Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) para aplicar un tratamiento de hipertermia magnética a una muestra,

caracterizado porque comprende: un tanque resonante LC (3), formado por una primera bobina (5) y un primer condensador (6), conectado a una fuente de tensión alterna (2) de frecuencia variable, y un medio de control (4), conectado al tanque resonante LC (3) y a la fuente de tensión alterna (2), que controla la tensión que la fuente de tensión alterna (2) aplica al tanque resonante LC (3), de modo que su frecuencia está entre el 99% y el 101% de la frecuencia de resonancia de dicho tanque LC (3)

Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo para la aplicación de hipertermia magnética.

Antecedentes de la invención

La hipertermia magnética es un fenómeno de absorción de energía en materiales ferromagnéticos nanoestructurados, usualmente nanopartículas magnéticas suspendidas en coloides magnéticos (ferrofluidos), cuando son sometidos a un campo magnético alterno. Por razones de tipo histórico, usualmente se da el nombre de hipertermia magnética a la sobreelevación de temperatura inducida en tejidos a los que se han aplicado materiales ferromagnéticos cuando se exponen a campos electromagnéticos alternos. Un creciente número de aplicaciones de este fenómeno han sido propuestas en el campo de la investigación biomédica.

La hipertermia con microondas ya es utilizada como terapia complementaria de la radioterapia en procesos de regresión tumoral, debido a los efectos sinérgicos de ambos tratamientos. El fundamento biológico de las terapias hipertérmicas se relaciona con la situación de hipoxia de regiones tumorales que causa una menor sensibilidad de las células neoplásticas a la radioterapia, y una mayor sensibilidad a la hipertermia. Para lograr el aumento de temperatura deseado, el proceso de hipertermia puede involucrar radiación láser, radiaciones ionizantes y/o microondas. Aunque estas técnicas son capaces de elevar la temperatura celular, tienen efectos colaterales indeseados, como ionización del material genético o falta de selectividad.

La hipertermia con fluidos magnéticos presenta gran interés, pues sugiere la posibilidad de terapias no invasivas y de alta selectividad. Consiste en la citólisis de los tejidos a través de hipertermia local, por medio de la aplicación remota de un campo magnético alterno sobre nanopartículas magnéticas previamente ligadas/incorporadas en las células del paciente. Desde el punto de vista de la física, la hipertermia con fluidos magnéticos está relacionada con la disipación de energía cuando un material ferromagnético es sometido a un campo magnético alterno, en particular debido a pérdidas magnéticas (pérdidas de Néel) y a la disipación de energía debida a la rotación de las nanopartículas (pérdidas de Brown).

Un dispositivo de aplicación de hipertermia según la técnica anterior se define, por ejemplo, en la solicitud de patente US 2003/0032995, en la que una bobina se arrolla alrededor de un núcleo magnético de forma aproximadamente rectangular de sección cuadrada que comprende un entrehierro en uno de sus lados. Cuando se alimenta la bobina con una intensidad alterna aparece un flujo magnético alterno en el núcleo y, por tanto, un campo magnético alterno en el entrehierro, donde se introduce la parte del cuerpo del paciente que se desea tratar.

Otro ejemplo se describe en el documento "Cellular level loading and heating of superparamagnetic iron oxide nanoparticles", de Venkat S. Kalambur et al., Longmuir 2007, 23, pags. 12329-12336. En este caso el dispositivo de aplicación de hipertermia no está dirigido a pacientes sino a muestras para la realización de ensayos. El dispositivo consiste únicamente en una bobina que se alimenta con una intensidad alterna. Se crea así un campo magnético alterno longitudinal en el interior de la bobina donde se introduce la muestra.

Un inconveniente de los dispositivos de la técnica anterior es que para generar un campo magnético de una potencia suficiente como para producir el efecto de la hipertermia en las partículas magnéticas se requiere aplicar una elevada intensidad altema al inductor o bobina arrollado alrededor del núcleo magnético, lo cual implica el uso una fuente de potencia de gran tamaño. Además, cables y otros elementos del circuito deben estar adaptados al paso de grandes corrientes. Además, la elevada potencia del campo magnético generado provoca que una gran parte del mismo esté fuera de la región de trabajo, y por tanto existe peligro de que alcancen al usuario. En la técnica anterior, se suele utilizar una cubierta de gran tamaño para mantener al usuario alejado de los campos magnéticos.

Otro inconveniente suele ser los sistemas de medida de temperatura utilizados en la técnica anterior con frecuencia no proporcionan resultados suficientemente precisos.

Descripción de la invención

Así, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de hipertermia magnética de funcionamiento sencillo que sea capaz de generar campos magnéticos de gran intensidad pero cuyos elementos no deban soportar grandes corrientes.

Otro objeto de la presente invención es mejorar la seguridad del usuario con relación a su exposición a campos magnéticos de elevada intensidad.

Otros objetos de la presente invención están dirigidos en general a mejoras en dispositivos de hipertermia magnética.

Un dispositivo de hipertermia es un dispositivo capaz de generar un campo magnético alterno en una zona específica preparada para recibir una muestra, denominada en el presente documento "región de trabajo", El término "muestra" hace referencia a cualquier objeto al que se aplica dicho tratamiento de hipertermia, incluyendo soluciones magnéticas para realizar ensayos, cultivos celulares, animales o partes del cuerpo de un paciente humano. Se puede suponer, como es conocido en la técnica, que o bien la muestra posee propiedades magnéticas, o bien ha sido tratada previamente con algún material que las posee.

