WO2009118091A1 - Magnetwechselfeld-applikationsvorrichtung zur aufheizung von magnetischen oder magnetisierbaren substanzen in biologischem gewebe - Google Patents

Magnetwechselfeld-applikationsvorrichtung zur aufheizung von magnetischen oder magnetisierbaren substanzen in biologischem gewebe Download PDF

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WO2009118091A1
WO2009118091A1 PCT/EP2009/001595 EP2009001595W WO2009118091A1 WO 2009118091 A1 WO2009118091 A1 WO 2009118091A1 EP 2009001595 W EP2009001595 W EP 2009001595W WO 2009118091 A1 WO2009118091 A1 WO 2009118091A1
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WO
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magnetic
field
application device
alternating
applicator
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PCT/EP2009/001595
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Peter Feucht
Volker Brüss
Andreas Jordan
Original Assignee
Magforce Nanotechnologies Ag
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    • A61N1/406—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals for thermotherapy, e.g. hyperthermia using implantable thermoseeds or injected particles for localized hyperthermia
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    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets

Definitions

  • the invention relates to an alternating magnetic field application device for heating magnetic or magnetizable substances in biological tissue, in particular for thermotherapy with magnetic nanoparticles, according to the preamble of claim 1.
  • a known generic magnetic field application device (EP 1 102 609 B1) consists of a large applicator with a magnetic yoke and two opposite, spaced by a Befeldungsspalt pole pieces on the yoke and with two each associated with a pole piece solenoids.
  • This is a 3-applikator control unit for feeding alternating current with a certain amplitude, certain frequency and certain phase position connected to produce a largely uniform in the field of view magnetic field magnetic field of specific field strength.
  • the biological tissue to be colonized as the targeting volume is recorded in the field of view.
  • a patient with a body part to be fielded as the target volume for example with a diseased prostate, can be stored in the radiation gap in the radiation gap.
  • the magnetic field alternating field application device according to the invention is described and explained essentially by way of a prostate carcinoma, without any restriction being attached to this application, since other diseases, in particular other tumors in the upper abdomen or pelvic region, can be appropriately treated.
  • the known large applicator has an effective field diameter of the magnetic alternating field of about 300 mm, the field strength can be adjusted up to 18 kA / m.
  • the known large applicator for these applications can only be operated with field strengths of about 4 to 4.5 kA / m, in which the effects of ring currents can usually still be tolerated well by a patient.
  • the object of the invention is therefore to develop a generic magnetic alternating field application device so that a therapeutically sufficient exposure relatively small Befeldungszielvolumen, especially relatively small body areas of a patient is possible.
  • a field concentrator which concentrates the alternating magnetic field of the large applicator in the target volume and in the vicinity of a body part to be fielded, such as a diseased prostate, is arranged in the irradiation gap of the large applicator and in the vicinity of the biological tissue to be fielded thereby locally strengthened there.
  • ferrites are relatively low, they can be used in certain circumstances Therapy purposes be sufficient.
  • Such a passive field concentrator as ferrite is particularly simple and inexpensive to produce.
  • an active field concentrator with a magnetic coil is proposed as an induction coil, which is more expensive, but leads to a stronger field concentration and thus to a high local amplification of the magnetic alternating field of the large applicator.
  • local amplification factors of about 3 to 4 can be achieved, for example in a prostate carcinoma. It is necessary for the at least one magnet coil of the field concentrator in the device to be aligned such that the magnetic axes of the field concentrator and the large applicator are approximately the same and that the magnet coil is supplied with an in-phase and in-phase synchronized alternating current, corresponding to the alternating current of the large applicator becomes.
  • the large applicator control unit and the field concentrator control unit are connected or integrated with one another such that, for example, the field concentrator is also fed directly by the large applicator control unit in conjunction with a power unit.
  • the amplitudes of the alternating currents are each independently adjustable for the large applicator and the field concentrator even with such a direct coupling, since in particular the maximum allowable amplitude at the large applicator depends on the individual physiological properties of a patient and different.
  • the field concentrator control unit and the quasiapplikator control unit are separated from each other and operated independently.
  • the field concentrator control unit interacts with a sensor that adjusts the frequency and phase of the large applicator Magnetic field detected. The corresponding values are then processed in the field concentrator control unit for synchronization.
  • the magnetic coil of the active field concentrator is designed as a flat coil, wherein the target volume to be fielded is to be arranged approximately perpendicular to the flat coil plane in the region of the magnetic axis.
  • a cylindrical coil is less suitable for an active field concentrator.
  • the close range to the target volume according to claim 7 is prepared in that the field concentrator is designed as a rectal applicator with a flat elongated housing in a shape and size, the rectum of a patient as a receiving space is adjusted.
  • a flat elongated housing serves as a sheathing for an elongated flat coil as a magnet coil, so that the magnetic axis extends approximately perpendicular to the housing plane.
  • Such an elongated flat coil can be obtained by winding an annular flat coil, which is then compressed to form an elongated shape and optionally bent slightly.
  • a tubular insertion tube is connected to the housing at a housing longitudinal end and angled in accordance with the anatomical conditions to the housing level.
  • the rectal applicator can be inserted into the rectum with this introducer and thus, if necessary, can be adjusted and fixed in position.
  • the housing according to claim 9 about 65 mm to 70 mm long, 20 mm high and 35 mm wide, with an approximately oval cross-section and rounded narrow surfaces.
  • the area in the field direction should be as large as possible. The larger this area is, the larger the usable range of the magnetic field which the magnetic coil emits in the direction of the field.
