ES2895748T3

ES2895748T3 - Aparato de bobina para uso en aparato de estimulación magnética transcraneal

Info

Publication number: ES2895748T3
Application number: ES16773251T
Authority: ES
Inventors: Youichi Saitoh; Masaki Sekino; Yu Miyawaki; Keita Yamamoto
Original assignee: Osaka University NUC; University of Tokyo NUC
Current assignee: Osaka University NUC; University of Tokyo NUC
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: CA2981424A1; EP3278838B1; US20180071545A1; JP6448009B2; AU2016241024A1; WO2016159371A1; KR102610369B1; KR20170134496A; AU2016241024B2; CN107530549B; JPWO2016159371A1; EP3278838A4; CN107530549A; US10603506B2; EP3278838A1

Abstract

Un aparato de bobina (5) para un aparato de estimulación magnética transcraneal (1), comprendiendo el aparato de bobina (5) una bobina (8) dispuesta de manera que se oponga a una superficie de la cabeza de un humano para generar una corriente por un campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética en un cerebro por inducción electromagnética, y para estimular neuronas, donde la bobina (8) se configura enrollando un hilo conductor a lo largo de una superficie de referencia predeterminada, caracterizado porque el aparato de bobina (5) comprende un cuerpo magnético (22; 22A-22H) adaptado para estar dispuesto, en el uso, entre la cabeza y la bobina (8) de manera que se oponga a la bobina (8) y estar dispuesto en una posición en un lado opuesto de la cabeza, donde el cuerpo magnético (22; 22A-22H) está previsto para hacer fluir una corriente en él mediante un campo eléctrico inducido cuando la bobina (8) es activada, y para aumentar la corriente que fluye por el campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética del cerebro en comparación con la que no tiene cuerpo magnético (22; 22A-22H), donde la bobina (8) es una bobina en espiral en forma de ocho no excéntrica que tiene dos partes de bobina (81, 82) o una bobina en espiral en forma de ocho excéntrica que tiene dos partes de bobina (81, 82), y donde, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de bobina (81, 82) a lo largo de la superficie de referencia se define como una primera dirección, y cuando una dirección ortogonal a la primera dirección a lo largo de la superficie de referencia se define como una segunda dirección, el cuerpo magnético (22; 22A-22H) se configura laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en una de la primera dirección y la segunda dirección.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de bobina para uso en aparato de estimulación magnética transcraneal

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato de bobina para uso en un aparato de estimulación magnética transcraneal, y a un aparato de estimulación magnética transcraneal provisto del aparato de bobina descrito anteriormente.

1. Antecedentes

1.1 TÉCNICA ANTERIOR

Recientemente, el número de pacientes de enfermedades relacionadas con el estilo de vida, como un accidente cerebrovascular, está aumentando. Uno de los efectos posteriores de las enfermedades del estilo de vida es el dolor neuropático. El dolor neuropático es un dolor en una mano, una pierna o un pie causado por nervios dañados por alguna razón.

Normalmente, la medicación es lo primero que se selecciona como método de tratamiento del dolor neuropático. Sin embargo, la medicación tiene un rango de tratamiento pequeño y no es efectiva para todos los pacientes. En tales circunstancias, se ha propuesto un método de estimulación eléctrica directa de la corteza motora primaria del cerebro mediante el uso de electrodos incrustados en la cabeza. Sin embargo, el tratamiento de estimulación eléctrica mediante los electrodos incrustados requiere una craneotomía. Por lo tanto, este tratamiento tiene un problema tal que las cargas para los pacientes son extremadamente pesadas.

Por lo tanto, Saito y colaboradores, de la Universidad de Osaka, han llevado a cabo amplios estudios, han propuesto un método de estimulación magnética transcraneal para estimular de forma no invasiva la corteza motora primaria del cerebro sin utilizar electrodos incrustados (concretamente, un método de estimulación del cerebro con campos magnéticos de pulso generados por el flujo de una corriente alterna en una bobina), y han aclarado que el método de estimulación magnética transcraneal puede mejorar los dolores neuropáticos después de los accidentes cerebrovasculares. Sin embargo, aunque el método de estimulación magnética transcraneal es ventajoso en el sentido de que no requiere craneotomía, el paciente de este método tiene que recibir el tratamiento de estimulación magnética todos los días, ya que los efectos del tratamiento sólo duran aproximadamente un día.

1.2 MÉTODO DE ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

La estimulación magnética transcraneal es un método que consiste en generar un campo magnético de impulsos a partir de una bobina incorporada en un aparato de bobina colocado en la superficie de la cabeza y estimular magnéticamente el cerebro con el campo eléctrico inducido en el cerebro por los campos magnéticos de pulsos. Para ello, la bobina se conecta a un circuito de activación. Según el presente circuito de activación, para generar una corriente instantánea en la bobina, la carga eléctrica procedente de un aparato de alimentación (que incluye una fuente de alimentación de corriente alterna, un circuito de alimentación y un circuito de refuerzo de voltaje) se acumula en un condensador. Entonces, cuando se enciende un tiristor, fluye una corriente en la bobina de estimulación. Después de que la corriente fluya en el circuito de resonancia de la bobina de estimulación y el condensador a través de un diodo, el tiristor se apaga. Como resultado, la corriente correspondiente a un ciclo de una onda sinusoidal fluye en la bobina de estimulación. Cuando se repite la operación descrita anteriormente, se aplica a la bobina una corriente alterna que tiene un ciclo constante para generar un campo magnético variable, se induce en el cerebro una corriente parásita en la dirección opuesta a la corriente de la bobina debido a la influencia del campo magnético variable, y la estimulación de las neuronas con la corriente parásita genera un potencial de voltaje de acción.

Como resultado de estimular magnéticamente la corteza motora primaria del cerebro de esta manera, la influencia aparece en la parte del cuerpo correspondiente a la parte estimulada. Por ejemplo, cuando se estimula magnéticamente la corteza motora primaria conectada a los nervios de una mano o de un pie, los nervios de la mano o del pie son estimulados, y la parte correspondiente se mueve. Esto es concebible por la razón de que la corriente que fluye en la bobina induce la corriente en la dirección opuesta de la misma en el cerebro, la corriente inducida estimula las interneuronas y, además, las neuronas corticoespinales, y la parte del cuerpo correspondiente a la parte del cerebro estimulada se mueve.

Un punto ventajoso de la estimulación magnética es que es extremadamente poco invasiva. Específicamente, el campo magnético alcanza el interior del cerebro sin que se vean afectados los tejidos vivos. Por lo tanto, la estimulación magnética no estimula el cuero cabelludo que tiene algesirorreceptores, casi en absoluto, y la estimulación casi no produce dolor.

Históricamente, la estimulación magnética para humanos fue reportada por primera vez en 1985, y luego ha sido aplicada clínicamente en diagnósticos de enfermedades neurales. Además, se ha informado de que la aplicación repetida de estimulaciones magnéticas transcraneales a los pacientes que padecen diversas enfermedades neuronales o mentales mejora sus síntomas, y, recientemente, sus aplicaciones para el tratamiento están avanzando. Por ejemplo, en relación con el tratamiento de la depresión, se ha descubierto que la estimulación en el área prefrontal era eficaz, y la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos aprobó el tratamiento de estimulación magnética para la depresión resistente a la medicación en 2008. También en relación con el tratamiento de los síndromes de Parkinson, se han realizado muchas investigaciones clínicas y se han acumulado los hallazgos que indican la eficacia de la estimulación magnética. Como se ha descrito anteriormente, el tratamiento de estimulación magnética ejerce efectos analgésicos también para los dolores neuropáticos. Por lo tanto, hoy en día, en Japón, el tratamiento de estimulación magnética se lleva a cabo para los pacientes de diversas enfermedades neuronales en instituciones médicas bien equipadas.

Sin embargo, un aparato de estimulación magnética convencional tiene un peso de unos 70 kg y, además, requiere una construcción eléctrica para su instalación. Por lo tanto, el aparato de estimulación médica convencional sólo puede utilizarse en instituciones médicas bien equipadas. Además, dado que la posición de estimulación se determina con referencia a los datos de imágenes de resonancia magnética de un paciente en tratamiento real, se requiere el tratamiento por parte de un trabajador sanitario cualificado. Por lo tanto, en la realidad, sólo se lleva a cabo el tratamiento por parte de profesionales de instituciones de medicación, y los pacientes tienen que visitar las instituciones médicas todos los días para obtener continuamente los efectos de eliminación del dolor. Por lo tanto, para reducir la carga de los pacientes, se requiere el desarrollo de un aparato de tratamiento de estimulación magnética en el hogar que pueda ser utilizado sólo por las operaciones de un trabajador no sanitario.

1.3 APARATO DE ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

Hoy en día, en la práctica médica, se introducen y utilizan varios aparatos de estimulación magnética transcraneal. Estos aparatos de estimulación magnética se construyen sobre la base de la suposición de que los aparatos son operados por trabajadores de la salud, como los médicos, y las partes a estimular son determinadas por los médicos. Como ejemplo de tratamiento específico, en el tratamiento de un dolor neuropático, se estimula un entorno próximo de la corteza motora primaria del cerebro de un paciente para confirmar un fenómeno de espasmo llamado contracción en la que se mueven los dedos, la posición del cerebro en la que se ha confirmado la contracción se establece en un punto de estimulación, y la corriente que es el 90% de la intensidad de estimulación en la que se puede confirmar la contracción se aplica a la bobina en tratamiento. Cuando la posición de estimulación en el cerebro se desplaza incluso varios milímetros, se estimula la parte diferente de la parte de estimulación diana. Por lo tanto, es importante instalar la bobina precisamente en la parte diana para aplicar la estimulación que tiene una intensidad apropiada a la parte de estimulación diana.

Sin embargo, en muchos casos, los pacientes con dolores neuropáticos tienen una calidad de vida (CdV) extremadamente baja debido a los dolores en la mano, la pierna y/o el pie. Además, se ha informado de que los efectos de eliminación del dolor provocados por la estimulación magnética transcraneal sólo duran aproximadamente un día. Por lo tanto, se desea disponer de un aparato de tratamiento de estimulación magnética domiciliario seguro, de bajo coste y pequeño, capaz de ajustar adecuada y fácilmente la posición de una bobina en una parte de estimulación.

1.4 SISTEMA CONVENCIONAL DE AJUSTE DE LA POSICIÓN DE LA ESTIMULACIÓN PARA USO EN LA ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

Como se ha descrito anteriormente, en la estimulación magnética transcraneal, es importante estimular de forma precisa una parte diana del cerebro. Para ello, se han desarrollado varios sistemas de ajuste de posición. Por ejemplo, se ha propuesto un sistema de ajuste de posición que utiliza una cámara de infrarrojos. Según este sistema, las imágenes de una pluralidad de marcas en la cabeza (cerebro) y una bobina de estimulación se toman con una cámara óptica adjunta, y las relaciones posicionales de la cabeza (cerebro) y la bobina se muestran en una pantalla de monitor. Además, cuando se combinan los datos de imágenes de resonancia magnética del paciente y la imagen de la cámara, se pueden percibir con precisión las posiciones relativas de la bobina y el cerebro, y se puede llevar a cabo un ajuste de posición más preciso. En la práctica, los errores de desalineación varían un poco, pero son aproximadamente de varios milímetros. Sin embargo, tiene los problemas de que el tamaño del sistema es grande; además, el sistema no puede ser manejado por quienes no son trabajadores sanitarios y, además, su coste es elevado.

1.5 BOBINA DE ESTIMULACIÓN CONVENCIONAL PARA EN LA ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

Como se ha descrito anteriormente, se desea que un aparato domiciliario de estimulación magnética sea compacto. Por otra parte, el tamaño de una parte de suministro de energía eléctrica es inversamente proporcional a la eficiencia de estimulación de una bobina. Por lo tanto, cuanto mayor sea la eficiencia de estimulación, menor será la cantidad de suministro de energía eléctrica requerida. En este caso, cuanto menor sea el número de componentes del circuito, el aparato será más pequeño y más barato. Por lo tanto, se han desarrollado varias bobinas de estimulación capaces de aplicar la estimulación de forma más eficiente. Además, dado que la estimulación magnética transcraneal tiene diferentes efectos de tratamiento dependiendo de sus características de estimulación, se han desarrollado varias bobinas que tienen diversas características de estimulación.

Por ejemplo, en 1985, se desarrolló una bobina circular que tiene la característica de que la bobina es capaz de estimular fuertemente la parte inmediatamente inferior al centro de la bobina circular. Además, en 1988, se desarrolló una bobina en forma de ocho [Documentos de referencia 1, 2].

(a) BOBINA CIRCULAR

MagVenture de Estados Unidos suministra comercialmente una bobina circular. Esta bobina circular es, por ejemplo, una bobina en espiral simple, que es un solo hilo conductor (conductor) doblado en espiral a lo largo de la espiral de Arquímedes, incorporado en una carcasa. La bobina circular tiene el efecto ventajoso de que la estimulación puede llevarse a cabo en un amplio rango y, por otro lado, tiene la desventaja de que la eficiencia de la estimulación es mala. La intensidad de estimulación de la parte situada en el centro de la bobina es casi nula. Por lo tanto, se concibe que la bobina circular no es apropiada para uso en pruebas o tratamientos en los que se estimula localmente una parte estrecha.

(b) BOBINA CON FORMA DE OCHO

Magstim de Estados Unidos desarrolló una bobina en forma de ocho. Esta bobina en forma de ocho se obtiene incorporando una bobina en espiral en forma de ocho, que se obtiene doblando un solo hilo conductor (conductor) y tiene dos partes de bobina en espiral, en una carcasa.

En la operación, una corriente fluye en una de las bobinas circulares en el sentido de las agujas del reloj, y una corriente fluye en la otra bobina circular en sentido contrario a las agujas del reloj. En virtud de esto, la parte correspondiente a una parte central de ambas bobinas circulares puede ser fuertemente estimulada. En comparación con la bobina circular descrita anteriormente, se puede obtener una alta eficacia de estimulación, ya que se puede llevar a cabo la estimulación local. Sin embargo, existe el problema de que la robustez (la propiedad de la capacidad de generar corrientes parásitas en un rango más amplio y la capacidad de aplicar eficazmente la estimulación magnética incluso con una ligera desalineación) es baja. En términos generales, la bobina en forma de ocho tiene el efecto ventajoso de que el cerebro puede ser estimulado con alta resolución, ya que la resolución espacial de la misma está dentro de los 5 mm.

(c) BOBINA EN H

En 2005, Zangen y colaboradores propusieron una bobina en H. La bobina en H tiene un efecto tan ventajoso que una parte profunda del cerebro puede ser estimulada por la corriente que fluye en las partes que tienen componentes direccionales perpendiculares al cerebro. Por ejemplo, la estimulación puede alcanzar una profundidad que es aproximadamente 2,5 veces superior a la de la bobina en forma de ocho. Sin embargo, la bobina en H tiene el problema de la mala eficacia de la estimulación. Por lo tanto, la bobina en H está concebida para ser eficaz en el tratamiento de la depresión, etc., que requiere la estimulación del área prefrontal dorsolateral en una parte profunda. Además, la bobina en H tiene la característica de que la atenuación de los campos eléctricos inducidos es pequeña cuando se estimula la parte profunda. Por lo tanto, la bobina H tiene un efecto tan ventajoso que, en la estimulación magnética, el paciente no siente fácilmente un dolor instantáneo.

US 8 740 765 B1 describe una unidad portátil de mano de una sola pieza que contiene toda la circuitería y una bobina magnética para aplicar un pulso de TSM en el cerebro de un paciente. Este documento discute la limitación de un número total de pulsos disponibles proporcionados por medio de un modelo de conexiones telefónicas o de Internet a partir de una llave USB, utilizando una bobina de forma eléctrica para el pulso con el fin de crear pulsos magnéticos sobre uno o ambos lados del lóbulo occipital, o medios para evitar la activación inadvertida de un interruptor de carga para activar un ciclo de carga del condensador.

US 2011/046432 A1 describe un dispositivo de modulación nerviosa que suministra pulsos de control de corriente eléctrica a una bobina de estimulación magnética. Específicamente, este documento discute el uso de bobinas toroidales incrustadas en una estructura similar a un globo lleno de un medio conductor.

GB 2 360 213 A describe una bobina de estimulación que tiene una parte posterior ferromagnética dispuesta adyacente a un lado ancho de la bobina, donde el material de la parte posterior ferromagnética presenta una alta permeabilidad y una alta resistividad. Este documento discute el uso de materiales de alta resistividad para reducir las corrientes parásitas que podrían anular cualquier reducción de la ganancia de eficiencia obtenida por la disminución de la reluctancia del circuito magnético proporcionado.

WO 2015/ 109000 A1 discute un dispositivo TMS donde las bobinas de tratamiento pueden generar cooperativamente un campo magnético que exhibe una o más características.

