CN100563750C - 用于以磁场进行治疗的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用磁场进行治疗的装置，该装置具有良好的可传输性和可存储性，并可使患者感到方便，特别是它可以廉价地制造，该装置包括一个用于产生第一磁场的第一装置和一个用于产生第二磁场的第二装置以及一个支撑物，特别是一个具有上侧面和下侧面的垫子，该垫子用于承载接受治疗的患者的身体范围。

Description

用于以磁场进行治疗的装置和方法

技术领域

本发明总的涉及一种以磁场进行治疗的装置和方法，特别是以自旋(Spins)和/或磁矩的形式对需要治疗的组织进行作用。

背景技术

非侵入性治疗方法在新的医学应用领域中日益增加。与本申请的发明相关，利用外部磁场进行医疗处理的装置和方法特别受到重视。虽然人们目前对这一治疗方法的详细作用方式还没有完全了解，但是该方法的治疗结果在科学上是得到了验证并且该方法得到了广泛认同。对于已知的磁场疗法的结果的研究参见“整形外科实践(

Praxis)”8/2000，36卷中的510至515页，并且也可参见Fritz Lechner在1989年的著作“电刺激和磁场治疗。应用、结果和质量保证(Elektrostimulation und Magnetfeldtherapie.Anwendung，Ergebnisse und

)”。

特别是在研究中已经发现，磁场治疗可以使得患者的症状得到明显的改善而基本上不会产生明显的有害副作用。磁场治疗的另一个很大的优点是可以尽可能完全避免将会给患者带来很大痛苦、危险并且花费高昂的手术治疗。

例如在DE 40 26 173中公开了一种装置，该装置产生脉冲调制磁场对患者进行治疗。治疗中将身体组织放置在一个由恒定磁场和交变磁场叠加产生的磁场中。

典型的产生脉冲磁场的方法是使得一个脉冲电流流过一个线圈。但是这种在线圈中产生的脉冲磁场需要很大的能量，而且反应迟钝，这是由于线圈的电感使得磁场的变化变慢。

这种磁场的治疗效果还在于对骨质疏松症及中风后症状的缓解。这表现为通过使用磁场可以促进传导过程和/或新陈代谢过程，这对于治疗具有积极作用。目前人们认为磁场治疗的积极作用是由于磁场和细胞的组成成分(质子、离子等)之间的能量交换所形成的。此处的能量传递被解释为通过离子回旋共振(ICR)在生物体中的刺激和/或吸收来进行，因此需要寻找合适的ICR条件。一贯的方式是用已知的装置产生ICR条件。

然而上述的解释在有些情况下是存在问题的，因为通常的回旋共振只在自由粒子中出现，例如在真空中或者在一个半导体的导带中的电子。另外可以通过简单的计算说明，回旋加速运动将在一个环形轨道上进行，而该轨道的半径已经超过了人体横截面的平均直径。这意味着特别是对于固体组织，能量传递的回旋共振解释是存在问题的。

也可以认为治疗效果是基于人体内的压电过程。该解释认为在每一个身体关节周围存在一个电场，由于软骨组织具有压电特性，则在健康的情况下每一次运动将产生一个压电电压。在病态情况下，可通过诱导电压将该压电电压激发出来。参见Christian Thuile的著作“磁场治疗全书(Das Groβe Buch der Magnetfeldtherapie)”，1997年于林茨出版。

另一种用于生物体的磁场治疗的装置在公开文本WO 99/66986中由相同的申请人公开，在该装置中在需要治疗的身体中产生自旋共振。这一在公开的说明书WO 99/66986中所描述的装置基本上可实现如下的目的，即可使用磁场进行在所有生物体组织中特定的可重复的治疗，而与离子部分是否存在无关。以上述已知的装置的积极治疗作用是通过产生一个自旋共振和自旋共振序列实现的。在这种情况下，还特别使用核磁共振来进行能量传递。

在其他技术领域中，核磁共振方法(所谓的NMR方法)长期以来就已知了。特别是用于医疗诊断以及高精度磁场的测量中。对于后一种应用，例如可以参考“Virginia Scienctific FW101 FlowingWater NMR Teslameter”。在www.gmw.com/magnetic- measurements/VSI/FW101.html中可以找到该应用的描述。

需要注意的是在已知的医学治疗装置中都带有大型的线圈系统，用以产生磁场并使之变化。但是这种大型的线圈系统具有很大的电感，这将导致很长的开关时间常数和很高的能量消耗。开关时间长的缺点是相对于体内的动态过程而言效率低下。

此外，线圈系统还典型地被设计为具有一个开口，在开口中放置患者身体的一部分，例如臂或腿。因此所述的已知的装置在结构上讲是不匀称的，在其存储和运输的可能性上是具有缺点的。通常对于患者而言也是不舒服的。另外大多数已知的装置的能量消耗很高，因为磁场是由线圈系统所产生的。