  • the introducer has compared to the housing has a smaller diameter of about 10 mm, since the tube approach remains when using the Rectalapplikators in the region of the sphincter and is reduced by its small diameter there irritation.
  • the compatibility is to be improved according to claim 10, characterized in that although the housing and the insertion are made dimensionally stable, but at least the housing has a support made of soft material.
  • the electrical connection lines to the solenoid coil and a coolant inlet and a coolant outlet are connected to the insertion tube and / or guided by this in the housing in an advantageous specific embodiment. Both the magnetic coil in the housing and the connection lines are cooled by the coolant.
  • the electrical connection lines and coolant hoses are added with the smallest possible cross section in a flexible, attached to the insertion tube connecting hose in the course. It is essential that as a result of the flexible connection hose with the flexible connecting lines, as far as possible, no transverse forces acting on the insertion nozzle, which reduce the compatibility and could lead to an unfavorable maladjustment with respect to the field direction of the large applicator during the relatively long exposure period.
  • the electrical connection lines and a coolant inlet hose are guided in the connection hose and in the insertion, wherein the remaining residual cross-section of the connection hose or the Ein Industriestutzens is used for the coolant return.
  • This is a simple arrangement in connection with an effective cooling of the electrical connection lines, which are guided in the return current, achieved.
  • clinically successfully tested settings are given such that the field applicator a field strength of about 3 kA / m is set to 4 kA / m, in conjunction with the above particular rectal applicator a 3-fold to 4-fold field strength increase in the target volume, especially in a prostate carcinoma.
  • the treatment in a large applicator in conjunction with the active field concentrator, in particular as a rectal applicator is carried out regularly with a simultaneous activation of both applicators.
  • a temporally offset activation possibly in conjunction with subsequent simultaneous activations of the individual applicators, can also lead to therapeutic success.
  • use of the rectal applicator independent of a large applicator is also possible for therapy, especially if a treatment area is only about 10 to 20 mm away from the intestinal wall of the rectum.
  • Such use is intended to include protection, with protection being claimed as a separate unit for the rectal applicator.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through a
  • FIG. 2 is a schematic representation of a magnetic alternating field of the large applicator with a field concentrator
  • Fig. 3 is a schematic representation of a patient with a
  • Fig. 6 is a block diagram of the control and power electronics of the rectal applicator.
  • a magnetic field applicator is schematically shown as a large applicator 1 for thermotherapy or hyperthermia, in which a body in which a magnetic or magnetizable substance is introduced as a magnetic fluid, can be fielded.
  • the large applicator 1 comprises a magnetic yoke 2, which is formed in an M-shape as Drekelkelan ever and two spaced parallel Vertikaljochteile 3, 4 and two connected therebetween Querjochteile 5, 6 has.
  • the upper magnetic coil 9 and the lower magnetic coil 10 are formed as disc coils with one or more windings which are helical and made of stranded copper stranded wires.
  • the magnetic yoke 2 and the pole pieces 7, 8 consist of ferrite blocks 16 with gaps in between.
  • a cooling housing is provided with recesses 18 through which cooling air is introduced, which exits through the gaps on the magnetic yoke again.
  • the ferrite blocks 16 are constructed of juxtaposed, aligned in the magnetic yoke 2 along the magnetic flux direction 17 ferrite plates, which are separated from each other transversely to the magnetic flux direction 17 by the cooling gaps.
  • FIG. 2 schematically shows the region of the radiation gap 13 between the pole shoes 7, 8 of the large applicator, with an active field concentrator 19 mounted therein.
  • the field concentrator 19 consists of a flat coil 20 with connecting leads 21, wherein the magnetic axis of the large applicator and the magnetic axis of the Flat coil 20 are rectified and coincide.
  • the flat coil 20 is fed with a frequency equal and in phase synchronized alternating current corresponding to the alternating current of the large applicator 1. This results in the illustrated function of an active field concentrator 19 with a field enhancement in the region of the flat coil 20.
  • a body part to be irradiated for example a diseased prostate 23, is schematically stored as the target volume, where a concentration and local amplification can be seen the magnetic alternating field of the large applicator is achieved by the field concentrator 19.
  • Fig. 3 the arrangement of Fig. 2 is shown in a more concrete manner, with one by a pathologically enlarged prostate 23 is exposed accordingly.
  • a schematic section through a patient in the region of the lower abdomen is shown with a bladder 22, which is arranged at the lower bladder outlet prostate 23, which surrounds the urethra 24 in an annular manner.
  • the area of the prostate is here the target volume for the exposure and indicated by a circle 25 in its location and size.
  • a rectal applicator 25 is introduced past the sphincter 26 into the rectum 27.
  • the rectal applicator 25 will be explained in more detail with reference to FIGS. 4 and 5:
  • FIG. 4 a shows a side view, a cross section in FIG. 4 b, and a plan view of the rectal applicator 25 in FIG. 4 c.
  • the rectal applicator 25 includes a flat coil 20 in an elongated shape, which is encased by a housing 28.
  • the housing is about 70 mm long, 20 mm high and 35 mm wide with an approximately oval cross-section and rounded narrow surfaces, which corresponds to the volume of the rectal 27.
  • a tubular insertion nozzle 29 is formed, which, as shown in FIG. 3, angled according to the anatomical conditions to the housing level.
  • the housing 28 may also have a support of soft material.
  • the electrical connection lines 21 and a coolant inlet hose 30 are guided and connected in the insertion connection 29, the remaining residual cross section 31 being used as the coolant return.
