用することもまた可能である。ＤｏＥは、工業において広く受け入れられ、且つ利用されてきた。過去約２５年にわたって、数多くのＤｏＥの応用成功例が、米国及び欧州の多くの製造業者によって報告されてきた。例えば、非特許文献３を参照されたい。別の方法として、吸収材料の条件の最適な一組を識別するために、ＲＳＭを使用することも可能である。ここで該最適な一組は、この発明の方法及び器具においても、同様に使用することが可能である。加熱効果は、ＲＳＭ最適化プロセスを素早く使用することによって、最小化することが可能である。現在の技術によって、材料の吸収特性は、必要に応じて、特定の外部固定器具に対して調節することが可能である。このアプローチによって、吸収材料は、工学技術において実際的なものとなる。
【００２０】
この発明の方法を実践するために、外部固定器具のＲＦ誘起された加熱低減における吸収材料効果の評価を目的として、シミュレーション及び実験が使用される。この効果を正確に分析するために、シミュレーションと実験構成の両方の系統的な説明が、明確に述べられるべきである。以下で説明される全ての手続きは、米国食品薬品局（ＦＤＡ）からの有効なデータを提供を求める要求に従う。ここで該手続きは、磁気共鳴画像法の間に受動的埋没物近くで高周波誘起された加熱を測定するためのＡＳＴＭ国際標準試験方法である、ＡＳＴＭ  ｓｔａｎｄａｒｄ，Ｆ２１８２−１１，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ（ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ：２０１１）によって説明される。
Ａ．吸収材料
【００２１】
この発明に対して使用され得る吸収材料は光沢のあるものであり、その結果として、反射された電磁（ＥＭ）波は低減され得る、又は除去され得る。単一周波数のＲＦ加熱評価に対して、吸収特性は、電気伝導率として考えることが可能である。この発明を実践する中で、それら吸収材料の有効性を評価するために、１０-4Ｓ／ｍから１０3Ｓ／ｍの範囲にある伝導率を有する吸収材料が使用された。
Ｂ．加熱効果評価
【００２２】
Ｐｅｎｎｅｓによって１９４８年に展開された、確実性を備えた「Ｐｅｎｎｅｓの生体熱方程式」（ＰＢＥ）は、熱的生体ＥＭシミュレーションに対して、最も受け入れられた公式である。その方程式は、次の通りである。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ここでｋは熱伝導率であり、Ｓは比吸収率（ＳＡＲ）であり、ωはかん流速度、Ｑは代謝熱発生率、ρは媒質の密度、ρｂ、ｃｂ、及びＴｂは、それぞれ、密度、比熱容量、及び血液の温度である。この方程式から、誘起されたＲＦ加熱効果は、一般に比吸収率（ＳＡＲ)に関連付けられる。加熱に比例するパワー蓄積の指数としてＳＡＲを使用することは、広く受け入れられている。以下では、１ｇの空間平均化されたＳＡＲが、ＲＦ誘起された加熱効果を数値的に評価するのに使用されるであろう。別なふうに定義されない限り、ＳＡＲは、Ｗ／ｋｇで表された、１ｇの空間平均化されたＳＡＲのことを指す。
Ｃ．シミュレーションモデル：外部固定器具、ＡＳＴＭ人体模型及びＭＲＩのＲＦコイル
【００２５】
上で述べたように、外部固定器具は、一般に、取り付け金具、留め針、及び接続横棒を含む。一般的な外部固定具モデルは、上の図１で示されるように、ＭＲＩ環境におけるＲＦ加熱効果を研究するために開発された。それは３つの部品を含む。即ち、１）取り付け金具を表すための２つの金属製かたまり、２）取り付け金具の間の２つの接続横棒、及び、３）外科的処置の間、患者の骨の中にねじ込まれる４つの留め針、である。例証的な実施例として、金属製かたまりの寸法は１１．４ｃｍ×２ｃｍ×３．７５ｃｍであり、留め針は０．５ｃｍの直径及び１６ｃｍの長さを有し、且つ接続横棒は１．１ｃｍの直径及び４１．５ｃｍの長さを有し、且つ、全ての研究に対して、人体模型の表面から２ｃｍの挿入深さは一定に保たれる。
【００２６】
この研究では、器具は、高入射接線方向の電場が観察される場所に配置される。図２を参照されたい。吸収材料は、金属製かたまりと留め針との間に配置される、５ｍｍの内側直径及び７ｍｍの外側直径を有する管状構造としてモデル化されている。器具モデルに対する詳細な構造は、図３に示されている。
【００２７】