此外这些装置在物理学-生理学作用方式上，以及在身体内所产生的过程上还存在一系列未解决的问题。由于没有准确地了解作用方式，在过去很难实现优化设计以及在装置运行中的参数优化。

因此本发明的一个任务是提供一种改进了的装置，以及一种以磁场进行治疗的改进方法。

本发明的另一个任务是提供一种装置和方法，使得在身体中通过移动产生电磁刺激，特别是在地磁场中移动过程中，身体的自然的磁矩行为可以被模仿或者仿真。

本发明的另一个任务是提供一种装置和方法，具有很短的开关时间常数并且能量消耗小。

本发明的另一个任务是提供一种以磁场对患者进行治疗的装置，该装置可以被很容易地存储和运输，并且使得患者感觉舒服，特别是可以廉价地制造。

本发明的任务可以通过极其简单的方式根据权利要求1，16和47的主题加以解决。具有优点的优选改进型是从属权利要求的主题。

本发明基于很惊人的知识，即在以磁场进行治疗中，积极的治疗效果可以由自旋共振信号的移动激励来产生。

在人体、动物或者其他有机体中存在有磁矩，例如电子自旋矩及核自旋矩，它根据地磁场来定向并由此产生宏观的磁化。身体部分的任何运动都将导致磁化方向的微小改变。只要磁化的定向方向与地磁场的方向不平行，则该磁化将以大约2000赫兹的频率在地磁场中运动，并由此感生出一个与周围环境频率相同的交变电压。该感生电压可由外部线圈测量出，其量级约为mV级。但是在身体中由于间距较小，这一感生电压明显很大。人体的神经系统对这一电压作出反应并识别出肢体的运动。作为结果将激发新陈代谢，因为肌肉的工作需要能量。

不同的疾病症状限制了患者的运动以及新陈代谢机制。以按本发明的装置和方法可以产生一个预先设定的、有目的的自旋旋转，并在组织中产生宏观的磁化。由于地磁场在身体中自然产生的自旋共振，使有机组织以为运动已经发生，但实际上运动并未发生。这样，根据本发明的装置可以产生合适的磁场，它可以使得自旋和/或磁化的方向以模拟在治疗区域中的身体部分的运动的方式发生改变。因此使用本发明可以在对骨质疏松症的治疗中实现很好的治疗效果。

本发明的第一个实施例中的特征在于根据本发明的、以磁场进行治疗的装置具有一个第一设备和一个第二设备，用于分别产生第一磁场和第二磁场，还具有一个支撑物，特别是一个垫子，该垫子用于安放或承载待患者治疗的身体部分或患者的整个身体。这里的支撑物，如垫子，限定了一个上侧面和一个下侧面，最好在两个侧面之间设置第一设备和第二设备，用于产生第一磁场和第二磁场。这种设置实现了很紧凑的结构，特别是实现了一个很平坦的结构。

除了设置有用于产生第一磁场和第二磁场的设备的垫子之外，例如还可以使用一个治疗床或治疗椅作为支撑物。另外，可以安放在患者身上或者安放在待治疗组织上的系统也是可行的。例如该支撑物可以具有多翼结构，它可以位于患者的一个身体部分上，特别是位于头部。例如该结构可以具有两个或更多的翼形结构，它们的尺寸保证使得它们位于患者的两耳或者下颚周围。特别是利用这种支撑物形式，用于产生第一磁场和第二磁场的第一和第二设备翼形结构中可以分别集成在两个或更多的或者所有的。

另外，支撑物也可以采用绑腿的形式，例如可以绑在臂上或腿上。

另外，支撑物也可以具有一个遮盖物结构，这样可以具有优点地应用于某些情况下。在给动物进行治疗时，如给马匹进行治疗时，可以使遮盖物位于动物的上部。

如权利要求1至14中任一项的装置，其特征在于支撑物具有治疗床和/或治疗椅和/或多翼结构，并位于患者的身体部位周围，特别是位于头部，和/或绑腿和/或遮盖物结构。

支撑物的形状和性质在上述示例中进行了详细的说明，对其没有限制，可根据使用目的进行相应的匹配。

患者身体组织中的原子核在磁场中定义或者给出了一个自旋谐振频率。该谐振频率与磁场强度有关。例如对于氢原子，下式成立：

F[kHz]＝4.225×B[高斯]，

其中F是核磁谐振频率，单位为千赫，B是磁场强度，单位为高斯。例如当磁场强度为4高斯时，核磁谐振频率为16.9千赫。

第二设备最好被设计为可以产生一个交变磁场。因此产生第一和第二磁场的第一和第二设备构成了一个典型的核磁共振装置。因此第二磁场最好以自旋谐振频率振荡，该自旋谐振频率主要由粒子的特性、人体中的元素或化学成份、以及第一磁场的强度所决定。由此产生的自旋谐振频率建议在1千赫到1兆赫之间，特别是优选地在2千赫到200千赫之间，最好在大约100千赫的频率范围内。

