JP2929028B2

JP2929028B2 - 予め選択されたイオンの膜を横切る移動に制御する装置

Info

Publication number: JP2929028B2
Application number: JP2107294A
Authority: JP
Inventors: アールリボフアブラハム; デイスミスステイーブン; アールマクレオドブルース
Original assignee: RAIFU REZONANSHISU Inc
Current assignee: RAIFU REZONANSHISU Inc
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: CA2015327C; AU645971B2; ES2104581T3; ATE154886T1; AU5329490A; CA2015327A1; DE69030987D1; JPH0363072A; EP0407006B1; DE69030987T2; US5087336A; EP0407006A1

Description

【発明の詳細な説明】本特許出願は下記の米国特許出願の一部継続であり、
それらの開示は本分で参考として全て特に引用した。現
在米国特許第4,818,697号であり標題“膜を介したイオ
ン投下性の増強方法”と付された1986年10月27日出願の
米国特許出願第923,760号の継続である1988年12月７日
の出願の米国特許出願第280,848号;1988年３月23日出願
の標題“変動性磁場適用による組織成長調節のための方
法および装置”と付された米国特許出願第172,268号；
標題“軟骨成長調節のための方法および装置”と付され
た1988年10月31日出願米国特許出願第265,265号；標題
“非骨性、非軟骨性ち密結合組織の成長調節のための方
法および装置”と付された1988年10月６日出願の米国特
許出願第172,268号；標題“非侵襲性磁場を用いた骨粗
しょう症コントロール技術”と付された1989年１月９日
出願の米国特許出願第295,164号であり、これらは全て
本発明の譲渡人に譲渡されたものである。

産業上の利用分野本発明は、細胞膜を介したイオンの移動を調節するた
めの装置に全般的に関する。さらに詳細に言えば、選択
したイオンの電荷対質量比に基づき選択した調波周波数
を用いて生体系における前記選択イオンのトランスメン
ブレン（径膜）移動を調節する装置を提供する。本発明
はまた、２個以上の異なるイオン種の膜を介したトラン
スメンブレン移動を同時に制御する装置を提供する。本
発明はさらに、特定体組織の治療のための装置を提供す
る。

従来の技術細胞活性性介物質といての生体イオンの役割について
は充分に確立されている。米国特許第923,760号におい
て本発明の発明者らは、ある特定イオン種の生体細胞膜
を介した移動調節のための新規技術を開示している。そ
の中でイオンの移動と変動性磁場の間の関連について記
載しており、イオン移動を選択的に調節できる方法と装
置が提供されている。生化学的膜を介してイオン移動が
変動性磁場の強度とこの場の振動速度の間に特殊な関係
を生じさせることによって調節できることおよびこの関
係は周波数がであるサイクロトロン共鳴式を用いて予測できることを
見い出し、本発明者らはいくつかの有用な発明の基礎と
なっている基準を提供した。

つまり、米国特許出願第923,760号においては、ヒト
または動物のような対象の生体組織領域を既定の磁束密
度および周波数の振動性磁場に暴露することによって組
織成長が調節できることが開示されている。特にその中
では、Ca⁺⁺またはMg⁺⁺のようなある特定のイオンの特異
的サイクロトロン共鳴周波数に変動性磁場を同調させる
ことによって、骨成長の速度を刺激できることが開示さ
れている。この処置が骨折、骨非癒合および癒合遅延の
治療に極めて有益であると予測されている。さらに、非
骨性、非軟骨性結合ち密組織の成長速度調節にサイクロ
トロン共鳴同調が用いられることが米国特許出願第172,
268号に述べられている。米国特許出願第265,265号で
は、軟骨組織の成長速度を調節できサイクロトロン共鳴
同調に基づく方法と装置が開示されている。

老齢患者の治療において特に重要なもののひとつとな
っているさらにもうひとつの重要なサイクロトロン共鳴
同調の用途が米国特許出願第295,164号に開示されてい
る。その中では、骨粗しょう症を局部的にも全身的にも
治療し防止するための方法と装置が述べられている。し
たがって、サイクロトロン共鳴によるイオン移動の制御
が医療分野におけるいくつかの極めて有益な発明のうち
で際立っていることが理解される。

先行米国特許出願でより詳しく記載されているよう
に、本発明の発明者らは細胞膜を介したイオン移動が、
周波数と磁場強度の間にある既定の関係が確立されてい
る変動性磁束密度を作るための発振器結合磁場発生装機
器を使用することによって達成できることを発見した。
その磁場発生機器が１対のヘルムホルツ（Helmholtz）
コイルを有していることが好適である。細胞または骨、
軟骨等の組織領域が、コントロールされたパラメータを
持つ均一な磁場標的細胞または組織を透過するようにヘ
ルムホルツコイルの間に配置される。

理解されていることであろうがほとんどの場合におい
て、適用磁場にさらされた細胞または組織は、適用磁場
の方法に成分を利する局所磁場にもさらされる。これら
の出願において、磁場感知機器は複合または総磁束、す
なわち、細胞およびこの方法の局所磁場成分が突き抜け
て延びる軸に平行の適用磁場の和を測定するために提供
されている。

先行発明の好適な実施零においては、トランスメンブ
レン移動を制御すべきイオンの電荷対質量比を用いて、
前記イオンの電荷対質量比と磁場強度、周波数の間に既
定の関係が得られるように適用磁場が振動する周波数を
求める。この関係は、サイクロトロン共鳴式f c＝Bq/2
πｍ（式中、f cはヘルツで示した発振磁場の周波数、q
/mはクローン（coulomb）/kgで示したイオンの電荷対質
量比、およびＢは対象細胞または組織を透過する軸に沿
った磁束密度の非零平均値をテスラ（Tesla）を示した
ものである）を用いて求められる。磁場が局所磁場成分
を含んでいる時、この値は複合したかまたは結果として
生じた磁場のこの非零正味平均値となる。

発明が解決しようとする課題本発明は、イオン移動のサイクロトロン共鳴制御にお
けるある改変に関する。さらに詳細に述べると、本発明
は、例えばCa⁺⁺とMg⁺⁺のような２つの異なるイオン種の
トランスメンブレン移動を同時に制御するという所望の
目標を達成し、さらに、単一イオンに有効な別の周波数
についても述べている。

