説明

生体加温用部材

【課題】 生体内にインプラントを留置して交流磁界を印加することで腫瘍を加熱・壊死させる治療装置の使用において、成型された磁性体固形物を投与する方法は局所的な加熱に有効である。従来は接合剤を使用したため、正味の磁性体量が小さくなり、発熱効率が低かった。また、投与後、水分の吸収により、針状フェライトは液状化する。その結果、磁性体が周囲に拡散し、濃度の低下を招く。このため、1回の磁性体投与に対し、治療を繰り返すことが可能な期間は限定的であった。
【解決手段】 成型後に焼結することで、接合剤は分解蒸発し、正味の磁性体量を増加した。焼結体では粉末材料からバルクへと変化することによる渦電流損による発熱も生るほか、より多くの磁力線が磁性体内を通過することによる実効的な磁場強度も起こり、発熱特性が改善される。また、焼結による固形化では水分を吸収することによる液状化はなく、長期にわたっての繰り返し治療を可能にする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、交流磁場中で発熱する材料に関し、特に、癌治療などの加温療法で用いることができ、交流磁場中での発熱特性に優れた材料に関する。
【背景技術】
【0002】
生体内にインプラントを投与し、交流磁界を印加することで、腫瘍を加熱・壊死させる治療法が試みられている。この場合、インプラントとして磁性体を利用することが多く、一般的にはマグネタイトを利用する。発熱特性に優れ、化学的に安定な物質としてマグネシウムフェライトも知られている(特許文献1)。
【0003】
生体内に磁性体を投与する際、針状に成型すると、投与が容易である。例えば、神経免疫研究Vol.12 別冊(1999)211−215ではマグネタイトとカルボキシメチルセルロース(CMC)を混練後に針状に成型し、ラットに投与して高周波磁場を印加している。このときの高周波は88.9kHz、30kA/mであった。
【0004】
一方、より容易に成型加工できる手段としてカルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC−Na)を使う方法が、特許文献2に示されている。ここではCMC−Na水溶液と磁性体を混ぜ、懸濁状態とした上で成型・乾燥する方法を示している。
【0005】
これらはいずれの場合にも、磁性体粉末と接着剤の混合物であり、磁性体の正味の量ははCMCやポリマーといった接合剤の成分のため小さくなり、純粋な磁性体に比べ、発熱効率が低くなる。
【0006】
また、これらの方法では、投与後、水分の吸収により、針状フェライトは液状化する。その結果、磁性体が周囲に拡散し、濃度の低下を招く。このため、1回の磁性体投与に対し、治療を繰り返すことが可能な時間は限定的である。例えば、非特許文献1では3日間である。
【0007】
【非特許文献1】神経免疫研究Vol.12 別冊(1999)211−215
【0008】
【特許文献1】特許公開2004−089704
【特許文献2】特許公開2004−285031
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述のように、生体内に成型したインプラントを投与後、交流磁界を印加することで腫瘍を加熱・壊死させる治療法は、局所的な加熱が容易であることから、有効な治療法である。しかし、接合剤の存在のため、実効的な磁性体量が小さくなり、発熱効率を低下させている。
【0010】
また、水分を含むことで、液状化し、磁性体の拡散により、濃度の低下をもたらし、1回の磁性体投与に対し、治療を繰り返すことが可能な時間を限定的としている。
【0011】
本発明はこのような従来の成型インプラントが有していた問題を解決しようとするものであり、磁性体濃度を上げることによる発熱効率の改善と、生体内における1ヶ月以上の長期にわたっての形状および濃度の保持を目的としている。
【課題を解決しようとする手段】
【0012】
本発明の材料は焼結されていることを特徴とする。
【0013】
本発明にかかる磁性体は一般式:MO・Fe(ただし、MはMg、Ca、Sr、Baからなる群からなる少なくとも一種の元素である)で表されることが望ましい。
【0014】
磁性体粉末とポリビニルアルコール(PVA)水溶液のような接合剤を混練し、型に入れて加圧・成型する。その後、炉に入れ800℃以上、好ましくは1000℃以上で焼成することによって、焼結体からなる本発明の生体加温用部材を得る。
【作用】
【0015】