DOCUMENTOS DE LA TÉCNICA ANTERIOR

DOCUMENTOS DE PATENTE

[Documento de Patente 1] Publicación de Patente Japonesa número JP2012-125546A

[Documento de Patente 2] Publicación Internacional número WO2010/147064A1

[Documento de Patente 3] Publicación Internacional número WO2015/122506A1

Resumen de la invención

Problemas a resolver por la invención

1.6 TENDENCIAS DE INVESTIGACIÓN SOBRE EL SISTEMA DE AJUSTE DE POSICIÓN PARA USO EN LA ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

Como se ha descrito anteriormente, el sistema de ajuste de posición convencional no es apropiado como aparato domiciliario, ya que el sistema de ajuste de posición convencional utiliza un equipo caro y requiere la operación por parte de un médico. Para resolver este problema, Nishikawa y colaboradores, de la Universidad de Osaka, desarrollaron un sistema de navegación de campo magnético del tipo de conjunto de datos, que puede ser operado más fácilmente [Documento de referencia 3]. El conjunto de datos al que se hace referencia en este caso es una combinación de las intensidades de los campos magnéticos emitidos por imanes permanentes unidos a una bobina de estimulación y una posición tridimensional de la bobina de estimulación. La intensidad del campo magnético se mide mediante una pluralidad de sensores magnéticos. En este método, en primer lugar, se coloca un fijador tipo gafas con los sensores magnéticos en un paciente en un hospital. Los sensores magnéticos detectan la fuerza magnética emitida por la pluralidad de imanes permanentes fijados a la bobina para fijar el fijador de gafas en la misma posición. Además, un médico especifica una posición de estimulación óptima, y la posición de estimulación óptima y la posición tridimensional de la bobina correspondiente a la misma se adquieren por adelantado. Cuando el propio paciente realiza el ajuste de la posición de la bobina, el paciente utiliza el conjunto de datos obtenidos por adelantado, determina cómo mover el fijador tipo gafas para llevar el fijador a la posición de estimulación óptima mientras observa un monitor, y lleva a cabo la operación. El error de desalineación cuando un hombre sano de 20 años utilizó este sistema fue de unos 5 mm.

1.7 TENDENCIAS DE INVESTIGACIÓN SOBRE LA BOBINA DE ESTIMULACIÓN DE ALTA EFICIENCIA PARA USO EN LA ESTIMULACIÓN MAGNÉTICA TRANSCRANEAL

Como se ha descrito anteriormente, es importante que un aparato domiciliario de estimulación magnética sea compacto. Para ello, se requiere una bobina de estimulación de alta eficiencia. Las bobinas desarrolladas en el pasado tienen varias características de estimulación, pero hay que mejorar la eficiencia para uso domiciliario. Además, los aparatos parten del supuesto de que, por ejemplo, van a ser manejados por médicos, y aún no se han desarrollado bobinas capaces de realizar la estimulación en un amplio rango y que tengan una gran robustez.

1.7.1 BOBINA MODIFICADA EN FORMA DE OCHO

En la actualidad, se utilizan varias bobinas modificadas en forma de ocho [Documentos de referencia 4 a 15]. Estas bobinas en forma de ocho modificadas se clasifican en un tipo en el que dos partes de la bobina en espiral están parcialmente superpuestas (tipo superpuesto: véase la figura 11) y un tipo en el que dos partes de la bobina en espiral están dispuestas en paralelo sin superponerse (tipo no superpuesto: véase la figura 3). Además, las espirales en forma de ocho se clasifican en un tipo de Arquímedes en el que dos partes de la espiral se doblan a lo largo de la espiral de Arquímedes (tipo no excéntrico) y un tipo desarrollado por Sekino y colaboradores en 2000, en el que los centros respectivos de dos partes de la espiral se hacen excéntricos hacia la otra parte de la espiral (tipo excéntrico). Entre ellas, la bobina en espiral en forma de ocho de tipo excéntrico tiene una estructura en la que el centro de una bobina circular está cerca de la otra bobina circular, y los hilos conductores están dispuestos densamente en la parte central de la bobina en forma de ocho. Por lo tanto, dado que las corrientes parásitas pueden concentrarse inmediatamente debajo de la parte central por corrientes que fluyen en direcciones opuestas a las partes de la bobina en las que las dos partes de la bobina en espiral están cerca una de otra o a las partes de la bobina superpuestas, se da una característica tal que se obtiene una estimulación local que tiene mejor eficiencia que la de la bobina en forma de ocho no excéntrica. Sin embargo, también en lo que respecta a la bobina en forma de ocho modificada, se puede mejorar la robustez.

Aparte de eso, se proponen algunas bobinas modificadas en forma de ocho, pero no tienen diferencias drásticas en el rendimiento básico. Por ejemplo, Magstim 70 mm (P/N 9790) desarrollada por Magstim, ubicada en Spring Gardens, Whitland, Carmarthenshire SA340HR, Reino Unido, es una bobina en forma de ocho general. Además, las bobinas dobles Medtronic-Dantec MCB70 desarrolladas por Magpro, con sede en Lucernemarken 15, DK-3520, Farum, Dinamarca, tienen en ambos lados superficies opuestas al paciente de las partes circulares de la bobina que se doblan para adaptarse al cerebro. En cuanto a estas bobinas en forma de ocho, según los resultados del análisis comparativo realizado por Axel Thielscher y colaboradores [Documento de referencia 16], Medtronic tenía una ventaja del 19% en cuanto a la eficacia de la estimulación. En términos de rangos de estimulación, casi no hubo diferencia entre ambas bobinas en forma de ocho. Se comparan las zonas que pueden estimularse con una intensidad de estimulación del 50% de la intensidad de estimulación máxima y luego se confirmó que Medtronic era capaz de estimular la zona en un rango un 16% más amplio. Como se muestra en los resultados anteriores, se proporciona una pluralidad de bobinas modificadas en forma de ocho, pero no hay una gran mejora en términos de eficiencia de estimulación y robustez de estimulación. Además, las bobinas disponibles en el mercado tienen el problema de que la influencia de los campos magnéticos generados por las bobinas no se tiene en cuenta casi nada [Documentos de referencia 17 y 18].

1.7.2 BOBINA QUE UTILIZA NÚCLEO DE HIERRO

Con el fin de mejorar las características de estimulación, se han propuesto muchos métodos distintos de los de cambiar la forma de las bobinas, etc. Por ejemplo, en 2003, B. H. Han y colaboradores propusieron mejorar la eficacia de la estimulación uniendo un núcleo de hierro de un cuerpo ferromagnético a una bobina circular [Documentos de referencia 19 a 21]. Por ejemplo, en un modelo en el que, por encima de una bobina circular, se dispuso un núcleo de hierro laminado que tenía aproximadamente el mismo tamaño que ella, se confirmó que su intensidad de estimulación mejoraba como máximo entre un 50 y un 60% en comparación con un modelo sin núcleo de hierro. Según este método, en comparación con el método anterior, la mejora de la eficacia de la estimulación se mejoró aproximadamente 3 veces. Sin embargo, en lo que respecta a las bobinas en espiral con forma de ocho, se consideran sus usos prácticos como dispositivos para ensayos clínicos, pero todavía no se han realizado investigaciones sobre la forma/disposición de los núcleos de hierro para mejorar sus características de estimulación. Existe un caso en el que se ha realizado un análisis de la eficacia de la estimulación para un modelo en el que un núcleo de hierro está unido no sólo a una bobina circular, sino también a una bobina en H que genera corrientes inducidas perpendiculares al cerebro [Documento de referencia 22]. Por ejemplo, según los informes de R. Salvador y colaboradores, en el caso del modelo en el que el núcleo de hierro estaba unido a la bobina H, se confirmó que la intensidad del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro aumentaba en un 50% en comparación con un modelo sin núcleo de hierro. Las formas adecuadas del núcleo de hierro son diferentes según las formas de las bobinas de estimulación. Sin embargo, en la actualidad sólo se ha estudiado la forma del núcleo de hierro eficaz para las bobinas circulares. Además, no se han verificado los efectos de los núcleos de hierro para las bobinas excéntricas en forma de ocho, que ya se han utilizado en el método de estimulación magnética transcraneal.

1.7.3 BOBINA EN FORMA DE CÚPULA

Para facilitar el ajuste de posición de un sistema de estimulación magnética, el Documento de Patente 3 propone una bobina que tiene una mayor robustez de estimulación. Un modelo de análisis de la bobina propuesto en el Documento de Patente tiene los siguientes parámetros:

el número de vueltas de un hilo conductor es 20;

el radio de la esfera superior del hilo conductor es de 56 mm; y

el radio de la esfera inferior del hilo conductor es de 100 mm.

Se aplicó a este modelo una corriente (corriente pulsante) de 5,28 kA con una anchura de pulso de 298 ps, y se analizó una densidad de corriente inducida en la superficie de un modelo de cerebro semiesférico (conductividad eléctrica: 0,1065 S/m). Como resultado, en comparación con la bobina convencional en forma de ocho, se confirmó la mejora de la robustez de la estimulación. Sin embargo, se desea mejorar aún más la eficacia de la estimulación. Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de bobina que sea capaz de generar una mayor intensidad de campo eléctrico inducido sobre una región diana de estimulación magnética (esto significa una región a estimular magnéticamente) del cerebro que la de las técnicas convencionales, que tenga mayor robustez que la de las técnicas convencionales, y que pueda ser utilizada, por ejemplo, en un aparato domiciliario de estimulación magnética y proporcionar un aparato de estimulación magnética transcraneal provisto del aparato de bobina.

Medios para resolver los problemas

Los problemas mencionados se resuelven mediante la materia de las reivindicaciones independientes. Se definen otras realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.

Efecto de la invención

Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, la presente invención es capaz de generar una mayor intensidad de campo eléctrico inducido sobre la región diana de estimulación magnética del cerebro que la de las técnicas convencionales, que tenga mayor robustez que la de las técnicas convencionales, y que sea utilizada, por ejemplo, en un aparato domiciliario de estimulación magnética.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva que muestra una breve configuración de un aparato de estimulación magnética transcraneal según una realización de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de circuito que muestra un circuito de activación de bobina incorporado en el sistema de la figura 1.

La figura 3 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina incorporado en el sistema mostrado en la figura 1.

La figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una relación entre una bobina y un cuerpo magnético en el aparato de bobina mostrado en la figura 1.

La figura 5 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en una dirección X y tiene una forma cúbica.

La figura 6 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección Y y que tiene una forma cúbica.

La figura 7 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección X y tiene una forma cúbica.

La figura 8 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección Y y que tiene una forma cúbica.

La figura 9 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en las direcciones X e Y y que tiene una forma cúbica.

La figura 10 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en las direcciones X e Y y tiene una forma cúbica.

La figura 11 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en las direcciones X e Y y que tiene una forma cúbica.

La figura 12 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en las direcciones X e Y y que tiene una forma cúbica.

La figura 13 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina que incorpora una bobina del tipo de superficie curva (de tipo no superpuesto) y un cuerpo magnético en una carcasa que tiene una superficie curva como superficie inferior.

La figura 14 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina que incorpora una bobina de superficie curva (de tipo superpuesto) y un cuerpo magnético en una carcasa que tiene una superficie curva como superficie inferior.

La figura 15 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina que incorpora una bobina plana (de tipo no superpuesto) y un cuerpo magnético en una carcasa que tiene una superficie curva como superficie inferior.

La figura 16 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina que incorpora una bobina plana (de tipo superpuesto) y un cuerpo magnético en una carcasa que tiene una superficie curva como superficie inferior.

La figura 17 es una vista en sección transversal de un aparato de bobina que incorpora una bobina plana (de tipo superpuesto o de tipo no superpuesto) y un cuerpo magnético en una carcasa que tiene una superficie curvada como superficie inferior.

La figura 18 es una vista en perspectiva que muestra un modelo de comparación que no incluye un cuerpo magnético.

La figura 19 es una vista en perspectiva que muestra un modelo modificado que incluye un cuerpo magnético.

La figura 20 es un diagrama de configuración de una bobina utilizada en el análisis.

La figura 21 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección X y tiene una forma cuboide.

La figura 22 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor no rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección Y y que tiene una forma cuboide.

La figura 23 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección X y tiene una forma cuboide.

La figura 24 es una vista en perspectiva de un cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular que se obtiene laminando láminas de acero magnético en la dirección Y y que tiene una forma cuboide.

La figura 25 es una vista en perspectiva que muestra un punto de evaluación del análisis de fuga de campo magnético.

La figura 26 es un gráfico de contorno que muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de un modelo de comparación MF.

La figura 27 es un gráfico de contorno que muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de un modelo modificado MXa.

La figura 28 es un gráfico de contorno que muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de un modelo modificado MX.

La figura 29 es un gráfico de contorno que muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de un modelo modificado MY.

La figura 30 es un gráfico de contorno que muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de un modelo modificado MYa.

La figura 31 es una vista que muestra la distribución de la intensidad de un campo eléctrico inducido generado en el cuerpo magnético del modelo modificado MX.

La figura 32 es una vista que muestra la distribución de intensidad de los campos eléctricos inducidos generados en el cuerpo magnético del modelo modificado MY.

La figura 33 es una vista en perspectiva que muestra una corriente inducida que fluye en el cuerpo magnético de un modelo A.

La figura 34 es una vista en perspectiva que muestra las corrientes inducidas que fluyen en un cuerpo magnético de un modelo C.

La figura 35 es una vista en perspectiva que muestra un modelo de análisis básico.

La figura 36 es una vista en perspectiva que muestra elementos utilizados en los cálculos de un campo eléctrico inducido medio de una parte central del modelo de cerebro.

La figura 37A es una vista en planta que muestra un modelo que tiene un cuerpo magnético cuboide.

La figura 37B es una vista en planta que muestra un modelo que tiene un cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal.

La figura 38A es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie de un modelo de cerebro.

La figura 38B es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del modelo de cerebro.

La figura 38C es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie de un modelo de cerebro.

La figura 39 es un gráfico que muestra las distribuciones de la intensidad del campo eléctrico inducido en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y que atraviesan una parte central de la superficie del cerebro.

La figura 40A es un gráfico de contorno que muestra una densidad de corriente inducida (componentes de la dirección X) en la superficie del cuerpo magnético cuboide.

La figura 40B es un gráfico de contorno que muestra una densidad de corriente inducida (componentes de la dirección Y) en la superficie del cuerpo magnético cuboide.

La figura 41 es un gráfico que muestra las intensidades del campo magnético en la dirección del eje Z.

La figura 42 es una vista en planta que muestra un modelo que combina laminados de eje X y un laminado de eje Y. La figura 43A es un gráfico de contorno que muestra las intensidades de campo eléctrico inducido de la superficie de un modelo de cerebro.

La figura 43B es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido de una superficie del modelo de cerebro.

La figura 43C es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido de una superficie del modelo de cerebro.

La figura 43D es un gráfico de contorno que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido de una superficie del modelo de cerebro.

La figura 44 es un gráfico que muestra las distribuciones de la intensidad del campo eléctrico inducido en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y que atraviesan la parte central de la superficie del cerebro.

La figura 45 es una vista en perspectiva que muestra una distribución de campo eléctrico inducido en un cuerpo magnético de un modelo de laminación XY y los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro.

La figura 46 es una imagen fotográfica de una vista en perspectiva que muestra los resultados del análisis de la distribución de la corriente inducida en el cuerpo magnético del modelo de laminación XY.

La figura 47A es una vista en planta que muestra un modelo de análisis.

La figura 47B es una vista en planta que muestra un modelo de análisis.

La figura 48 es un gráfico que muestra las distribuciones de intensidad del campo eléctrico inducido en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y que atraviesan la parte central de la superficie del cerebro.

La figura 49 es un diagrama de circuito que muestra un circuito magnético equivalente de un modelo de análisis. La figura 50A es una vista en perspectiva que muestra una bobina en forma de cúpula utilizada en el análisis. Este ejemplo no forma parte de la invención.

La figura 50B es una vista lateral que muestra la bobina en forma de cúpula utilizada en el análisis.

La figura 51A es una vista en perspectiva que muestra la bobina en forma de cúpula utilizada en el análisis.

La figura 51B es una vista lateral que muestra la bobina en forma de cúpula utilizada en el análisis.

La figura 52A es un gráfico de contorno que muestra los resultados del análisis de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro.

La figura 52B es un gráfico de contorno que muestra los resultados del análisis de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro.

La figura 52C es un gráfico de contorno que muestra los resultados del análisis de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro.

La figura 53A es un gráfico que muestra la robustez de un modelo de bobina sin cuerpo magnético y es un gráfico que muestra las intensidades de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro con respecto a las coordenadas X de la superficie del modelo de cerebro.

La figura 53B es un gráfico que muestra la robustez de un modelo de bobina sin cuerpo magnético y es un gráfico que muestra las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro con respecto a las coordenadas Z de la superficie del modelo de cerebro.

La figura 54 es un gráfico que muestra la robustez de la estimulación de una pluralidad de modelos de bobinas y es un gráfico que muestra los modelos en el gráfico de las distancias de estimulación efectiva en la dirección del eje Y con respecto a las distancias de estimulación efectiva en la dirección del eje X.

La figura 55A es una vista en perspectiva que muestra las corrientes en un cuerpo magnético laminado en forma de esqueleto tetragonal en dirección Y y que muestra los campos eléctricos inducidos generados por ellas en una superficie del cerebro.

La figura 55B es una vista en perspectiva que muestra las corrientes en un cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal laminado en la dirección Y y que muestra los campos eléctricos inducidos generados por ellas en la superficie del cerebro.

La figura 56 es un diagrama de circuito que muestra un circuito magnético equivalente de un modelo de bobina que tiene un cuerpo magnético cuboide laminado en dirección Y.

La figura 57 es una vista en perspectiva que muestra los contornos de un modelo de análisis.