  • the flexible insertion tube 29 is adjoined by a flexible connection tube 22, through which the electrical connection lines 21 and the coolant inlet tube 30 are continued.
  • FIG. 6 shows block diagram 34 for the supply and control of the rectal applicator 25.
  • a connecting tube 32 having a scale for an insertion adjustment is concretely connected here to the insertion connection 29, through which the electrical connection lines 21 are guided by a power amplifier 35 and the coolant supply and removal 30, 31, starting from a continuous thermostat 36.
  • a control unit 38 is provided, which cooperates with an operating unit 39, in particular for a power adjustment.
  • a monitoring unit 40 is provided. From the rectal applicator 25, a signal line 41 may be guided back to the control unit, which are connected to sensors in the region of the rectal applicator 25.
  • This may be one or more sensors that detect a position or that capture the frequency and phase of the magnetic alternating field of the large applicator for synchronization and forward it to the control unit 38 for an adjustment.
  • the control unit 38 may also be connected directly to a control unit of the large applicator for such a synchronization, as indicated schematically by the line 42.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung zur Aufheizung von magnetischen oder magnetisierbaren Substanzen in biologischem Gewebe, insbesondere für die Thermotherapie mit magnetischen Nanopartikeln bestehend aus einem Großapplikator (1) mit einem Magnetjoch (2) und zwei gegenüberliegenden, durch einen Befeldungsspalt (13) beabstandeten Polschuhen (7, 8) am Magnetjoch (2), und mit zwei jeweils einem Polschuh (7, 8) zugeordneten Magnetspulen (9, 10) zur Erzeugung eines im Befeldungsspalt (13) weitgehend homogenen Magnetwechselfeldes (12) bestimmter Feldstärke, wobei das zu befeldende biologische Gewebe als Befeldungs-Zielvolumen in den Befeldungsspalt (13) einbringbar ist. Erfindungsgemäß ist im Befeldungsspalt (13) im Nahbereich des zu befeldenden biologischen Gewebes als Befeldungs-Zielvolumen, insbesondere an oder in einem Patienten im Nahbereich eines zu befeldenden Körperteils wie einer erkrankten Prostata (23), ein Feldkonzentrator (19) angeordnet, der das Magnetwechselfeld (12) des Großapplikators (1) im Zielvolumen konzentriert und dadurch dort lokal verstärkt.

Description

Beschreibung
MAGNETWECHSELFELD-APPLIKATIONSVORRICHTUNG ZUR AUFHEIZUNG VON MAGNETISCHEN ODER MAGNETISIERBAREN SUBSTANZEN IN BIOLOGISCHEM GEWEBE
Die Erfindung betrifft eine Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung zur Aufheizung von magnetischen oder magnetisierbaren Substanzen in biologischem Gewebe, insbesondere für die Thermotherapie mit magnetischen Nanopartikeln, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte gattungsgemäße Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung (EP 1 102 609 B1) besteht aus einem Großapplikator mit einem Magnetjoch und zwei gegenüberliegenden, durch einen Befeldungsspalt beabstandeten Polschuhen am Magnetjoch und mit zwei jeweils einem Polschuh zugeordneten Magnetspulen. Daran ist eine Großapplikator-Steuereinheit zur Einspeisung von Wechselstrom mit bestimmter Amplitude, bestimmter Frequenz und bestimmter Phasenlage angeschlossen zur Erzeugung eines im Befeldungsspalt weitgehend homogenen Magnetwechselfeldes bestimmter Feldstärke. Das zu befeldende biologische Gewebe als Befeldungs- Zielvolumen wird im Befeldungsspalt aufgenommen. Insbesondere ist im Befeldungsspalt ein Patient mit einem zu befeldenden Körperteil als Zielvolumen, beispielsweise mit einer erkrankten Prostata in den Befeldungsspalt einlagerbar. Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Magnetwechselfeld- Applikationsvorrichtung beispielhaft im Wesentlichen anhand eines Prostatakarzinoms beschrieben und erläutert, ohne dass damit eine Beschränkung auf diese Anwendung damit verbunden sein soll, da auch andere Erkrankungen, insbesondere andere Tumore im Oberbauch oder Beckenbereich entsprechend therapierbar sind.
Der bekannte Großapplikator hat einen wirksamen Felddurchmesser des Magnetwechselfeldes von circa 300 mm, wobei die Feldstärke bis zu 18 kA/m einstellbar ist. Bei einer Befeldung von Tumoren im Oberbauch oder Beckenbereich, insbesondere eines Prostatakarzinoms eines Patienten wird eine relativ große Körperfläche erfasst, wobei mit der Befeldung große Ringströme induziert werden, die zu einer übermäßigen Erwärmung von Hautoberflächen, von Muskelgewebe und von Knochen, zum Beispiel im Beckenbereich sowie zu unkontrollierbaren Nervenreizungen und damit zu einer erheblichen Belastung eines Patienten führen können. Aufgrund dieser Gegebenheiten kann der bekannte Großapplikator für diese Einsätze nur mit Feldstärken von circa 4 bis 4,5 kA/m betrieben werden, bei denen die Ringstromwirkungen von einem Patienten üblicherweise noch gut ausgehalten werden können.
