利用磁性粒子进行局部加热的方法

专利名称：利用磁性粒子进行局部加热的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用有磁性或可磁化的物质的磁化强度的变化对目标对象的目标区域进行局部加热的方法和系统。
这种类型的方法和系统是已知的，例如，对于医学领域。在所谓的高温治疗和热切除手术过程中，将患病组织加热至特定的温度以便使该组织变成坏疽或被消灭。
在高温治疗中通常遇到的问题在于实现准确地定位和尤其是均匀地加热身体的感兴趣部位通常是很难实现或者只有在特殊的硬件上付出巨大的花费而实现。为了尽可能的将高温治疗限制在患病组织上，特别重要的是将加热限制在要治疗的区域。
专利文献DE19937492公开了一种用于在目标对象的一部分上的磁性或可磁化的物质或固体加热的磁场施加装置。该装置包括磁轭，该磁轭由铁氧体元件制成并且包括极靴和围绕该极靴缠绕的线圈。在极靴之间形成有在其中放置要治疗的目标对象的接收空间。整个接收空间，也就是位于其中的目标对象的整个部分，在手术过程中被交变磁场穿过。
本发明的一个目的在于提供一种用于加热目标对象的可调目标区域的方法和系统。
通过一种用于加热提供在目标区域中的磁性粒子的方法来实现该目的，该方法包括步骤a)以在目标区域中形成具有弱磁场强度的第一子域和具有强磁场强度的第二子域这样的方式来产生其磁场强度在空间变化的磁场，b)长时间以目标区域被加热的频率改变在目标区域中两个子域的空间位置。
依照本发明的方法使用磁性粒子，该磁性粒子放置在目标对象中要加热的目标区域中。由于它的内部结构，目标对象可以永久性的包含这种粒子。或者，这种粒子在加热之前可以引入目标对象中，例如，通过液体的方式。
在目标区域中产生空间不均匀磁场。第一子域中的磁场很弱使得粒子的磁化强度不饱和。在具有给定磁场强度的磁场的作用下，当粒子的磁化强度响应于磁场场强的增加而变化时，磁性粒子不饱和。该第一子域优选为空间相干区域；它可以是点也可以是线、面或体。在第二子域中(也就是，在保持于第一子域外部的目标区域的那一部分中)磁场足够强以将粒子保持在饱和状态。在磁场的作用下，如果响应于磁场强度增加的磁性粒子的磁化强度的变化与非饱和态中的响应相比明显要小，则磁性粒子饱和。
饱和状态取决于使用的磁性粒子的类型并且通常受它们的物理结构或者固态结构的影响。例如，当几乎所有的粒子的磁化强度大致沿外磁场(第二子域)的方向取向时，磁化强度饱和，以至于该区域处的为响应于进一步增加的磁场的磁化强度的增加明显小于在第一子域中对相应增加的磁场的响应。当对于绝大多数的内磁区各个磁化强度沿外磁场的方向取向时，，其他的磁性粒子达到饱和态。
当第一子域空间位置稍微变化时，那些粒子的磁化强度改变，其中那些粒子位于第一子域或者从第一子域转移至第二子域或者反之亦然。因为磁化强度的这个变化，产生热损耗，例如，由于颗粒中已知的滞后效应或类滞后效应或者由于粒子运动的启动，和加热区域内被加热的粒子周围的介质的温度。当磁场的第一子域移动穿过整个目标区域时，加热区域将与目标区域相对应。第一子域越小，最小的可能加热区域的尺寸就越小。
因为当磁化强度变化仅仅一次时就产生仅仅相对少量的热，因此磁化强度必须变化几次。变化需要的次数，也就是，在给定时间间隔内的频率和在加热区域中包围粒子的介质的相关温度升高依赖于粒子的浓度、每一变化(它本身取决于粒子结构和磁反转的速度)产生的热和包围加热区域的区域中的热耗散。
本方法超过目前工艺中已知方法的其它优点是使用具有不同磁场的两个子域的结果，其中具有弱场强的第一子域位于具有较强场强的第二子域内以及第二子域的磁场穿过整个目标区域。当目标区域构成目标对象的一小部分时，第二子域的磁场还可以穿过包围目标区域的目标对象的区域或整个目标对象的区域。于是，加热所必须的第一子域的移动专门在目标区域内发生，因此即使第一子域的磁场的场强在目标区域外部的区域内变化，粒子的磁化强度也不发生变化。这样，因为在其中提供的磁性粒子处于饱和状态，实现了目标区域周围的区域不被加热这一优势。而且，也不需要将磁性粒子专门地放置于目标区域内以避免加热周围区域。这对于医疗应用是有利的，其中磁性粒子例如通过血流到达目标区域并且因此也存在于周围区域内。
