(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁界を発生させる磁界発生手段と、
該第一の磁界と直交する交番磁界である第二の磁界とを発生させる発信コイルであって、該発信コイルは、該第一の磁界と該第二の磁界との中に導入される生体のラーモア周波数で該第二の磁界を発生させる発信コイルと、
該第一の磁界と該第二の磁界との中に導入される生体内に、該生体の少なくとも一部分のスピン−格子緩和時間の関数として決定される繰返し率で、核スピン共鳴が断熱プロセスで生じるように、該磁界発生手段と該発信コイルとを制御する制御電子機器とを備えることを特徴とする治療装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、該繰返し率は、該スピン−格子緩和時間の３倍であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の装置であって、該第二の磁界は、フーリエ成分を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１または２のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、検出コイルを有し、該検出コイルの検出軸は、該磁界発生手段が発生する該第一の磁界と直交し、かつ該発信コイルが発生する該第二の磁界と直交するように形成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置であって、該制御電子機器は、該スピン−格子緩和時間を計算する評価回路を有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置であって、該制御電子機器は、該核スピン共鳴により放出されたエネルギーを測定する測定装置を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置であって、該磁界発生手段は、ヘルムホルツコイルであることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置であって、該磁界発生手段は、硬質フェライト磁石であることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置であって、該磁界発生手段が発生する磁界は、０．５ガウスまでの公差を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の装置であって、該磁界発生手段は、さらに、補助磁界を発生する補助コイルを備え、該補助磁界は、該磁界発生手段が発生する該第一の磁界と重なることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置であって、該制御電子機器は、該補助コイルを制御する制御回路を有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は治療すべき生体内部にスピン共鳴を発生させる機器を特徴とする磁界を用いた治療装置に関する。
【０００２】
脈動磁界または被変調磁界を使用して生物組織に好ましい影響を与える装置が既知である。その際例えばＤＥ  ４０  ２６  １７３から察知されるように、その組織は一定の磁界とこれに重なる交番磁界にさらされる。その種の装置の使用範囲内では、生物組織を磁界または交番磁界で照射することで好ましい治療効果が引き出されることが示され得る。そのような磁界治療装置の治療効果は、とりわけ骨粗鬆症または連続卒中発作を緩和することにある。その際、使用した磁界により、好ましい治療効果を招く移行プロセスおよび／または物質代謝プロセスが促進されることが起こり得ると思われる。これまで前述のプロセスは、生体内でのイオンサイクロトロン共鳴（ＩＺＲ）の励起または吸収により引き起こされることを前提とされてきた。しかしながらサイクロトロン共鳴は一般的に、例えば真空中または半導体の伝導帯中の電子のような自由粒子中においてのみ現れるので、このことは状況によっては疑わしいと思われる。さらに簡単な計算により、人体の断面の平均直径よりも大きい半径の円軌道上でサイクロトロン運動が起こりうることも示すことができる。これは、サイクロトロン共鳴に基づくエネルギー伝達は、特に硬質組織では疑問となり得ることを意味する。実際は、既存の磁界治療装置の場合には、あとに続く治療で望まれる好ましい効果を引き起こす周波数を確定するために、まず多くの治療の実施をしばしば必要であることがわかっている。磁界を用いた治療は、複雑で精密さを欠くものであって固体または液状物質に適合するものに対して、例外的にのみよく考えられた手順で許容されるものであった。