La figura 58 es una vista en sección transversal que muestra una distribución de líneas de fuerza magnética en una sección transversal XZ que pasa por la parte central del cuerpo magnético.

La figura 59 es una vista en perspectiva que muestra un modelo de análisis mejorado.

La figura 60 es una vista en sección transversal que muestra una situación en la que la fuga de flujo magnético está bloqueada por una pestaña.

La figura 61 es una vista en perspectiva que muestra un modelo de simulación de TMS por el método de elementos finitos.

La figura 62 es una vista esquemática en la que una placa laminada de hierro y acero que combina laminaciones verticales y una laminación horizontal está colocada sobre una bobina central excéntrica en forma de ocho.

La figura 63A es un gráfico de contorno que muestra un campo eléctrico inducido generado en la superficie de un conductor eléctrico.

La figura 63B es un gráfico de contorno que muestra un campo eléctrico inducido generado en una superficie del conductor eléctrico.

La figura 63C es un gráfico de contorno que muestra un campo eléctrico inducido generado en una superficie del conductor eléctrico.

La figura 63D es un gráfico de contorno que muestra un campo eléctrico inducido generado en una superficie del conductor eléctrico.

La figura 63E es un gráfico de contorno que muestra un campo eléctrico inducido generado en la superficie de un conductor eléctrico.

La figura 64 muestra imágenes fotográficas que muestran la pérdida de corriente inducida generada en las superficies de las placas de hierro y acero.

La figura 65 es un gráfico que muestra una tabla con las relaciones entre la anchura de la parte lateral de la placa de hierro y acero laminada combinada y las intensidades de campo eléctrico inducido del modelo de cerebro.

Modos de llevar a la práctica la invención

Realizaciones según la presente invención

A continuación, se describirán varias realizaciones según la presente invención con referencia a los dibujos. Se observa que, en las siguientes realizaciones, los elementos constitutivos similares se denotan con los mismos signos de referencia. La invención se define en las reivindicaciones siguientes, proporcionándose otras realizaciones y ejemplos sólo con fines ilustrativos.

En la presente realización, para proporcionar un aparato de bobina y un aparato de estimulación magnética transcraneal que tenga el aparato de bobina, que sean capaces de (a) generar una intensidad de campo eléctrico inducido más alta en una región diana de estimulación magnética del cerebro de un humano que la de las técnicas convencionales, (b) tener más robustez que la de las técnicas convencionales, y (c) ser utilizados, por ejemplo, en un aparato domiciliario de estimulación magnética, los autores de la presente invención llevaron a cabo los descritos a continuación y obtuvieron conocimientos.

(1) Se proporcionaron bobinas excéntricas en forma de ocho y bobinas en forma de cúpula con diversos cuerpos magnéticos (núcleos de hierro), se obtuvieron las intensidades de campo eléctrico inducido en una superficie de modelo cerebral mediante análisis numérico para cada una de las combinaciones de las bobinas y los cuerpos magnéticos, y a continuación, se determinó el modelo de cuerpo magnético capaz de realizar la estimulación magnética con la mayor eficacia.

(2) Para cada una de las combinaciones, se evaluó la robustez de la estimulación en base a los resultados del análisis numérico, y se resumieron las correlaciones entre las formas de los cuerpos magnéticos y la robustez de la estimulación.

(3) El modelo para dotar a la bobina excéntrica en forma de ocho de un elemento de ferrita con el fin de suprimir los campos magnéticos de fuga se determinó mediante un análisis numérico, en el que el modelo minimiza la distancia (la distancia de la bobina) para cumplir la norma de seguridad de campo magnético (21 A/m) de la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP).

A partir de los conocimientos basados en los resultados del análisis, que se describirán más adelante en detalle, la presente realización proporciona un nuevo aparato de bobina para uso en un aparato de estimulación magnética transcraneal y un aparato de estimulación magnética transcraneal que tiene el aparato de bobina.

Específicamente, un aparato de bobina para uso en un aparato de estimulación magnética transcraneal según un aspecto de la presente invención tiene una bobina que incluye un hilo conductor enrollado en forma de espiral a lo largo de una superficie de referencia y tiene un cuerpo magnético dispuesto por encima de la bobina y a lo largo de la bobina. En este caso, la superficie de referencia puede ser un plano, una superficie curva o una superficie esférica. Más específicamente, se proporciona el aparato de bobina para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal según la realización. En este caso, el aparato de bobina incluye una bobina dispuesta de manera que se oponga a una superficie de la cabeza de un humano para generar una corriente por un campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética en un cerebro por la inducción electromagnética, y para estimular las neuronas. El aparato de bobina incluye una bobina configurada mediante el enrollamiento de un hilo conductor a lo largo de una superficie de referencia predeterminada; y un cuerpo magnético dispuesto entre la cabeza y la bobina de manera que se oponga a la bobina, y dispuesto en una posición en un lado opuesto de la cabeza. El aparato de bobina se caracteriza porque el cuerpo magnético se proporciona para hacer que en él fluya una corriente por un campo eléctrico inducido cuando la bobina sea activada, y para aumentar la corriente que fluye por el campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética del cerebro en comparación con el que no tiene cuerpo magnético.

La bobina es una de la bobina en espiral no excéntrica en forma de ocho y una bobina en espiral excéntrica en forma de ocho que tiene dos partes espirales.

Además, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral a lo largo de la superficie de referencia se define como una dirección X, y cuando una dirección ortogonal a la dirección X a lo largo de la superficie de referencia se define como una dirección Y, entonces el cuerpo magnético puede configurarse laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección X.

Además, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral a lo largo de la superficie de referencia se define como una dirección X, y cuando una dirección ortogonal a la dirección X a lo largo del plano se define como una dirección Y, entonces el cuerpo magnético puede configurarse laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección Y.

Además, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral a lo largo de la superficie de referencia se define como una dirección X, y cuando una dirección ortogonal a la dirección X a lo largo del plano se define como una dirección Y, entonces el cuerpo magnético puede incluir un primer cuerpo magnético laminado configurado laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección X; y un segundo cuerpo magnético laminado configurado laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección Y.

Además, en la dirección X, la segunda parte de cuerpo magnético laminada puede estar dispuesta en el centro del aparato de bobina, y las primeras partes laminadas del cuerpo magnético pueden estar dispuestas en ambos lados de la segunda parte laminada del cuerpo magnético.

En otro aspecto de la presente invención, según se ve desde una dirección Z ortogonal a la dirección X y a la dirección Y, el cuerpo magnético puede tener una forma tetragonal, una forma poligonal, una forma circular, una forma elíptica o una forma oblonga.

En otro aspecto de la presente invención, el cuerpo magnético puede tener una abertura en un centro según se ve desde la dirección Z ortogonal a la dirección X y la dirección Y.

El aparato de bobina para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal según una realización incluye una bobina en forma de ocho que tiene dos partes de bobina en espiral de un hilo conductor enrollado en forma de espiral, e incluye un cuerpo magnético dispuesto por encima de la bobina y a lo largo de la bobina. En este caso, el cuerpo magnético se configura laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección de disposición del hilo conductor en una parte central de la bobina.

El aparato de bobina para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal según la presente invención incluye una bobina en forma de ocho que tiene dos partes de bobina en espiral de un hilo conductor enrollado en forma de espiral; e incluye un cuerpo magnético dispuesto por encima de la bobina y a lo largo de la bobina. En este caso, el cuerpo magnético se configura laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en la dirección ortogonal a la dirección que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral.

El aparato de estimulación magnética transcraneal según las realizaciones puede incluir cualquiera de los aparatos de bobina descritos anteriormente.

Primera realización

Con referencia a la figura 1, un aparato de estimulación magnética transcraneal 1 incluye un aparato de estimulación magnética 4, que es soportado por un mecanismo de soporte no mostrado (por ejemplo, una silla 2 o una cama) y aplica estimulación magnética, por ejemplo, a una región diana de estimulación magnética del cerebro de un paciente 3. El aparato de estimulación magnética 4 incluye un aparato de bobina 5, y una unidad de control 6 para generar campos magnéticos dinámicos para aplicar la estimulación magnética al cerebro del paciente 3.

Con referencia a la figura 1, el aparato de bobina 5 es soportado preferiblemente por una unidad de posicionamiento apropiada 7 de modo que el aparato de bobina 5 puede moverse libremente a lo largo de la superficie de la cabeza del paciente 3, y puede colocarse en una posición arbitraria. El aparato de bobina 5 incluye una bobina 8, y una carcasa 9 hecha de un material aislante eléctrico que rodea la bobina 8. La carcasa 9 incluye un soporte 10, que está formado integralmente con la carcasa 9, y es retenido por la unidad de posicionamiento 7 a través del soporte 10. En la realización, la bobina 8 es una bobina en forma de ocho. La bobina en forma de ocho puede ser del tipo superpuesto, en el que dos partes de la bobina en espiral están parcialmente superpuestas entre sí, y del tipo no superpuesto, en el que dos partes de la bobina en espiral están dispuestas en paralelo sin estar superpuestas entre sí. Además, la bobina en forma de ocho puede ser del tipo no excéntrico en el que las dos partes de la bobina en espiral están dobladas a lo largo de la espiral de Arquímedes; y del tipo excéntrico en el que el centro de cada una de las dos partes de la bobina en espiral se mueve hacia otra parte de la bobina.

La carcasa 9 incluye integralmente tres o más dianas de observación (por ejemplo, una marca 11 o una diana como un saliente). Estas dianas de observación se utilizan para obtener la posición relativa y la dirección de la bobina 8 con respecto a la cabeza del paciente.

Además, el aparato de estimulación magnética transcraneal 1 puede estar configurado, por ejemplo, de la siguiente manera.

La unidad de control 6 incluye una carcasa 12 en forma de caja. La carcasa 12 tiene una parte de entrada 13, y una parte de salida 14. La parte de entrada 13 incluye:

una parte de ajuste de las condiciones de activación 15, que establece las condiciones de activación (por ejemplo, el voltaje, la corriente y la frecuencia a aplicar a la bobina 8) del aparato de estimulación magnética transcraneal 1; una parte de recepción de datos 17, que recibe datos de imágenes tomográficas del cuerpo humano (en particular, de la cabeza) generados por un aparato de toma de imágenes tomográficas (por ejemplo, IRM, CT, PET) 16; y una parte receptora de datos 20, que recibe datos de imagen procedentes de una cámara óptica de detección de posición tridimensional y de toma de imágenes estereoscópicas (en adelante se denomina simplemente “una cámara”) 19, que toma simultáneamente imágenes de la marca 11 proporcionada en la carcasa 9 del aparato de bobina 5, y tres o más objetivos de observación (por ejemplo, una marca 18 o un saliente) proporcionados en un elemento llevado (por ejemplo, gafas) como las gafas que lleva el paciente 3 o en la piel del paciente 3. Aunque no se muestra en el dibujo, la cámara 19 está unida a la unidad de posicionamiento 7 o a una parte fija de la sala que albergue el aparato de estimulación magnética transcraneal 1.

El aparato de toma de imágenes tomográficas 16 descrito anteriormente, la parte de recepción de datos 17, la cámara óptica de detección de posición tridimensional y de toma de imágenes estereoscópicas 19, la parte de recepción de datos 20, etc., son un aspecto de implementación utilizado para llevar a cabo el posicionamiento del aparato de bobina 5 en una parte de irradiación de la cabeza, y puede utilizarse otro aspecto.

En la presente realización, debe entenderse que la corriente aplicada a la bobina incluye no sólo la corriente que cambia cíclicamente las direcciones de flujo a medida que transcurre el tiempo (corriente alterna), sino también la corriente que tiene una dirección de flujo constante y varía cíclicamente la amplitud (la llamada “corriente pulsante”).

La parte de salida 14 se conecta a una pantalla 21, tal como un aparato de pantalla de cristal líquido o a un ordenador que tenga una pantalla (no mostrada) y está configurada para poder enviar los datos (por ejemplo, datos de imagen), que se envían desde la unidad de control 6 a la pantalla 21, de modo que se muestre una imagen correspondiente en la pantalla.

Un circuito de activación de bobina 25 mostrado en la figura 2 está alojado en la carcasa 12, y el circuito de activación de bobina 25 está conectado eléctricamente a la bobina 8 mediante un cable 26.

Cuando el paciente va a ser tratado utilizando el aparato de estimulación magnética transcraneal 1 que tiene la configuración anterior, la posición de la bobina 8 con respecto a la cabeza del paciente se obtiene en base a las imágenes tomadas por la cámara 19. La posición relativa de la bobina 8 con respecto a la cabeza del paciente se muestra en la pantalla 21. Como resultado, la bobina 8 puede instalarse en un lugar deseado (por ejemplo, la posición óptima de estimulación) de la cabeza del paciente. A continuación, el circuito de activación de bobina 25 activa la bobina 8 en base a las condiciones de activación de la bobina introducidas a través de la parte de entrada 15 y aplica estimulación magnética al cerebro del paciente 3. Con referencia a la figura 2, el circuito de activación de bobina 25 incluye: un circuito de alimentación 62, que convierte el voltaje de salida de una fuente de alimentación 61 a un voltaje deseado; un circuito de refuerzo de voltaje 63, que aumenta el voltaje de la salida del circuito de alimentación 62; un condensador 64, que acumula carga eléctrica utilizando la salida del circuito de refuerzo de voltaje 63; una resistencia 65, que ajusta la corriente que fluye en el condensador 64; y un interruptor semiconductor 66, que opera la salida del condensador 64 en un momento predeterminado y genera una corriente alterna. El interruptor semiconductor 66 está configurado de manera que incluya un tiristor 31 controlado para ser encendido/apagado por un circuito de control 67, y un diodo 31D, que está conectado en paralelo en la dirección opuesta a la del tiristor 31, y la corriente obtenida al accionar el interruptor semiconductor 66 se aplica a la bobina 8. La figura 3 muestra una breve configuración del aparato de bobina 5. Con referencia a la figura 3, el aparato de bobina 5 incluye la carcasa 9 hecha de un material no magnético no conductor eléctrico. En una realización de la figura 3, una superficie inferior 21 de la carcasa 9 opuesta a la cabeza del paciente es una superficie plana paralela o sustancialmente paralela a un plano (plano XY) que incluye una dirección izquierda-derecha (dirección X) de la figura 3, y una dirección delantera-trasera (dirección Y) de la vista ortogonal a la misma. En la presente realización, este plano sirve como superficie de referencia.

La bobina 8 está alojada en la carcasa 9. En la realización, la bobina 8 es de tipo excéntrico, en la que dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral formadas por la flexión en espiral de un único hilo conductor 80 están dispuestas a lo largo de la superficie de referencia sin superponerse entre sí, y el centro de cada una de las dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral es excéntrico hacia la otra parte de la bobina en espiral. En este caso, la bobina 8 es una bobina en espiral en forma de ocho de tipo no superpuesto. En la realización, como se muestra en la figura 4, la dirección (que coincide con una dirección excéntrica), que conecta los centros 83 y 84 de las dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral que configuran la bobina en espiral en forma de ocho 8, se define como una dirección X. La dirección paralela a la superficie de referencia y ortogonal a la dirección X se define como dirección Y. La dirección perpendicular a la superficie de referencia se define como dirección Z. En este caso, en una parte central 85 situada en el medio entre los centros 83 y 84 de las partes 81 y 82 de la bobina y en una periferia de la misma, el hilo de bobinado 80 se extiende en la dirección Y.

Volviendo a la figura 3, en la carcasa 9, un cuerpo magnético 22 que tiene un volumen predeterminado y una forma cúbica se aloja por encima de la bobina 8 con un intervalo predeterminado entre el cuerpo magnético 22 y la bobina 8. El cuerpo magnético 22 puede ser una sola lámina de acero magnético (cuerpo magnético del modelo de comparación descrito anteriormente) o es un cuerpo laminado obtenido mediante la laminación de finas láminas de acero magnético, que tienen superficies cubiertas con revestimientos aislantes. En este caso, la bobina 8 se coloca de manera que la superficie inferior de la bobina 8 se oponga a la superficie del cerebro, y la superficie superior de la bobina 8 se oponga al cuerpo magnético 22. Al disponer el cuerpo magnético 22 en el lado superior de la bobina 8 que es el lado opuesto del cerebro a la carcasa sin cuerpo magnético 22, se dan unas características tales que la intensidad de campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética del cerebro puede ser significativamente aumentada y que el campo eléctrico inducido puede ser generado en una región más amplia. El cuerpo magnético 22 puede ser cualquiera de:

(a) cuerpos laminados 22A y 22C (véanse las figuras 5 y 7) en los que las láminas de acero magnético están laminadas en la dirección X;

(b) cuerpos laminados 22B y 22D (véanse las figuras 6 y 8) en los que las láminas de acero magnético están laminadas en la dirección Y

y

(c) cuerpos laminados 22E a 22H (figuras 9 a 12) en los que las láminas de acero magnético están laminadas en las direcciones X e Y.

El cuerpo magnético 22 puede estar provisto de una abertura 23 que penetra a través de la superficie superior y la superficie inferior del mismo (véanse las figuras 7, 8, 11 y 12) en la parte central del mismo. Se observa que, en las realizaciones mostradas en las figuras 9 y 11, las láminas de acero magnético en ambas regiones laterales están laminadas en la dirección X, y las láminas de acero magnético en la región entre ellas están laminadas en la dirección Y. En las realizaciones mostradas en la figura 10 y la figura 12, las láminas de acero magnético en ambas regiones laterales están laminadas en la dirección Y, y las láminas de acero magnético en la región entre ellas están laminadas en la dirección X.