Bei einer maximalen Dosierung eines Magnetofluids in einer erkrankten Prostata können bei einer Befeldung nur mit dem Großapplikator dort lediglich Temperaturerhöhungen bis circa 410C oder weniger erreicht werden. Dies reicht zwar für eine Sensibilisierung des Tumors in einer Kombinationsbehandlung in Verbindung mit einer anderen Bestrahlung für einen positiven Therapieeffekt aus. Für eine direkte Zerstörung des Tumorgewebes wäre jedoch eine Temperaturerhöhung auf etwa 45°C oder mehr erforderlich. Bei einem verwendeten 100 kHz-Magnetwechselfeld wäre dazu eine Feldstärke des Großapplikators von etwa 7 kA/m oder mehr erforderlich, die wie oben ausgeführt, von einem Patienten aufgrund der Ringstromwirkungen während der relativ langen erforderlichen Befeldungszeit bis zu etwa einer Stunde praktisch nicht verkraftbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Magnetwechselfeld- Applikationsvorrichtung so weiterzubilden, dass eine therapeutisch ausreichende Befeldung relativ kleiner Befeldungszielvolumen, insbesondere relativ kleiner Körperbezirke eines Patienten möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 ist im Befeldungsspalt des Großapplikators und im Nahbereich des zu befeldenden biologischen Gewebes als Befeldungszielvolumen, insbesondere an oder in einem Patienten im Nahbereich eines zu befeldenden Körperteils, wie einer erkrankten Prostata, ein Feldkonzentrator angeordnet, der das Magnetwechselfeld des Großapplikators im Zielvolumen konzentriert und dadurch dort lokal verstärkt.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich mit relativ geringen Magnetfeldstärken des Großapplikators zu befelden, die keine für einen Patienten unerträglichen Wirbelströme und Ringstrombelastungen entwickeln, wobei dennoch in einem relativ kleinen Zielvolumen, beispielsweise in einer erkrankten Prostata, eine so hohe Feldkonzentration erreicht wird, dass dort eine direkte Zerstörung eines Tumorgewebes bei etwa 45°C oder mehr erreichbar ist.
Die Herstellung und der Einsatz eines Feldkonzentrators sind zudem bei hoher Funktionssicherheit einfach und kostengünstig möglich.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird ein passiver Feldkonzentrator in der
Art eines Ferriten vorgeschlagen. Die Konzentrationswirkung und lokale Verstärkung des Magnetwechselfelds des Großapplikators ist mit einem
Ferriten zwar relativ gering, kann jedoch bei bestimmten Gegebenheiten für Therapiezwecke ausreichend sein. Ein solcher passiver Feldkonzentrator als Ferrit ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird dagegen ein aktiver Feldkonzentrator mit einer Magnetspule als Induktionsspule vorgeschlagen, der zwar aufwendiger ist, jedoch zu einer stärkeren Feldkonzentration und damit zu einer hohen lokalen Verstärkung des Magnetwechselfeldes des Großapplikators führt. Damit sind lokale Verstärkungsfaktoren von etwa 3 bis 4 beispielsweise in einem Prostatakarzinom erreichbar. Es ist dazu erforderlich, dass die wenigstens eine Magnetspule des Feldkonzentrators in der Vorrichtung so ausgerichtet ist, dass die Magnetachsen des Feldkonzentrators und des Großapplikators etwa gleich gerichtet sind und dass die Magnetspule mit einem frequenzgleich und phasengleich synchronisierten Wechselstrom, entsprechend dem Wechselstrom des Großapplikators, gespeist wird.
Für eine solche Synchronisation wird mit Anspruch 4 vorgeschlagen, dass die Großapplikator-Steuereinheit und die Feldkonzentrator-Steuereinheit miteinander verbunden oder integriert sind dergestalt, dass beispielsweise auch der Feldkonzentrator direkt durch die Großapplikator-Steuereinheit in Verbindung mit einer Leistungseinheit eingespeist wird. Bevorzugt sind aber auch bei einer solchen direkten Kopplung die Amplituden der Wechselströme jeweils für den Großapplikator und den Feldkonzentrator voneinander unabhängig einstellbar, da insbesondere die maximal zulässige Amplitude am Großapplikator von den individuellen physiologischen Eigenschaften eines Patienten abhängig und verschieden ist.
Alternativ dazu wird für eine Synchronisierung gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, dass die Feldkonzentrator-Steuereinheit und die Großapplikator-Steuereinheit voneinander getrennt sind und unabhängig betrieben werden. Mit der Feldkonzentrator-Steuereinheit wirkt ein Sensor zusammen, der die Frequenz- und Phasenlage des Großapplikator- Magnetwechselfeldes erfasst. Die entsprechenden Werte werden dann in der Feldkonzentrator-Steuereinheit für eine Synchronisation verarbeitet.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 6 ist die Magnetspule des aktiven Feldkonzentrators als Flachspule ausgeführt, wobei das zu befeldende Zielvolumen etwa senkrecht zur Flachspulenebene im Bereich der Magnetachse anzuordnen ist. Eine Zylinderspule ist dagegen für einen aktiven Feldkonzentrator wenig geeignet.
Für eine Befeldung eines Tumors im Oberbauch oder Beckenbereich, insbesondere eines Prostatakarzinoms, wird der Nahbereich zum Zielvolumen gemäß Anspruch 7 dadurch hergestellt, dass der Feldkonzentrator als Rektalapplikator ausgebildet ist mit einem flachen länglichen Gehäuse in einer Gestalt und Größe, die dem Rektum eines Patienten als Aufnahmeraum angepasst ist. Ein solches längliches Gehäuse dient als Ummantelung für eine längsgestreckte Flachspule als Magnetspule, so dass deren Magnetachse in etwa senkrecht zur Gehäuseebene verläuft. So eine längsgestreckte Flachspule kann dadurch erhalten werden, dass eine kreisringförmige Flachspule gewickelt wird, die anschließend zu einer längsgestreckten Form gestaucht und gegebenenfalls noch leicht gebogen wird.