【０００３】
したがって本発明は、既知の短所をもたず、特に適切な再現可能な方法で、イオン粒子が存在するかどうかに拘わらず全ての生物材料で磁界による治療を行うことを初めて可能にし、磁界を用いた治療装置を提供するという課題を基礎とする。
【０００４】
この課題は最も驚くべきことに請求項１に記載の特徴により解決される。好ましく有利な発展形態は、従属請求項の対象である。
既知の解決の試みに対して、本発明による装置は、繰返し順次スピン共鳴を発生することにより好ましい治療効果が達成できるという考えに基づいている。
【０００５】
特に好ましい方法における本発明の有利な実施形態は、ほぼ一定の磁界を発生する磁石と、この磁石の磁界に垂直な交番磁界を発生するコイルシステムを含み、これは、いわゆる当事者には明白であるが、スピン共鳴を実施するための古典的な配置に対応する。さらに本発明による装置は有利な発展形態では、前述の磁石間に導き入れられた生体内に核スピン共鳴が発生するように調整可能な、磁石とコイルシステムとを動作させる制御電子回路を利用できる。その際非常に有利なことに、この制御機器にある補助機器を組み込むことができ、この補助機器を用いて決められた治療時間を超えて、パラメータ、または間隔を決定できる。これらにより本発明による装置が、制御電子回路により制御された核スピン共鳴過程または核スピン吸収過程を再現することを可能とした。
【０００６】
本発明では、繰返し率が、スピン−格子緩和時間Ｔ1の関数として決定されるならば核スピン共鳴のタイムシーケンスが実行できるという高い最も有利さが判明した。このスピン−格子緩和時間は時定数の形で、ある磁界方向における巨視的磁化の指数または対数として表される。前述の磁界に垂直な交番磁界の共鳴照射によって、磁界方向の磁化は減少する。この磁化の減少後にもはや共鳴照射が止まったならば、再度磁界方向の磁化を作り上げる。その際対数的増加に基づいて磁化が約３Ｔ1の時間後に磁化の初期値の約９５％に再び達すると仮定することができる。これは、３Ｔ1の時間後に再度スピン共鳴により有効なエネルギー移動が達成されることを意味する。したがって治療すべき身体または身体の部分の３倍のスピン−格子緩和時間におけるスピン共鳴の繰返し率を確定することは、本発明の対象にとって理想的であるが強制したものではなく、他の周波数も考えられる。さらにこの確定により、好ましい生物学的効果が即座に達成される。従来の技術とは異なり、多少とも適切に生物学的効果が達成される周波数を決定するための広範囲の前治療をすることによりもはや必要でない。スピン共鳴はガス状でも溶液中に存在する分子でも固体構造の分子でも行うことができるので、有利な方法では対応するまたは治療に必要なスピン格子緩和時間も測定により得られる。
【０００７】
したがって本発明の有利な発展形態では、磁界を用いた治療装置はさらにコイルシステムを含む。このコイルシステムの軸は、好ましくは磁石の軸にも第一コイルシステムの軸にも垂直になる。このコイルシステムは、ある有利な実施形態では検出コイルシステムとして使用される。有利なことに例えばスピンエコー測定の様な場合に治療開始前に、この検出コイルを用いて、スピン−格子緩和時間Ｔ1が算出される。これを用いて先に述べたように繰返し率が確定される。
【０００８】
さらに発明対象の好ましい発展形態では、これに協動する機器評価が有している。これは、前述のスピンエコー測定から必要なパラメータＴ1を算出することを可能にする。さらに前述の検出コイルも設けられると、治療すべき身体または身体の一部に対してその場で直接非常に適したスピン共鳴の繰返し率を直接かつ目的にそって得ることができる。則ち可能な「有効周波数」を見つけだすためだけの治療予定日はもはや必要ない。しかしながらその際簡略化した実施形態において、この装置は、有利な方法で所定のまたは文献から読み取れるＴ1の値、または例えば磁界Ｂ0、交番磁界Ｂ1などその他のパラメータ、またはラーモア回転数ｆ0や他の対応するパラメータを記録し又は供給するためだけに使用することができ、この方法で条件を確定し、その条件のもとで治療をスピン共鳴を用いて実施する。
【０００９】