Así, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se describe un dispositivo de aplicación de hipertermia magnética para aplicar un tratamiento de hipertermia a una muestra, que comprende:

a) Un tanque resonante LC

Se trata de una bobina y un condensador conectados en paralelo, conjunto que en el presente documento se denominará "tanque LC". En esta primera realización, la región de trabajo está situada en el interior de la bobina del tanque LC. Es bien conocida en la técnica la propiedad de este circuito para generar corrientes elevadas en su interior debido a fenómenos de resonancia cuando se le aplica una tensión alterna de una frecuencia aproximadamente igual a su frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia, por definición, es la frecuencia a la cual las componentes reactivas de las impedancias del condensador y de la bobina se anulan. En el tanque resonante LC de la invención, la frecuencia de resonancia viene dada por la expresión:

donde L_tanque y C_tanque son respectivamente la inductancia de la bobina y la capacidad del condensador.

Así, cuando se aplica al tanque LC una tensión alterna cuya frecuencia está cercana a su frecuencia de resonancia, se anulan las componentes reactivas de la bobina y del condensador, quedando sólo, visto desde fuera, sus resistencias de pérdidas. De este modo, a una frecuencia cercana a la de resonancia, el campo en generado por la bobina del tanque LC, la tensión en bornes del tanque LC y la corriente que pasa por dentro del tanque son máximas, mientras que la corriente que circula a través del tanque LC (es decir, a través del resto del circuito), es mínima. Este hecho presenta la ventaja de que se puede alimentar la bobina del tanque LC con intensidades elevadas, obteniéndose campos magnéticos también de valor elevado, sin la necesidad de disponer de un circuito de excitación preparado para soportar grandes intensidades, evitándose los inconvenientes en cuanto a coste y complejidad que ello conlleva. En el presente documento se denominará "primer condensador" y "primera bobina", respectivamente, al condensador y a la bobina que conforman el tanque LC

b) Una fuente de tensión altema de frecuencia variable

Esta fuente de tensión altema, conectada al tanque resonante LC, aplica al mismo una tensión alterna cuya frecuencia está cercana a la frecuencia de resonancia de dicho tanque LC. De este modo se maximiza el efecto explicado anteriormente, es decir, con una intensidad baja o moderada a través de la fuente se consiguen intensidades muy elevadas dentro del tanque LC, y por tanto a través de la bobina, consiguiéndose así un campo magnético en el interior de la bobina de intensidad elevada. En particular, de acuerdo con una realización preferida de la invención, la frecuencia de la tensión generada por la fuente de tensión alterna de frecuencia variable...

1. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) para aplicar un tratamiento de hipertermia magnética a una muestra (14, 14', 14'', 14'''), caracterizado porque comprende

un tanque resonante LC (3), formado por una primera bobina (6) y un primer condensador (5);

una fuente de tensión alterna (2) de frecuencia variable, conectada al tanque resonante LC (3); y

un medio de control (4), conectado al tanque resonante LC (3) y a la fuente de tensión altema (2) de frecuencia variable, que controla la tensión que la fuente de tensión alterna (2) aplica al tanque resonante LC (3), de modo que su frecuencia está entre el 99% y el 101% de la frecuencia de resonancia de dicho tanque LC (3).

2. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el medio de control (4) se elige de la siguiente lista: un microcontrolador, un microprocesador, una FPGA, un DSP y un ASIC.

3. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo cualquiera de las reivindicaciones 1, caracterizado porque el primer condensador (5) es de capacidad variable.

4. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia de la tensión alterna aplicada al tanque resonante LC (3) está entre 200 kHz y 1 MHz.

5. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de tensión alterna (2) de frecuencia variable comprende una fuente de tensión continua (7) conectada a un inversor (8).

6. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el inversor (8) comprende un circuito tipo medio puente (10), formado por dos transistores cuyo disparo es controlado por un dispositivo de generación de pulsos (9), y un conjunto LC serie formado por una segunda bobina (12) y un segundo condensador (11).

7. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el valor de la capacidad del segundo condensador (11) del conjunto LC serie está entre 100 nF y 1 µF.

8. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el valor de la inductancia de la segunda bobina (12) del conjunto LC serie está entre 10 µHy y 200 µHy.

9. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una región de trabajo (18) está situada en el interior de la primera bobina (6).

10. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque comprende además una pieza de alta permeabilidad magnética (13, 13', 13'') que modifica la geometría del campo magnético.

11. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la pieza de alta permeabilidad magnética (13) de forma rectangular, de sección cuadrada o circular, con un entrehierro (15) en uno de sus lados, con la primera bobina (6) arrollada a su alrededor.

12. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la pieza de alta permeabilidad magnética (13'') está dispuesta junto al entrehierro (15) para apantallar el campo magnético.

13. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque una región de trabajo (18') está situada en el interior del entrehierro (15).

14. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una pieza de alta permeabilidad magnética (13') con forma de U, con la primera bobina (6) situada en su interior en la dirección longitudinal de la U.

15. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque una región de trabajo (18'') está situada frente a los extremos de la pieza de alta permeabilidad magnética (13') con forma de U.

16. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende medios de refrigeración de la primera bobina (6).

17. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un vaso adiabático Dewar (16) donde se introduce la muestra (14, 14', 14', 14''').

18. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un medio de interfaz.

19. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 18, donde el medio de interfaz comprende al menos uno de la siguiente lista: una pantalla LCD, una pantalla TFT, una pantalla táctil, un teclado y un conjunto de LED's.

20. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un medio de comunicaciones.

21. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 20, donde el medio de comunicaciones comprende al menos uno de la siguiente lista: USB, Ethernet, Bluetooth, ZigBee, GPRS, UMTS y GSM.

22. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un medio de introducción de muestra para introducir una muestra (14, 14', 14'', 14''') en la región de trabajo (18, 18', 18'').

23. Dispositivo de aplicación de hipertermia magnética (1) de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque el medio de introducción de muestra es una bandeja portamuestras deslizante.