En este caso, los modelos de las figuras 5 a 12 se denominarán con los siguientes nombres de modelo.

Modelo de la figura 5: modelo MX;

Modelo de la figura 6: modelo MY;

Modelo de la figura 7: modelo MXa;

Modelo de la figura 8: modelo MYa;

Modelo de la figura 9: modelo MZY;

Modelo de la figura 10: modelo MZX;

Modelo de la figura 11: modelo MZYa; y

Modelo de la figura 12: modelo MZXa.

La forma plana del cuerpo magnético 22 (forma según se ve desde la dirección Z) puede ser cualquiera de las formas tetragonales y no tetragonales (por ejemplo, forma circular, forma elíptica y forma oblonga).

Como se ha descrito anteriormente, la bobina 8 de las figuras 3 y 4 es la bobina en espiral en forma de ocho de tipo excéntrico y no superpuesto. Sin embargo, los tipos de la bobina 8 no están limitados a éste, y se puede utilizar cualquiera de los siguientes tipos: una bobina en espiral con forma de ocho de tipo excéntrico y superpuesto, una bobina en espiral con forma de ocho de tipo no excéntrico y superpuesto, y una bobina en espiral con forma de ocho de tipo no excéntrico y no superpuesto.

En la realización descrita anteriormente, la superficie inferior 21 de la carcasa 9 es una superficie plana, pero puede ser una superficie curva como se muestra en las figuras 13 a 16. En este caso, no se requiere que la bobina 8 sea paralela a la superficie curva, sino que tenga una superficie curva. Sólo se requiere que la bobina 8 esté dispuesta “a lo largo” de la superficie de referencia. Por ejemplo, la bobina 8 puede estar dispuesta en paralelo a una superficie plana que incluya la dirección X y la dirección Y, o puede estar dispuesta en paralelo a la superficie curva. Del mismo modo, tampoco se requiere que el cuerpo magnético 22 sea paralelo a la superficie curva, sino que tenga una superficie curva. El cuerpo magnético 22 sólo tiene que estar dispuesto “a lo largo” de la superficie de referencia. Por ejemplo, el cuerpo magnético 22 puede estar dispuesto en paralelo a la superficie plana incluyendo la dirección X y la dirección Y o puede estar dispuesto en paralelo a la superficie curva. Se observa que una bobina esférica puede formarse disponiendo un hilo conductor a lo largo de una superficie esférica. Además, se puede formar un cuerpo magnético de tipo laminado esférico, por ejemplo, realizando estampado en un cuerpo magnético de tipo laminado plano para formar una forma esférica.

Con referencia a la figura 17, la superficie inferior de la carcasa 9 puede ser una superficie doblada que tenga dos superficies planas que se crucen entre sí en un ángulo predeterminado. En este caso, la bobina 8 puede ser de tipo excéntrico o no excéntrico, y de tipo superpuesto o no superpuesto. Además, la bobina 8 y el cuerpo magnético 22 tienen superficies dobladas. La bobina 8 y el cuerpo magnético 22 sólo deben estar dispuestos “a lo largo” de la superficie de referencia. Por ejemplo, la bobina 8 y el cuerpo magnético 22 pueden estar dispuestos de modo que estén en paralelo a la superficie plana incluyendo la dirección X y la dirección Y, o pueden estar dispuestos en paralelo a la superficie doblada.

Aunque la superficie inferior 21 de la carcasa 9 no se muestra en los dibujos, la superficie inferior 21 de la carcasa 9 puede ser una superficie esférica. En este caso, la bobina 8 tiene una superficie esférica, pero no es necesario que sea paralela a la superficie esférica. La bobina 8 sólo tiene que estar dispuesta “a lo largo” de la superficie de referencia. Por ejemplo, la bobina 8 puede estar dispuesta en paralelo a la superficie plana incluyendo la dirección X y la dirección Y, o puede estar dispuesta en paralelo a la superficie esférica. Del mismo modo, el cuerpo magnético 22 también tiene una superficie esférica, pero no se requiere que sea paralelo a la superficie esférica. El cuerpo magnético 22 sólo tiene que estar dispuesto “a lo largo” de la superficie de referencia. Por ejemplo, el cuerpo magnético 22 puede estar dispuesto en paralelo a la superficie plana incluyendo la dirección X y la dirección Y, o puede estar dispuesto en paralelo a la superficie esférica.

El cuerpo magnético 22 tiene preferentemente un tamaño capaz de cubrir completamente la bobina 8. Sin embargo, cuando la bobina 8 es una bobina en forma de ocho, el cuerpo magnético 22 tiene preferiblemente un tamaño que cubre al menos la región de diámetro interior mínimo de las dos partes de la bobina en espiral.

Según el aparato de bobina 5 configurado de esta manera, como se describe en el análisis anterior, dado que el cuerpo magnético está dispuesto a lo largo de la bobina, se puede generar una mayor intensidad de campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro que la del aparato de bobina sin cuerpo magnético. En particular, en el caso del aparato de bobina que incluye la bobina en espiral en forma de ocho, cuando las láminas de acero magnético se laminan en la dirección ortogonal a la dirección que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral para configurar el cuerpo magnético, la fuga de flujo magnético puede suprimirse mínimamente. Además, se puede generar una mayor intensidad de campo eléctrico inducido en una parte de tratamiento diana, que es una región diana de estimulación magnética, con una alta robustez en una dirección predeterminada.

EJEMPLOS DE IMPLEMENTACIÓN

2.1 ANÁLISIS NUMÉRICO 1

Con respecto a los aparatos de bobina de estimulación magnética, los autores de la invención de la presente solicitud crearon dos modelos de análisis y evaluaron la intensidad de un campo magnético inducido utilizando un método de elementos finitos, la fuga de campo magnético y la localidad, con el fin de mejorar la eficiencia de la estimulación magnética, reducir la fuga de campo magnético, mejorar la robustez de la estimulación y llevar a cabo la reducción de tamaño. Con referencia a la figura 18, un modelo de análisis era un modelo en el que un modelo de cerebro cuboide (con tubos paralelos rectangulares) y una bobina en espiral excéntrica en forma de ocho de tipo superpuesto estaban dispuestos en un espacio cuboide (región de aire) (en lo sucesivo se denomina “un modelo de comparación”). Con referencia a la figura 19, otro modelo de análisis era un modelo en el que se dispuso un cuerpo magnético cúbico además del modelo de cerebro cuboide descrito anteriormente y la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho en un espacio cuboide (región de aire) (en lo sucesivo, denominado “modelo modificado”).

2.1.1 MODELO DE COMPARACIÓN Y MODELO MODIFICADO

En el modelo de comparación y en el modelo modificado, el tamaño del espacio cuboide era de 1000 x 1000 x 1600 mm (que indican “tamaño en dirección X x tamaño en dirección Y x tamaño en dirección Z”. En lo sucesivo, los tamaños de los mismos se muestran de forma similar), el tamaño del modelo de cerebro era de 140 x 140 x 40 mm. Con referencia a la figura 20, la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho incluye dos partes de bobina en espiral 81 y 82, enrollando en espiral un hilo conductor (conductor) que tiene una anchura de 2 mm y una altura de 6 mm, a lo largo de un único plano. En este caso, la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho incluye las dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral excéntrica de manera que cada uno de los centros 83 y 84 de las dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral era excéntrico hacia la otra parte de la bobina. Cada una de las partes excéntricas de la bobina en espiral 81 y 82 tenía lo siguiente:

el diámetro interior mínimo de 18 mm;

el diámetro exterior máximo de 122 mm;

un grado de excentricidad (la distancia entre un centro de diámetro exterior y un centro de diámetro interior de la parte de bobina en espiral excéntrica) de 27,5 mm;

la distancia entre los centros de diámetro interior de las partes de bobina en espiral excéntrica izquierda-derecha 81 y 82 de 42,5 mm; y

un intervalo mínimo de bobina en el lado excéntrico (en la figura 18, una región del lado izquierdo en la parte de la bobina en espiral excéntrica 81 mostrada en el

lado derecho, y en una región del lado derecho en la parte de la bobina en espiral excéntrica 82 mostrada en el lado izquierdo) de 0,5 mm.

La bobina en espiral excéntrica en forma de ocho 8 que tiene la configuración descrita anteriormente se dispuso de manera que una línea 8L que conecta los centros de las dos partes de la bobina en espiral excéntrica (en lo sucesivo, esta línea se denominará “un eje central de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho”) se dirigiese de modo que estuviese en paralelo a la dirección X.

Como se muestra en las figuras 18 y 19, el modelo de cerebro y la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho se colocaron en el centro de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho por encima del centro del modelo de cerebro 90. Se dejó un intervalo de 30 mm entre el modelo de cerebro 90 y la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho 8. La bobina en espiral excéntrica en forma de ocho 8 se dispuso de manera que la línea que conecta los centros 83 y 84 de las dos partes 81 y 82 de la bobina en espiral excéntrica (en lo sucesivo, esta línea se denominará “un eje central de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho”) se dirigiese de modo que estuviese en paralelo a la dirección X, y de manera que la dirección en la superficie de la placa de la bobina y ortogonal al eje central 8L de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho se dirigiese de modo que estuviese en paralelo a la dirección Y.

En el modelo modificado mostrado en la figura 19, por ejemplo, el cuerpo magnético cuboide 22 se dispuso por encima de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho con un intervalo de 0,5 mm entre ellos. Como el cuerpo magnético cuboide 33, se prepararon cuatro tipos de cuerpos magnéticos 100A a 100D mostrados en las figuras 21 a 24. El cuerpo magnético 100A de la figura 21 era un cuerpo magnético cuboide (con forma de bastidor no rectangular) configurado mediante la laminación de láminas de acero magnético en la dirección Y de la figura 21. El cuerpo magnético 100B de la figura 22 era un cuerpo magnético cuboide (forma de bastidor) que incluía una abertura tetragonal (45 mm x 80 mm) en un centro del cuerpo magnético 100A. El cuerpo magnético 100C de la figura 23 era un cuerpo magnético cuboide (forma de bastidor no rectangular) configurado mediante la laminación de láminas de acero magnético en la dirección X de la figura 23. El cuerpo magnético 100D de la figura 24 era un cuerpo magnético cuboide (forma de bastidor) que incluía una abertura tetragonal (45 mm x 80 mm) en un centro del cuerpo magnético C. El tamaño de cada uno de los cuerpos magnéticos 100A a 100D tenía un área suficiente para cubrir toda la superficie superior de la bobina excéntrica 8. En los cálculos, se ignoró el espesor de las láminas de acero magnético.

La conductividad eléctrica del modelo de cerebro 90 era de 0,11 (S/m) (equivalente a la de la materia gris del cerebro), y su permeabilidad magnética relativa se fijó en uno. La conductividad eléctrica de la región de aire se fijó en cero (S/m) y su permeabilidad magnética relativa se fijó en cero. La conductividad eléctrica del cuerpo magnético era de 107 (S/m), y su permeabilidad magnética relativa era de 5000. El número de elementos de ambos modelos de análisis fue de aproximadamente 1.000.000. A continuación, los modelos modificados que incluyen los cuerpos magnéticos 100A, 100B, 100C y 100D se denominarán “un modelo modificado MY”, “un modelo modificado MYa”, “un modelo modificado MX” y “un modelo modificado MXa”, respectivamente.

2.1.2 MÉTODO DE ANÁLISIS

(a) ECUACIONES DE CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO

El análisis de una densidad de corriente se llevó a cabo mediante el método EDDY-jw basado en el método de elementos finitos. Cuando un campo magnético se denota por “B”, un potencial vectorial de una corriente de bobina se indica por “Ac”, un potencial vectorial de una corriente parásita se denota por “Ae”, un campo eléctrico se indica por “E”, una corriente se denota por “J”, un potencial escalar se indica por “9”, y el tiempo se denota por “t”, entonces pueden darse ecuaciones que representan los campos electromagnéticos de modo que la ecuación (1) dé un campo magnético, y la ecuación (2) dé un campo eléctrico E.

Cuando un término del potencial vectorial de la corriente parásita de la ecuación (1) se sustituye en la ecuación (3) por 9 = 0 y la permeabilidad magnética |J^üdel vacío, se obtiene la ecuación (4) siguiente.

En este caso, “Je” denota una corriente parásita. El potencial vectorial de la corriente de la bobina viene dado por la siguiente ecuación (5) de acuerdo con la ley de Biot-Savart de conocimiento general.

Por lo tanto, la ecuación (7) se obtiene a partir de las ecuaciones (2) a (4) y la ecuación (6).

Je =aE (6)

V x -V x A ^ -o ^ tA .+ f is í-J L r ^ rd S ') (7)

\i0 dt 4jcJc|r - r |

Cuando el campo electromagnético cambia en forma de onda sinusoidal, un campo complejo Ac (XYZ) está dado por la ecuación (8) siguiente.

A (x ,y *³t*t)sE Re(Ac(x9y4z)exp(|cot) (8)

Por lo tanto, cuando la ecuación (8) se sustituye en la ecuación (7), la ecuación que debe satisfacer el campo complejo viene dada por la ecuación (9) siguiente.

En el presente análisis, este campo complejo se obtuvo como resultado del análisis.

(b) ANÁLISIS DE LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO

Para evaluar la eficacia de la estimulación magnética en cada uno del modelo de comparación y los cuatro modelos modificados, se analizó la distribución de la intensidad del campo eléctrico inducido en la superficie superior del modelo de cerebro 90 (en lo sucesivo, denominada “intensidad del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro”) y un campo eléctrico inducido en un punto central de la superficie superior del modelo de cerebro 90 (en lo sucesivo, denominado “punto diana”). Para evaluar el campo eléctrico inducido en el punto diana, como se muestra en la figura 36, un valor medio de los campos eléctricos inducidos de los elementos cerebrales en un hemisferio 90S que tiene un radio de 10 mm desde un punto diana 90C (elementos del modelo cerebral 90 definidos para el análisis) se denominó intensidad del campo eléctrico inducido en la superficie cerebral de estimulación efectiva. (c) ANÁLISIS DE LA FUGA DE CAMPO MAGNÉTICO DE DIRIECCIÓN HACIA ARRIBA DE LA BOBINA

En relación con el modelo de comparación de la figura 18 y los modelos modificados de la figura 19 que incluyen los cuatro cuerpos magnéticos 100A a 100D mostrados en las figuras 21 a 24, como se muestra en la figura 25, se calculó la intensidad del campo magnético de un punto de evaluación que distaba 60 cm del punto diana en el lado superior (dirección del eje Z).

(d) ANÁLISIS DE LA ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN

Para evaluar el tamaño de la región capaz de aplicar una intensidad de estimulación deseada a una posición de estimulación diana incluso si la bobina de estimulación 8 se desalineaba de una posición predeterminada (robustez), el 70% del campo eléctrico máximo inducido en la superficie del cerebro se estableció como una intensidad de estimulación efectiva, y la región que tenía un campo eléctrico que tenía una intensidad que era igual o mayor que la intensidad de estimulación efectiva se estableció como una región de estimulación efectiva. Se calculó una anchura en la dirección X y una anchura en la dirección Y de la región de estimulación efectiva, y la mitad de cada uno de sus valores se definió como el error de desalineación máximo permisible.

2.1.3 RESULTADOS DEL ANÁLISIS

(a) INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO EN LA SUPERFICIE DEL CEREBRO

La figura 26 muestra una distribución de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro del modelo de comparación MF (figura 18), y las figuras 27 a 30 muestran las distribuciones de las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de los modelos modificados MY, MYa, MX y MXa (véanse las figuras 19 y 21 a 24).

(b) INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO EN LA SUPERFICIE CEREBRAL DE ESTIMULACIÓN EFECTIVA EN EL PUNTO DIANA

La Tabla 1 muestra las intensidades del campo eléctrico inducido en la superficie cerebral de estimulación efectiva en el punto diana.

Tabla 1:

Como se muestra en la Tabla 1, la intensidad efectiva del campo eléctrico inducido en la superficie cerebral del modelo de comparación sin cuerpo magnético fue de 118 (V/m). Por otra parte, las intensidades efectivas del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de cuatro tipos de modelos modificados MX, MXa, MY y MYa fueron 120 (V/m), 129 (V/m), 297 (V/m) y 207 (V/m), respectivamente. Todos los modelos modificados obtuvieron intensidades de campo eléctrico inducido efectivas en la superficie del cerebro mayores que las del modelo de comparación. En particular, en el modelo modificado MY (el modelo que tiene el cuerpo magnético cuboide obtenido laminando las láminas de acero magnético en la dirección Y), se obtuvo una intensidad efectiva de campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro que es aproximadamente 2,5 veces mayor que la del modelo de comparación. De acuerdo con estos resultados, podría entenderse que también en todos los modelos modificados MX, MXa, MY y MYa, en los que el cuerpo magnético 22 estaba dispuesto por encima de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho 8, podrían generarse más campos eléctricos inducidos en la superficie y en la parte interna del modelo de cerebro 90 que el del modelo de comparación MF. Además, podría entenderse que los casos de los modelos modificados MY y MYa en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección (dirección Y) ortogonal al eje central 8L (dirección X) de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho eran capaces de generar campos eléctricos inducidos mucho mayores en la superficie y en la porción interna del modelo de cerebro 90 que los de los modelos MX y MXa en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección (dirección X) paralela al eje central de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho.