成型のために用いられた接合剤は500℃以上の高温では分解・蒸発するため、高純度の成型磁性体となり、高い濃度のため正味の磁性体量が増え、発熱効率を向上させる。
【0016】
磁性体粉末、特に、フェライト粉末の高周波磁場下での発熱機構として、主なものはヒステリシス損である。CMCやCMC−Naなどの接合剤により、固形化された場合には個々の粉末が十分接しておらず、個々の粉末による高周波磁場中の発熱の合計として捕らえることが出来る。すなわち、誘導電流を流す体積を有しないことから、渦電流損による発熱は期待できない。一方、焼結体では加圧・焼成されることで、粉末材料からバルクへと変化するため、誘導電流を流す体積を有するようになる。したがって、濃度の上昇以上の発熱をする。
【0017】
磁性体の濃度上昇により、平均的な透磁率が上昇する。磁力線は透磁率の高い物質に引き寄せられる傾向があるため、より多くの磁力線が磁性体内を通過することとなり、実効的な磁場強度が大きくなる。
【0018】
以上のような作用によって、発熱量が大きくなり、印加する高周波の電力を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【0019】
フェライトの焼結体を用いることにより、より大きな発熱を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
磁性体としてはマグネタイトを用いることが多い(非特許文献1)。しかしながら、マグネタイトを焼結して高い発熱効率を得ることは出来ない。高い温度における焼成によってマグネタイト中の2価の鉄が3価に酸化されて磁性を失うことが一因である。また、マグネタイトの場合、粒径が50nm程度の粒子において発熱に優れ、粒径の増加とともに急激に発熱効率を低下させる。焼成では粒成長を伴うため、個々の粒子が大きくなり、発熱効率を低下させる。
【0021】
そこで、酸化を受けにくいことから、MO・Fe(Mは金属)で表されるフェライトのうち、Mは2価の金属であることが望ましい。
【0022】
発熱特性に優れている観点から、MはMg、Ca、Sr、Baからなる群からなる少なくとも一種の元素であることが望ましい。特に、生体内に投与することから、MはMg、Caからなる少なくとも一種の元素であることが望ましい。この場合、Mg1−xCaO・Fe(0<x<1)という式で表される物質でも良く、MgO・FeとCaO・Feとの混合物の焼結体であってもかまわない。
【0023】
本発明の発熱剤を得るためには、まず、ポリビニルアルコール(PVA)水溶液のような接合剤と磁性体を混練する。混練物を型へ圧を加えて成型する。成型後、炉に入れ、炉に入れ800℃以上、好ましくは1000℃以上で焼成し、焼結体からなる加温用磁性体を得る。型を外して炉に入れることも可能であるが、この場合は加熱による変形・ひずみを招きやすい。このため、型として、耐熱性に優れたセラミックや石英を使い、型とともに焼成することが望ましい。特に、石英製の型は表面が滑らかであるため、焼成後の取出しが容易である。
【0024】
加圧・焼成により固形化されているため、本発明品は水中に保存しても液状化や磁性体の分散などを起こさない。そのため、長期にわたる繰り返し治療に適している。
【0025】
本発明の加温剤は注射針のような管状のガイド針を使い、患部へ押し込む。その際、体深部を対象とする場合は超音波エコーやCTなどで生体内をモニターすることが望ましい。
【0026】
投与にあたって、加温剤の形状は針状もしくは小型ペレット状が望ましい。体内への投与の簡便性と発熱特性を考慮するとそれらの直径は0.1mmから2mmが望ましく、0.5mmから1mmが特に望ましい。針状は3mm以上の長さを有し、ペレット状の長さは3mm以下である。
【0027】
印加される交流磁界の周波数は通常100kHzから2000kHzであり、好ましくは300kHzから750kHzである。
【0028】
加温剤の表面を樹脂や金属により被覆することにより、本発明の生体加温用部材の表面を滑らかにし、注射針による投与を容易にすることも可能である。
【実施例1】
【0028】
固相反応法により作成されたMgO・Fe粉末(株式会社高純度化学研究所製、コードMGF04PB、純度99.9%)を用いた(ここで、固相反応法とは複数の異なる化合物を混合した後、炉で加熱して反応させる方法である)。粉末の粒径は2μmから10μmであり、これをボールミルにより1μmにまで粉砕する。これに接合剤として3%PVA溶液を混ぜ、混練物を作製した。混合の割合はMgO・Feを0.9gに対し、PVA溶液をスポイト6滴程度である。図1に示す形状である金型3に、外形2mm、内径1mmの石英管2を挿入し、混練物1を入れた後、万力で加圧して圧縮成型する。その後、石英管とともに混練物を焼成する。焼成温度は、最高1100℃であった(室温から1100℃に達するまでの時間は18時間であり、1100℃に達した後、室温まで9時間を要して冷却した)。焼成後、室温に戻した後、石英管の穴を細い針金で押してやると容易に本発明の焼結された磁性体を得る。