したがって、本発明の目的は、細胞膜間の単一イオン
種の移動をサイクロトロン共鳴基礎周波数に基づく一群
の周波数から選択した周波数を有する変動性磁場によっ
て制御できる装置を提供することである。さらに本発明
の目的、単一系における２個以上の異なるイオン種のト
ランスメンブレン移動を、周波数と平均磁場強度の既定
の割合を有する変動性磁場を用いて同時に制御できる装
置を提供することである。

課題を解決するための手段本発明によって、細胞膜を介して特定イオンの移動を
制御する装置が提供される。本法には、少なくとも１個
の生細胞または標的組織が配置されている空間を突き抜
ける既定の軸に平行な適用磁場を発生する段階が含まれ
る。この細胞または標的組織は特定イオンの存在下にお
いて流体によって取り囲まれている。適用磁場は単独で
もまは既定の軸に平行な局所磁場成分と複合されても標
的細胞または組織を滴下する。適用磁場は、局所磁場の
存在下において局所成分包含する既定の軸に沿った磁束
密度が非零平均値を有するようにある既定の速度で変動
する。

ある特定のイオンのトランスメンブレン移動は、この
特定イオンの電荷対質量比に基づき定められた軸に沿っ
ての磁束密度について、変動周波数と非零平均値の間に
ある既定の関係を作り出しそれを維持することによって
コントロールされる。この既定の関係は、式f ch＝XBq/
2πｍ（式中、f chはヘルツで表した変動磁束密度周波
数であり、Ｂは既定軸に平行の磁束密度の非零平均値を
テラスで示したものであり、ｑは前記特定イオンの電荷
をクーロンで示したものであり、ｍはキログラムで表し
た前記特定イオンの質量であり、Ｘは１より大きい特定
の奇数の整数である）を用いて求められる。このように
して、特定イオン種のトランスメンブレン移動を制御で
きる同調性に優れたいくつかの周波数が得られる。本発
明を実行するための発明装置を同様に提供される。

本発明は、もうひとつの面で、２種以上の異なるイオ
ンの細胞膜を介してのトランスメンブレン移動を同時に
制御する装置を提供する。好適な実施例では、本装置
は、目的の空間を突き抜ける既定の軸に平行な適用磁場
を作成することから成る。少なくとも２つの異なる既定
イオン種の存在下において、生細胞または生物体液中組
織を、標的細胞または組織が適用磁場にさられるように
目的空間に配置する。１実施例においては、既定の関係
が、最初に各異なる特定イオンについて一般に無作為に
選択したＢの値における式f c＝Bq/2πｍ（式中、f cはヘルツで示した磁場変動
周波数、Ｂは既定の軸に平行な磁束密度の非零平均値を
テスラで示した値、ｑはクーロンで示した各特定イオン
の電荷、およびｍはキログラムで表した各特定イオンの
質量である）を解くことによって求められる。Ｂの値は
好適には約1.0と約10.000μテラスの間にある。これ
は、各イオンに対するサイクロトロン基礎周波数を確立
する。ひとつの値f csは必ずしもf cに等しくないが、
これは次に磁束密度が振動しているところで求められ
る。f csの値は、個々のイオンのf c値がいずれも前記
のf cs値から５％を超えて偏位することのないように選
択するのが好適である。ほとんどの場合において、特定
イオンの基礎的fc値に基づいて利用できるf cs値は全く
ない。したがって、少なくともひとつの前記特定イオン
のより大きな奇数の調波周波数は、先に説明したように
式f ch＝XB/2πｍで決定される。f cおよびf chの値を
調べて、10％および最も好適には５％の偏差係数に基づ
いて１個のf ch値を選択できるかどうかを決定する。も
し決定できない場合には、最も小さな奇数の調波f ch値
から初めてf chの各値について前記プロセスを続け、５
％偏差以内のひとつのf ch値が定まるまで行う。したが
って、f cまたはf chの値の計算時にＢのために選択し
て値において、標的細胞または組織に当たる磁束密度
は、f cs周波数において軸に沿って変動する。周波数と
磁場強度の間の特定の関係が、特定イオンの同時トラン
スメンブレン移動を引き起こす。１個以上のイオン種を
同時に制御するように改良された装置もまた提供され
る。

本発明のさらにもうひとつの面では、調波同調および
複数イオン同調の概念がヒトまたは動物患者の組織領域
の治療処置に用いられる。特に、本発明は、骨組織を刺
激しおよび／または骨粗しょう症を低減するための骨組
織治療処置手段を提供する。さらにもうひとつの実施例
では、軟骨組織または非骨性、非軟骨性結合組織の成長
特性が制御される。さらに別の面では、骨粗しょう症の
全身治療および／または防止が同様に提供される。

作用次に図面の第１図について述べると、米国特許出願第
923,760号にさらに詳細に述べられた配置および性質を
有する１対のコイル10Aおよび10Bが見られ、これによっ
て既定の容量または空間14中の生細胞12を通過する適用
磁場が発生する。この後においてさらに明らかになるよ
うに、生細胞12は、１個以上の差を有する細胞、細胞集
合体、小器官または組織から構成される。特に、生細胞
12は、ヒトまたは動物いずれかの生体宿主中における骨
領域のような組織領域からも構成される。細胞12には、
細胞内イオン種の特異的補体を含有し、細胞および組織
機能のために必要なイオン種を含有する液体によって一
般に取り込まれている。

空間14と同様コイル10A,10Bは、各コイルの中央平面
をX₁、Y₁およびX₂、Y₂に取り距離Ｒを隔てて配置されて
いる長方形の同軸系に関連させて示してある。各コイル
の中心はＺ軸に配列してあり、半径R¹を有する。当業者
ならば、コイル10A、10Bがヘルムホルツ（Helmbolz）製
造で配置されているのがわかるであろう。したがって、
磁束密度Ｂを有する均一に適用される磁場が、コイル10
A,10Bによって空間14内に作られる。さらに説明する
と、ほとんどの装置において、Ｂは、適用磁場および地
球磁場のような既存の局所成分によって生ずる空間14内
正味または複合磁束密度の平均値となるであろう。した
がって、公知の調節可能なパラメータを有する磁場は既
定の軸に沿って細胞12を透過する。Ｂの値は、好適には
磁場センサー等によって測定できる。本発明において
は、適用磁場は既定の周波数で変動する。この特性は、
点“D"で分離された反対向きの矢印A1およびA2によって
例示される。空間14が局所磁場にさらされる本発明の実
施例における図面の第２図について次に述べると、局所
磁場は空間14および細胞12を透過するＺ軸の方向に成分
ベクターを有している。このＺ軸は、本発明によって影
響を受ける標的細胞または組織を突き抜けて伸びる前述
の既定の軸を示している。本発明において制御されたト
ランスメンブレンイオン移動をもたらすのは、この既定
の軸に平行な磁場の成分である。第２図においては、前
記既定軸Ｚに平行な適用磁場をB₀として示す。このＺ軸
に平行な局所磁場成分をBzとして示す。空間14が、本発
明によって制御される磁束密度が実質的に均一である領
域を示すことが理解される。空間14は、処理すべき標的
細胞または組織を収容できる程充分に大きくなければな
らない。本実施例においては、適用磁場および局所磁場
成分の複合の平均値、すなわち、B₀とB₇の和の正味の平
均値である。