在一个优选实施例中，第一和第二设备设置在同一个平面内，该平面与放置垫子的平面相互平行。在这种情况下，可以将第一和/或第二设备最好完全设置在垫子的上侧面和下侧面之间。这样得到了特别简单和实用的实施方式，此时患者只需要躺在垫子上就可以接受治疗了。采用这种平面的设置方式时还提供了平面的几何形状，其中在治疗区域内还可以产生相互正交的磁场。

如果根据一个优选实施例，使垫子通过一次或多次折叠细分为两个或更多的部分，则该装置可以非常方便地存储和运输。此时最好使第一和第二设备包含在垫子的相同部分内。垫子的厚度最好约为3至10厘米，宽度为70厘米，长度为210厘米，这样例如在折叠两次的情况下，其尺寸约为9至30厘米×70厘米×70厘米。

第二设备最好具有一个环形线圈。这将构成一个线圈平面，在该线圈平面内设置绕组，并形成一个与平面垂直的线圈轴。正如本领域技术人员所知的那样，主要在线圈的中部产生一个与线圈轴方向相同的磁场。线圈或第二设备在线圈轴的方向上的延伸小于50厘米，建议为小于20厘米，特别是小于10厘米，最好是在2厘米和6厘米之间。线圈或第二设备在线圈平面具有一个圆形或椭圆形或一个带有半圆形端部区域的长形的形状。特别是线圈在线圈轴方向上的延伸尺寸最好比线圈平面上的延伸尺寸要小，至少小一个因数2，最好小一个因数5。通过这种特殊的形式，可以使其完全包含在平坦的垫子中，并同时产生一个高效的磁场，这是在已知的大型线圈结构通常是不可能实现的。

第一设备最好具有至少一个、两个、三个，特别是四个线圈，其中每个线圈最好与一个固定磁铁相结合，例如由铁磁性材料构成。以此可以通过铁磁性材料具有优点地形成一个强的、恒定的基本磁场，并通过线圈形成一个在时间上可变的附加磁场，这两个磁场相叠加。

以此可使用相对较小的线圈和消耗较小的能量同时产生一个有效的磁场。

在一个优选的改进型中，用于分别生成第一磁场和第二磁场的第一设备和第二设备设置在一个平面内，该平面平行于垫子的上侧面和第二设备的线圈平面。其中如果第一设备中具有两个或更多的线圈和/或固定磁铁，则第二设备最好设置在它们之间的中央部分。

特别是治疗用的磁场至少包括第一磁场和第二磁场的叠加形成。在垫子表面上方的治疗区域内，特别是在治疗时患者躺卧的位置，由第一设备产生的磁力线基本上与垫子表面平行，或与其成0至30度或0至45度的锐角夹角，和/或第一设备产生的磁力线基本上与第二设备产生的磁力线垂直或与其成45或60度至120度或者135度的钝角夹角。第二磁场与垫子表面的夹角范围优选地为30至150度之间，特别建议为45至135度之间，尤其建议为60至120度之间，最好是与垫子的上侧面垂直。

在本发明的一个实施例中，治疗磁场按如下方式随时间变化，即通过治疗磁场随时间的变化使得自旋的方向或由于自旋所产生的宏观磁化方向以模拟在治疗区域内身体部分在地磁场中运动的方式来变化。

建议第一磁场包括一个最好是恒定的第三磁场，该第三磁场最好由固定磁铁或铁氧体产生，和一个最好随时间变化的第四磁场，该第四磁场最好由与固定磁铁相结合的辅助线圈产生，第三和第四磁场基本上平行叠加或在其他方向上平行叠加。其中第三磁场的磁场强度建议为0.5至500高斯，具有优点地为10至50高斯，特别具有优点的是在23至24高斯的范围内。第四磁场也可以是调制磁场，它作周期性的振荡，最好在-10至+10高斯，具有优点地在-1至+1高斯，特别具有优点的是在-0.5至+0.5高斯之间规则振荡，其中后者大约对应于地磁场的强度。本领域技术人员可知，其中第三磁场是一个恒定的基础磁场，而第四磁场是第一磁场的辐度调制。

建议第四磁场表现为一个以0高斯为中心对称的三角波或锯齿波的振荡，以使得第一磁场以第三磁场的值或恒定基础磁场为中心振荡。因此第一磁场最好以三角波的形式进行辐度调制。在第四磁场消失的位置，数学上的共振条件可以精确满足。第三磁场的强度至少为第四磁场最大强度的四倍，十倍或者二十倍。