由于第一子域的小尺寸，它可以通过第一子域空间位置的网格状变化来实现对几乎任意形状的目标区域进行加热。第一子域越小，网格越细密，因此感兴趣区域的形状也可以更随意了。而且，可以将目标区域细分成各种子域，每一子域接收到不同的热量。当子域由相同的材料构成时，它们将被加热至不同的程度。当子域由不同的材料构成时，通过特别采用对子域的分别加热使整个目标区域可以实际上被均匀地加热。为此，例如，可以适应修改相关子域加热的持续时间或频率。作为选择，为了实现更有效的加热，目标区域可以故意地不均匀加热(例如，外部区域强于内部区域)。
用于改变两子域的空间位置的一个可能性在于一方面移动变换线圈系统和/或永久磁铁系统(或其部分)以产生磁场，或者相对于前者另一方面移动具有被加热区域的目标对象。当治疗目标对象非常小时，借助于加热需要的非常大的梯度和低的频率是优选的方法。然而，权利要求2描述了一种不需要机械移动的又一实施例。因而，两个子域的空间位置可以被比较快速地改变；这在热产生过程中提供了额外的优点并且使能够实现高频。
适用于依照本发明的方法的磁性粒子应该具有比采用依据本发明的方法被加热区域的尺寸要小的尺寸。而且，粒子的磁化应该响应于尽可能低的磁场的强度达到饱和状态。为此需要的磁场强度越弱，磁化强度的每一变化产生的热越少，而空间分辨率越高或在目标区域内需要产生的(外)磁场就越弱。此外，当本方法用于医学检查时，粒子没有毒是非常重要的。
权利要求3公开的实施例中，粒子很小使得仅仅单磁畴(单域)可以形成在这样的粒子中或者没有外斯区域产生。因而，粒子的尺寸应该在纳米范围。例如，将这种粒子用于MR(磁共振)检查的对比介质中。这种粒子具有5至10nm的尺寸。当粒子的尺寸较大时，较小的场强足以确保粒子的饱和磁化。然而，尺寸不应该很大以使得在粒子中形成多个磁畴或者外斯区域。因此，对于目前已知的粒子，合适的粒子尺寸在2nm至大约800nm的范围内，该上限值同样由材料决定。例如，适合于单畴粒子的材料为磁铁矿(Fe3O4)。在这一点上，由于材料性质非常重要，所以粒子尺寸的表示仅仅通过例子来给出。
然而，权利要求4公开的实施例中，使用了其中可以形成很多磁畴的较大的粒子。考虑到空间分辨率，这些粒子应该包括响应于弱磁场强度进入饱和状态的磁性材料(即低饱和感应)。在另一个权利要求5公开的另一实施例中可以省略这个条件。因为粒子包括仅仅一薄层磁性材料，即使该层不是由具有低饱和感应的材料组成，那么在弱磁场强度下也能确保磁饱和。
权利要求6公开的实施例能够以在医学检查的情况中以简单的方式应用粒子。当使用的是同权利要求3一致的具有单畴粒子的分散体时，该分散体可以注射入血流中以在要被加热的组织中实现粒子的集中。这种分散体没有毒并且公知的用于现代的磁性高温治疗法和热切除法以及用于前面提及的MR法中的对比增强。在MR法中粒子很小(5至10nm)使得其中没有外斯区域形成。
可以使用具有权利要求4或5限定的粒子的分散体，例如，当需要检查的病人口服完该分散体后，以选择肠胃道区域进行加热，或者例如通过注射入血流中或者直接进入要治疗的组织中，以加热肿瘤组织。
一般来说，当粒子具有低有效各向异性(关于这一点，以下术语“有效各向异性”可以理解为由形状各向异性和晶体各向异性而产生的磁各向异性)时，因为它们的磁化方向的变化不需要这些粒子的转动，因此也可以使用快速变化的磁场。然而，权利要求6公开的实施例中使用的事实为在具有足够大的有效各向异性(例如，拉长粒子)粒子的情况中磁化方向的变化意味着粒子的机械转动，该粒子转动同样可以用于产生热。