図面の第３図について次に述べると、１実施例におい
てコイル10A、10Bは、スイッチ18という手段によってDC
分枝回路網20または全液整流器22のいずれかに接続され
た従来のAC正弦波発生器16からの電気信号を受ける。但
し、他の波形も適切である。コイル10A,10Bに時間の関
数として供給された瞬時電流Ｉが、それぞれ第４図と第
５図においてスイッチ位置18A,18Bの双方について示さ
れている。同様に、空間14内に産生された瞬時磁束密度
は第２図におけるBoであり、それぞれ第６図と第７図に
おいて両スイッチ位置18A、18Bについて時間の関数とし
て示されている。

コイル10A、10Bが図面第３図に示した装置によって励
起されると、これらのコイルは、第６図および第７図に
示したように時間とともに変動する磁束密度を容量14内
に発生する。空間14全域で均一で非零平均を有する適用
磁束密度Ｂは、コイル10A、10Bに負荷された分枝正弦信
号または全波整流信号によって生ずる。先にも述べたよ
うに、空間14が局所磁場にさらされるところでは、既定
の軸に平行な適用磁場および局所磁場の正味非零平均磁
場密度である。局所磁束密度のこのＺ成分の効果は、第
２図に示した非零平均適用磁束密度Boを異なる平均値に
変えることであろう。

上述の米国特許出願第923,760号で充分に説明したよ
うに、変動速度または空間14を突き抜けそれによって標
的組織または細胞12をも突き抜けて延びる既定軸に平行
な磁場の周波数とこの軸に沿った磁束密度の間にある関
係を作り出すことによって、特定イオン種の電荷対質量
比に基づく基礎周波数でしかもこの周波数で前記特定イ
オン種の細胞膜を介した移動が制御できるものが求めら
れる。この関係のパラメータ類は、サイクロトロン共鳴
周波数f c＝Bq/2πｍを参考にして求める。すなわち、
もし局所磁場が存在すれば局所成分ベクターも包含する
Ｚ軸に沿った磁束密度は、この特定イオンの電荷対質量
比が非零平均磁束密度Ｂに対する２πｘ付与周波数f c
の比に等しくなるように制御される。

本発明においては、この基礎周波数f cにある選択し
た奇数整数を掛け合わせると、同様に前記の特定イオン
を細胞12の細胞膜を介して移動させる周波数が効果的に
産生される。本文で用いたように他の特定していない場
合には、“奇数の整数”または“奇数の整数”という用
語は正のゼロ以外の整数を意味する。トランスメンブレ
ンイオン移動を起こさせるのに有効である調和周波数を
付与し本発明で好適に使用される奇数の整数類は、下記
の整数、すなわち、３、５、７、９、11、13、15、17お
よび19から成る群から選択される。基礎周波数に奇数整
数１個を掛け合わせたものに基づく追加的な調波周波数
も一部の装置では適切である。偶数の整数は有用である
とは認められない。ある特定イオンと公知の磁束密度Ｂ
に対する周波数は、f ch＝XBq/2πｍ（式中、f chは標
的組織を突き抜けて伸びる既定軸に沿った変動性磁場の
周波数をヘルツで示したもの、Ｂは前記軸に沿った磁束
密度をテスラで示したもの、ｑは特定イオンの電荷をク
ーロンで示したもの、ｍは特定イオンの質量をキログラ
ムで示したもの、およびＸは１より大きいある選択した
奇数である）を参考にした求めることができる。好適な
奇数を掛け合わせた調波周波数の多くが前記の基礎周波
数と同じくトランスメンブレンイオン移動を促進するの
に実質的に有効であることがわかった。先にも述べたよ
うに、好適な値Ｘは、３、５、７、９、11、13、15、17
および19の奇数である。Ca⁺⁺、Mg⁺⁺、K⁺、Li⁺、Ma⁺、Cl
^-および▲HCO^- ₃▼を含むいくつかのイオン種のイオン移
動はこのようにしてコントロールすなわち制御できる。
他のイオンも特殊な装置において同様に適するであろ
う。

既定軸に沿った局所磁場成分に乱変動が起こり得る装
置においては、本発明の磁場発生器がホール（Hall）効
果機器のような磁場センサーを含み既定軸に沿って磁束
密度Ｂを測定できることが好適である。また、上述の米
国特許出願第172,268号において記載のマイクロプロセ
ッシング手段が前記の磁場発生器および磁気センターと
ともに包含されており、磁場の変動（f ch）速度および
／または磁場の値Ｂが自動的に変化して局所磁場成分の
変化を補償できることが好適である。これによって、上
記のような局所変化にもかかわらず前記の既定関係を維
持することができる。