例えば先に取り付けた検出コイルについて述べたように、制御電子回路が、核スピン共鳴を利用した治療で治療すべき組織または身体の一部に放出されるエネルギーを測定することのできる検出コイルのような機器を使用できる測定装置を含む場合も最も有利である。これで関係が非常に簡単に導き出され、この関係により治療効果と身体に放出された「エネルギー量」との関連性を表すことができる。相当する記録は特に、特定の使用のための特定の「エネルギー量」を確定するために使用される。さらにこれを病状経過を監視するために使用することもまた可能である。その際いわゆる当事者が考えうる範囲の他の方法により記録することができるものも本願発明に含まれる。
【００１０】
理想的な場合には、従来ある理解では巨視的に磁界を反転させ、または対応するエネルギー変換を達成するためには、スピン共鳴では交番磁界の離散的周波数を、則ち所謂ラーモア周波数を照射させることで十分である。実際にはその種の離散的周波数は達成されない。その上、使用される磁界は均一ではなく、その他にスピン共鳴で治療される領域内にも化学シフトにより不均一性が生じるので、スピンは相内で均一なラーモア周波数で歳差運動しないと考えられる。それでも可能な限り多くのスピンを反転させるために、本発明によるコイルシステムから生じた交番磁界は、好ましくは多くの定義されたフーリエ成分を含む。
【００１１】
本発明による装置の好ましい発展形態では、磁石はヘルムホルツコイル配列を備えている。ヘルムホルツコイルは、特にほぼ一定の均一磁界を発生させることができる状態にあることで秀れている。さらにこれは、これを用いて容易に磁界シフトを実施することができるという利点を提供する。この磁界シフトは、一方ではコイルを通って流れる電流が変化することにより生じ、他方では別のコイルによりヘルムホルツ場に追加の磁界が重ねられることにより生じる。それゆえヘルムホルツコイル対を用いて、容易に磁界シフトによる核スピン共鳴を実施することが可能である。
【００１２】
しかしながら本発明の最も有利な発展形態では、実際には前述のようなヘルムホルツコイル配列は必須でない。治療目的のために実施されるスピン共鳴に関しては、例えば磁界を発生させるために硬質フェライトを使用することで十分である。それにより比較的単純な磁石を使用することも可能であり、そのため本発明による装置は非常に有利に提供され、それにより本願発明の装置を用いた治療を広範囲の患者に施すこともできる。この関連で有利な方法では、約２２ガウスの磁界強度の場合に本発明の治療目的には約±０．６ガウスまでの磁界のずれで十分であることが示される。
【００１３】
このことはとりわけ、比較的強い変動磁界に、補助コイルを用いて追加の可変補助磁界を重ねることにより可能である。その際この補助コイルは、一定周波数で照射された交番磁界により、核スピン共鳴が速い断熱プロセス法を用いて行うように制御装置により制御される。断熱プロセスは、とりわけ磁石により生じた磁場シフトに基づく。その際考えられ得る実施形態では、該磁場は磁石の磁界はまず補助コイルの磁界により構造上重ねらる磁場を有し、つまり強化され、共鳴シーケンスの終わりには相殺して重ねられ、つまり弱められる。これは共鳴シーケンス中磁石の磁界が連続減少していることを意味する。この磁界の減少は、好ましくはのこぎり歯状となる。もっとも断熱プロセスの場合には、場の変化が速く起こり過ぎないように注意しなければならない。則ちラーモア周波数で回転する基準系における磁界または磁化を観察すると、この回転基準系における場の重なりをもとに追加の磁化の別のラーモア運動が起こり、これは磁界により生じた元の運動に重なることが判る。場の変化により、回転基準系におけるこの追加の磁化は、重なりから結果として生じる磁界に方向付けられるためその方向を変える。しかしながらこれは、磁界が十分ゆっくり変化する場合に、エネルギーの変換なしで、則ち断熱でのみ起こる。このようにして非常に有利かつ廉価に、活性領域にある身体の全ての部分にスピン共鳴が到達することが可能となり、ほぼ最適化されたエネルギー交換が達せられる。これは、磁界密度にずれが生じ得るにも関わらず磁界の場シフトによりスピンが適切な磁界にさらされるので、共鳴はいずれにしても横に照射したラーモア回転数で生じ得るためである。
【００１４】
さらに本発明の枠内ではスピン共鳴は、前述のように場のシフトによってのみ実施されるのではなく、純粋な周波数シフトによっても、または組み合わせた場−周波数シフトを用いたスピン共鳴のエネルギー移動によっても生じさせられる。その際それゆえ速い断熱プロセスは除外されない。
【００１５】
本発明を、以下に好ましい実施形態について、添付の図面を参照して詳しく説明する。