Nach Anspruch 8 ist an einem Gehäuselängsende und entsprechend den anatomischen Gegebenheiten abgewinkelt zur Gehäuseebene ein rohrförmiger Einführstutzen mit dem Gehäuse verbunden. Der Rektalapplikator ist mit diesem Einführstutzen in das Rektum einführbar und damit gegebenenfalls in der Lage justierbar und fixierbar. Aufgrund der anatomischen Vorgaben ist das Gehäuse gemäß Anspruch 9 etwa 65 mm bis 70 mm lang, 20 mm hoch und 35 mm breit, mit einem etwa ovalen Querschnitt und gerundeten Schmalflächen. Dabei soll die Fläche in Feldrichtung möglichst groß sein. Je größer diese Fläche ist umso größer ist die verwertbare Reichweite des Magnetfeldes, das die Magnetspule in Richtung des Feldes abgibt. Der Einführstutzen hat gegenüber dem Gehäuse einen kleineren Durchmesser von etwa 10 mm, da der Rohransatz bei der Anwendung des Rectalapplikators im Bereich des Schließmuskels verbleibt und durch seinen geringen Durchmesser dort eine Reizung gemindert wird. Weiter soll die Verträglichkeit nach Anspruch 10 dadurch verbessert werden, dass zwar das Gehäuse und der Einführstutzen formstabil hergestellt sind, jedoch wenigstens das Gehäuse eine Auflage aus weichem Material aufweist.
Nach Anspruch 11 sind in einer vorteilhaften konkreten Ausführungsform die elektrischen Anschlussleitungen zur Magnetspule sowie ein Kühlmittelzulauf und ein Kühlmittelablauf am Einführstutzen angeschlossen und/oder durch diesen in das Gehäuse geführt. Über das Kühlmittel werden sowohl die Magnetspule im Gehäuse als auch die Anschlussleitungen gekühlt.
Nach Anspruch 12 sind im weiteren Verlauf die elektrischen Anschlussleitungen und Kühlmittelschläuche mit möglichst kleinem Querschnitt in einem flexiblen, am Einführstutzen angebrachten Anschlussschlauch aufgenommen. Wesentlich ist dabei, dass durch den flexiblen Anschlussschlauch mit den flexiblen Anschlussleitungen während des relativ langen Befeldungszeitraums möglichst keine Querkräfte auf den Einführstutzen wirken, die die Verträglichkeit verringern und zu einer ungünstigen Dejustierung bezüglich der Feldrichtung des Großapplikators führen könnten.
In einer vorteilhaften Ausführung nach Anspruch 13 sind die elektrischen Anschlussleitungen und ein Kühlmittelzulaufschlauch im Anschlussschlauch und im Einführstutzen geführt, wobei der verbleibende Restquerschnitt des Anschlussschlauchs beziehungsweise des Einführstutzens für den Kühlmittelrücklauf verwendet ist. Damit wird eine einfache Anordnung in Verbindung mit einer wirksamen Kühlung der elektrischen Anschlussleitungen, welche im Rückstrom geführt sind, erreicht. Mit Anspruch 14 werden klinisch erfolgreich getestete Einstellwerte angegeben dergestalt, dass am Großapplikator eine Feldstärke von circa 3 kA/m bis 4 kA/m eingestellt wird, wobei in Verbindung insbesondere mit dem vorstehenden Rektalapplikator eine 3-fache bis 4-fache Feldstärkeerhöhung im Zielvolumen, insbesondere in einem Prostatakarzinom erreichbar ist.
Gemäß Anspruch 15 wird regelmäßig die Behandlung in einem Großapplikator in Verbindung mit dem aktiven Feldkonzentrator, insbesondere als Rektalapplikator, bei einer zeitgleichen Aktivierung beider Applikatoren erfolgen. Je nach den Gegebenheiten kann auch eine zeitlich versetzte Aktivierung, gegebenenfalls in Verbindung mit nachfolgenden gleichzeitigen Aktivierungen der Einzelapplikatoren zu Therapieerfolgen führen. Gegebenenfalls ist auch ein von einem Großapplikator unabhängiger und separater Einsatz des Rektalapplikators für eine Therapie möglich, insbesondere wenn sich ein Behandlungsgebiet nur etwa 10 bis 20 mm von der Darmwand des Rektums entfernt befindet. Auch eine solche Verwendung soll vom Schutz umfasst ein, wobei für den Rektalapplikator auch als separate Einheit Schutz beansprucht wird.
Bei der Behandlung eines Patienten im Großapplikator ist grundsätzlich ein annähernd homogenes Magnetfeld im Unterleib vom Bauch zum Rücken weisend vorhanden, wobei ein eingeführter Rektalapplikator die Funktion des aktiven Feldkonzentrators im Darm- und Prostatabereich hat. Durch die Anatomie des Menschen, entsprechend der Ausrichtung des Rektums bedingt, ist jedoch die Magnetfeldachse des Rektalapplikators gegenüber der Magnetfeldachse des Großapplikators in Kopfrichtung etwas geneigt, so dass die an sich geforderte genaue, gleiche Ausrichtung der beiden Magnetfeldachsen in Verbindung mit einem Rektalapplikator nicht möglich ist. Dadurch wird die Funktion des Rektalapplikators als Feldkonzentrator zur Feldverstärkung in einer erkrankten Prostata zwar reduziert, jedoch ist bei einer gegenseitigen Neigung der Feldachsen um circa 20° bis 30° ein damit verbündender Verlust der Feldstärke im Vergleich zu einer maximalen Verstärkung zwischen 6 % und 14 % für die Therapie noch gut ausreichend und akzeptabel.