本発明の好適な実施例では、既述の如く奇数調波（周
波数）にサイクロトロン共鳴周波数を同調させるという
概念が、上述の米国特許出願第172,168号、第265,265
号、第172,268号、および第295,164号に記載の如く治療
処置手段と関連させて用いられている。さらに詳細に述
べるため図面第８図について水に説明すると、処置用ヘ
ッド32、34を有する処置装置30が示されており、各ヘッ
ドは、本例では生体組織で占められている空間36内に均
一な磁場を発生させる一対のヘルムホルツコイルから成
る。処理装置30の総合的設計については、米国特許出願
第172,268号（本文で参考として引用）にさらに詳細に
説明されている。したがって、例示の目的のために、骨
折端40、42を有するヒト大腿骨38を、脚44内のファント
ム中にある。骨折端40、42の成長を刺激するために、変
動周波数を上述のサイクロトロン共鳴修正式f c＝XBq/2
πｍを参照して求めた処理装置30を用いて変動性磁場を
確立する。好適な例では、Ｘは３、特定イオン種はカル
シウムである。他のイオンに加えてマグネシウムおよび
カリウムの制御も同情に有用である。したがって、好適
な１実施例では、Ca⁺⁺イオンについて15、31ヘルツとい
う周波数を定め、既定の軸に平行な複合または合成磁場
密度が正味の非零平均値20.0μテスラとピーク対ピーク
振幅40.0μテラスを有し骨成長を刺激する。本発明の高
調波同調は、上述の米国特許出願に記載の如く軟骨成分
および非骨性、非軟骨性結合組織の成長の制御を同様に
有用である。軟骨成長を刺激するためには、ピーク対ピ
ーク振幅が40.0μテスラを有するＢ値20.0μテスラにお
ける周波数75、71ヘルツが適している。これは、Ｘが３
である場合のMg⁺⁺イオンのサイクロトロン共鳴同調を示
している。非軟骨性、非骨性固体結合組織においては、
Ｂ値20.0μテラスおよびピーク対ピーク振幅40.0μテラ
スを有する周波数15、31ヘルツが成長刺激のために適し
ている。

これは、Ｘが１である場合のCa⁺⁺イオンのサイクロト
ロン共鳴同調を示している。

本発明は、また、図面第９図と関連させ次に述べる骨
粗しょう症の全身治療および／または防止に有用であ
る。したがって、プラスチックのような非磁性材料の管
すなわちシリンダー52から成る全身治療装置50を示して
ある。管52は、実質的に全身治療装置50の全身にわたり
伸びている鋼線56の複数旋回を有する大型ソレノイド54
を収容している。ガーニイまたは台58は、台58を管52の
外部の第１の位置と管52の内部の第２の位置間を移動さ
せる運搬システム（示していない）上に据えつけられれ
いる。本実施例においてはソレノイド54の中央孔および
対象59を突き抜ける軸62の方向に磁場を発生させるソレ
ノイド54を例示させるために必要な回路とともにコント
ローラー60を設置されいる。変動性でしかもほとんどの
場合において複合または合成された磁場は既定軸62に平
行な磁束密度を有しており、これが発生する。前記軸に
沿った複合磁束密度は、変動周波数に対する既定を関係
を保つように維持される。ここでもまた変動性磁場の周
波数が、先f c＝XBq/2πｍ（式中Ｘは選択された奇数）
を参考にして決められる。最も好適な実施例では、この
奇数調波法を用いて変動性磁場を同調させる前記特定の
イオン種は、Ｘから５である場合、Ca⁺⁺から成る。この
処置は、ヒトまたは動物患者における骨粗しょう症を萎
縮させるかまたは防止する上で有効である。

本発明のさらに別の面では、２つの異なるイオン種の
トランスメンブレン移動を同時に制御するための装置が
提供される。本装置は部分的に、上述の奇数調波周波数
原理に基づいている。サイクロトロン共鳴同調の開発に
おいて、本発明者らは、一部の例においては、２個以上
の特定イオンのトランスメンブレン移動を同時に制御す
ることが望ましいことを確認した。このようにして、上
記の各イオンのイオン移動の利点を同時に得ることがで
き、かつ、有益な相乗作用も達成できる可能性がかなり
ある。複数イオンの同時制御についての上記方法のひと
つが、上述の米国特許出願第923,760号に述べられてい
る。その中では、水素イオンとカリウムイオンのように
２つの明確に異なるイオン種のトランスメンブレン移動
を同時に増強するための方法が開示されている。本発明
においては、単一軸に沿った磁束密度を制御することに
よって複数のイオン同調を達成している。本発明によれ
ば、変動性磁場の周波数とこの磁束密度の非零平均値の
間の関連は、同時に１種以上のイオン種のトランスメン
ブレン移動を促進するように磁場を同時に同調させるよ
うな関係である。

さらに詳細に述べると、ある特定イオン種のサイクロ
トロン共鳴基礎周波数は、異なるイオン種の基礎周波数
である奇数倍したものの数％以内にあることが見い出さ
れた。さらに、１個の特定イオン種の奇数調波サイクロ
トロン共鳴周波数は、別の特定イオン種の異なる奇数調
波周波数と実質的に同じであることもできる。この“調
波的重なり”は、３個、４個またはおそらくそれ以上の
多数の異なるイオン種にも拡張でき、そこで関連各イオ
ン種の基礎周波数または奇数倍調波周波数に実質的に等
しいひとつの“共通”周波数を認めることができる。こ
のようにして、２個以上の異なるイオン種のトランスメ
ンブレン移動を同時に制御することができる。

次に再度図面の第１図について述べると、標的組織ま
たは細胞12を再度自然の細胞環境とすることもできる液
体媒体の存在下で空間14内のコイル10A,10Bに間に配置
する。少なくとも２つの異なる制御すべきイオン種が存
在する。

既定の軸、すなわち第１図のＺ軸に沿った磁束密度を
有する磁場が発生し、ほとんどの実施例において前記の
既定軸に沿った成分を有する局所磁場が存在する。前記
軸に平行に誘発される磁束密度の非零平均値または正味
平均値を次に選択する。Ｂの値は好適には約1.0と約10.
000テラスの間にあり、ピーク対ピーク振幅は第2.0から
約20.000テスラである。

１実施例において、トランスメンブレンイオン移動の
サイクロン共鳴く制御のために変動性磁場が振動する基
礎周波数は、前と同じく既定軸に沿った磁束密度の非零
平均値であるある特定の値Ｂについて式f c＝Bq/2πｍ
を用いて、制御すべき異なるイオン種のそれぞれについ
て個別に計算する。先にも説明したように、f cはヘル
ツで、ｑはクーロンで、ｍはキログラムで示される。

q/mは特定イオンの電荷対質量比である。制御すべき
各イオンのサイクロトロン共鳴基礎周波数を計算した後
で、制御周波数（f cs）を求めるが、これは、基礎周波
数f cまたは各特定イオンの奇数調波周波数の５％以内
であるのが好適である。再度式f ch＝XBq/2πｍ（式中
Ｘは１より大きい奇数である）を用いて、奇数調波周波
数を求める。Ｘに１という値を使用することで式f ch＝
XBq/2πｍを用いて基礎周波数f csを求めることができ
る。各特定イオンの基礎周波数および／または奇数調波
周波数の共通のf csの値は一般には入手できないが、制
御すべきイオン類の各f c値または各f ch値のおよび10
％。好適にはおよそ５％内の１個のf cs値は、磁場にお
ける各特定イオンの同時にトランスメンブレン移動を充
分に起こさせる。