(c) CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO EN EL CUERPO MAGNÉTICO

Con respecto a los modelos modificados MX y MY, cada uno de los cuales tiene el cuerpo magnético cuboide 22 obtenido laminando las láminas de acero magnético en la dirección X o en la dirección Y, se analizaron las distribuciones de intensidad de los campos eléctricos inducidos generados en una sección transversal en la dirección Y y en una sección transversal en la dirección X de una parte central del cuerpo magnético. Las figuras 31 y 32 muestran los resultados del análisis. Con referencia a las figuras 31 y 32, en el caso del modelo modificado MX, se obtuvieron los siguientes resultados

(a) apareció un campo eléctrico inducido de alta intensidad en el lado de la superficie inferior del cuerpo magnético 22; y

(b) apareció un campo eléctrico inducido de baja intensidad en el lado de la superficie superior del cuerpo magnético 22.

En el caso del modelo modificado MY, se obtuvieron los siguientes resultados

(a) en una región del lado izquierdo, apareció un campo eléctrico inducido de alta intensidad en el lado de la superficie superior del cuerpo magnético 22; y apareció un campo eléctrico inducido de baja intensidad en el lado de la superficie inferior del cuerpo magnético 22; y, sin embargo,

(b) en una región del lado derecho, apareció un campo eléctrico inducido de alta intensidad en el lado de la superficie inferior del cuerpo magnético 22; y apareció un campo eléctrico inducido de baja intensidad en el lado de la superficie superior del cuerpo magnético 22.

De acuerdo con estos resultados, como se muestra con flechas en las figuras 31 a 34, se concibió (a) que fluyese una corriente inducida en forma de anillo a lo largo de la sección transversal de la dirección Y en el modelo modificado MX; y (b) que fluyesen corrientes inducidas en forma de anillo a lo largo de la sección transversal de la dirección X en las direcciones opuestas en las regiones respectivas izquierda/derecha en el modelo modificado MY.

Por lo tanto, se pensó que, en cualquiera de los modelos modificados, debido a la alta permeabilidad magnética del cuerpo magnético, la resistencia magnética alrededor de la bobina se reducía, el campo magnético en la superficie del cerebro se intensificaba, y el campo eléctrico en el cerebro aumentaba. Se concibió que en el cuerpo magnético cuboide 22 del modelo modificado MX, en el que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección X, fluía una corriente inducida como la que se muestra en la figura 33, y la corriente inducida hace que fluya una corriente en el punto diana de la superficie cerebral en la dirección que debilita las corrientes inducidas generadas en la superficie cerebral. Además, se concibió que, en el caso del cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular del modelo modificado MXa, en el que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección X, las corrientes inducidas del cerebro no disminuían ya que las corrientes inducidas no fluyen en la parte central.

Se concibió que, dado que las corrientes inducidas mostradas en la figura 34 fluían en el cuerpo magnético cuboide 22 del modelo modificado MY, en el que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección Y, las corrientes que fluyen en las partes 81 y 82 de la bobina generaban las corrientes que tenían las direcciones ortogonales a las corrientes inducidas generadas en la superficie del cerebro, en el punto diana. Se concibió que, en el caso del cuerpo magnético cuboide de forma rectangular del modelo modificado MYa, en el que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección Y, la permeabilidad magnética disminuía, sin embargo, las corrientes que fluyen en las partes 81 y 82 de la bobina no debilitaron el campo eléctrico inducido generado en la superficie del cerebro. Por lo tanto, como se muestra en la Tabla 1, se concibió que el modelo modificado MY del cuerpo magnético cuboide 22, en el que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección Y, era capaz de obtener una estimulación de la más alta eficacia.

(d) FUGA DE CAMPO MAGNÉTICO

En relación con el modelo de comparación y los cuatro tipos de modelos modificados, se obtuvieron los resultados del cálculo de las intensidades de la fuga de campo magnético en la posición (denominada “un punto de evaluación”) a 60 cm por encima (dirección del eje Z) de un punto central en la superficie superior de la bobina en espiral excéntrica en forma de ocho 8. Las intensidades de la fuga de campo magnético en el punto de evaluación fueron de 8 (A/m) en el modelo de comparación y de 9 (A/m), 24 (A/m), 9 (A/m) y 20 (A/m) en los cuatro tipos de modelos modificados, respectivamente. Además, todos los modelos modificados MY, MYa y MX, excluyendo el modelo modificado MXa (el modelo que tiene el cuerpo magnético de bastidor rectangular laminado en dirección X) obtuvieron resultados que satisfacen las normas de seguridad definidas por la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP).

En cuanto a la presencia/ausencia y la forma del cuerpo magnético 22, se descubrió que la fuga de campo magnético del modelo de comparación sin cuerpo magnético 22 era la más pequeña, y la fuga de campo magnético aumentaba en el orden del cuerpo magnético cuboide de bastidor no rectangular y el cuerpo magnético cuboide de bastidor rectangular. Esto puede deberse a las siguientes razones

(A) el cuerpo magnético en forma de bastidor rectangular permitía que el campo magnético saliese hacia el lado superior de la dirección Z a través de la parte de abertura central del mismo; y,

(B) por otro lado, el cuerpo magnético cuboide de forma no rectangular bloquea la salida del campo magnético por medio de la corriente inducida en el cuerpo magnético, lo que conduce a la disminución de la fuga de campo magnético.

(e) ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN

Se calcularon las anchuras en la dirección X y en la dirección Y del rango que tiene la intensidad del campo eléctrico inducido igual o superior al 70% de un valor pico (máximo) del campo eléctrico inducido. Se obtuvieron la mitad de los valores de las anchuras, es decir, el rango de desalineación máximo permitido (el rango en el que se permitía la desalineación del centro de la bobina) para el modelo de comparación y los cuatro tipos de modelos modificados. La tabla 2 muestra los rangos máximos permisibles.

Tabla 2:

Como se desprende de la tabla 2, en los casos de los modelos modificados MX y MXa, en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección X, la diferencia entre el rango de desalineación máxima admisible en la dirección Y y el rango de desalineación máxima admisible en la dirección X (23 mm en el modelo modificado MX, y 18 mm en el modelo modificado MXa) era grande. Por otro lado, en los casos de los modelos modificados MY y MYa, en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección Y, la diferencia entre el rango de desalineación máxima admisible en la dirección X y el rango de desalineación máxima admisible en la dirección Y (7 mm en el modelo modificado MX, y 14 mm en el modelo modificado MXa) era menor que la de los modelos modificados MX y MXa. Por lo tanto, se confirmó que los modelos modificados MY y MYa, en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección Y, tenían una mayor robustez que la de los modelos modificados MX y MXa, en los que las láminas de acero magnético estaban laminadas en la dirección X. En cada uno de los modelos modificados MX y MXa, se confirmó que la alta permeabilidad magnética proporcionada por el cuerpo magnético 22 atraía las líneas de flujo magnético en el lado superior o lateral de la bobina 8 hacia el cuerpo magnético 22, y el efecto de la disminución de la fuga de flujo magnético en el lado superior y en el lado lateral. Por lo tanto, en particular, en un aparato de estimulación magnética para el tratamiento en el hogar, ya que la disminución de la fuga de flujo magnético era necesaria para evitar la interferencia con los equipos periféricos, se concibió que el uso del cuerpo magnético 22 era eficaz. Además, se confirmó que la distribución de las corrientes inducidas del cerebro era ajustable cambiando el método de laminación de las láminas de acero magnético en el cuerpo magnético 22. Además, se confirmó que, cuando se ampliaba el rango de distribución de las corrientes inducidas, los efectos de la estimulación en el punto diana no se veían afectados, aunque la bobina estuviera desalineada, en otros términos, se aumentaba la robustez frente a la desalineación. Este punto también resultaba útil para un aparato de estimulación magnética para tratamiento domiciliario, ya que se podía simplificar el mecanismo de posicionamiento.

2.2 ANÁLISIS NUMÉRICO 2

2.2.1 MODELO DE ANÁLISIS

Con el fin de obtener un modelo de forma del cuerpo magnético que tenga una eficiencia de estimulación óptima mediante simulaciones, se crearon modelos de análisis de elementos finitos cercanos a un entorno de tratamiento real. Aunque había algunas diferencias dependiendo de las condiciones de análisis en términos de la forma del cuerpo magnético, la configuración de la región de aire, etc., el análisis se llevó a cabo con respecto a los modelos de análisis básicos que tenían la configuración mostrada en la figura esquemática 35. En cada uno de los modelos de análisis, la distancia entre la bobina 8 y la superficie del modelo cerebral 90 se fijó en 13 mm, ya que la distancia media entre la piel de la cabeza humana real y la materia gris del cerebro era de unos 13 mm [Documento de referencia 23]. Además, se estableció una región de aire más grande que el cerebro o el cuerpo magnético 22. Esto fue por una razón concebible de que, cuando la región de aire era mucho más pequeña que la del cerebro o el cuerpo magnético 22, un campo magnético de análisis en una región de extremo de la región de aire puede deformarse y llegar a ser diferente de un campo magnético realmente generado. Además, el cuerpo magnético 22 estaba dispuesto en el lado superior de la bobina 8. Esto era para excluir un modelo invasivo que incrusta el cuerpo magnético 22 en el cerebro.

El modelo de análisis se creó usando “Femap with NX Nastran v10.3.1” vendido comercialmente por SIEMENS Kabushiki Kaisha. En la creación de los elementos del modelo de análisis, la resolución se estableció de 1 a 5 mm.

2.2.2 BOBINA DE ESTIMULACIÓN

En el análisis, se utilizó una bobina excéntrica en forma de ocho mostrada en las figuras 37A y 37B. Esta bobina era una bobina desarrollada por Sekino en 2012 y tiene un efecto tan ventajoso que puede obtenerse una mayor eficiencia de estimulación que la de una bobina en forma de figura de ocho no excéntrica. Se aplicó una corriente de pulso de 3 kA con 3,15 kHz en sentido contrario a las agujas del reloj a una bobina del lado izquierdo de las figuras 37A y 37B. Se aplicó una corriente de pulsos de 3 kA con 3,15 kHz en el sentido de las agujas del reloj a una bobina del lado derecho de las figuras 37A y 37B.

2.2.3 CARACTERÍSTICAS DEL CUERPO MAGNÉTICO

Un cuerpo magnético (núcleo de hierro) utilizado en el análisis estaba hecho de hierro de cuerpo ferromagnético fácilmente disponible. La permeabilidad magnética relativa del hierro se fijó en 5.000, y la conductividad eléctrica del hierro se fijó en 10.000.000 (S/m). La forma del hierro era cuboide para tener en cuenta la facilidad de procesamiento. En el caso del modelo que espera un cuerpo magnético que incluya una laminación de placas de hierro delgadas, la conductividad eléctrica en la dirección ortogonal a la dirección de laminación se fijó en cero (S/m) cuando se analizaron los campos electromagnéticos para permitir que la conductividad eléctrica del cuerpo magnético tuviera direccionalidad.

2.2.4 MÉTODO DE ELEMENTOS INFINITOS

El análisis del método de elementos finitos se realizó mediante un software de conductividad eléctrica, Photo Series [Documento de referencia 28], que estaba disponible comercialmente en PHOTON Co., Ltd. En este caso, el análisis de corrientes parásitas se llevó a cabo utilizando software de análisis de respuesta de frecuencia de campos magnéticos dinámicos, PHOTO-EDDYjw [Documento de referencia 27]. Este programa calculó las distribuciones del campo magnético por el método de elementos finitos en base a los datos de forma, los valores de las propiedades físicas, las condiciones de contorno y las condiciones de entrada de las corrientes de las bobinas [Documentos de referencia 24 a 26].

2.2.5 CÁLCULO DEL CAMPO MAGNÉTICO INDUCIDO

Las ecuaciones de cálculo de un campo eléctrico inducido se describieron en “2.1.2 Método de análisis (a) Ecuaciones de cálculo del campo eléctrico inducido”. Cuando la resolución se fijó en aproximadamente 1 mm, los cálculos del análisis utilizando el método de elementos finitos requirieron unas 20 horas. Se utilizó Femap para mostrar los resultados del análisis.

2.2.6 DISEÑO DE CUERPOS MAGNÉTICOS CON ALTA EFICIENCIA DE ESTIMULACIÓN Y ANÁLISIS DEL CAMPO ELÉCTRICO INDUCIDO

2.2.6.1 CAMBIOS EN LA EFICIENCIA Y ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN DEPENDIENDO DE LAS FORMAS DE LOS CUERPOS MAGNÉTICOS

El análisis se llevó a cabo para confirmar que la provisión de una bobina excéntrica en forma de ocho con un elemento de hierro que sirve de cuerpo ferromagnético concentra un campo magnético, que se propaga en dirección ascendente desde la bobina, en el cuerpo magnético y genera un fuerte campo magnético hacia una superficie del modelo cerebral; y, además, el análisis se llevó a cabo para confirmar que la nueva creación de un campo eléctrico inducido en la superficie cerebral por una corriente inducida en el cuerpo magnético mejora la eficiencia de la estimulación. Además, se evaluó la robustez de las bobinas equipadas con diversas realizaciones de cuerpos magnéticos.

(a) MÉTODO DE ANÁLISIS Y NORMAS DE EVALUACIÓN

El método de análisis se describió anteriormente. La eficacia de la estimulación se evaluó mediante el valor medio de las intensidades del campo eléctrico inducido en la parte central de la superficie del modelo cerebral. Específicamente, el valor promedio de las intensidades de campo eléctrico inducido de los elementos dentro de una esfera que tenía un radio de 10 mm desde la parte central de la superficie del modelo de cerebro mostrado en las figuras 37A y 37B se utilizó como intensidad promedio del campo eléctrico inducido.

Con respecto a la robustez, la región que tiene una intensidad del 70% del valor máximo del campo eléctrico inducido en la parte central de la superficie del modelo cerebral se utilizó como intensidad de estimulación efectiva, y la mitad de los valores de las longitudes máximas en la dirección del eje X y la dirección del eje Y de la región se utilizaron como distancias de estimulación efectiva de los índices de evaluación de la robustez. En lo que respecta a la distancia de estimulación efectiva, la distancia entre las coordenadas que se encontraban en una línea recta en la dirección del eje X y en una línea recta en la dirección del eje Y que pasaba por la parte central de la superficie superior del modelo de cerebro, y tenía una intensidad del 70% de la intensidad del campo eléctrico inducido en la parte central de la superficie superior del modelo de cerebro, y la parte central de la superficie superior del modelo de cerebro se estableció como “una distancia de estimulación efectiva”.

(b) MODELO DE ANÁLISIS

Se creó un modelo sin cuerpo magnético 22 (modelo 1), un modelo que tiene un cuerpo magnético cuboide (modelo 2), y un modelo que tiene un cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal que incluye una abertura tetragonal en una parte central del cuerpo magnético cuboide (modelo 3). La bobina y la disposición 22 del cuerpo magnético se han descrito anteriormente. Se observó que, en cada análisis, los números de los modelos se dieron a partir de uno. Las dimensiones del modelo 2 y del modelo 3 se muestran en las figuras 37A y 37B. En el caso del cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal de la figura 37B, se concibió que el rango de la abertura era preferentemente una parte en la que las corrientes inducidas fluían más. Por lo tanto, el tamaño de una abertura 22a se determinó de manera que los centros de las partes de hilo conductor de la periferia exterior de las partes izquierda/derecha 81 y 82 de la bobina circular coincidieran con los bordes de la abertura. La permeabilidad magnética relativa del cuerpo magnético 22 se fijó en 5.000. La conductividad eléctrica del cuerpo magnético fue isotrópica y se fijó en 10.000.000 S/m. La distancia entre la superficie inferior de la bobina 8 y la superficie superior del modelo cerebral 90 se fijó en 30 mm.

En el caso del cuerpo magnético cuboide de la figura 37A, se concibió que la corriente inducida que fluye en el cuerpo magnético 22 se convirtió en la más grande en la parte central del cuerpo magnético 22. Esto se debió a que, como se desprende de la ley de la inducción electromagnética de Faraday, dado que la tasa de cambio de la densidad de flujo magnético era la mayor en la parte central del cuerpo magnético 22, el campo eléctrico inducido en la parte central se hizo grande. Además, dado que la conductividad eléctrica era isotrópica, la corriente inducida también era grande. En el caso del modelo 3 (figura 37B) del que se eliminó la parte central del cuerpo magnético 22, se concibió que el flujo magnético se extendía en la dirección del eje Y pasando por una parte superior y una parte inferior del cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal que tenía una baja resistencia magnética. Por lo tanto, se consideró que la fuga de campo magnético era pequeña en el cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal. Por otra parte, en el caso del cuerpo magnético cuboide, la corriente inducida de la parte central del cuerpo magnético 22 inducía un campo eléctrico en la parte central de la superficie del modelo de cerebro 90. Por otra parte, dicho campo eléctrico no se indujo en el caso del cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal. Por lo tanto, se consideró que el modelo 3 con el cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal obtuvo la mayor eficacia de estimulación.