如果第二磁场是交变磁场，其频率为组织中粒子在第三磁场中的自旋谐振频率，并基本上垂直于第一磁场入射，则该设置将导致一个所谓的快速绝热流的出现。

第二磁场或交变磁场最好在第一磁场的上升沿和下降沿具有不同的强度。特别具有优点的是第二磁场在第一磁场的下降沿处开始入射并且在下降沿处关闭，反之亦然。因此自旋或宏观磁化在第二磁场“开启时刻”偏离基本磁场的方向绝热地转出，并在第二磁场的“关闭时刻”再次反射回来。

因此第四磁场或者第一磁场辐度调制的频率最好与组织内部粒子的自旋栅格回复时间相匹配。这样实现了第一磁场的优选调制周期为1ms至10s，建议为10ms至1s，特别是在200ms范围内。

作为快速绝热过程设置的替代，第二磁场或交变磁场以一个短脉冲，例如所谓的90°脉冲或180°脉冲入射。

以下将结合具有优点的实施例以及附图对本发明进行更详细的说明。

附图说明

图1a为本发明第一实施例的主视图，单位为mm，

图1b为在图1a中沿着剖面线A-A的剖面图，

图2为磁场B(t)随时间的变化，以及所导致的宏观磁化M(t)，

图3为宏观磁化M在一个恒定磁场B₀中的排列的示意图，

图4为磁场B(t)随时间的变化，以及在90°脉冲入射时所导致的磁化分量M_z(t)和M_xy(t)，

图5为一个核磁共振信号的振荡显示输出，具有一个参考频率为100kHz的相位敏感的探测信号(Detektion)，

图6为核磁共振信号在B₀＝23.4高斯时的时序图，

图7为核磁共振信号在B₀＝23.2高斯时的时序图，

图8为核磁共振信号在B₀＝23.8高斯时的时序图，

图9为磁场强度作为相对频率函数时的曲线图，

图10a为在快速绝热曲线在t₀时刻的磁场空间排列的示意图，

图10b与图10a相同，以t₁代替t₀，

图10c与图10a相同，以t₂代替t₀，

图11为第一和第二磁场的时间曲线的示意图，

图12为带有控制电子电路的根据本发明的装置的框图，

图13a为本发明第二实施例的主视图，

图13b为在图13a中沿着剖面线A-A的剖面图，

图14为用于控制第二实施例中线圈的控制电路的框图。

具体实施方式

通过核磁共振可以改变体内的磁化方向，而不必进行身体的移动，因为感生出的核磁共振电压可以刺激身体自身的运动过程。人们可以使用本发明中的装置和方法进行治疗，刺激或加速新陈代谢。

图1a和图1b显示了本发明的第一实施例，其中所显示的尺寸仅为示范尺寸。根据本发明的装置1包括一个分为三部分并可以折叠的垫子10，图中对其只画出了中间一段12，在图面中延伸。在垫子10的中间段12中，垂直于图面具有一个第二装置，该装置被设计为一个平面环形线圈14的形式，用于在一个由弹性材料例如泡沫塑料制成的衬垫16中产生第二磁场。环形线圈或者发射线圈14位于图平面中，其宽度约为B＝350mm，高度约为H＝550mm，其中端部14a，14b分别设计为半圆形。与图平面垂直的线圈的长度约为L＝52mm。线圈的横截面由长度L和横截面宽度限定，该横截面宽度大约为QB＝75mm。垫子的厚度大约为D＝132mm，环形线圈位于垫子的中心，使得约为40mm的衬垫16设置在垫子的上侧面和下侧面之间。线圈的左侧和右侧分别具有两个装置22，24，26，28，用于产生第一磁场，它们分别具有固定磁铁32，34，36，38以及辅助线圈42，44，46，48，这些辅助线圈位于垫子的平面内，包围着固定磁铁。各装置22，24，26，28的高度大约为200mm，宽带大约为100mm，长度大约为L＝52mm，且长度方向垂直于图面。各装置22，24，26，28在宽度方向上与环形线圈14之间的间距大约为50mm，每两个装置，即22和24以及26和28在垂直方向上彼此相邻。

90°核磁共振信号脉冲方法

如上所述，本发明的第一实施例使用了脉冲方法，在以下将作出详细描述。

我们身体中的分子或高分子复合体的大部分由氢原子构成，氢原子例如存在于水(H₂O)中或者有机分子(例如CH₂或CH₃)中。氢原子核或氢离子是质子。质子具有磁矩和自旋(因此具有转矩)，它们之间存在一个比例关系γ(回转磁性因数)。对于质子，该因数为γ＝2.67522×10⁸T^-1s^-1。一个静态磁场B₀，例如地磁场，产生时间常数为T₁与时间成指数关系的宏观磁化M(t)。如下式：

M(t)＝M₀(1-e^-t/T1)

其中

M₀＝χB₀

其中T₁是自旋栅格回复而产生时间，M₀是磁化的不对称值。磁化M(t)随时间的变化由恒定磁场B₀上升所造成的跃变激励所产生，在图2中加以说明。对于人体组织中的质子或者氢原子T1的值为：