また、f chの値はＢのひとつの関係であることが理解
されるであろう。したがって、ある指定のＢ値について
好適な５％偏差以内にあるがＢより高値ではないf cs値
を、ある特定のイオン群について得ることができる。複
数イオンの同時同調に適用される本発明の用途のために
は、Ｂの値は好適には約1.0と約10.000μテトラの間に
あり、ピーク対ピーク振幅は約2.0から約20.000テスラ
である。ここでもまた、波形は重要ではない。

次に図面第１図について述べると、複数調波同調値f
csで変動する磁束密度がＺ軸に沿ってコイル10A、10Bで
発生する。局所成分に関して先の実施例に適応された同
じことが同様に複数イオン同調にも適用できる。

本発明のこの実施例を充分に例示するために、２つの
好適なイオンCa⁺⁺とMg⁺⁺の場合について複数のイオン同
調を記載する。

下記の表１において、Ca⁺⁺およびMg⁺⁺に対するg/m比
を、複数のg/m比の値、特に３、５および15についての
値とともに示している。f chが各イオンのg/m比の関数
であることがわかるであろう。

表１イオン q/m比 X3 X5 X15 Ca⁺⁺ 76.563 229.689 382.815 1148.445 Mg⁺⁺ 126.178 378.534 630.89 1892.67 Mg⁺⁺イオンについて3q/mは、カルシウムイオンの5q/m
の値の1.2％以内である。したがって、ある一定の値Ｂ
について、ＸがMg⁺⁺について３、Ca⁺⁺について５である
例えば20マイクロテスラについては、f csの値の範囲は
各f ch値の５％であるように定めることができる。さら
に詳細に述べれば、本例において、Ｘが３である場合の
20マイクロテスラにおけるMg⁺⁺のf chは75、71ヘルツで
ある。Ｘが５である場合、Ca⁺⁺のf chは76、56ヘルツで
ある。f ch両値の５％以内であるいくつかのf ch値が選
択できることがわかるのであろう。ひとつの好適な実施
例では、前記２つのf ch値の平均値を、本例において7
6、14ヘルツであるf ch値として用いるために決められ
る。種々のイオンのf cまたはf ch値のひとつまたは全
てから５％より大きく偏位するf ch値は、一部の装置に
は適するであろう。但し、この５％標準が好適である。

別の面では、本発明の複数イオン同調で、２つの特定
イオンが調波重複している場合において下記のように記
載することができる。規格化サイクロトロン共鳴同波数
（f c/Bo）は、下式を用いて算出できる。

１式中、Boは軸に沿った磁束密度をガウスで示したも
のであり、Ｎは特定イオンの価電電荷数であり（例え
ば、Ca⁺⁺イオンではＮ＝2,Cl^-イオンではＮ＝１であ
る）、ｑは1.6X10^-19クーロンであり、ｍは特定イオン
のイオン質量をキログラムで示したものである。）さらにであることが公知であるので、Boの値を特定することに
よって、上記式（III）は特定イオンのサイクロトロン
共鳴基礎周波数を与える。

次に２つの特定イオンの調波重複を求めるために、下
記の式を利用することができる。

（式中、（f c/Bo）ｊは特定イオン“j"の規格化サイク
ロトロン共鳴周波数であり、（f c/Bo）ｋは特定イオン
“K"の規格化サイクロトロン共鳴周波数であり、Hjはイ
オン“j"の調波数であり、かつHkはイオン“K"の調波数
である。HjおよびMkの値は、１を含むすべてのゼロ意外
の正の奇数である。

２つの特定イオンが本発明に従って同時に制御できる
かどうかを決定するために、下記の式：を利用する。式中、H₂の値は、ゼロ意外の全ての奇数で
ある。好適な実施例では、H₂は３から19までの正の奇数
である。したがって、H₁の値の組を明らかとした。

下記の表は、数種の重要生体イオンのための本法を例
示したものである。

もし、正の奇数である２つのH₂値が存在する場合また
は正の奇数のH₂に近接した値を有する２つのH₂値が存在
する場合、これらの値において調波重複が存在する。

前記２つのイオン種の同時イオン移動を持たらす主端
数の上述の重複範囲または重複域に一致するためには
（すなわち、実際の周波数（f cs）とf ch値の間の５％
偏差未満であるのが好適である）、H₁は奇数から2.5％
を超えて偏位しないこと。本法をより良く例示するため
に、本法を次に、Boが0.2ガウスである場合のAg⁺⁺およ
びNa⁺について説明する。

イオンｊ＝Ag⁺⁺ （f o/Bo）ｊ＝28.448 イオンＫ＝Na⁺ （f c/Bo）ｋ＝66.739 したがって、H₁＝0.42625H₂である。

H₂値が３、５、７、９、11、13、15、17および19であ
る。

表 H₁ H₂ 0.4625 （３） 1.279 （３） 2.131 （５） 2.983 （７） 3.84 （９） 4.69 （11） 5.54 （13） 6.39 （15） 7.24 （17） 8.093 （19）これらの計算に基づけば、H₂が７である時のH₁値が超
波重複に必要な条件にもたらすことが明らかである。し
たがって、７番目の調波（H₂＝７）に対する（f c/Bo）Ag⁺⁺は19
9.13である。

３番目の調波（H₂＝３）に対する（f c/Bo）Na⁺は20
0.22である。

Bo＝0.2ガウス＝20マイクロテスラであるので第７位のf cAg⁺⁺＝39.826Hz 第３位のf cNa⁺ ＝40.04Hz （これによって、Δｆ＝0.214Hzとなる。） Boの値を大きくすることによって重なりを拡大するこ
とができることを記載することも重要である。先の実施
例で、1000μテスラでは、第７位f cAg⁺⁺＝199.13Hz 第３位fcNa⁺ ＝200.2Hz （これによって、Δｆ＝11.07Hzとなる。） Zn⁺⁺およびCa⁺⁺の調波重複を求めるための本法を用い
ると下記のようになる。