当磁性粒子的磁化被频繁改变时的释放热归因于各种效应。在具有一些外斯区域的粒子的情况中，通过滞后效应以公知的方式来产生热，其中外斯区域脱离了平衡的自然状态直接对着分子力。因而，当以磁场的场强函数来描绘磁通密度时，每一磁化体积单元的贡献与被磁滞回线包围的表面区域成比例。热的产生可以归因于其它的效应，也就是，所谓的类磁滞效应，特别是在具有单畴的小粒子的情况中。与前面提及的磁滞效应相反，这种类磁滞效应通常仅在迅速变化的磁场情况中发生。
应该注意现在公知的大量不同形状的磁性粒子；它们的形状与加热机制无关。除了球形粒子外，例如，通常包括多个磁畴并且在用于校直的磁场的影响下呈现出显著的机械转动的针状粒子。而且，扁平的、晶状体形粒子是公知的，其中磁化可以仅仅在一个平面内转动。对于这方面其它形状的相关参考可以从相关的技术文献中获得。
权利要求7公开的实施例给于磁性粒子特殊的粘附性质，从而在在特殊组织内显著地刺激了粒子空间中的非常具体的浓度。
为了避免目标区域的过度加热，与权利要求8一致的这种粒子是优选的。当磁性粒子的温度超过居里温度时，不管相应变化的磁场，粒子的磁化强度不再变化。因此，这些粒子不产生热。当温度再次低于居里温度时，粒子再次响应于磁场并且再次产生热。考虑到分别的有计划的用途，在用作粒子的材料选择中已经考虑了居里温度。这是重要的，例如，用于将患病组织加热至超过41℃的高热治疗中，但是其中应该避免过度加热，例如，因为周围的健康组织也因为热传递而被破坏。在热切除的情况中，为了急性细胞破坏而采用超过47℃的温度，而在这种情况下过高的温度再次导致产生有害的副作用。
权利要求9中公开了依据本发明实施该方法的配置。与权利要求10一致，通过永久磁铁来产生梯度场。在相同极性的两个极之间的区域中形成有包括具有弱场强的小的第一子域的不均匀磁场，该第一子域被具有较高场强的第二子域包围。仅仅对于在(第一子域)磁场的零点周围的区域中存在的粒子，磁化强度不饱和。对于该区域外面的粒子，磁化处于饱和状态。
为了可切换梯度场，与权利要求11一致，提供有梯度线圈系统以在目标区域中产生梯度场，该梯度场与前面描述的磁场相似。如果梯度线圈系统包括，例如，设置于目标区域的两侧而且通过相反的电流(麦克斯韦线圈)的两个相似的线圈，该磁场在线圈轴线上的某点处为零并且由于在对于该点的两侧成相反的极性而基本线性增加。在根据权利要求12的又一实施例中，围绕磁场的零点布置的梯度线圈产生的区域，也就是第一子域通过瞬时变化地磁场在目标区域内移动。当适当选择磁场的时间和方向变化时，磁场的零点可以以这种方式穿过整个目标区域。
当在目标区域中的磁场的零点位置变化所在的频率较高时，局部加热将加快，也就是叠加于梯度磁场上的该较快的瞬时变化磁场变化。然而，从技术角度出发，产生瞬时变化磁场是困难的，一方面它的振幅足以将磁场的零点移动至目标区域的每一点，并且另一方面它的变化频率足够高以产生快速加热。通过权利要求13公开的实施例可以减轻该问题，其中产生了以不同速度变化并且具有不同振幅的三个磁场，也就是优选利用三个线圈装置。另一个优点是，磁场变化的频率可以很快(例如，＞20kHz)以使得它们超过人类听觉的极限，并因此减少了病人的其它负担。权利要求14公开的另一实施例实现了三维区域中无场点的移动。
至此，采用来自医学领域的实施例以解释本发明。然而，一般来说，同样可能在将磁性粒子引入任何需要加热的目标区域并且该目标可以采用磁场来处理的地方中使用依据本发明的方法。
以下，将参考附图对本发明作更详细的描述，其中

图1表示实施依据本发明的方法的设备，图2表示通过包括在其中的一个线圈产生的磁力线图案，图3表示目标区域中存在的磁性粒子，图4a至4c表示这种粒子的磁化特性，图4d至4e表示随给定粒子加热而定的场强以及在它们磁场中的位置，图5表示图1示出的设备的电路图，和图6表示在二维区域中无场点的移动。
图1中附图标记1表示目标对象，此时是病人，他被放置在病台上，仅示出其顶端2的部分。例如，在肿瘤治疗前，具有磁性粒子的液体注射入到病人1内。