T1＝10s...10^-3s

最好在治疗前进行一个自旋回声测量，以确定自旋栅格回复时间。

宏观磁化M不对称地平行于施加的磁场B＝B₀，如图3所示。图3中还示出了一个直角右手坐标系XYZ，在以下说明中用于定位。

在微观上和量子力学上要求所有围绕B₀进动的质子具有频率f₀。该频率称为洛仑兹频率。洛仑兹频率f₀按下式确定：

$f_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{2\mathrm{\π}}$

因此由上式可知，在地磁场中，即B₀＝0.5高斯＝5×10^-5特斯拉的情况下，

$f_0=\frac{\mathrm{\γ}{B}_0}{2\mathrm{\π}}=\frac{2.67522\·{10}^8\·5\·{10}^{-5}}{2\mathrm{\π}}\mathrm{Hz}=2128.872\mathrm{Hz}$

即在地磁场中质子的洛仑兹频率约为2kHz。洛仑兹频率也可能因为化学键的原因而仅发生很微小的变化。

图5中显示了一个使用100kHz，23.5高斯的频谱仪在500ml水中所作的自旋回声测量的洛仑兹频率实验验证结果。使用了一个90°脉冲和一个180°脉冲辐射并检测回声。图6至8以放大的时间尺度显示了B＝23.2高斯，B＝23.4高斯，B＝23.8高斯情况下第一磁场的自旋回声。第一磁场B由一个恒定磁场B₀和一个随时间变化的磁场ΔB₀平行叠加产生，恒定磁场B₀由四个固定磁铁，例如铁磁体结构的磁铁32，34，36，38所形成，随时间变化的磁场ΔB₀由四个辅助线圈42，44，46，48所形成。

在图9中，对于图6至图8的三个测量点给出磁场(以高斯为单位)随相对频率(以Hz为单位)的变化曲线。图中的直线是由测量点线性内插得到的。相对频率代表了与谐振频率f₀之间的频率偏差，该谐振频率f₀通过基本磁场B₀＝23.5高斯确定。

根据一发明的装置包括一个平面线圈或发射线圈14，该线圈用于产生第二磁场，它表现为一个频率f₀大约为100Hz的交变磁场B₁。该频率与一个在平均磁场强度B＝23.5高斯的磁场中的质子的洛仑兹频率相同。

为此目的，最好将发射线圈14以非常简单的方式连接到一个电容器，以构成一个振荡电路。该振荡电路的谐振频率f_LC为：

$f_{\mathrm{LC}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

其中L为发射线圈14的电感，C为电容器的电容。

当患者的身体部分或生物组织位于强度最初恒定为B₀＝23.5高斯的第一磁场B中时，组织的宏观磁化M为平行于B₀的核自旋的矢量和，其中在本实施例中B₀平行于Z轴(参见图3)。

现在为使得磁化M偏离于B₀方向，可使用核磁共振方法。虽然患者的身体没有发生移动，但是通过核磁共振将使得磁化改变方向。感生电压的作用是使得患者身体产生了仿佛在移动的效果。人们通过这种核磁共振治疗方法可以刺激新陈代谢。

使用所谓的90°无线电频率脉冲可以使得磁化旋转90°。磁场和磁化分量M_Z(t)和M_XY(t)随时间的变化在图4中绘出。发射线圈14的轴平行于X轴，发射线圈将产生一个旋转高频场B₁或者一个在X方向上线性振荡的高频场。宏观磁化M以频率f₁绕X轴进行旋转，从正Z方向旋转到XY平面。此时：

$f_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{2\mathrm{\π}}$

其中：

ω₁＝γB₁

M旋转的角度α为：

α＝ω₁t

对于90°旋转，即α＝π/2，90°脉冲t₉₀的时间周期为：

$t_{90}=\frac{\mathrm{\π}}{2\·{\mathrm{\γB}}_1}$

在90°脉冲发射之后，宏观磁化M位于Y方向。它以ω₀旋转到Z轴，并在高频线圈中感生出一个电压，该电压作为核磁共振信号可进行测量。该信号以时间常数T₂ ^＊同时间成指数关系延迟：

$M_{\mathrm{xy}}=M_0\·e^{-t/{T2}^{*}}$

对于均匀磁场B：T₂ ^＊≈T₂，

其中T₂为核磁共振时间常数。

对于弱均匀磁场B：T₂ ^＊＜T₂

对于液体：T₁≈T₂

T₂的典型值为：

自来水：T₂≈3s

蒸馏水：T₂≈30s至3分钟

人体组织：T₂≈10ms至1s

手的组织：T₂≈100ms至1s

快速绝热核磁共振过程

可选地，如图10a至10c中所描述，可以采用一个快速绝热过程使磁化方向发生有目的旋转从而取代上述的脉冲方法，以下给出详细描述。这通过第一磁场B的磁场变化或者交变磁场B1的频率变化实现，其中磁化M绕Z轴旋转0至180°。