図１では本発明による装置のコイルまたは磁石の好ましい配置を略図で表す。この配置の右に示した座標系は、個々のコイルの空間的位置を明らかにするものである。その際ｚ軸に垂直に、則ち鉛直方向に垂直に永久磁石１の二つの極を配置する。この永久磁石により生じた磁界の磁束線はｚ軸に平行となる。磁石の二つの極１は互いに間隔をあけて配置され、それにより空間２を形成する。この空間は所謂活性領域２であり、この領域内で磁界または生じたスピン共鳴が生体３に作用する。永久磁石１により好ましくはＢ0＝２２ガウスの磁界が発生し、その際速い断熱プロセスの枠内で、磁束密度に関して約±０．５ガウスの磁束密度のずれが許容できる。さらに図１から、永久磁石１に補助コイル４を組み込むことが示される。この補助コイル４はスピン共鳴を実施する場合に、断熱プロセスの枠内で場のシフトを実施するために、ほぼ一定の磁界に自身が変化した磁界を重ねるのに用いられる。ｚ軸、または永久磁石１の磁束線に垂直に、則ちｘ軸に沿って発信コイルシステム５を配置する。この発信コイル５は交番磁界を発生する。断熱プロセスの際この交番磁界は、治療すべき生体のほぼ不変のラーモア回転数に調整される。図１に示すように、任意に別のコイルシステム６を使用することもできる。このコイルシステム６は、一方では例えばスピンエコー測定の枠内で治療すべき生体のスピン−格子緩和時間Ｔ1を求めるのに使われ、他方では連続のスピン共鳴により活性領域２内で生体に放出されるエネルギーを求めるのにも使われる。
【００１６】
図２から、本発明による装置の別の好ましいコイルまたは磁界配置が判る。図１とは異なり、磁界Ｂ0は永久磁石１によってではなくヘルムホルツコイル対７により発生する。ヘルムホルツコイルを使用することにより、この実施形態の枠内では図１の補助コイル４を省略することができる。できるだけ速い断熱プロセスの枠内で実施される場のシフトは、コイル電流を適当に変化させることで達成され得る。
【００１７】
図３から、治療装置の機能グループを略図で表すブロック図が示される。この場合例えば本発明による磁界を用いる治療装置が使用される。この実施形態の枠内では、装置は所謂カード読取り機８を含み、これは磁性ストライプおよび／または記録可能なメモリチップを備え付けたチップカードの受け入れおよび認識に適するものであり、例えば今日では通常健康保険組合からすでに患者に支給されている場合もある。この装置はそれにより、患者に関する情報または患者の治療のための情報を自動的に受け入れる状態にあり、本発明による装置の範囲内で別の処理に帰付することができる。そのようなデータは、とりわけこれまでの治療経過についての情報、治療期間に関する記載、指示された、または支払われた治療数、治療集中性に対する個人情報であり、非常に重要なことは、繰返し率がスピン共鳴を使用して実施されるべきことである。その際前述のデータ送信またはアクセス権は別の形でも実施可能であることは、この分析の専門家には明白である。したがって適当な、専門家に周知のインターフェースを用いた例えば中央部からの送信も可能である。
【００１８】
読み取られたデータはその後、全ての制御装置を含むマイクロコントロール装置９へ送られる。マイクロプロセッサ装置は、とりわけスピン共鳴過程、繰返し率または連続する複数のスピン吸収過程およびその効果を制御する。さらに既知のマイクロコントロール装置９を用いて複数の身体の部分または身体のある区域を治療する場合に、この装置を用いて例えば活性領域２（図１）内における本発明による装置の治療用長椅子の移動も制御することができる。図３に、マイクロコントロール装置の、本発明による関数発生器１０への接続を例示的に表す。この関数発生器１０は、とりわけ相当する振動回路内で、マイクロコントロール装置により制御および監視される核スピン共鳴を、定義されて発生させるのに適する周波数を生じる。さらに本発明による装置は、表示装置１１を含み、これにより例えば患者または監視人が核スピン共鳴治療の経過を正確に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   磁界とコイルの考えられ得る本発明による配置を示す斜視図である。
【図２】   磁界とコイルの本発明による別の配置を示す斜視図である。
【図３】   本発明による磁界を用いる治療装置を使用する際の機能グループを示す略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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