图3表示这种粒子。例如，它包括玻璃的球形基底100，该球形基底具有软磁层101，该软磁层具有例如5nm的厚度并且包括例如镍铁合金(例如，坡莫合金)。该层可以被包覆，例如通过保护粒子免于酸性物的涂层102。这种粒子的饱和磁化强度所需要的磁场的强度由该粒子的直径决定。当直径为10微米时，需要大约800A/m(大约对应于1mT的磁通密度)的磁场，然而当直径为100微米时，80A/m的磁场就足够了。当选择具有低饱和磁化强度的材料涂层或者当减小层厚时，甚至可以得到更小的值。
图4a和4b表示磁化强度特性，即在具有这种粒子的分散体中磁化强度M作为场强H的函数而变化。显示出磁化强度M在超过场强+Hc和低于场强-Hc时不再变化，其意味着涉及了饱和磁化强度。磁化强度在值+Hc和-Hc时不饱和。
图4a阐明了如果没有其它的活性磁场时正弦磁场H(t)的效应。磁化强度在它的饱和值之间以磁场H(t)的频率节奏往复。通过图4a中的坐标M(t)来表示在磁化强度随时间的变化结果。这表明磁化强度同样周期性变化并且这种粒子的磁化强度周期性反向。
在曲线的中心的线的虚部表示磁化强度作为场强的函数而近似平均变化。作为与该中心线的偏差，当磁场H从-Hc增加至+Hc时磁化强度稍微偏右延伸，当磁场强度从+Hc减少至-Hc时磁化强度稍微偏左延伸。这种公知的效应称谓磁滞效应，该效应强调了用于产生热的机理。在曲线的路径之间形成的并且由材料来决定其形状和尺寸的磁滞表面区域是基于磁化强度变化而产生热的量度。
图4b表示其上叠加静态磁场H1的正弦磁场H(t)的效应。因为磁化强度处于饱和状态，所以其实际上没有被正弦磁场H(t)影响。在该区域中磁化强度M(t)随时间保持常数。因此，磁场H(t)没有引起磁化强度的状态的变化并且没有产生热量。磁滞曲线没有在其中示出。
在病人1或者台顶部的上面和下面安置有多对线圈，该线圈的范围确定了治疗区域(图1)。第一线圈对3包括两个同样结构的线圈3a和3b，它们在病人之上和之下同轴设置并且以相反的方向通过相等的电流。优选地，在此情况下使用直流电。因此产生的梯度磁场通过图2中的磁力线300表示。它在线圈对的轴(垂直)线方向上具有基本上恒定的梯度并且在该轴上的某点上等于零。从该无场点开始，磁场的强度随着距离的增加在所有三个空间方向上增加。通过无场点周围的虚线(第一子域)表明的区域301中，场强很小使得在该区域中存在的粒子的磁化强度不饱和，然而在区域301的外部它处于饱和状态。区域301的外部剩余的区域中(第二子域302)粒子的磁化强度处于饱和状态。
区域301的尺寸一方面依赖于梯度磁场的梯度强度，另一方面依赖于饱和所需要的磁场的强度。例如，对于图3所示直径为10微米的球状体该磁场的场强等于800A/m，对于直径为100微米的球状体该磁场的场强等于80A/m。对于后面的值以及磁场的场强梯度等于160×103A/m2，其中粒子的磁化强度不饱和的区域301具有1mm的尺寸。
当在治疗区域中将其它磁场叠加于梯度磁场上时，区域301沿该磁场方向移动；该移动的范围随着磁场的强度增加而增加。当叠加的磁场随时间变化时，区域301的位置也相应地在空间和时间上变化。
为了在空间中的任何方向上产生这些瞬时变化磁场，还另外提供有三个线圈对。具有线圈4a和4b的线圈对4产生在线圈对3a、3b的线圈轴方向上延伸的磁场，也就是垂直方向。为此，这两个线圈以相同的方向通过相同的电流。通过该线圈对实现的效应原则上也可以通过在相同的方向上在线圈对3a、3b中的相对且相等电流上叠加电流来实现，使得在一个线圈对中电流减少，在其它的线圈对中电流增加。然而，当瞬时恒定梯度磁场和瞬时变化垂直磁场由单独的线圈对产生时是优选的。
为了产生空间上在沿病人的纵向和他的横向上水平延伸的磁场提供包括线圈5a、5b和6a、6b的另外的两个线圈对。如果将如线圈对3a、3b和4a、4b那样的Helmholtz型线圈对用于该目的，这些线圈对将必须分别设置在治疗区域的左边和右边或者该区域的前面和后面。这将影响治疗区域的可及度。