(c) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

Las figuras 38A a 38C muestran los resultados del análisis de las intensidades del campo eléctrico inducido en las superficies de los modelos cerebrales 90 de los modelos 1 a 3 descritos anteriormente. Según los resultados del análisis, la intensidad media del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro del modelo 1 (figura 38A) sin cuerpo magnético 22 fue de 69,3 V/m, la intensidad media del campo eléctrico inducido de la superficie del modelo 2 (figura 38B) que tiene el cuerpo magnético cuboide 22 fue de 49,5 V/m, y la intensidad media del campo eléctrico inducido de la superficie del modelo 3 (figura 38C) que tiene el cuerpo magnético en forma de esqueleto 22 fue de 120 V/m.

La figura 39 muestra los resultados de la evaluación de la robustez de la estimulación de cada uno de los modelos 1 a 3. Con referencia a las figuras 39(a) y 39(d), en el caso del modelo 1 sin cuerpo magnético 22, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X fue de 0,041 m, y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y fue de 0,0678 m. Con referencia a las figuras 39(b) y 39(e), en el caso del modelo 2 que tiene el cuerpo magnético cuboide 22, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X fue de 0,0304 m, y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y fue de 0,0735 m. Con referencia a las figuras 39(c) y 39(f), en el caso del modelo 3 que tiene el cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal 22, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X fue de 0,303 m, y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y fue de 0,0689 m.

En cuanto a la eficacia de la estimulación, la eficacia de la estimulación del modelo 3 mejoró significativamente. Específicamente, la eficiencia de estimulación del modelo 3 fue del 173% de la eficiencia de estimulación del modelo 1. Sin embargo, la eficacia de la estimulación del modelo 2 fue aproximadamente el 71% de la eficacia de la estimulación del modelo 1. En cuanto a la robustez de la estimulación, no hubo diferencias notables entre los modelos.

La razón por la que el modelo 3 con el cuerpo magnético 22 en forma de esqueleto tetragonal obtuvo una mayor eficiencia de estimulación que el modelo 1 sin cuerpo magnético 22 fue posiblemente porque el campo magnético de la bobina 8 se concentró en el cuerpo magnético 22 por la presencia del cuerpo ferromagnético (hierro). Además, la razón por la que el modelo 3 con el cuerpo magnético 22 en forma de esqueleto tetragonal obtuvo una mayor eficacia de estimulación que el modelo 2 con el cuerpo magnético 22 cuboide fue, posiblemente, por las siguientes razones:

la corriente inducida que fluye a través de la parte central del cuerpo magnético 22 generó un campo eléctrico, que estaba en la dirección opuesta al campo eléctrico de la bobina 8, en la superficie del modelo cerebral 90 en el caso del cuerpo magnético cuboide 22; y, por otro lado, tal campo eléctrico en la dirección opuesta no se generó en el caso del cuerpo magnético de esqueleto tetragonal 22.

Se añadirá una descripción electromagnética adicional sobre la alta eficiencia de estimulación del modelo 3 de la siguiente manera: dado que la parte en la que estaba presente el cuerpo magnético disminuye significativamente la resistencia magnética, el flujo magnético pasó aproximadamente a través del cuerpo magnético, y pudo enviar más eficientemente un campo magnético a la superficie del cerebro.

La figura 40A es un gráfico de contorno que muestra las densidades de corriente inducidas (componentes de dirección X) en la superficie del cuerpo magnético cuboide, y la figura 40B es un gráfico de contorno que muestra las densidades de corriente inducidas (componentes de dirección Y) en la superficie del cuerpo magnético cuboide. Como se entiende a partir de la figura 40A, el componente de dirección Y de la densidad de corriente tenía una fuerte intensidad en una dirección Y+ en la parte central del cuerpo magnético 22, y esto induce un campo eléctrico inducido en la dirección opuesta (en otras palabras, la dirección Y) del campo eléctrico inducido creado por la bobina 8 en la superficie del modelo cerebral 90. Por otro lado, como se muestra en la figura 40B, en el caso del cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal, dado que no se induce una corriente inducida en la dirección Y+ en la parte central eliminada, el campo eléctrico inducido en la parte central del modelo de cerebro 90 por la bobina 8 no se atenuó.

La figura 41 muestra un gráfico aproximado de las partes de intensidad magnética en una línea que se extiende en la dirección Z desde el cuerpo magnético hacia el modelo cerebral a través de la parte central de la bobina que tiene el cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal. En la figura 41, “0” de la coordenada Z indica la superficie del cerebro, y la figura 41 muestra una densidad de campo magnético en la línea de dirección Z que penetra a través del centro de la bobina. Según la figura 41, se puede entender que, en comparación con el modelo sin cuerpo magnético 22, se genera un fuerte campo magnético en la dirección Z en el modelo que tiene el cuerpo magnético con forma de esqueleto tetragonal 22.

2.2.6.2 CAMBIOS EN LA EFICIENCIA Y ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL CUERPO MAGNÉTICO

Se estudió la influencia ejercida sobre la eficacia de la estimulación por las características eléctricas de los cuerpos magnéticos, en otros términos, las direcciones de las corrientes inducidas.

El cuerpo magnético 22 se configuró laminando una pluralidad de placas magnéticas, y las direcciones de flujo de las corrientes inducidas se limitaron cambiando la dirección de laminación de las mismas. Como se desprende de los resultados del análisis descrito anteriormente, cuando las placas magnéticas se laminaron en la dirección del eje Y, las corrientes inducidas no fluían en la misma dirección. Por lo tanto, se concibió que, en el modelo que tiene el cuerpo magnético 22 con forma de esqueleto tetragonal, el campo eléctrico inducido generado en la parte central de la superficie del cerebro por la bobina no se ve afectado. Además, se concibió que, cuando las dos partes de extremo de un cuerpo magnético en la dirección del eje X estaban laminadas en la dirección del eje X, la corriente inducida que fluye en la dirección de la corriente parásita inducida en la superficie del modelo de cerebro por la bobina podría hacerse fluir en el cuerpo magnético.

El estudio se realizó únicamente para cuerpos magnéticos cuboides. Esto se debió a las siguientes razones: la corriente inducida que fluye en la parte central del cuerpo magnético podría ser controlada aproximadamente ajustando la dirección de laminación de las placas magnéticas, y, además, cuando un modelo entero se consideró como un circuito magnético, la resistencia magnética del cuerpo magnético cuboide era menor que la del cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal.

(a) MODELOS DE ANÁLISIS

Se prepararon cuatro modelos de análisis que tenían cuerpos magnéticos cuboides de la siguiente manera, más específicamente:

un modelo de laminación X 1 en el que las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje X (modelo en el que las corrientes inducidas fluyen a lo largo de las superficies YZ)

un modelo de laminación Y 2 en el que las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje Y (modelo en el que las corrientes inducidas fluyen a lo largo de los planos XZ)

un modelo de laminación XY 3 en el que las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y; y

un modelo de cuerpo no magnético 4 sin cuerpos magnéticos.

En el modelo de laminación XY 3, como se muestra en la figura 42, las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje X en ambas regiones de extremo en la dirección del eje X, y las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje Y en una región intermedia entre ambas regiones de extremo. En este modelo de laminación XY 3, se concibió que las corrientes inducidas en las direcciones opuestas de las corrientes inducidas, que fueron generadas en el cerebro por la única bobina excéntrica en forma de ocho 8, fluyeron en el cuerpo magnético; y, como resultado, las corrientes inducidas generaron un campo eléctrico en la parte central de la superficie del cerebro en la misma dirección que el campo eléctrico inducido generado por la bobina excéntrica en forma de ocho 8, y se mejoró la eficiencia de la estimulación. En cada modelo, la distancia entre la superficie del modelo cerebral 90 y la superficie inferior de la bobina 8 se fijó en 13 mm, que era aproximadamente la misma que en un entorno de estimulación real.

(b) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

Las figuras 43A a 43D muestran los resultados del análisis de las intensidades medias del campo eléctrico inducido en las partes diana de las superficies de los modelos de cerebro 90 para los cuatro modelos de análisis 1 a 4, respectivamente. De acuerdo con los resultados del análisis, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de laminación X 1 fue de 120 V/m, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de laminación Y 2 fue de 415 V/m, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de laminación XY 3 fue de 502 V/m, y la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de cuerpo no magnético 4 fue de 139 V/m.

La figura 44 muestra los resultados de la evaluación de la robustez. Con referencia a las figuras 44(a) y 44(b), la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo de laminación del eje X 1 fueron 0,0242 m y 0,0644 m, respectivamente. Con referencia a las figuras 44(c) y 44(d), la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo de laminación de eje Y 2 fueron 0,0346 m y 0,0649 m, respectivamente. Con referencia a las figuras 44(e) y 44(f), la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo de laminación del eje XY 3 fueron 0,0607 m y 0,0697 m, respectivamente. Con referencia a las figuras 44(g) y 44(h), la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 4 sin cuerpo magnético fueron 0,0327 m y 0,0598 m, respectivamente.

Considerando el hecho de que se observó una contracción de los dedos cuando se aplicó una densidad de corriente inducida de aproximadamente 18 A/m2 a un entorno próximo de la corteza motora primaria del cerebro en los resultados de pruebas clínicas anteriores, cuando una parte de estimulación es la materia gris (se asumió que la conductividad eléctrica de la materia gris es de 0,11 S/m), se concibió que la intensidad del campo eléctrico inducido con la que se obtuvieron efectos de estimulación es de aproximadamente 164 V/m según la relación de j=aE. Por lo tanto, se confirmó que el modelo de laminación 3 tenía la intensidad de estimulación necesaria para el tratamiento. De acuerdo con los resultados del análisis de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro mostrados en la figura 44, se puede entender que el modelo de laminación XY 3 muestra la mayor eficiencia de estimulación. Aunque el modelo de laminación Y 2 mostró la mayor eficiencia de estimulación, que fue aproximadamente dos o tres veces la eficiencia de estimulación del modelo de cuerpo no magnético 4, los campos eléctricos inducidos hacia abajo actuaron en ambas regiones de extremo del modelo cerebral. En el modelo de laminación XY 3, las corrientes inducidas mostradas en la figura 45 fluyeron en el cuerpo magnético y, como resultado, en la parte central de la superficie del cerebro se generaron campos eléctricos inducidos en las mismas direcciones que las de los campos eléctricos inducidos generados por la bobina excéntrica en forma de ocho. Se concibió que se obtuvieron altas intensidades de campo eléctrico inducido en la parte central que servía como parte diana por tales razones.

Puesto que la corriente que fluye en el cuerpo magnético del modelo de laminación en X 1 era la más grande, se concibió que ocurría el fenómeno de que la intensidad del campo eléctrico inducido en la parte central de la superficie superior del modelo de cerebro disminuía.

Dado que el mayor campo magnético que penetra a través de la parte central del cuerpo magnético se generó de acuerdo con la ley de Faraday en todos los modelos, se concibió que allí se indujo el mayor campo eléctrico. Sin embargo, dado que el campo eléctrico inducido tenía la componente de la dirección del eje Y que era considerablemente mayor que la componente de la dirección del eje X, la corriente inducida en la dirección del eje Y no fluyó en el cuerpo magnético del modelo de laminación Y 2. Por lo tanto, la corriente inducida generada en el cuerpo magnético del modelo de laminación X 1 en el que se generó la segunda mayor tasa de cambio de campo magnético se convirtió en la mayor.

La figura 46 muestra una imagen fotográfica de los resultados del análisis de las densidades de corriente inducida en el cuerpo magnético. Como se desprende de la figura 46, se pudo confirmar que las corrientes inducidas mostradas en la figura 45 fluían en el cuerpo magnético.

En lo que respecta a la robustez, la robustez del modelo de laminación Y 2 y del modelo de laminación XY 3 mejoró en aproximadamente un 10% con respecto a la del modelo de cuerpo no magnético 4. Además, en el caso del modelo de laminación XY 3, la distancia de estimulación efectiva aumentó aproximadamente dos veces en la dirección del eje X. Se concibió que el campo eléctrico inducido generado por la bobina excéntrica en forma de ocho tenía una localidad extremadamente alta, el campo eléctrico inducido en la dirección del eje X se indujo en la superficie del cerebro proporcionando el cuerpo magnético laminado en la dirección del eje Y; y, como resultado, el campo eléctrico inducido se expandió como un todo en la dirección del eje X. En el caso del modelo de laminación XY 3, debido al efecto de combinación del mismo, se concibió que los fuertes campos eléctricos inducidos generados en las dos partes de extremo de la superficie del cerebro hicieron que el campo eléctrico inducido se expandiera en conjunto en la dirección del eje X.

2.2.6.3 CAMBIOS EN LA EFICACIA DE LA ESTIMULACIÓN EN FUNCIÓN DE LAS COMBINACIONES DE LAS FORMAS DE LOS CUERPOS MAGNÉTICOS Y DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

En base a los estudios descritos anteriormente sobre los cambios en la eficiencia de estimulación dependiendo de las formas de los cuerpos magnéticos y los cambios en la eficiencia de estimulación dependiendo de las características eléctricas de los cuerpos magnéticos, se estudió la configuración del cuerpo magnético que tiene una eficiencia de estimulación óptima. Como se ha descrito anteriormente, se confirmó que los cuerpos magnéticos recogían los campos magnéticos de la dirección Z+ para generar un mayor campo magnético hacia la superficie del cerebro, dependiendo de las formas de los cuerpos magnéticos. Sin embargo, en las proximidades de la parte periférica exterior del hilo conductor de la bobina excéntrica en forma de ocho, las corrientes inducidas por la bobina eran pequeñas, y los campos magnéticos generados por la bobina también eran débiles. Por lo tanto, se concibió que, incluso si la longitud del cuerpo magnético en la dirección del eje Y era más corta que la longitud de la bobina en la misma dirección, la eficacia de la estimulación no se veía afectada.

(a) MODELOS DE ANÁLISIS

Para el análisis, se crearon tres modelos de laminación XY, en los que los tamaños de los cuerpos magnéticos eran diferentes entre sí como sigue

220 x 122 x 10 mm (modelo 1 (figura 47B));

220 x 100 x 10 mm (modelo 2 (figura 47A)); y

220 x 140 x 10 mm (modelo 3).

Estos modelos se prepararon por las siguientes razones:

se concibió que el cuerpo magnético cuboide 22 que tiene el tamaño que cubre la totalidad de la bobina excéntrica en forma de ocho 8 tenía la mejor eficiencia de estimulación ya que el cuerpo magnético concentra casi todos los campos magnéticos generados por la bobina 8; además, se concibió que el modelo de laminación XY tenía la mejor eficiencia de estimulación como se ha descrito anteriormente; y, además, se concibió que se podía obtener una forma magnética óptima por comparación con dichos cuerpos magnéticos.

(b) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

De acuerdo con los resultados del análisis de las intensidades medias del campo eléctrico inducido en las partes diana de las superficies del modelo cerebral sobre los tres modelos de análisis 1, 2 y 3, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo 1 fue de 502 V/m, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo 2 fue de 507 V/m, y la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo 3 fue de 506 V/m. Por lo tanto, se confirmó que el modelo 2 que tenía la longitud de dirección X más corta (100 mm) era el óptimo.

La figura 48 muestra los resultados de la evaluación de la robustez de los modelos 1 a 3. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 1 de la figura 47B fueron 0,0607 m y 0,0697 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 2 de la figura 47A fueron de 0,0529 m y 0,0666 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 3 fueron 0,0526 m y 0,0669 m, respectivamente.

Como se ha descrito anteriormente, los modelos 1, 2 y 3 mostraron valores equivalentes sobre la eficiencia de estimulación. Esto significa que incluso el modelo 2 que tiene la longitud de dirección del eje Y de 100 mm podría obtener la eficiencia de estimulación equivalente a la de los modelos 1 y 3 que tienen las longitudes de dirección del eje Y más largas. No hubo diferencias significativas entre los modelos 1, 2 y 3 sobre la robustez de la estimulación en la dirección del eje Y. En cuanto a la robustez de la estimulación en la dirección del eje X, el modelo 1 tenía el mayor rango de estimulación, y los rangos de estimulación de los otros modelos 1 y 3 eran menores en un 13% aproximadamente. Sin embargo, teniendo en cuenta el error admisible en la dirección del eje X (unos 25 mm), los errores de desalineación de un modelo de casco de posicionamiento, etc., podría decirse que el cuerpo magnético del modelo 2 que tiene la longitud más corta en la dirección del eje Y, de 100 mm, tenía la eficacia de estimulación óptima.

2.2.6.4 ESPESOR ÓPTIMO DEL CUERPO MAGNÉTICO LAMINADO PARA USO EN LA BOBINA DOMÉSTICA Desde el punto de vista de la obtención de la bobina de estimulación 8 con un peso adecuado para el tratamiento en casa, se estudió el espesor del cuerpo magnético capaz de concentrar suficientemente el flujo magnético generado por la bobina y obtener la eficiencia de estimulación necesaria.

(a) ESPESOR DEL CUERPO MAGNÉTICO CAPAZ DE CONCENTRAR EL FLUJO MAGNÉTICO GENERADO POR LA BOBINA

En cuanto al manejo de la bobina 8, cuanto más ligero era un cuerpo magnético, más preferible era. Sin embargo, cuando el cuerpo magnético era demasiado fino, las líneas de fuerza magnética generadas por la bobina 8 no podían concentrarse en el cuerpo magnético 22. Por lo tanto, el grosor del cuerpo magnético capaz de concentrar casi todas las líneas de flujo magnético generadas por la bobina 8 se calculó aproximadamente sobre tres modelos de laminación en el eje Y (los modelos 1, 2 y 3, en los que los grosores de los cuerpos magnéticos eran de 2 mm, 5 mm y 10 mm). En los cálculos, cada modelo fue sustituido por un circuito magnético equivalente de la figura 49. En la figura 49, “S” representa el área de una sección transversal YZ del cuerpo magnético 22.