この場合は直径1mmの針状の形状をしている。
【0029】
比較対象物を次のように作製した。同じMgO・Fe粉末を使って、接合剤を有する針状磁性体を作製し、発熱特性を比較した。MgO・Fe粉末に微量の水で溶かしたPVA粉末を混ぜ、よく混練する。混合の割合は、フェライト粉末0.9gに対してPVA粉末を0.1gとした。混練物を金型によりテフロンチューブに圧縮成型した。テフロンチューブの内径は1.0mmとした。自然乾燥させチューブから取り出した後、乾燥機(100℃)で乾燥することにより、直径接合剤を有する針状磁性体を得た。これを比較対象物とする。
【0030】
比較実験を次のように行った。まず、粘土に3本の針状磁性体を、一辺が6mmの正三角形の頂点の位置に互いに平行となるよう刺し入れる。用いた磁性体についてはいずれも直径1mmであった。焼結体については3本の長さが8.0mm、7.4mm、8.0mmで、3本の合計重量が0.0477gであった。一方、比較対象物では3本の長さが11.0mm、12.0mm、11.0mmで、3本の合計重量が0.0529gであり、磁性体の正味量は0.476gである。三角形の中心に光ファイバー温度計のセンサ(直径1mm)を設置し、外部から針状磁性体に平行になるように3kA/mの高周波磁場を印加した。周波数は370kHzであった。その結果、焼結体では22℃の温度上昇を得たのに対し、比較対象物では11℃にとどまった。また、非磁性体金属(銅)製の直径1mm、長さ8mmの針を3本使用した場合では4℃の温度上昇に留まった。
【実施例2】
【0031】
上記の0028段落に記載したのと同様の方法で、直径1.8mm、長さ10mmの焼結体の針状磁性体を作製した。豚の肝臓片に刺し入れて、4kA/mの磁場を4分間印加したところ、直径5mm程度の円筒状に加熱による変色が見られた。このとき、磁性体の温度は室温から40℃程度の上昇を見せた。非特許文献1では30kA/mの磁場を印加していることと比較して極めて小さい磁場による温熱療法が可能であることを示している。
【0032】
この焼結体である針状磁性体を1ヶ月間水中に保存し、発熱特性を調べたが、大きな変化は見られず、1ヶ月以上の長期にわたる繰り返し治療に有効であることを示している。
【0033】
これらのことから、焼結磁性体による加温剤の効果が確認された。
【産業上の利用可能性】
【0034】
交流磁界利用した癌などの温熱療法の際に、強い交流磁界の印加を避けるべき生体部位を保護することが可能となる。このため癌治療などの医療機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の成型器具の一例の構成図である。
【符号の説明】
【0036】
1.磁性体とPVC水溶液の混練物
2.石英管
3.加圧用型

【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性体の焼結体からなる生体加温用部材。
【請求項2】
請求項1に記載の生体加温用部材であって、磁性体が一般式:MO・Fe(ただし、MはMg、Ca、Sr、Baからなる群から選択された少なくとも一種の元素である)で表されることを特徴とする、生体加温用部材。
【請求項3】
前記一般式中のMがMgまたはCaであることを特徴とする請求項2に記載の生体加温用部材。
【請求項4】
請求項1から3のいずれかに記載の生体加温用部材であって、針状または小型ペレット状に成型された生体加温用部材。

【図1】
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【公開番号】特開2006−231006(P2006−231006A)
【公開日】平成18年9月7日(2006.9.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−89742(P2005−89742)
【出願日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(504147254)国立大学法人愛媛大学 (214)
【Fターム(参考)】