因此，线圈对的线圈5a、5b和6a、6b也设置在治疗区域的上面和下面，因此，并且它们的线圈配置必须不同于线圈对4a、4b的配置。然而，这种类型的线圈在具有开路磁铁(开MRI)的磁共振装置的领域是公知的，其中RF线圈对设置在治疗区域的上面和下面，所述的RF线圈对具有产生水平的、瞬时变化磁场的能力。因此，在此这种线圈结构不需要额外的精心制作。
作为图1所示的线圈对3的可替换物，永久磁铁也可以用于产生梯度磁场。也就是，当磁极具有相同的极性时，在永久磁铁两个极之间的空间中形成有与图2所示的磁场类似的磁场。
图5表示图1所示的装置的电路图。图解法表示的线圈对3(为了简化图5中所有的线圈对省略符号a、b)接收来自可控制电流源31的直流电流，其中电流可以通过控制单元10来控制以及开启和关闭。控制单元10与工作站12协作，其中通过该工作站用户可以操作装置以及通过该工作站可以将装置连接到其它的计算机的网络中。根据其性能，控制单元10或装置的其它元件也可以集成在工作站12上。通过键盘或另一个输入装置14进行用户输入是可能的。
线圈对4、5、6从电流放大器41、51、61中接收它们的电流。要被放大的并产生需要的磁场的电流IX、IV和IZ随时间的变化分别被相应的波形发生器42、52和62利用。通过控制单元10来控制波形发生器42、52、62，该控制单元10计算相关的治疗所需要的电流随时间的变化并且将它输入到波形发生器中。在治疗过程中从波形发生器中读出这些信号并将其应用到放大器41、51、61中，在该放大器中形成线圈对4、5和6所需要的电流。
对于由于机械运动而对加热有贡献的粒子，例如，特征值130Hzm/A可以用作磁场变化的频率的目标值(对于图3所示的粒子，例如，可以根据层的性质而使用25kHzm/A或250kHzm/A的频率)，因此可以为完全反磁化所需要的8·103A/M的磁场场强获得接近1MHz的频率。该频率施加在三个线圈对4、5或6中的一个，例如，施加于线圈对4，因此目标区域受交变场影响并且磁场区域301在线圈对4的磁场方向以迅速振荡的方式连续性的移动。因此，作为治疗区域中的目标区域，加热一个长度的准一维区域，该区域可以利用相应的线圈电流的振幅来调整，在球形区域301的情况中，获得的是拉长的圆柱区域而不是带。应用于该带的所有加热电源尤其取决于交变场的振幅和频率(由带的空间中的长度给定)，还取决于最大产生热所需要的场强(例如，饱和场强)。频率越高，发热能力就越高。通过其它的两个线圈对5和6迅速振荡的磁场区域301可以在其它的维度中运动，从而加热整个目标区域。
图6通过实例表示单个磁场的叠加。区域301以振荡的方式在y方向迅速移动，该移动是由于周期性改变线圈对4的磁场而引起的。为了更好的表示，也就是与其它磁场的频率相比较，所示由线圈对4产生的磁场的频率显著地比实际情况中真实的磁场低。
与y方向的磁场相比，变化相对较慢的线圈对5的磁场沿x方向叠加在该磁场上。当在x方向上到达给定位置，在x上反向移动(因此区域301向后移动)，并且同时在y方向的磁场以常量变化，因此得到通过图7所示的目标区域的区域301的二维移动作为要加热的治疗区域的一部分。如果常量显著地变小，在y方向仅仅发生小的磁场移动，因此由于区域301的交迭将重复的覆盖目标区域中的点。如果在两维区域的每次扫描后另外的分量叠加在该场上，也就是，在z方向(对应于线圈6的磁场)上移动磁场的分量，则可以穿过三维目标区域移动区域301。
一般来说，在区域301从它在梯度线圈布置3的中心位置的移动和通过梯度线圈布置的电流之间存在非线性关系。而且，如果区域301沿着延伸至中心外部的直线移动(例如，在穿过目标区域的类网格移动情况下)，所有三个线圈通常一定产生磁场。通过控制单元选择电流随时间的变化可以考虑前述的装置，例如，利用适当的台。因此，区域301可以沿着任意形成的路径移动通过检查区域，从而仅仅作为例子来考虑上述迅速振荡的带的位移。