Bei der Anwendung des Rektalapplikators besteht das grundsätzliche Problem, dass dessen Magnetspule relativ klein ist, und deren Magnetfeld in der dritten Potenz mit dem Abstand abnimmt. Es ist daher anzustreben, möglichst viel von der Feldstärke des Großapplikators einzusetzen, indem dessen Feldstärke möglichst hoch eingestellt wird. Wie eingangs erläutert, führt jedoch eine hohe Feldstärkeeinstellung am Großapplikator zu einer unerwünschten Erwärmung des gesamten Patienten, durch die in ihm induzierten Ringströme als Funktion der befeldeten Flächen. Dieses Problem tritt besonders bei Patienten mit größerer Leibesfülle auf. Das Problem vergrößert sich noch dadurch, dass in Folge der Leibesfülle der Befeldungsspalt am Großapplikator weit eingestellt werden muss, was die unerwünschten Ringströme im Patienten zusätzlich vergrößert. Es wird daher mit Anspruch 16 vorgeschlagen, dass insbesondere bei dickleibigen Patienten unmittelbar an der Oberfläche über und/oder unter einem Patienten eine Vorfokussierung des Magnetwechselfeldes durch weitere, entsprechend angeordnete flache Induktionsspulen erfolgt, die entsprechend frequenz- und phasensynchron erregt werden.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen
Magnetfeldapplikator als Großapplikator,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Magnetwechselfeldes des Großapplikators mit einem Feldkonzentrator, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Patienten mit einem
Prostatakarzinom mit eingesetztem Rektalapplikator,
Fig. 4a, b, c verschiedene Ansichten eines Rektalapplikators,
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Einführstutzen des
Rektalapplikators nach Fig. 4, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Steuer- und Leistungselektronik des Rektalapplikators.
In Fig. 1 ist schematisch ein Magnetfeldapplikator als Großapplikator 1 für die Thermotherapie beziehungsweise Hyperthermie dargestellt, in dem ein Körper, in den eine magnetische oder magnetisierbare Substanz als Magnetofluid eingebracht ist, befeldbar ist.
Der Großapplikator 1 umfasst ein Magnetjoch 2, das in einer M-Form als Dreischenkelanordnung ausgebildet ist und zwei beabstandete parallele Vertikaljochteile 3, 4 sowie zwei dazwischen angeschlossene Querjochteile 5, 6 aufweist.
Eine Baueinheit aus einem unteren Querjochteil 6 und diesem zugeordneten unteren Polschuh 8 mit unterer Magnetspule 10 ist ortsfest angebracht. Demgegenüber kann ein Portal aus den beiden Vertikaljochteilen 3, 4, dem angeschlossenen oberen Querjochteil 5 sowie diesem zugeordneten oberen Polschuh 7 mit oberer Magnetspule 9 mittels eines hier schematisch dargestellten selbsthemmenden Spindelantriebs 11 zur Einstellung der Befeldungsspaltweite des Befeldungsspalts 13 verstellt werden. Im Befeldungsspalt 13 kann ein etwa homogenes Magnetwechselfeld 12 mit einer für einen Patienten verträglichen Feldstärke (bei der weiter unten erläuterten Anwendung von circa bis 4 kA/m) erzeugt werden. Der Befeldungsspalt 13 ist durch Schottwände 14, 15 begrenzt, die einen Einschubraum für einen Patienten umgrenzen.
Die obere Magnetspule 9 und die untere Magnetspule 10 sind als Scheibenspulen ausgebildet mit einer oder mehreren Windungen, die schneckenförmig verlaufen und aus verseilten Kupferlitzendrähten hergestellt sind.
Das Magnetjoch 2 und die Polschuhe 7, 8 bestehen aus Ferritbausteinen 16 mit dazwischenliegenden Spalten. Am Großapplikator 1 ist ein Kühlgehäuse mit Aussparungen 18 vorgesehen, durch die Kühlluft eingeführt wird, die durch die Spalten am Magnetjoch wieder austritt. Die Ferritbausteine 16 sind aus aneinandergereihten, im Magnetjoch 2 längs der Magnetflussrichtung 17 ausgerichteten Ferritplatten aufgebaut, die quer zur Magnetflussrichtung 17 durch die Kühlungsspalten voneinander getrennt sind.