El flujo magnético O obtenido por el circuito equivalente de la figura 49 viene dado por la ecuación (10). En la ecuación (10), “r-i,.... P10” (en el caso de una bobina con 10 vueltas) son radios medios de los respectivos bucles de hilo conductor de la bobina excéntrica en forma de ocho. En este caso, el campo magnético H se expresa mediante la ecuación siguiente.

A continuación, la ecuación del circuito equivalente puede expresarse como la ecuación (11) siguiente.

En este caso, “N” es el número de vueltas de la bobina 8, y “NI” es la fuerza electromotriz. La corriente que fluye en el circuito es de 3 kA, y N = 10. Cuando la sección transversal del aire es de 100 cm x 100 cm = 1 m2, la sección transversal obtenida es S = 2,937. En este caso, dado que la longitud en dirección del eje Y del cuerpo magnético 22 en la sección transversal YZ es de 120 mm, el espesor del cuerpo magnético 22 capaz de concentrar todas las líneas de fuerza magnética, que son generadas por la bobina, en el cuerpo magnético 22 es de aproximadamente 1.5 mm (= 2,937/120).

(b) MODELOS DE ANÁLISIS Y MÉTODO DE EVALUACIÓN

Se crearon tres modelos de laminación en Y (modelos 1,2 y 3 en los que los espesores de los cuerpos magnéticos eran de 2 mm, 5 mm y 10 mm, respectivamente) y se calcularon las intensidades de campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro de los modelos para su comparación.

(c) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

Según los resultados del análisis, las intensidades medias del campo eléctrico inducido en las partes centrales de la superficie del cerebro de los modelos 1, 2 y 3 fueron de 390 V/m, 380 V/m y 415 V/m, respectivamente. Como muestran estos resultados del análisis, se descubrió que los grosores de los cuerpos magnéticos no afectaban en gran medida a los valores medios de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro, y todo el flujo magnético generado por la bobina 8 se concentraba incluso en el caso en que el grosor del cuerpo magnético 22 era de 2 mm. El peso del cuerpo magnético 22 con un grosor de 2 mm es de 40 gramos, y se concibió que el peso no es problemático en el uso real.

Cuando el grosor del cuerpo magnético 22 era de 10 mm, se obtuvo una eficiencia de estimulación ligeramente alta. La razón de ello era la siguiente: las corrientes inducidas que fluyen en la superficie superior del cuerpo magnético tenían el efecto de debilitar el campo eléctrico inducido generado en la superficie del cerebro por la bobina; sin embargo, la intensidad del campo eléctrico inducido era inversamente proporcional al cuadrado de la distancia según la ley de Biot-Savart.

Dado que este efecto era el más débil en el modelo 3 (el modelo en el que el grosor del cuerpo magnético era de 10 mm) en el que la distancia entre la superficie superior del cuerpo magnético 22 y la superficie del modelo cerebral 90 era la más larga, se concibió que su eficiencia de estimulación era la más alta.

La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 1 fueron 0,0490 m y 0,0606 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 2 fueron de 0,0485 m y 0,0590 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo 3 fueron de 0,0461 m y 0,0613 m, respectivamente.

2.2.6.5 EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS BOBINAS EN FORMA DE CÚPULA

(a) ROBUSTEZ DE ESTIMULACIÓN ÓPTIMA PARA EL APARATO DOMICILIARIO DE ESTIMULACIÓN MAGNETICA TRANSCRANEAL

Ni el aparato que incluye una bobina en forma de cúpula ni la bobina en forma de cúpula forman parte de la invención. Se ha estudiado un sistema de posicionamiento de tipo casco que permite el ajuste de la posición de la bobina por el propio paciente. Se desea que dicho sistema del tipo de auto-ajuste tenga la robustez capaz de permitir un error de desalineación de unos 20 a 30 mm. Además, es importante averiguar de antemano las relaciones entre las características del cuerpo magnético y la robustez. Por lo tanto, se prepararon varios modelos de cuerpo magnético y se evaluó la robustez de la estimulación para cada uno de ellos.

(b) ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN DE LAS BOBINAS EN FORMA DE CÚPULA QUE TIENEN CUERPOS MAGNÉTICOS

Se evaluó la robustez de un modelo (figuras 51A y 51B) en el que una bobina en forma de cúpula (véanse las figuras 50A y 50B) propuesta en el Documento de Patente 3 estaba provista de un cuerpo magnético.

(c) MODELOS DE ANÁLISIS

Sobre el modelo (figura 51A y figura 51B) en el que se dispuso un cuerpo magnético laminado en la dirección del eje X en una parte hueca de la bobina en forma de cúpula mostrada en las figuras 50A y 50B, se evaluaron los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro y la robustez de la estimulación en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y. En este caso, se prepararon los siguientes modelos:

un modelo de bobina en forma de cúpula sin cuerpo magnético (modelo 1);

un modelo de bobina en forma de cúpula con un cuerpo magnético de 4 mm de grosor (modelo 2); y

un modelo de bobina en forma de cúpula con un cuerpo magnético de 12 mm de espesor (modelo 3).

Con referencia a las figuras 51A y 51B, la parte que aparece debajo del modelo de bobina era el modelo de cerebro 90.

El cuerpo magnético 22 en el que las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección X se empleó para que la bobina en forma de cúpula no perturbara la distribución del campo eléctrico inducido generado en el modelo de cerebro. Se pensó que este modelo podría aumentar la eficacia de la estimulación sin cambiar excesivamente la robustez de la misma.

(d) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

Las figuras 52A a 52C muestran los resultados del análisis del campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro para los modelos de bobina 1 a 3, respectivamente. Según los resultados del análisis, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de bobina 1 (sin cuerpo magnético, figura 52A) fue de 71,8 V/m, la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de bobina 2 (el grosor del cuerpo magnético era de 4 mm, figura 52B) fue de 453 V/m, y la intensidad media del campo eléctrico inducido del modelo de bobina 3 (el grosor del cuerpo magnético era de 12 mm, figura 52C) fue de 501 V/m. Como muestran los resultados, se puede entender que, al proporcionar el cuerpo magnético en la dirección del eje X, los campos magnéticos generados por la bobina en forma de cúpula se recogieron en el cuerpo magnético, y entonces, mejoró significativamente la eficiencia de estimulación del cerebro. Además, cuando el grosor del cuerpo magnético 22 aumentaba, la distancia entre la superficie inferior y la superficie superior del cuerpo magnético 22 aumentaba, y, como resultado, el efecto de debilitar el campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro por la corriente inducida en la superficie superior se reducía. Es de suponer que, por esta razón, el campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro aumentó aún más en el modelo de bobina 3 en el que el grosor del cuerpo magnético 22 era de 12 mm.

La figura 53A y la figura 53B muestran la robustez en la dirección del eje X y la dirección del eje Z en el modelo de bobina 1 sin cuerpo magnético 22. Las distancias de simulación efectivas en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y del modelo de bobina 1 sin cuerpo magnético 22 fueron 0,0821 m y 0,0450 m, respectivamente. Las distancias de simulación efectivas en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y del modelo de bobina 2 con el cuerpo magnético 22 de 4 mm de grosor, fueron de 0,0755 m y 0,0555 m, respectivamente. Las distancias de simulación efectivas en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y del modelo de bobina 3 que tiene el cuerpo magnético 22 con un espesor de 12 mm fueron de 0,0745 m y 0,0560 m, respectivamente.

De acuerdo con estos resultados, podría entenderse que la disposición del cuerpo magnético laminado en la dirección del eje X 22 disminuyó la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X. Además, se confirmó que la disposición del cuerpo magnético 22 hizo que la forma del rango de estimulación se acercara más a una forma circular. La inductancia del modelo de bobina 2 que tiene el cuerpo magnético 22 con un grosor de 4 mm era de 85,9 |jH. Se concibió que la inductancia aumentaba por las razones de que la densidad del bobinado y el área de la sección transversal de la bobina 8 eran mayores y que el cuerpo magnético estaba dispuesto en la parte interna de la bobina 8 en comparación con la bobina excéntrica en forma de ocho.

(d) COMPARACIÓN DE LA ROBUSTEZ DE LA ESTIMULACIÓN

La figura 54 resume la robustez de estimulación (distancia de estimulación efectiva) evaluada sobre la pluralidad de modelos de análisis descritos anteriormente. Los modelos de bobina con los números de la figura 54 (en adelante, denominados CM1 a CM 14) se describen a continuación.

CM1: un modelo de bobina que tiene un cuerpo magnético cuboide laminado en X (220 x 122 x 10 mm);

CM2: un modelo de bobina que tiene un cuerpo magnético cuboide laminado en Y (220 x 122 x 10 mm);

CM3: un modelo de bobina con un cuerpo magnético cuboide laminado en XY (220 x 122 x 10 mm);

CM4: un modelo de bobina sin cuerpo magnético;

CM5: un modelo de bobina con cuerpo magnético cuboide laminado en XY (220 x 100 x 10 mm);

CM6: un modelo de bobina que tiene un cuerpo magnético cuboide laminado en XY (220 x 140 x 10 mm);

CM7: un modelo de bobina con un cuerpo magnético cuboide laminado en Y (220 x 122 x 2 mm);

CM8: un modelo de bobina con un cuerpo magnético cuboide laminado en Y (220 x 122 x 5 mm);

CM9: un modelo de bobina sin cuerpo magnético en forma de cúpula;

CM10: un modelo de bobina en forma de cúpula con un cuerpo magnético cuboide laminado en X (espesor: 4 mm); CM11: un modelo de bobina en forma de cúpula con un cuerpo magnético cuboide laminado en X (espesor: 12 mm); CM12: un modelo de bobina en el que se inserta ferrita (la flexión es de 15 mm) en la posición que tiene una distancia de 10 mm de un cuerpo magnético

CM13: un modelo de bobina con un cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal laminado en X; y CM14: un modelo de bobina que tiene un cuerpo magnético en forma de esqueleto tetragonal laminado en Y.

A partir de la figura 54 se puede entender lo siguiente. El único modelo que tiene la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X más corta que la del modelo sin cuerpo magnético CM4 fue el modelo de bobina CM 1 que tiene el cuerpo magnético cuboide laminado en X (220 x 122 x 10 mm). Esto se debió a que la corriente inducida en el cuerpo magnético laminado en la dirección X actuó para reducir el campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro generado por la bobina.

Incluso cuando a la bobina excéntrica en forma de ocho se le dotó del cuerpo magnético 22, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y no cambió en gran medida. Se pensó que la razón era que, dado que la componente de dirección del eje Y del campo eléctrico inducido generado en la parte central de la superficie del cerebro por la bobina excéntrica en forma de ocho era suficientemente fuerte, los grandes valores de la misma se mantienen incluso bajo la influencia del campo eléctrico inducido generado por el cuerpo magnético 22.

Los modelos de bobina CM3, CM5 y CM6 de los cuerpos magnéticos laminados en XY tenían las direcciones de estimulación diferentes de las de la bobina en forma de cúpula con alta robustez, pero estos modelos de bobina tenían rangos de estimulación equivalentes. Esto se debió a que la corriente inducida en la parte del cuerpo magnético laminado en dirección X en el cuerpo magnético laminado XY actuó en la dirección de mejorar los campos eléctricos inducidos generados en ambas regiones del modelo cerebral por la bobina excéntrica en forma de ocho, pero la corriente inducida de la parte del cuerpo magnético laminado en dirección Y generó un campo eléctrico en la dirección ortogonal al campo eléctrico inducido generado en el centro del modelo cerebral por la bobina excéntrica en forma de ocho. En otras palabras, esto fue por la razón de que las corrientes inducidas en el cuerpo magnético tuvieron el efecto de estirar los campos eléctricos inducidos en el cerebro, que fueron generados por la bobina en forma de ocho, en la dirección del eje X.

En el modelo de bobina CM14 que tiene el cuerpo magnético laminado en Y en forma de esqueleto tetragonal, el campo eléctrico inducido generado en la superficie del cerebro por la bobina podía anularse ajustando la dirección de laminación. Además, en los modelos de bobina CM 13 y CM 14 de los que se eliminó la parte del cuerpo magnético en la parte central, el campo eléctrico inducido generado en la parte inmediatamente inferior a esta parte central no se vio afectado, y se concibió que las distancias efectivas de estimulación en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y se extendieron como se muestra en las figuras 55A y 55B por esta razón.

2.2.7 DISEÑO DEL CUERPO MAGNÉTICO QUE SUPRIME LA FUGA DE CAMPO MAGNÉTICO Y ANÁLISIS DE LA FUGA DE CAMPO MAGNÉTICO

(a) Fuga de campo magnético

Un sistema domiciliario que utiliza la radiación tiene que cumplir las normas de seguridad de los niveles de ondas electromagnéticas (véase la Tabla 3), que fueron determinadas por la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP) y se supone que son seguras incluso si los seres humanos están expuestos a ellas. En un aparato de estimulación magnética transcraneal, dado que la condición de estimulación prevista en él era de unos 3 kHz, el nivel de campo magnético permisible era de 21 A/m.

Tabla 3:

Cuando un trabajador no sanitario que no es un paciente operaba el sistema, se concibió que el trabajador no sanitario se acercaba de 60 a 100 cm de la bobina de estimulación 8. Por lo tanto, para garantizar la seguridad del trabajador no sanitario, se deseaba que los niveles de campo magnético en las ubicaciones distantes de la bobina de estimulación 8 de 60 a 100 cm se establecieran iguales o menores que los valores de seguridad.

Por otra parte, en el modelo de bobina que tiene el cuerpo magnético cuboide laminado en dirección Y, se concibió que no todos los campos magnéticos generados por la bobina 8 pasaban por el interior del cuerpo magnético laminado 22, y parte de los mismos escapaba al espacio exterior del cuerpo magnético 22. Por lo tanto, sobre un modelo de bobina que tiene el cuerpo magnético cuboide laminado en dirección Y, se analizó el flujo magnético que se filtraba al exterior del cuerpo magnético 22. La figura 56 muestra un modelo magnético equivalente utilizado en el análisis. La ecuación (12) muestra una ecuación de circuito magnético del circuito equivalente de la figura 56.

En la ecuación (12), ((Oiron (Oair-above) es equivalente al valor obtenido multiplicando la densidad del flujo magnético generado por la bobina 8 con una permeabilidad magnética del aire. El campo magnético generado por la bobina 8 se aproximó mediante la ecuación (11), y los valores de los parámetros de las siguientes ecuaciones se sustituyen en la ecuación (11)

N « 10 ,1,

I - 3,03,

Ho= 4ít x ÍO-7,

lnir-beltm1 " 0 ,0471,

lirón = 0 , 22 ,

JJ-r = 5000,

y

Siron - 0,122 X 0,01.

En este caso, el flujo magnético que pasa a través del cuerpo magnético 22 se calcula según la ecuación (13).

0 ^ = 0,328 (13)

Dado que se puede suponer que el flujo magnético que fluye en el circuito magnético no disminuye, se obtiene la ecuación (14).

Dado que se puede suponer que el área superficial del circuito magnético tampoco disminuye, se obtiene la ecuación (15).

Cuando se resuelven las ecuaciones simultáneas de las ecuaciones (14) y (15), la magnitud del flujo magnético, que no entra en el cuerpo magnético, sino que se filtra a la región de aire viene dada por la ecuación (16).

De esta manera, el flujo magnético que escapa del cuerpo magnético 22 es grande. Por lo tanto, se espera que se genere un fuerte campo magnético de fuga alrededor de la bobina 8. El flujo magnético que escapa en la dirección del eje Z es posiblemente el más fuerte. Sin embargo, también se espera un flujo magnético de fuga en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y. Por lo tanto, la reducción del campo magnético de fuga se considerará en el supuesto de un escudo magnético que tiene una forma que cubre el cuerpo magnético 22 y la bobina 8.

Se estudiará un medio del escudo magnético. Cuando la corriente de la bobina es de 3 kA, la corriente I que fluye en la superficie del cuerpo magnético 22 es posiblemente de aproximadamente 1 kA como máximo. Por lo tanto, la intensidad del campo magnético generado en un lugar distante de la parte central de la bobina en aproximadamente 1 m en la dirección del eje Z por la corriente inducida en el cuerpo magnético 22 se obtiene según la ecuación (17) basada en la ecuación de Biot-Savart.

Se concibe que la corriente que fluye realmente en el escudo magnético es algo pequeña. Sin embargo, cuando se toma en consideración el hecho de que la norma de seguridad del campo magnético es de 21 A/m, la intensidad del campo magnético generada por la corriente inducida en el cuerpo magnético 22 tiene una magnitud no ignorable. El escudo magnético es preferentemente de un material como ferrita, que no sólo impide la fuga de campo magnético, sino que además no permite que las corrientes inducidas fluyan por él en la medida de lo posible.