这对于特定的应用是有用的，即对于仅仅加热点状或球形区域而不是一维的带以及在所有三个空间方向上移动该点状区域。例如，这可以利用在图中未示出的第5个线圈对来实现，该线圈对在空间中以迅速振荡方式精确地移动第一子域301，就此范围来说，实际上仅仅位于子域301里面和周围的粒子有助于加热。作为选择，相应的交变场也能通过一个或者更多的线圈对4、5或6来产生，同时对应的、缓慢变化的磁场被叠加用于在子域301的空间中位移。迅速振荡的时间和空间的设置依赖于使用的粒子。
而且，利用未示出的元件在治疗过程中决定目标区域的温度。这可以例如利用在治疗前导入到目标区域中的温度传感器来实现。作为选择，也可以使用公知的微波法。为了防止过度加热，在加热过程中可以动态调整频率，也就是，根据测量的温度。例如，为了使温度升高减慢，随温度的增加逐渐减少频率。如果没有使用温度测量装置，那么可根据使用者的经验来选择与频率和持续时间有关的参数。
替代如参考图3描述的具有软磁涂层的磁性粒子，可以使用所谓的铁磁性材料或亚铁磁性材料的单畴粒子。这些粒子具有纳米范围的尺寸并且很小以使得在其中不能形成磁畴或者外斯区域。这种粒子以合适的胶态分散体注射入病人的血流中。在磁共振成像领域中这种类型的分散体已经作为对比介质被注射。在该领域中使用的磁性粒子具有5至10nm的尺寸。饱和所需要的磁场强度减少1/d3，其中d为粒子直径。因此，这些粒子的尺寸应该尽可能的大，但是不能大到在其中形成磁畴。根据相应的磁性材料，最佳值为2至800nm。
图4c表示在缓慢变化的磁场H的情况中这种粒子磁化强度的变化实例。与图3所示的粒子相反，在这种情况中没有磁滞回线形成，或者仅仅形成非常小的一个。然而，如果磁场H迅速变化，由于前面提及的类滞后效应而产生热，例如，由于奈尔转动(分子结构中阻尼旋转动力学和各向异性)，由于周围介质中粒子的转动或者由于铁磁共振。因为这些影响是公知的，在此不详细描述它们，可以参考相关的技术文献。
当在饱和磁化所需要的两个场强-Hc和+Hc之间的整个范围内磁场不变化时，在特定类型的这种粒子中产生大量热，但是仅仅在小范围内。图4d表示借助实例对于这种粒子依赖于磁场H产生的热量，在每一场强H上具有额外重叠的数量为ΔH的迅速振荡的交变场H(t)，该交变场相对于场强H非常小，因此获得了总场等于H＝Hconst±ΔH。相对于Hconst，场强ΔH很小以至于不能在图4d中描述它。在图4d中在交变场ΔH的影响下场强H＝H2±ΔH时，产生的热最大。除了振幅以外，交变场ΔH的频率的选择极大程度地依赖于粒子的组成，其可以是从几百Hz一直到微波范围内。
接下来是当第一子域移动时，当具有场强H2的第一子域的区域穿过粒子时，这种粒子产生最多的热量。为了描述的目的，图4e表示具有第一子域301的图2的梯度场。线305表征具有场强H2的区域。当区域301在空间上非常小地并且以迅速的振荡方式在所示的坐标零点周围移动时，交变场被重叠(特别是在具有磁场强度H2的区域上)并且位于线305的附近处或者在该线上的粒子产生最多的热量。因为在该区域中场强H比H2小并且与图4d相一致对于这种场强仅仅产生一点热，所以位于远离线305以内的粒子几乎无助于产生热。在这种情况中线305内的磁场配置仅是次要的，与所示情形相反，场强不需要绝对必需变为零。依赖于在空间中迅速移动的过程中通过的路径和/或依赖于引起产生热的类滞后效应，对加热做出贡献的粒子不在如图4e所示线305周围的相干子域中，但是位于第一子域301的多个彼此隔开的子域中。
对于磁性粒子应该注意它们在不同类型的组织中被集中至不同的程度。这种效应可以用于磁性粒子的特殊定位并因此用于局部加热以及可以通过提高生物相容性和具有特定粘附性质的有机分子的涂覆包裹粒子来加强这种效应，其中具有特定粘附性质使得这些磁性粒子集中于特定生物结构之上或之内。理想的情况是粒子集中仅仅存在于要被治疗组织的那部分中，因此，一方面减少了这些组织的相邻部分的意外加热的危险，并且另一方面减少了有关在第一子域空间上精确移动的要求。