在一个绕Z轴以ω₀旋转的坐标系(X’，Y’，Z)中，定义如下磁场：

ΔB₀＝B-B₀其中B₀＝ω₀/γ

B₁和

B_R

其中B₁是一个由线圈14产生的交变磁场或高频磁场，在t＝t₀时刻在X’Y’Z坐标系中平行于X’轴。B_R是由B和B₁叠加得到的磁场或治疗磁场。

图10a中给出了t₀时刻空间中磁场向量的瞬时方向。显示出的是由辅助线圈42，44，46，48所产生的第四磁场ΔB₀的向量，它平行于Z轴。其中ΔB₀正向或负向超过谐振第三磁场B₀以上或以上的磁场B，其中第三磁场B₀由铁磁体结构的磁铁32，34，36，38所产生，始终指向Z轴的正方向，并未在图10a至图10c中绘出。

最初只有磁场B(t)＝B₀发生作用，然后组织的宏观磁化指向Z轴方向并且单个的自旋以角频率ω₀沿Z轴方向运动。即自旋在X’Y’Z坐标系中最初是静止的。

现在第三磁场ΔB₀与交变磁场B₁增大，直至时刻t＝t₀，上述磁场叠加产生磁场B_R。交变磁场B₁(t₀)的向量指向X’轴方向。

交变磁场B₁以ω₀的频率基本上垂直于Z轴作线性振荡。作为替代，磁场B₁也可以以ω₀的频率绕Z轴旋转。在X’Z平面内二者的投影是等价的。由于核自旋也以相同的频率ω₀绕Z轴旋转，故而总是与磁场B₁同相位的。

根据经典的解释，在这种磁场形式中将始终具有一个力F作用在磁化或者自旋上，该力F将使得磁化或自旋在X’-Z平面内从Z轴处旋转出去。自旋在此旋转中基本上是保持同相位的。在此旋转中，第四磁场或调制磁场ΔB₀衰减到0，然后连续地在Z轴负方向上增加，以跟随磁场方向的变化。磁化的旋转可以转至Z轴负方向上，即核磁化的旋转达到了180°。

图10b中示出了磁化M的方向以及在时刻t₁不同的磁场方向，该时刻在时刻t₀之后。磁化向量M已经明显地从Z轴旋转开。

相应地，图10c中示出了时刻t₂的瞬时磁矩，它发生在时刻t₁之后。

为使得所希望的刺激运动的效果最大化，磁矩M应尽可能频繁地旋转。因此产生磁场ΔB₀的辅助线圈应在ΔB₀ ^max和-ΔB₀ ^max之间做三角形、锯齿形或者正弦形的运动，即对称于0作运动。图11中的上部示出了最优的第一磁场B(t)的三角形调制形式。另外时刻t₀，t₁，t₂的情况在图10a至图10c中绘出。在磁场B(t)下降时，发射线圈以及交变磁场B₁接通，以使得磁化从正Z轴旋转开，而磁场上升时，发射线圈断开。其结果是根据本实施例，对交变磁场B₁进行矩形幅度调制。对于第一和/或第二磁场的其他调制形式，正弦幅度调制等也包括在本发明的范围之内。在图11下部所示的块50示意性地代表了交变磁场B₁的出现时间。而交变磁场B₁的断开时间则解除了自旋或磁化。因此第一和第四磁场的调制周期与组织的自旋栅格解除时间相匹配或至少在数量级上相符合。因此第一磁场的时间变化周期最好为自旋栅格解除时间的十分之一到十倍，最好是三倍或五倍。

本发明的保护范围也包括如下情况，即使得调制磁场ΔB₀的下降沿比上升沿更陡，以实现更快的旋转。

以上通过第一磁场B(t)和调制对快速绝热过程进行了解释。以一个恒定的第一磁场B＝B₀也可以类似地实现该过程，进行相应的交变磁场B₁的频率变化(所谓的频率扫描(Frequenzsweep))。

另外，一个线圈轴位于Y轴方向上的接收线圈以相位敏感的方式检测感生出的核磁共振信号。该信号的时间积分与全部核磁共振信号的作用成比例，并实现最大化。

快速绝热过程的一个优点是第一磁场B具有多至约10％的不均匀性。即该方法的敏感性与已知的方法例如自旋回声方法相比是要低几个数量级。相应的对于第一和第二磁场之间的角度，本发明也是不敏感的。

图12示出了一个根据本发明的装置的电路设置示例，分别具有一个放大器52和54，用于驱动发射线圈14以及辅助线圈42，44，46，48。一个控制装置或控制逻辑56与发射线圈14和辅助线圈42，44，46，48、以及两个放大器52和54相结合，用于控制第一磁场和第二磁场的调制。

