ワイヤレス給電技術を用いた誘導加温治療用の高周波磁界発生装置に関する研究

磁気応用工学研究室坪田昌頼

A–2

ハイパーサーミア（誘導加温法）

Heating area

Tumor

Magnetic materials

Exciting coil

AC Magnetic field 患部付近に磁性体を埋め込む↓

体外から交流磁界を照射↓

ヒステリシス損により磁性体が発熱

↓患部の局所加温が可能、がん細胞を死滅させる。

（がん細胞の方が正常細胞より熱に弱い）

しかし… .

磁界を印加し過ぎる →生体表皮に渦電流が発生し、正常細胞を必要以上に加温印加する磁界が弱い → 効率よく人体の深部に印加できない

２つのコイルで挟み込むことで、患部に磁界を効率よく印加

ダブルパンケーキコイルによる励磁

２つのコイルに電源設備を繋ぐために導線等を繋ぐ

欠点・導線部により５Ｔが６Ｔのようになり、インダクタンスが増加・コイル位置 / 間隔の調整が難しくなる　→電源設備とつなぐ導線が長くなる　→導線の損失が大きい（冷却機能が必要になる）・ 500A 以上の電流の印加を考えた時、実装が難しい

ワイヤレス給電を用いて、励磁側のコイルからもう一方のコイルに電力電送することで配線（欠点）をなくしたい。

５Ｔのスパイラルコイル

ワイヤレス給電 / 電磁結合方式について

励磁側と誘導側にコイルとコンデンサで直列共振回路を作り、励磁側のみを励磁する。電磁誘導を利用し、電力を送電。

金沢大学が開発したコイル線材（編みリッツ線構造）により、回路のＱ値が４００前後。

High −frequency  power   source

𝐿1 𝐿2𝑀

電磁結合を用いた誘導加温法

励磁側のコイルに電流を流し、共振させる。↓

誘導側のコイルが共振し、電流が流れる。↓

２つのコイルで電流が流れ、それぞれで磁界が発生する。↓

磁界を重ねることで、効果を高める。

Heating area

Tumor

Magnetic materials

AC Magnetic field

Resonance   capacitor

High −frequency  power   source

Resonance   capacitorMagnetic flux

実験装置の結線図

共振周波数 (111000Hz)巻き数（ n=10 ）面積 (10.5mm×10.5mm)

励磁側・誘導側のＣＴにて、共振電流を測定する。25Ap 、 50Ap 、 100Ap の時の磁界強度分布を測定する。

コイル間間隔 280mm

周波数特性は、以下のように共振点が２つ存在する。位相差は、励磁側・誘導側に流れる電流の位相差である。

磁界を強め合う向きは、位相差 θ ＝１８０ ° の時であるため、低い方の共振周波数を用いる。

シミュレーション図（等価回路）

L1 、 L2 がそれぞれ励磁側・誘導側コイルである。

トランスを介す事によって、小電力で大電流を流すことができる。

実験風景 ( コイル配置の実験装置 )

共振時に高い出力が得られる (Q 値が高い ) 編みリッツ線を５回巻で使用。

シミュレーション結果との比較

シミュレーション結果（赤色のグラフ線）と、ほぼ一致している。→ 今回の測定で得られた結果は良好、実測でも同じ特性を得られた。

励磁コイル側

誘導コイル側

上下コイルの効果確認

励磁・誘導側コイルの磁束密度と励磁側コイルのみの磁束密度の差分をとると、励磁側コイルのみの磁束密度と、ほぼ等しい磁束密度の数値を出した。

誘導側コイルは、励磁側コイルと同等に磁界を発生させている。

励磁コイル側

誘導コイル側

結論

励磁側・誘導側コイルの効果確認の測定から、それぞれ同様な磁界が発生することが確認できた。

また、励磁側・誘導側コイルの磁界を重ね合わせることによって、磁界を強めることが確認できた。

ワイヤレス給電技術（磁界共鳴方式）を用いた磁界発生は可能である。

結論

ハイパーサーミアに用いるという視点から見ると… .磁界は 7 ～ 8mT あればよいので、この構成で 500Ap かければ達成できる。→ 比例的な結果が出ているので、可能。

励磁側コイルのみの磁界の印加よりも、コイル付近の磁界強度をあまり上げずに、効率よくコイル間中心に印加できる。

しかし、大電流が流れるため、冷却が必要となる。（今回の研究では、用意ができなかった。）

ご清聴ありがとうございました。