当粒子的磁性材料具有的居里温度在最高允许的温度范围之内时，可以避免目标区域的加热超过最高温度。如果温度增加到超过居里温度，则粒子失去其磁性，因此没有产生响应于磁场变化的磁化反向，从而不会进一步产生热量。当温度再次低于居里温度时，粒子再次被磁化。
可以从一些亚铁磁性材料中观察到能够用于温度控制的类似效果。当达到所谓的“补偿温度”时，饱和所需要的磁场强度降至接近零值。当该值稍微超过时，需要的场强再次立即增加。一些磁性粒子的各向异性随温度的变化也可以适用于温度控制。
权利要求
1.一种用于在目标区域中存在的磁性粒子加热的方法，该方法包括步骤a)产生磁场，该磁场的磁场强度在空间中以这种方式变化，即在目标区域中形成具有弱磁场强度的第一子域(301)和具有较强磁场强度的第二子域(302)，b)在目标区域中以一定频率、长时间地改变两个子域的空间上的位置以至加热该目标区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中为了在目标区域中改变两个子域的空间上的位置而产生在空间和时间上变化的磁场。
3.在如权利要求1所述的方法中使用铁磁性材料或亚铁磁性材料的单畴粒子。
4.在如权利要求1所述的方法中使用铁磁性材料或亚铁磁性材料的多畴粒子。
5.使用的基体具有微米范围内的尺寸并且具有与权利要求4所述的多畴粒子的尺寸相比要薄的软铁磁材料层。
6.在胶态分散体中使用在权利要求3或4中请求保护的粒子。
7.在如权利要求1所述的方法中使用通过用于特定组织集中的分子包膜来包裹的粒子。
8.在如权利要求1所述的方法中使用的粒子，其中该粒子的居里温度对应于在所需要的加热之后的目标区域中达到的温度或对应于目标区域中最高允许的温度。
9.一种用于实施权利要求1所述方法的设备，该设备包括a)用于产生磁场的装置，该磁场的磁场强度在空间中以这种方式变化，即在目标区域中形成具有弱磁场强度的第一子域(301)和具有较强磁场强度的第二子域(302)，b)用于在目标区域中以一定频率、长时间地改变两个子域的空间上的位置以至加热该目标区域的装置。
10.如权利要求9所述的设备，其中用于产生磁场的装置包括用于产生梯度磁场的的永久磁铁装置，该梯度磁场的方向在目标区域的第一子域中反向并且包括零交叉。
11.如权利要求9所述的设备，其中用于产生磁场的装置包括用于产生梯度磁场的的梯度线圈系统，该梯度磁场的方向在目标区域的第一子域中反向并且包括零交叉。
12.如权利要求9所述的设备，包括用于产生磁场的装置，该磁场叠加在梯度磁场上并且为了在目标区域中移动这两个子域而随时间变化。
13.如权利要求9所述的设备，包括用于产生第一磁场和叠加在梯度磁场上的至少另外两个磁场的装置，该第一磁场随时间以小振幅迅速变化，而该另外两个磁场随时间以大振幅缓慢变化。
14.如权利要求13所述的设备，其中这三个磁场在目标区域中基本上彼此垂直地延伸。
全文摘要
本发明涉及一种通过改变有磁性的或可磁化的物质的磁化强度对目标对象的目标区域进行局部加热的方法和系统。以在目标区域中形成弱磁场强度的第一子域(301)和包围该第一子域并具有较强磁场强度的第二子域(302)这样的方式来产生其磁场强度在空间上变化的磁场。接着，在目标区域中的两个子域的空间上的位置以特定的频率、长时间的变化以使得由于磁化强度的频率变化而将粒子加热至需要的温度。
文档编号A61B5/05GK1678371SQ03819989
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月15日 优先权日2002年8月24日
发明者B·格莱奇 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司