H₁＝.61313H₂ H₁ H₂ 0.61313 （１） 1.839 （３） 3.066 （５） 4.29 （７） 5.52 （９） 6.74 （11） 7.97 （13） 9.197 （15） 10.42 （17） 11.65 （19） Zn⁺⁺の第５番目の調和がCa⁺⁺の第３番目の調和と重な
ることがわかる。

その最も好適な実施例においては、もし下記を講じな
ければ複数イオン同調によって付与される既定の関係を
変化させるような局所磁場成分の変動が、磁場発生手段
に関連したマイクロプロセッサーによって均衡を保たれ
る。簡単に述べると、局所成分の変化による複合磁場の
変動は、好適には磁場発生器と関連する磁場センサーに
よって測定される。次マイクロプロセッサーが磁場周波
数および／または磁場強度を調節し、常に非零平均値で
ある平均磁束密度に対する周波数の比を所望の比に維持
する。単一イオン種が大きい奇数の調波周波数を用いて
制御される本法の実施例において、本法は、局所成分の
均衡変化にも適している。また、このマイクロプロセッ
サーは、制御すべきイオンのq/m比インプットに基づい
てf csを自動的に係数するようにプログラムすることも
できる。

本発明は、図面の第８図に示した複数イオン同調を促
進するための装置を用いて組織成長をコントロールし、
図面第９図に示したようにして骨粗しょう症を治療し防
止する上で特に有用である。さらに詳細に述べれば、本
発明の第８図に関して処置ヘッド32、34を有する処置装
置30が示されている。各処置ヘッドは、処置ヘッド32、
34が一対のヘルムホルツコイルから成るように界磁コイ
ルを有している。骨折、非癒合または癒合遅延のような
骨状態を治療処理するためには、本分でヒト大腿骨38の
骨折端40、42で占有されているものとして示されている
空間36内部に均一の磁場を作ることができるように治療
ヘッド32、34を配置する。骨折端の癒合が進む速度を加
速するために、本発明の実施例においては、５倍したCa
⁺⁺のサイクロトロン共鳴周波数および３倍したMg⁺⁺のサ
イクロトロン共鳴周波数に極めて近い約76ヘルツに複合
磁場の周波数を維持するが、この場合非零正味平均値は
20マイクロテスラ（ピーク対ピーク振幅比は40μテスラ
である）である。下記のようにしなければこの関係を変
化されるような局所成分の変化は、磁場センサー（示し
ていない）および局所成分の変化を感知しこの精密な関
係を維持するように磁場および／または適用磁束を調節
するマイクロプロセッサー（示していない）によって均
衡を保たれている。有益な成果が得られる時まで、零え
ば、１日当たり約30分から６時間およそ12週間治療を維
持する。これらのパラメータ範囲内での治療は、軟骨組
織、非骨性非軟骨性組織およびち密結合組織の成長刺
激、ならびに、骨粗しょう症の局所的処置または防止、
および第９図の装置を利用した骨粗しょう症の全身治療
または予防に効果的である。

実施例下記の実施例は、本発明をさらに充分に例示するため
に付与するものであり、付属のクレームに定義された本
発明の範囲を限定するものではない。

実施例１ケイソウ（珪藻類）を、Ca⁺⁺の基礎周波数16Hzおよび
Ca⁺⁺について式f ch＝XBq/2πｍで付与される奇数倍周
波数の双方において本発明の変動性磁場にさらした。基
礎周波数に加えてＸが３、５、15である場合、ケイソウ
の運動（これは、細胞内カルシウムイオン濃度の上昇に
よって持たらされることが公知である）が著明に活発に
なることが認められた。Ｘが７、９、11、13および17の
場合には、運動の増加が持たらされなかった。

実施例２インビトロ（ガラス器内）に単離した８日齢ニワトリ
大腿骨を、式f ch＝XBq/2πｍ（式中、ＸはCa⁺⁺につい
て５、Mg⁺⁺について３である）に従ってカルシウムとマ
グネシウムイオンに同時に“調波”同調させた磁場をさ
らした。先に説明したように合成磁場であるＢの非例正
味平均値20.9マイクロテスラにおいて、f csを80Hzとし
た。対照に比較して、骨成長の増加が観察された。

さらに詳しく述べると、産まれたばかりの受精した白
色レグホーンニワトリの卵を得、これを湿度100％、40
℃で８日間ふ化後取り出し明かりに透かした。各回の実
験について、正常に見える胚を有する卵26個を選択し
た。卵を開き、胚を滅菌ペトリ（Petri）皿に取り出し
た。発生または発育段階が以上な胚は全て処分した。胚
の脚の大腿骨を鉗子で鋭利に切断除去し、ハンクスバラ
ンストソールトソリューション（Hanks′ Balanced Sal
t Solution;H B S S）で湿らせ別の滅菌皿に入れた正方
形の滅菌ガーゼに右と左を対にして移した。この皿か
ら、この対を正方形の乾燥滅菌無漂白モスリンを移した
後、切断用顕著鏡下で前後に回転し付着組織を除去し、
軟骨膜／骨膜以外の全ての組織を骨から取り除いた。組
織の除去については、顕微鏡によって確認した。各対の
右脚を対照として残し、したがって左脚が被見物となっ
た。

上記の方法で培養用に作成した単離大腿骨を12穴培養
平板（リンブロ（Linbro）のウエルに入れた。小三角形
の316ステンレス鋼メッシュスクリーンを各ウエルに入
れた。メッシュを平板の底部からわずかに離して持ち上
げるため角は折りたたみ培地を循環させた。完壁に洗浄
した通常のレンズペーパーで作った三角形を滅菌しメッ
シュスクリーンの上に起き、大腿骨はレンズペーパー上
に対を直角の位置に配置し置いた。ウエルにも同様に順
に番号を付けたので、角大腿骨を後で識別することがで
きた。