シミュレーションでは、本物のＭＲＩのＲＦコイルを表すのに、非実体的な鳥かごコイルが設計された。図４に示されるように、ＲＦコイルの直径は６３ｃｍ、且つＲＦコイルの高さは６５ｃｍであった。８つの平行な線（桟）は電流源であった。ＲＦコイルの頂部上及び底部上の端絡環は、調整コンデンサであった。コイル内部に円偏光電磁場を発生させるために、全ての電流源は、一様な大きさを有していた。隣接する桟上の電流源間の位相差は２π／Ｎであったが、ここでＮは桟の総数であった。全ての調整コンデンサは７．２ｐＦに調整されており、その結果、コイルは６４ＭＨｚで共鳴するようになっていた。コイルの更なる詳細は、非特許文献２に提供されている。
【００２８】
ＳＥＭＣＡＤ−Ｘ−ｖ１４．８（有限差分時間ドメイン（ＦＤＴＤ）に基づく市販の全波電磁波ソフトウェア）が、このシミュレーション研究で使用された。後処理については、全ての場分布が入力パワーに対して正規化され、その結果、全般的な平均化されたＳＡＲは２Ｗ／ｋｇであった。局所的ＳＡＲ値は、人体模型内部の最大値において得られた。
Ｄ．実験的試験
【００２９】
ＲＦ誘起された加熱効果の低減はまた、実験的に調査された。外部固定器具（これは、ＭＲＩ手続きの間、標準のＡＳＴＭ人体模型の中に部分的に埋められた）によって引き起こされる温度上昇が測定され、それによって、ＲＦ誘起された加熱を低減するための、新しく導入された吸収材料の効果が評価された。ポリアクリル酸（ＰＡＡ）でゲル化された食塩水が、ＡＳＴＭのＦ２１８２−１１ａ標準に従って、人体模型材料として準備された。比誘電率は約８０であり、且つ伝導率は０．４６Ｓ／ｍと測定された。
【００３０】
Ｏｒｔｈｏｆｉｘ（イタリア）によって提供された市販の外部固定器具が、この実験において分析された。実験の間、外部固定器具によって装填されたＡＳＴＭ人体模型は、ＺＭＴ医療埋没物試験システム（ＭＩＴＳ）及びＭＲＩのＲＦ安全評価システムを使用して試験された。ＲＦ場の漏れを防止するため、ＥＴＳ−ＬｉｎｄｇｒｅｎのＭＲＩ遮蔽室が使用された。加熱を測定するために、４つまでのファイバ光学温度探測装置が使用された。温度記録プラットフォームは探測システムに組み込まれており、その結果、手動で記録する必要は無かった。
【００３１】
ＡＳＴＭ標準Ｆ２１８２−１１ａに従って、外部固定器具は、側面から約２〜３ｃｍのところで人体模型の中に入れられた（図５を参照）。固定器具を付けた人体模型は、１５分間、ＭＲＩ鳥かご体コイルの中にさらされた。ＭＲＩの下での合計１８分の間、ＭＲＩコイルのスイッチが入れられる前に、温度は１分記録され、そしてＭＲＩシステムのスイッチが切られた後に、温度は連続して２分間記録された。データは、分析のために、コンピュータへ移された。
【００３２】
２つの連続した実験測定の間に、３０分の冷却手続きがあった。器具は外部へ取り出され、且つ水によって冷却された。そして食塩水が撹拌された。この手続きの助けを借りて、各実験のための初期条件は、各ランにおいて首尾一貫するように保証された。
Ｅ．シミュレーションからの結果
【００３３】
シミュレーション研究については、異なる吸収特性を有する５つの範疇の材料が、数値的に調査された。各範疇は、その個々の比誘電率εr＝２、３、５、７、９を有し、且つ電気伝導率は、１０-4Ｓ／ｍから１０3Ｓ／ｍまで変化した。器具の横棒、ＡＳＴＭ人体模型のゲル、ＡＳＴＭ人体模型の殻の電磁気的特性は、表１に示されている。外部固定器具の他の部品は、完全な電気伝導体（ＰＥＣ）としてモデル化された。シミュレーションの後、器具の留め針に沿った、１ｇの空間平均化されたＳＡＲが、更なる分析のために計算された。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
図６において以下で示されるのは、外部固定器具の側面図である。簡単のために、４つの留め針は、右から左に、留め針１、留め針２、留め針３、及び留め針４と名付けられる。典型的なＳＡＲパターンを例証するために、２つの例が選ばれた。
【００３６】
第１の例が、図７（ａ）に示される。吸収材料は、９の比誘電率εr及び０Ｓ／ｍの電気伝導率σを有していた。最大加熱領域は、留め針の先端で生じた。図中の、留め針先端での正方形は、最大局所ＳＡＲを示す。より良い理解のために、留め針先端を横切る水平線（全ての留め針先端を接続する図７（ａ）における緑の線）に沿うＳＡＲが、図８に示される。外側留め針（留め針１及び４）の近くの点は、内側留め針（留め針２及び留め針３）における点よりも、大きなＳＡＲ値を有することが観察される。最も高いＳＡＲは、１１６０Ｗ／ｋｇ程度まで高くなることが可能であり、これは、留め針４の先端に位置していた。
【００３７】