图13a和图13b显示了本发明的第二个实施例。其中图13a显示了这个第二实施例的主视图，图13b显示了图13a中的实施例沿着剖面线A-A的剖面图。垫子10具有一个平面环形线圈15，在其内部区域151中设有两个另外的环形线圈17和19。与图1a和图1b中所描述的实施例相同，本实施例也适用于例如90°核磁共振信号脉冲方法和快速绝热核磁共振方法。

使用环形线圈15可以产生一个准静态磁场B(t)＝B₀+ΔB₀。为实现更大的治疗区域，ΔB₀最好为B₀的一半。

平面线圈17和19可以在相反的感应方向上工作，因此这两个线圈的南极和北极分别指向垫子10的一个侧面。以这种方式线圈可以产生一个磁场B₁，它在垫子10的上部和下部区域21和23内，并基本上垂直于由平面线圈15所产生的磁场B。如果患者躺在垫子10上，患者的组织将位于区域21内。因此区域21限定了一个需要治疗的组织的治疗区域。

对磁场B(t)的时间变化以及B₁的时间变化如上述其他实施例中的方式进行控制。

与本发明的第一个实施例不同，磁场B在治疗区域内是大致垂直于垫子表面的，或者垂直于第一实施例中由线圈22，24，26，28所产生的磁场B(t)。另外在两个实施例中均不需要固定磁铁。恒定的磁场分量B₀可以如随时间变化的磁场ΔB₀一样，通过合适的对环形线圈15的控制所产生。

在图14中通过一个框图的形式说明了对线圈15，17和19的控制，用于产生准静态磁场B(t)以及一个交变磁场B₁(t)，该交变磁场B₁具有图11中所示的随时间变化的曲线。与图12中所描述的控制类似，该控制中也具有一个逻辑电路56。该逻辑电路56控制一个放大器58，用于驱动环形线圈15，它还控制另一个放大器，用于驱动环形线圈17和19以产生一个交变磁场B₁。在不具有恒定磁场的实施例中，放大器58产生一个恒定电流，该恒定电流在线圈15中产生一个恒定磁场B₀，放大器58还产生一个叠加在恒定电流上的随时间变化的电流，以该电流产生一个可变的磁场分量ΔB₀。

总之，本发明建议了一种磁场治疗装置以及一个磁场治疗方法，它使用核磁共振信号作为运动传感器以刺激新陈代谢。该信号刺激身体各部分的运动。一个优点是所建议的核磁共振治疗方法实际上对有机体不产生任何副作用。

通过使用本发明中的核磁共振治疗装置，磁化可以以很小的能量快速旋转。旋转特别是在1微秒至30秒内进行。

Claims (51)