各ウエルが準備できるとともに、抗生物質および抗真
菌剤（ギブコ（GIBCO）を含有する滅菌BGJb培地フイト
ン−ジャクソン（Fitton−Jackson）改良、ギブコ（GIB
CO）を0.5mlずつ各ウエルに入れた。この量は、レンズ
紙をちょうど飽和するに充分な量で、移植した大腿骨上
に培地のメニスカスを作ることができた。余り培地が多
いと成長が不全となることがなかった。その理由として
は、大腿骨が培地表面下にあると、ガス交換も不全とな
るからである。各平板について完了すると同時に、フタ
をし、コントロール条件、又は大気中５％CO₂で40℃の1
00％湿度の雰囲気を含有するウオータ・ジャケットのCO
₂インキュベータ内の実験的条件のいずれかに置いた。
一日置き、新鮮培地としながら、以後の培養をインキュ
ベータ内で７日間行った。

左大腿骨を入れた皿は、本発明の方法に従って15cm直
径のヘルムホルツ補助コイル間に置いた。Ｂ磁場強度の
非零平均値は、20.9マイクロテスラに設定した。ベック
マン（Beckman）FG−２関数発生器はコイル軸に沿って8
0Hzのac正弦波を供給し、その振幅はピーク対ピークで3
0マイクロテスラに設定した。信号の周波数は、NBS標準
線源で校正したベックマン（Beckman）UC−10周波数カ
ウンターでチェックした。acおよび静止磁場の振幅を、
NBS標準で校正した単軸磁束磁力計（シェーンステット
・インスツルメンツ・モデル（Schonstedt Instruments
Model）2200−DS）で調べた。前記の磁力計からのアナ
ログアウトプットを、同時にNBS標準電圧標準で既に校
正したテクトロニックス（Tektronix）204Aオッシロス
コープへ流し読み取った。磁場は、大腿骨中を水平に通
過させた。

Ｂを20.9マイクロテスラに設定しac周波数（f cs）を
80Hzに設定した同様の処置について、これらの条件はＸ
が５であるCa⁺⁺とＸが３であるMg⁺⁺のf ch値の５％以内
の周波数を表わすことが計算で容易に確認されるであろ
う。これらのf ch値は先にそれぞれ別個に、ケイソウ運
動を刺激する上で効果的であることが示された。この組
み合わせを用いて、両イオンの同時刺激が達成された。

対照培養は実験と同じチャンバーに保持したが、磁場
からは遮蔽した。対照大腿骨を供したac磁場強度は実験
群と比較して少なくとも２桁程低かった（ピーク対ピー
クで0.3マイクロテスラを超えない）。チャンバー内の
周囲60Hz磁場は、0.1マイクロテスラ未満であった。

実験終了時において、培地を皿に各ウエルから除去
し、等量のミロニッグズ・ニュートラル・バッファド・
ホルマリン（Millonig′s Nentral Buffered Formali
n）で置換した。固定および収縮を実施するため24時間
置いた後、大腿骨をゆっくりとレンズペーパーから除去
し、長さおよび中央骨幹直径を一対のメートル副尺キャ
リパーで測定した。盲験法で測定した記録した。大腿骨
を次にウエルに戻したが小片の紙製分割剤で分離しそれ
らの識別固定が可能とした。それらを次に脱石灰化しア
ルコールおよびベンゼンを介して54゜のパラプラスト
（Paraplast）に包埋後縦方向に８ミクロンに切断し、
マイヤーズ・ヘマトキシリン・エンド・エオシン（Maye
r′s Haematoxylin and Eosin）で染色した。

本切片を光学顕微鏡（オリンパス（Olympus）CH−
２）下で検査し、骨体環長と厚さの測定を接眼レンズマ
イクロメータで行った。また、骨の組織学的外観につい
て注意するとともに成熟度の評価も行った。詳細な形態
学的解析は行わなかった。そのわけは、差が非常に大き
かかったので、長さ、直径、環長、および環厚の測定に
関して意外は統計に頼ることは不必要と考えられたから
である。これらの測定値について、実験群と対照群の対
についてスチューデント（Student）のＴ検定を行っ
た。実験は二重に行った。したがって、イオン群の96骨
体は48の実験群と48の対照群に分けられた。これらの数
によって、統計的に明らかな推定ができた。

全実験の数的結果を下記の表Ｉに示した。

対照群:2回の実験の値について統計的に有意な差は見ら
れなかった。したがってそれらをまとめた。

対照群の組織外観は実験毎に異なるということはなか
った。それらが呈した像は、本質的に正常であった。骨
端は、実質的に密で細胞性ヒアリン軟骨で校正されてい
た。骨体環はかなり非薄しているが充分に骨化されてお
り、一方、中央骨体領域は中等度に過形成された軟骨細
胞を含有し２〜３のピクノーゼ核を有していた。しか
し、軟骨マトリックスの石灰化はほとんどかまたは全く
なかった。

実験処理：カルシウムおよびマグネシウム両イオンをCR
条件に供すると、その結果は、カルシウムおよびマグネ
シウムそれぞれについて先に見られた結果を本質的に複
合したものであった。骨は有意に（Ｐ＜.01）長くな
り、（＋12％）かつ肥厚しており（＋47％）、かつ骨体
環長（＋99％）および厚さ（＋80％）も同様に増加した
（Ｐ＜.01）．堅さは22％程増加した。

組織学的には、カルシウムイオン刺激の時と同じよう
に骨は石灰化が進み、中央骨体領域は著名な石灰化が呈
した。しかし、この効果の度合はカルシウム刺激だけよ
りもわずかに低かった。残りの骨は、全般的に拡張して
おり、マグネシウムイオン同調だけの時と同じであっ
た。

実施例３同時複数イオン同調の研究は、骨格が成熟したウサギ
を用いて腓側骨切除によって行った。骨格が成熟した
（2.5kg）雄雌ニュージーランドホワイト（New Zealand
White）ウサギ12匹を、各群６匹の２群に分け、麻酔し
た。麻酔後において、両脚の毛を側方から剃り、ベタジ
ン溶液で着色した。膝に対して1cm尾側を切開し2.5cm延
ばした。腹側および腓側部分の筋肉を分離し腓骨を露出
させた。骨膜を裂き骨からそらした。右側では、骨膜を
元の位置に戻した。これらの骨は、偽手術群とした。左
側では、腓骨の1cm片を骨から分離し、腓骨と脛骨の癒
合部に対しておよそ1cm頭側から分離した。骨膜は元に
戻した。これらの骨は、手術群とした。両側の傷口を層
状にして閉鎖し、ステンレス鋼縫合で終わりとした。そ
の後動物はケージに戻し回復させた。