第２の例（これは、９のεr及び０．１Ｓ／ｍのσに対応する）では、ＳＡＲパターンは図７（ｂ）に示される。人体模型ゲル内部のＳＡＲパターンは、前のものと同様であるが、しかし先端近くのピークＳＡＲは著しく異なり、且つ最大局所ＳＡＲは、図７（ｂ）における正方形によって示されるように、（留め針先端においてではなく）取り付け金具と留め針との間の吸収材料の層で生じる。全ての留め針先端を接続する同じ緑の線に沿うＳＡＲ値は、図８にプロットされている。最大局所ＳＡＲが９０５ｍＷ／ｇであるのに対して、人体模型内部の最大局所ＳＡＲは約４７０ｍＷ／ｇであった。人体模型内部だけが関心領域であったので、最大ＳＡＲは、純粋な絶縁性材料と比較すると、ほぼ５９．５％だけ低減された。この著しい熱低減は、臨床応用に向けての大きなブレークスルーを示すものである。
【００３８】
図７におけるそれらの場分布は、１１６０Ｗ／ｋｇに正規化された。吸収材料が何であったとしても、エネルギー散逸は、留め針の先端付近に集中し、且つ急激に減衰することが分かった。εr＝９及びσ＝０．１Ｓ／ｍである場合、留め針先端での最大ＳＡＲは、εr＝９及びσ＝０Ｓ／ｍの場合の最大ＳＡＲよりも小さかった。これは、最適化された誘電特性を有する吸収材料は、外部固定器具におけるＲＦ誘起された加熱を、完全には除去しないにしても、著しく低減できたことを意味する。
２）最大ＳＡＲの伝導率対誘電率
【００３９】
この特定の幾何学的配置のために、吸収材料の伝導率及び誘電率の変化が、外部固定器具に対して、異なる熱的振舞いをもたらした。図９に示されるように、ＲＦ誘起された加熱における著しい低減が、１０-2Ｓ／ｍから１００Ｓ／ｍの範囲で見られる。この範囲の外側で、最大局所ＳＡＲは、全ての調査された誘電率値（εr＝２、３、５、７、及び９）に対して増加した。指摘されるべきことであるが、６４ＭＨｚの応用に対する現在の最適な伝導率は、１ｍｍの吸収材料厚さに対して達成された。この最適な伝導率は、吸収材料厚さと共に変化し得るであろう。
【００４０】
異なる吸収材料を用いるという考えを試験するために、様々な非誘電率が試された。図９から分かることであるが、吸収材料を利用することによって、（２から９までの）大きな誘電率範囲に対して、外部固定器具におけるＲＦ加熱を効果的に低減できるであろう。より小さな誘電率については、最小ＳＡＲに到達するために必要な伝導率は、より小さいものであった。この例については、最適な吸収材料（即ち、最小加熱）は、次の誘電特性を有していた。即ち、εr＝２及びσ＝１０-2Ｓ／ｍ。
Ｆ．ＲＦ加熱低減における実験結果
【００４１】
試験については、図１０に示されるように、Ｍｏｌｅｘ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ライル、イリノイ州）によって提供された吸収材料が、器具構成部品の間の接続部分において、１ｍｍの厚さで巻き付けられた。
【００４２】
２つの種類の接続部分が存在した。１つは、取り付け金具と留め針との間で覆われるものであり、他の１つは、取り付け金具と横棒との間で覆われるものであった。便宜上、これら２つの構成は、それぞれ「留め針覆い」及び「横棒覆い」と名付けられる。
【００４３】
次の４つの異なる覆いが、実験的研究において測定された。
・器具のための覆い無し（覆い無し）
・留め針と取り付け金具との間に覆い（留め針覆い）
・取り付け金具と横棒との間に覆い（横棒覆い）
・両方の側に覆い（両方覆い）
【００４４】
４つの全ての場合に対して検出された温度上昇が、図１１にプロットされている。覆い無しの器具は、最も大きな温度上昇（約４．２℃）を有することが観察された。外部固定器具に対して適用された留め針覆い又は横棒覆いとして、加熱効果は、それほど有意とはならなかった（それぞれ、３．３℃及び２．６℃）。両方の側に覆いを有する器具は、最も低い温度上昇を有した（１．７℃程度と低い）。
【００４５】
理解されるべきことであるが、本発明は、その詳細な説明に関連して説明されてきたが、前述の説明は、本発明の範囲を例証することを意図するものであり、制限することを意図するものではない。本発明の範囲は、添付された請求項の範囲によって定義される。他の態様、利点、及び変更は、次の請求項の範囲の中にある。本明細書において参照される全ての出版物は、その全体が参照によって組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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