In Fig. 2 ist schematisch der Bereich des Befeldungsspalts 13 zwischen den Polschuhen 7, 8 des Großapplikators dargestellt, mit einem darin angebrachten aktiven Feldkonzentrator 19. Der Feldkonzentrator 19 besteht aus einer Flachspule 20 mit Anschlussleitungen 21 , wobei die Magnetachse des Großapplikators und die Magnetachse der Flachspule 20 gleichgerichtet sind und zusammenfallen. Zudem wird die Flachspule 20 mit einem frequenzgleich und phasengleich synchronisierten Wechselstrom entsprechend dem Wechselstrom des Großapplikators 1 gespeist. Dadurch ergibt sich die dargestellte Funktion eines aktiven Feldkonzentrators 19 mit einer Feldverstärkung im Bereich der Flachspule 20. Im Nahbereich der Flachspule 20 ist hier schematisch ein zu befeldendes Körperteil, beispielsweise eine krankhaft vergrößerte Prostata 23, als Zielvolumen gelagert, wo ersichtlich eine Konzentration und lokale Verstärkung des Magnetwechselfeldes des Großapplikators durch den Feldkonzentrator 19 erreicht ist. In Fig. 3 ist in konkreterer Weise die Anordnung nach Fig. 2 gezeigt, wobei eine durch eine krankhaft vergrößerte Prostata 23 entsprechend befeldet wird. Dazu ist ein schematischer Schnitt durch einen Patienten im Bereich des Unterleibs gezeigt mit einer Harnblase 22, der am unteren Blasenausgang angeordneten Prostata 23, welche die Harnröhre 24 ringförmig umgibt. Der Bereich der Prostata ist hier das Zielvolumen für die Befeldung und durch einen Kreis 25 in seiner Lage und Größe angegeben. Als aktiver Feldkonzentrator 19 ist hier ein Rektalapplikator 25 am Schließmuskel 26 vorbei in das Rektum 27 eingeführt. Der Rektalapplikator 25 wird näher anhand der Fig. 4 und 5 erläutert:
In Fig. 4a ist eine Seitenansicht, in Fig. 4b ein Querschnitt und in Fig. 4c eine Draufsicht auf den Rektalapplikator 25 gezeigt. Der Rektalapplikator 25 enthält eine Flachspule 20 in länglicher Form, die von einem Gehäuse 28 ummantelt ist. Das Gehäuse ist etwa 70 mm lang, 20 mm hoch und 35 mm breit mit einem etwa ovalen Querschnitt und gerundeten Schmalflächen, wobei diese Größe dem Aufnahmevolumen des Rektums 27 entspricht. An einem Gehäuselängsende und abgewinkelt zur Gehäuseebene ist ein rohrförmiger Einführstutzen 29 angeformt, der wie aus Fig. 3 ersichtlich, entsprechend den anatomischen Gegebenheiten zur Gehäuseebene abgewinkelt liegt. Das Gehäuse 28 kann zudem eine Auflage aus weichem Material aufweisen.
Wie insbesondere der Querschnitt durch den Einführstutzen 29 nach Fig. 5 zeigt, sind die elektrischen Anschlussleitungen 21 und ein Kühlmittelzulaufschlauch 30 im Einführstutzen 29 geführt und angeschlossen, wobei der verbleibende Restquerschnitt 31 als Kühlmittelrücklauf verwendet wird. An den formstabilen Einführstutzen 29 schließt sich ein flexibler Anschlussschlauch 22 an, durch den die elektrischen Anschlussleitungen 21 und der Kühlmittelzulaufschlauch 30 weitergeführt sind. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die effektive Reichweite des Rektalapplikators 25 in seiner Funktion als aktiver Feldkonzentrator den Prostatabereich erfassen muss, entsprechend einer mit dem Doppelpfeil 33 eingezeichneten Reichweite von circa 70 mm. Weiter ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass aufgrund der anatomischen Lage des Rektums 27 die Magnetachse der Flachspule 20 im Rektalapplikator 25 gegenüber der Magnetachse des Großapplikators (verläuft hier horizontal) um einen Winkel nach oben geneigt ist. Dadurch ist die Feldkonzentratorwirkung des Rektalapplikators etwas reduziert gegenüber dem Idealfall gleich ausgerichteter Magnetachsen, jedoch ist die Konzentratorwirkung ausreichend und akzeptabel.
In Fig. 6 ist Blockschaltbild 34 für die Einspeisung und Steuerung des Rektalapplikators 25 dargestellt. Am Einführstutzen 29 ist hier konkret ein Anschlussschlauch 32 mit einem Maßstab für eine Einführjustierung angeschlossen, durch den die elektrischen Anschlussleitungen 21 von einem Leistungsverstärker 35 sowie die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr 30, 31 ausgehend von einem Durchlaufthermostat 36 geführt sind. Weiter ist eine Steuereinheit 38 vorgesehen, die mit einer Bedieneinheit 39 insbesondere für eine Leistungseinstellung zusammenwirkt. Zudem ist eine Überwachungseinheit 40 vorgesehen. Vom Rektalapplikator 25 kann eine Signalleitung 41 zurück zur Steuereinheit geführt sein, die mit Sensoren im Bereich des Rektalapplikators 25 verbunden sind. Dies können eine oder mehrere Sensoren sein, die eine Lage erfassen oder die für eine Synchronisation die Frequenz und Phase des Magnetwechselfeldes des Großapplikators erfassen und für einen Abgleich an die Steuereinheit 38 weiterleiten. Die Steuereinheit 38 kann für eine solche Synchronisation aber auch direkt mit einer Steuereinheit des Großapplikators verbunden sein, wie dies schematisch mit der Leitung 42 angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung zur Aufheizung von magnetischen oder magnetisierbaren Substanzen in biologischem Gewebe, insbesondere für die Thermotherapie mit magnetischen Nanopartikeln, aufweisend
einen Großapplikator (1 ) mit einem Magnetjoch (2) und zwei gegenüberliegenden, durch einen Befeldungsspalt (13) beabstandeten Polschuhen (7, 8) am Magnetjoch (2), und
mit zwei jeweils einem Polschuh (7, 8) zugeordneten Magnetspulen (9, 10) mit angeschlossener Großapplikator-Steuereinheit zur Einspeisung von Wechselstrom mit bestimmter Aplitude, bestimmter Frequenz und bestimmter Phasenlage zur Erzeugung eines im Befeldungsspalt (13) weitgehend homogenen Magnetwechselfeldes (12) bestimmter
Feldstärke,
wobei das zu befeldende biologische Gewebe als Befeldungs- Zielvolumen in den Befeldungsspalt (13) einbringbar ist, insbesondere ein Patient mit einem zu befeldenden Körperteil wie einer erkrankten Prostata
(23) in den Befeldungsspalt (13) einlagerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Befeldungsspalt (13) im Nahbereich des zu befeldenden biologischen Gewebes als Befeldungs-Zielvolumen, insbesondere an oder in einem Patienten im Nahbereich eines zu befeldenden Körperteils wie einer erkrankten Prostata (23), ein Feldkonzentrator (19) angeordnet ist, der das Magnetwechselfeld (12) des Großapplikators (2) im Zielvolumen konzentriert und dadurch dort lokal verstärkt.
2. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkonzentrator ein Ferrit als passiver Feldkonzentrator ist.
3. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkonzentrator wenigstens eine Magnetspule (20) in einem aktiven Feldkonzentrator (19) umfasst,
dass die wenigstens eine Magnetspule (20) so ausgerichtet ist, dass die Feldlinien des aktiven Feldkonzentrators (19) und des Großapplikators (2) etwa gleichgerichtet sind, und
dass eine Feldkonzentrator-Steuereinheit (35, 38) vorgesehen ist, mit der die wenigstens eine Magnetspule (20) mit einem frequenzgleich und phasengleich synchronisierten Wechselstrom entsprechend dem
Wechselstrom des Großapplikators (2) gespeist wird.
4. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Großapplikator-Steuereinheit und die Feldkonzentrator-Steuereinheit (38) für eine Synchronisation der
Frequenz und Phasenlage miteinander verbunden oder ineinander integriert sind, wobei bevorzugt die Amplituden der Wechselströme jeweils für den Großapplikator und den Feldkonzentrator voneinander unabhängig einstellbar sind.
5. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldkonzentrator-Steuereinheit (38) als von der Großapplikator-Steuereinheit unabhängige Einheit wenigstens einen Sensor (Signalleitung 41 ) zur Erfassung und für eine Synchronisation der Frequenz und Phasenlage mit dem Magnetwechselfeld des
Großapplikators (2) aufweist.
6. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Magnetspule des aktiven Feldkonzentrators (19) eine Flachspule (20) ist.
7. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Feldkonzentrator (19) als Rektal-Applikator (25) ausgebildet ist, mit einem flachen, länglichen Gehäuse (28) in einer Gestalt und Größe, die dem Rectum (27) eines
Patienten als Aufnahmeraum angepasst ist, und
dass im Gehäuse (28) eine entsprechend längsgestreckte Flachspule (20) als Magnetspule enthalten ist, so dass deren Feldrichtung etwa senkrecht zur Gehäuseebene verläuft.
8. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Gehäuselängsende und abgewinkelt zur Gehäuseebene ein rohrförmiger Einführstutzen (29) mit dem Gehäuse (28) verbunden ist, wobei der Rektal-Applikator (25) mit dem
Einführstutzen (29) in das Rectum (27) einführbar und damit in seiner Lage justierbar und fixierbar ist.
9. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) etwa 65 mm bis 70 mm lang, etwa 20 mm hoch und etwa 35 mm breit ist mit einem etwa ovalen Querschnitt und gerundeten Schmalflächen,
dass der Einführstutzen (29) einen dagegen kleineren Durchmesser von etwa 10 mm sowie eine Länge von circa 70 mm bis 100 mm aufweist.
10. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) und der Einführstutzen (29) formstabil hergestellt sind und wenigstens das Gehäuse (28) eine Auflage aus weichem Material aufweist, das sich an die Innenwand des Rectums
(27) anpasst.
11. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussleitungen (21) zur Magnetspule (20) sowie ein Kühlmittelzulauf
(30) und ein Kühlmittelablauf (31) am Einführstutzen (29) angeschlossen und/oder durch diesen in das Gehäuse (28) geführt sind.
12. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussleitungen (21) und
Kühlmittelschläuche (30) einen kleinen Querschnitt aufweisen und in einem flexiblen, am Einführstutzen (29) angebrachten Anschlussschlauch (32) aufgenommen sind.
13. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussleitungen (21 ) und ein Kühlmittelzulaufschlauch (30) im Anschlussschlauch (32) und im Einführstutzen (29) geführt sind und dass der verbleibende Restquerschnitt (31) als Kühlmittelrücklauf verwendet ist.
14. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Großapplikator (2) eine Feldstärke von ca. 3 kA/m bis 4kA/m eingestellt ist und durch den aktiven Feldkonzentrator eine circa 3 bis 4 fache Feldstärkeerhöhung im Zielvolumen, insbesondere in einer erkrankten Prostata (23) erfolgt.
15. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Feldkonzentrator (19), insbesondere als Rektalapplikator (25) zeitgleich oder teilweise zeitgleich mit dem Großapplikator oder unabhängig und separat von diesem aktivierbar und einsetzbar ist.
16. Magnetwechselfeld-Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei dickleibigen Patienten unmittelbar an der Oberfläche über und/oder unter einem
Patienten eine Vorfokussierung des Magnetwechselfeldes (12) durch weitere dort angeordnete flache Induktionsspulen erfolgt, die entsprechend frequenz- und phasensynchron zum Magnetwechselfeld (12) des Großapplikators (2) erregt werden.
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