1.使用磁场进行治疗的装置，包括：

一个用于产生第一磁场的第一设备，

一个用于产生第二磁场的第二设备，其中第一和第二设备形成了一个用于产生核磁共振的系统，

一个具有一个上侧面和一个下侧面的支撑物，被设计用来放置在需要治疗的患者的身体部分上，

其中第一和第二设备设置在一个第一平面内，支撑物的上侧面基本上在一个第二平面中以一种功能状态延伸，并且第一平面基本上与第二平面相互平行。

2.如权利要求1的装置，其中所述支撑物是垫子。

3.如权利要求1的装置，其中第二设备被设计用于产生一个交变磁场。

4.如权利要求1或2的装置，其中在治疗区域内，在支撑物的上侧面上方，第一磁场与上侧面之间呈锐角和/或第二磁场与上侧面之间呈钝角。

5.如权利要求1的装置，其中

在需要治疗的身体范围内所包含的元素和/或化合物在第一磁场内具有至少一个自旋谐振频率，并且

第二磁场至少有时以一个与自旋谐振频率相一致的频率进行振荡。

6.如权利要求1的装置，其中第二设备包括一个线圈。

7.如权利要求1的装置，其中第二设备包括一个平面线圈，它的线圈轴基本上垂直于支撑物的表面。

8.如权利要求1的装置，其中第一设备具有两个或四个线圈，在这些线圈之间设置第二设备。

9.如权利要求1的装置，其中支撑物具有填充物，在填充物内嵌入了第一和第二设备。

10.如权利要求1的装置，包括带有一个开口的外套，这个开口用于放入和/或取出第一和/或第二设备。

11.如权利要求10的装置，其中所述外套是软垫式外套。

12.如权利要求1的装置，其中垫子分为两个、三个或者更多的部分，而且支撑物可以在这些部分之间折叠。

13.如权利要求1的装置，其中第一设备被设计用来产生一个随时间变化的磁场。

14.如权利要求1的装置，其中第一设备包括至少一个固定磁铁和至少一个线圈。

15.如权利要求1的装置，其中第一磁场的强度和/或方向可以改变。

16.如权利要求1的装置，其特征在于支撑物由治疗床和/或治疗椅和/或多翼结构构成，能够放置在患者的身体部分周围，和/或由绑腿和/或遮盖物构成。

17.如权利要求16的装置，其中所述支撑物能够放置在患者的头部周围。

18.用磁场进行治疗的装置，限定了一个治疗区域，需要治疗的患者的至少一个身体部分的组织可以放置在这个治疗区域中，该装置包括：一个用于产生第一磁场的第一设备，一个用于产生第二磁场的第二设备，第二磁场在治疗区域内与第一磁场叠加形成治疗磁场，其中在组织中含有的元素和/或化合物在治疗磁场内具有至少一个核自旋谐振频率，并且第二磁场包括一个交变磁场，该磁场至少有时具有一个与核自旋谐振频率相一致的频率，还具有一个控制装置，用于控制第一设备和第二设备中的至少一个，通过该控制装置使得治疗磁场随时间变化，并通过治疗磁场随时间的变化实现自旋方向的改变，或者通过模拟治疗区域内身体部分的运动的方式改变磁化方向。

19.如权利要求18的装置，其中通过自旋产生的宏观磁化的方向通过治疗磁场随时间的变化而改变。

20.如权利要求18或19的装置，其中包括控制治疗磁场，使组织磁化方向发生绝热变化的装置。

21.如权利要求18的装置，其中第二磁场基本上垂直于第一磁场。

22.如权利要求18的装置，其中第二磁场在空间中基本上相对于第一磁场线性地和/或垂直地振荡。

23.如权利要求18的装置，其中第一磁场在治疗区域内的强度为0.5高斯至500高斯的范围内。

24.如权利要求23的装置，其中第一磁场在治疗区域内的强度为10高斯至50高斯的范围内。

25.如权利要求24的装置，其中第一磁场在治疗区域内的强度为23高斯至24高斯的范围内。

26.如权利要求18的装置，其中第二磁场在治疗区域内的频率为1kHz至1MHz的范围内。

27.如权利要求26的装置，其中第二磁场在治疗区域内的频率为2kHz至200kHz的范围内。

28.如权利要求27的装置，其中第二磁场在治疗区域内的频率为100kHz。

29.如权利要求18的装置，其中第二磁场进行幅度调制。

30.如权利要求18的装置，其中包括可以使第一磁场的强度和/或方向随时间发生变化的装置。

31.如权利要求18的装置，其中第一磁场进行幅度调制。

32.如权利要求31的装置，其中幅度调制的周期与需要治疗的组织的自旋栅格解除时间相匹配。

33.如权利要求31的装置，其中第一磁场在磁场强度的最大值与最小值之间具有一个数值，在该值时第二磁场的频率与自旋谐振频率相一致。

34.如权利要求31至33中任一项的装置，其中第一磁场的变化周期在1ms至10s之间。

35.如权利要求34的装置，其中第一磁场的变化周期在10ms至1s之间。

36.如权利要求35的装置，其中第一磁场的变化周期为200ms。

37.如权利要求31的装置，其中第二磁场在第一磁场下降的时候接通，在第一磁场上升的时候切断；或者第二磁场在第一磁场上升的时候接通，在第一磁场下降的时候切断。

38.如权利要求18的装置，其中第一设备包括一个带有固定磁铁的第三设备，用于产生一个静态的第三磁场，还包括一个第四设备，用于产生一个随时间变化的第四磁场，而第一磁场由第三磁场和第四磁场叠加形成。

39.如权利要求38的装置，其中固定磁铁由铁磁体构成，和/或第四设备具有一个线圈。

40.如权利要求38或39的装置，其中在治疗区域内第三和第四磁场基本上相互平行，或者在反方向上平行。

41.如权利要求38的装置，其中在治疗区域内第三磁场的强度为0.5高斯至500高斯的范围内。

42.如权利要求41的装置，其中在治疗区域内第三磁场的强度是10高斯至50高斯的范围内。

43.如权利要求42的装置，其中在治疗区域内第三磁场内的强度为23高斯。

44.如权利要求38的装置，其中在治疗区域内第四磁场的强度在0高斯至±5高斯的范围内可变。

45.如权利要求44的装置，其中在治疗区域内第四磁场的强度在0高斯至±2高斯的范围内可变。

46.如权利要求45的装置，其中在治疗区域内第四磁场的强度在0高斯至±0.5高斯的范围内可变。

47.如权利要求18的装置，其中包括用于改变第二磁场的频率的装置，使其在1kHz至1MHz之间变化。

48.如权利要求47的装置，其中使第二磁场的频率在2kHz至200kHz之间变化。

49.如权利要求48的装置，其中使第二磁场的频率在90kHz至110kHz之间变化。

50.如权利要求47至49中任一项的装置，其中宏观磁化的方向能够通过第二磁场的频率变化改变。

51.如权利要求18的装置，其中第一磁场由一个基本上恒定的磁场构成。

Images