動物６匹はケージに入れ、本発明の方法に従って何対
かのヘルムホルツ補助コイルの間に入れた。それらに対
して１日30分間刺激した。この動物６匹は次に、本発明
の方法を用いてカルシウムとマグネシウムに同時に同調
させた変動性磁場に曝した。（Ｂ）磁場のノンゼロ平均
値は40μテスラ、ピーク対ピークで30マイクロテスラで
あり、その周波数（f cs）は153Hzであった。容易にわ
かるように、この対の条件は、Ｘが５である、カルシウ
ムおよびＸが３であるマグネシウムのf chの５％以内の
f cs値を付与する。他の６匹の動物は全く磁場刺激を受
けずしたがって対照として作用した。

１カ月刺激後において、ウサギをケージから取り出
し、CO₂吸入によって壊死させた。脚部を関節からはず
し取り出した。各脚についてＡ−Ｐラジオグラフを撮影
し、次に筋肉組織を骨からはがした。腓骨および仮骨の
直径をデジタルマイクロメータでラジオグラフから測定
した。腓骨を取り出しキャンチレバー曲げ試験ジグに締
め入れた。各大腿骨は、クランプジョー先端から1.5cm
上に位置したフオース・トランスデューサの先端に対し
てマイクロメータ・スクリューで骨を動かすことによっ
てＡ−Ｐ軸内で曲げた。この骨の長さには、骨切除術部
位も含まれていた。この骨は1mm曲げ、曲げを生ずるの
に必要な力をコンピュータ接続オッシログラフで記録し
た。これによって、スクリーン上に力対たわみのグラフ
ができた。術側対偽術側のＦ−Ｄ比を比較した。

試験の結果を、グラフで表Ａに示した。

これらの結果から、カルシウムとマグネシウムについ
てサイクロトロン共鳴条件に同時に調波的に同調させた
磁場を本発明の方法にしがって適用することは、カルシ
ウムの無機質化効果とともにマグネシウムの成長および
骨遺伝的効果を持たらす。

これらの実施例は、奇数倍調波同調および１個を超え
るイオンに対する同時同調の用途の双方の有用性に関す
る知見を供給する。調波重複を用いてその他の同時同調
も可能であること、および本実施例の他の装置または他
形成を除去することを意味していないことが理解され
る。相補性の奇数調波を見い出すことのできる全ての対
形成が本発明で予測されている。

【図面の簡単な説明】

ことらの利点およびその他の利点さらに本発明の特徴を
さらに充分に下記に述べ、かつ添付図面と関連させて記
載する。第１図は、本発明の変動性磁場に曝される生細胞の概略
斜視図である。第２図は、本発明の局所磁場成分を含む複合または正味
の磁束密度形成を例示した概略図である。第３図は、本発明のイオン制御性、変動性磁場を発生す
る装置の概略電気図である。第４〜７図は、第３図に示した装置が発生した信号波形
を例示したものである。第８図は、インビボにおいて生体組織を局所的に治療す
るために用いる本発明を例示したものである。第９図は、全身治療装置を提供する本発明の用途を示し
たものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブルースアールマクレオドアメリカ合衆国モンタナ州 59715 ボゼマンウエストカーテイス 411 (56)参考文献米国特許4818697（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61N 1/30 A61N 2/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め選択されたイオンの膜を横切る移動を
制御するための装置（30）で、予め選択されたイオンの存在下において膜（38）が配置
されている空間（36）を突き抜けて伸びる既定の軸に平
行な印加磁場を発生する手段（10A,10B）で、前記印加
磁場が前記の既定軸に平行な既知な平均値の磁束密度を
前記の空間内に発生し、前記既知の平均値が非零平均値であるように前記磁束密
度を変動させるための前記磁場発生手段に結合した手段
（16）、前記変動の周波数と前記磁束密度の前記非零平均値の間
に予め定めた関係を作りそれを維持する手段から成り、前記予め定めた関係は、等式f ch＝XBq/2πｍを用いて
決定され、そこにf chは前記変動する磁束密度の周波数
（ヘルツ）であり、Ｂは既定の軸に平行な磁束密度の非
零平均値（テスラ）であり、ｑは予め選択されたイオン
の電荷（クーロン）であり、ｍは予め選択されたイオン
の質量（キログラム）であり、Ｘは１より大きい予め選
択された奇数であることを特徴とする、予め選択された
イオンの膜を横切る移動を制御するための装置。
【請求項２】少なくとも２つの異なるイオンの膜を横切
る移動を同時に制御する装置（30）で、少なくとも２つの異なる予め定めたイオンの存在下にお
いて膜（38）が配置されている空間（36）を突き抜けて
伸びる既定の軸に平行な印加磁場を発生する手段（10A,
10B）で、前記印加磁場が前記の既定軸に平行な既知の非零平均値
の磁束密度を前記の空間内に発生し、前記既知の平均値が非零平均値であるように前記磁束密
度を変動させるための前記磁場発生手段に結合した手段
（16）、前記変動の周波数と前記磁束密度の前記非零平均値の間
に予め定めた関係を作りそれを維持する手段から成り、前記予め定めた関係は、ｉ）等式f c＝Bq/2πｍを用いて各イオンに対する基
本周波数（f c）を確立し、そこにf cは基本サイクロト
ロン共鳴周波数（ヘルツ）であり、Ｂ、ｑ及びｍは今後
定儀され、 ii）等式f ch＝XBq/2πｍを用いて各イオンに対する
奇数調波周波数（f ch）を決定し、そこにf chは前記変
動する磁束密度の周波数（ヘルツ）であり、Ｂは既定の
軸に平行な磁束密度の非零平均値（テスラ）であり、ｑ
は各予め選択されたイオンの電荷（クーロン）であり、
ｍは各予め選択されたイオンの質量（キログラム）であ
り、Ｘは１より大きい予め選択された奇整数であり、 iii）選択されたイオンに対する共通制御周波数（f c
s）を選択し維持し、これは各選択されたイオンの基本
周波数（f c）又は奇数調波（f ch）の10パーセント以
内であることを特徴とする少なくとも２つの異なるイオ
ンの膜を横切る移動を同時に制御する装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の装置（30）におい
て、前記予め選択された整数が１と20の間の奇数から選択さ
れる装置。