(b) MODELOS DE ANÁLISIS Y NORMAS DE EVALUACIÓN

El modelo de análisis de la figura 57 fue similar al modelo de análisis mostrado en la figura 35, pero es diferente en los puntos del tamaño de la región de aire y la presencia del escudo magnético. El tamaño de la región de aire se fijó en 2 m x 2 m x 2 m para estudiar la influencia del campo magnético de fuga en un rango amplio. Con referencia a la figura 57, el cuerpo magnético 22 era un cuerpo magnético cuboide de 220 mm x 120 mm x 10 mm en el que las placas magnéticas estaban laminadas en la dirección del eje Y. La conductividad eléctrica del cuerpo magnético 22 era de 107 S/m, y la permeabilidad magnética relativa era de 1.500. Un escudo magnético 91 que rodea el lado superior y los cuatro lados laterales del cuerpo magnético 22 estaba hecho de ferrita Ni-Zn, su conductividad eléctrica era de 10-5 S/m, y su permeabilidad magnética relativa era de 1.500. El intervalo en dirección Z entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 se fijó en 20 mm, y la distancia entre la superficie inferior del cuerpo magnético 22 y una superficie de techo (superficie interior) del escudo magnético 91 se fijó en 46 mm. Se crearon tres modelos con intervalos en las diferentes direcciones X e Y entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 que incluyen los modelos con un intervalo de 5 mm (modelo 1), un intervalo de 10 mm (modelo 2), y un intervalo de 20 mm (modelo 3), y un modelo sin el escudo magnético (modelo 4), y entonces, se calculó la intensidad del campo magnético de fuga de cada uno de ellos.

La norma de seguridad de 21 A/m del campo magnético de fuga era un valor comparativamente pequeño. Por lo tanto, se pensó que importante considerar la influencia de las corrientes inducidas comparativamente pequeñas generadas en el cuerpo ferromagnético. Por lo tanto, se prefirió rodear el cuerpo magnético laminado 22 con una sustancia que tuviera una baja conductividad eléctrica, como la ferrita, para no filtrar el campo magnético generado por el cuerpo magnético 22 hacia el exterior, además del campo magnético generado por la bobina 8. Para reducir el tamaño del aparato de bobina, se prefirió que la distancia entre la ferrita y el cuerpo magnético laminado 22 fuera lo más corta posible. Sin embargo, cuando ambos estaban demasiado cerca el uno del otro, no el cuerpo magnético laminado 22, sino la ferrita se convertía en un pequeño paso magnético de resistencia magnética y reducía la eficacia de la estimulación al cerebro.

La distancia desde el centro de la bobina hasta la posición en la que la intensidad del campo magnético se convirtió en 21 A/m se midió en cinco direcciones, incluyendo la dirección X+, la dirección X, la dirección Y+ e Y, y la dirección Z+, y las distancias de las mismas se compararon entre sí. El tamaño del elemento de aire en el modelo de análisis era grande. Por lo tanto, se llevó a cabo una aproximación de la función exponencial para un gráfico que incluía la intensidad del campo magnético de cada elemento de aire como eje vertical e incluía la distancia desde la parte central de la superficie superior del cuerpo magnético 22 como gráfico horizontal, y luego se midieron las intensidades del campo magnético. Como método de aproximación, se realizó una aproximación exponencial mediante un análisis de regresión no lineal utilizando el software libre de análisis estadístico “R” para acercarse a una forma de y = Cx-2 Ello se debió a que la atenuación de las ondas electromagnéticas era inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

(c) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

La tabla 4 muestra las intensidades de campo magnético de fuga calculadas para los modelos 1 a 4. En el análisis en el que la intensidad de campo magnético no convergía a 21 A/m (en la tabla, el análisis en el que los valores numéricos estaban rodeados por ()), se describió la intensidad de campo magnético en la posición que estaba situada en un extremo de la región de aire y estaba a 1 m de la parte central de la bobina 8.

Tabla 4:

Como se desprende de la Tabla 4, los campos magnéticos de fuga en dirección Z+ de los modelos que tienen los escudos magnéticos (modelos 1 a 3) disminuyó más que la del modelo sin el escudo magnético 91 (modelo 4). Además, cuanto más corta es la distancia entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22, más disminuyen los campos magnéticos de fuga.

Con respecto a la dirección del eje X y a la dirección del eje Y, se confirmó que la provisión del escudo magnético 91 disminuía los campos magnéticos de fuga; sin embargo, se descubrió que cuanto más corta es la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91, más grandes son los campos magnéticos de fuga. Esto se debió posiblemente a que, a medida que aumentaba la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91, el radio de curvatura de la línea de fuerza magnética se hacía más amplio. Por ejemplo, cuando la distancia entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22 era de 5 mm, el ángulo de incidencia de la línea de fuerza magnética con respecto al escudo magnético 91 se hacía pequeño. Como resultado, la línea de fuerza magnética fue absorbida más fácilmente por el escudo magnético 91, y el campo magnético de fuga en la dirección del eje Z se volvió posiblemente pequeño.

En realidad, como se muestra en la figura 58 que muestra una distribución de campo magnético de una sección transversal XZ que pasa a través del centro del cuerpo magnético 22, el ángulo incidente de la línea de fuerza magnética con respecto al escudo magnético 91 cuando la distancia en dirección horizontal entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22 era de 5 mm (escudo magnético 91A) era mayor que el ángulo incidente del caso en el que la distancia en dirección horizontal entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22 era de 20 mm (escudo magnético 91B). Por lo tanto, su línea de fuerza magnética llega más lejos en la dirección Z+. Se observó que se seleccionó cualquiera de los escudos magnéticos 91A y 91B. En la figura 58, una línea sólida 93 era una línea de fuerza magnética cuando la distancia entre el cuerpo magnético y la ferrita era de 5 mm, y una línea de puntos 94 era una línea de fuerza magnética cuando la distancia entre el cuerpo magnético y la ferrita era de 20 mm. Además, en relación con la dirección del eje X y la dirección del eje Y, se evaluaron las intensidades de campo magnético a lo largo de la superficie superior del escudo magnético 91 en la dirección del eje X. Cuando la distancia entre el escudo magnético de ferrita 91 y el cuerpo magnético 22 era de 5 mm, se mostraba un pico de las intensidades de campo magnético en una parte cercana a una parte 93 m. En el caso de 20 mm, se mostraba un pico de las intensidades de campo magnético en una parte ligeramente distante de una parte 94 m en la dirección negativa del eje Z. En el modelo con una distancia de 2o mm entre el cuerpo magnético y la ferrita, la intensidad del campo magnético disminuyó.

La inductancia del modelo 4 sin el escudo magnético 91 era de 16,7 pH. Las inductancias de los modelos 1 a 3 con una distancia de 5 mm entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22 fueron de 17,0 pH, 16,8 pH y 16,7 pH, respectivamente. Se concibió que la inductancia aumentaba ya que cuanto más corta era la distancia entre el escudo magnético 91 y el cuerpo magnético 22, más pasaba el flujo magnético de la bobina 8 a través del escudo magnético 91.

Los valores medios de las intensidades del campo eléctrico inducido en las partes centrales de la superficie del cerebro de los modelos 1 a 4 fueron 287 V/m, 307 V/m, 304 V/m y 300 V/m, respectivamente. De acuerdo con estos resultados, se concibió que, cuando la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 era de 10 mm o menor, la resistencia magnética del escudo magnético 91 era menor que la resistencia magnética del cuerpo magnético 22 y, como resultado, el campo eléctrico inducido en la superficie del cerebro se volvía débil. Por lo tanto, posiblemente era apropiado poner la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 a unos 10 mm.

2.2.8 OPTIMIZACIÓN DEL ESCUDO MAGNÉTICO QUE SUPRIME MÍNIMAMENTE EL CAMPO MAGNÉTICO DE FUGA

Como se desprende de la Tabla 4, no había ningún modelo que satisficiera la norma de seguridad 21 A/m determinada por la Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP) en todas las direcciones. Por lo tanto, el modelo con una distancia de 10 mm entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 se mejoró para crear un modelo de análisis en el que la abertura del extremo inferior del escudo magnético en forma de caja 91 que se opone a la bobina se creó con una pestaña en forma de anillo (flexión) 91F que se proyecta desde el extremo inferior hacia el lado interior en la dirección horizontal, como se muestra en la figura 59.

(a) MODELO DE ANÁLISIS

Con referencia a la figura 59, se crearon tres modelos de análisis (modelos M 1 a M3) que tenían pestañas 91F con anchuras de 5 mm, 10 mm y 15 mm respectivamente. El material de la pestaña 91F era ferrita de Ni-Zn.

(b) RESULTADOS DEL ANÁLISIS

La Tabla 5 muestra los campos magnéticos de fuga analizados para los modelos de análisis de la figura 59. En el análisis en el que la intensidad del campo magnético no convergía a 21 A/m (en la tabla, el análisis en el que los valores numéricos estaban rodeados por ()), se describió la intensidad del campo magnético en la posición que estaba a 1 m en la dirección horizontal desde el centro de la bobina que servía como extremo de la región de aire.

Tabla 5:

En este caso, la flexión de la ferrita fue la pestaña 91F descrita anteriormente. Los valores medios de los campos eléctricos inducidos en la superficie del cerebro en los puntos diana de los modelos M1 a M3 fueron 309, 309 y 309 V/m, respectivamente. Por lo tanto, la longitud óptima de la pestaña 91F fue de 15 mm. La razón por la que la pestaña 91F más larga fue efectiva fue que la pestaña 91F atrapa una parte del flujo magnético que intenta fugarse desde la abertura inferior del escudo magnético 91 como se muestra en la figura 60.

Como resultado del análisis, los campos magnéticos de fuga del modelo con una distancia de 10 mm entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 y con la pestaña 91F que tiene una longitud de 15 mm se mejoraron en un 56,8% en la dirección X+, en un 51,2% en la dirección X, en un 67,0% en la dirección Y+, en un 70,0% en la dirección Y y en un 51,2% en la dirección Z en comparación con los del modelo sin escudo magnético 91 y sin pestaña 91F.

Cuando se supuso que un trabajador sanitario estaba en la parte trasera de la bobina 8 (en una ubicación distante en la dirección Y de la bobina), los campos magnéticos de fuga en la dirección X no eran problemáticos. Además, cuando se suponía un estado en el que el trabajador sanitario sostiene la bobina de estimulación con las manos, los márgenes de distancia podían realizarse en la dirección Y y en la dirección Z por la distancia de la longitud de su brazo.

La inductancia de la bobina del modelo que tiene la pestaña 91F de 5 mm era de 16,9 |^jH, la inductancia de la bobina del modelo que tiene la pestaña 91F de 10 mm era de 17,1 j H, y la inductancia de la bobina del modelo que tiene la pestaña 91F de 15 mm era de 17,4 j H. Se concibió que cuanto más larga era la longitud de la pestaña 91F, más pasaba el flujo magnético a través del escudo magnético 91, y la inductancia aumentaba.

La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo sin escudo magnético 91 fueron 0,0455 m y 0,0604 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo con el escudo magnético 91 equipado con la pestaña 91F (la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 en la dirección horizontal era de 10 mm, y la longitud de la pestaña 91F era de 5 mm) eran de 0,0459 m y 0,0605 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo que tiene el escudo magnético equipado con la pestaña 91F (la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 era de 10 mm, y la longitud de la pestaña 91F era de 10 mm) eran 0,0461 m y 0,0608 m, respectivamente. La distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X y la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y del modelo que tiene el escudo magnético 91 equipado con la pestaña 91F (la distancia entre el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 en la dirección horizontal era de 10 mm, y la longitud de la pestaña 91F era de 15 mm) eran 0,0464 m y 0,0629 m, respectivamente.

3 CONSIDERACIONES

3.1 RAZONES POR LAS QUE EL CUERPO MAGNÉTICO SE DISPUSO POR ENCIMA DE LA BOBINA EN FORMA DE OCHO

Para inducir el flujo magnético, por ejemplo, en un solenoide, se dispuso un cuerpo magnético dentro de la bobina 8. Sin embargo, dado que cada una de las partes circulares 81 y 82 de la bobina excéntrica en forma de ocho para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal estaba formada por un hilo conductor, por ejemplo, enrollado en forma helicoidal (en espiral) unas diez veces, disponer efectivamente el cuerpo magnético 22, tal como un núcleo de hierro, en el pequeño espacio formado en el centro de la parte circular 81 u 82 de la bobina era difícil y requería un coste. Por lo tanto, esto no era adecuado para la bobina doméstica 8. En lugar de esto, también se propuso un método de incrustación de un cuerpo magnético en la cabeza de un paciente para concentrar el flujo magnético en él. Sin embargo, este método requiere una craneotomía, y las características del tratamiento de estimulación magnética transcraneal que tienen un efecto tan ventajoso en la no invasividad no podían ser utilizadas. Por otro lado, la configuración en la que el cuerpo magnético 22 se dispone por encima de la bobina 8 resuelve todos los problemas descritos anteriormente, y tiene un efecto tan ventajoso que el flujo magnético generado por la bobina podría concentrarse en un grado necesario para el tratamiento.

3.2 RAZONES POR LAS QUE SE UTILIZÓ EL NÚCLEO DE FERRITA NI-ZN EN EL ESCUDO MAGNÉTICO El cuerpo magnético 22 dispuesto en la bobina podría funcionar también como el escudo magnético 91. Por ejemplo, cuando la frecuencia era de unos 3 kHz, la corriente inducida en el cuerpo magnético 22 se cancelaba prácticamente, y estaba ligeramente presente en la superficie del cuerpo magnético 22. Sin embargo, en un aparato de estimulación magnética transcraneal, aunque la corriente fuera diminuta, las ondas electromagnéticas generadas por ella pueden disminuir los efectos del tratamiento. Por lo tanto, era difícil decir que el cuerpo magnético era suficientemente eficaz como el escudo magnético 91.

Por otro lado, la ferrita de Ni-Zn tiene una permeabilidad magnética relativa de 1.500 y una conductividad eléctrica de aproximadamente 0,00001 S/m, y puede considerarse prácticamente como un aislante. Además, la ferrita de Ni-Zn tiene un coeficiente de temperatura relativo de aproximadamente 1 a 3, y la permeabilidad magnética no se ve afectada fácilmente por las temperaturas. Además, la permeabilidad magnética de la ferrita tiene un valor constante hasta una determinada frecuencia. Sin embargo, cuando la frecuencia supera esta frecuencia, la densidad de flujo magnético de la misma no puede seguir los cambios en los campos magnéticos, y puede producirse un retardo de fase de la densidad de flujo magnético con respecto al campo magnético. Sin embargo, la ferrita de Ni-Zn (HF70) tiene ciertas características de permeabilidad magnética/frecuencia, y no afecta negativamente al tratamiento de estimulación magnética transcraneal que tiene una frecuencia de estimulación de unos 3 kHz. Por lo tanto, se consideró que la ferrita de Ni-Zn era el material adecuado para el escudo magnético 91.

3.3 MÉTODO DE FIJACIÓN DE LA BOBINA DE ESTIMULACIÓN EN EL TRATAMIENTO DOMICILIARIO Cuando se espera una situación en la que un paciente de dolores neuropáticos opera el aparato de estimulación magnética transcraneal de tratamiento en casa por sí mismo para llevar a cabo el tratamiento, se prefiere que el propio paciente pueda colocar la bobina de estimulación 8 en la misma ubicación cada vez. Por lo tanto, se proponen las técnicas de hacer que el paciente lleve un casco y fijar la bobina de estimulación 8 al casco. En dicha realización, se desea que la bobina de estimulación 8 pueda fijarse fácilmente al casco.

3.4 PESO DE LA BOBINA DE ESTIMULACIÓN

El peso total del cuerpo magnético 22 y del escudo magnético 91, con las formas óptimas obtenidas a partir del análisis descrito anteriormente, fue de aproximadamente 2,1 kg. El peso de la bobina excéntrica en forma de ocho era de aproximadamente 1 kg. Por lo tanto, todo el aparato de bobina, incluyendo el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91, tenía un peso de unos 3 kg, que podía soportarse de forma estable incluso en un sistema domiciliario.

3.5 INDUCTANCIA DEL APARATO DE BOBINA DE ESTIMULACIÓN

La inductancia de un modelo de cuerpo magnético de ferrita, que era posiblemente el más apropiado, era de unos 17,4 |jH. El análisis se llevó a cabo sólo en la región de aire, y la inductancia de la bobina se calculó en base a la ecuación (18) utilizando la suma de la energía del campo magnético en la región de aire.

Un ancho de pulso (T) concebiblemente efectivo para obtener los efectos del tratamiento de estimulación magnética fue de aproximadamente 200 a 300 js. Por lo tanto, cuando la capacidad de la bobina era C = 180 ^jF, la inductancia de la bobina 8 era de 5,63 jH a 12,6 jH según la ecuación (19).

3.6 CORRIENTES INDUCIDAS EN EL NÚCLEO DE HIERRO

La corriente inducida que fluye en el cuerpo magnético 22 fue determinada por la tasa de cambio del flujo magnético en base a la ley de Faraday. En este caso, la corriente inducida se veía afectada concebiblemente por la velocidad de magnetización del cuerpo magnético por el campo magnético y la velocidad a la que cambia el campo magnético generado por la bobina. Dado que la primera era suficientemente superior a la segunda, la corriente inducida que circulaba realmente en el cuerpo magnético era posiblemente igual a la corriente inducida obtenida por el análisis.

3.7 ACERCA DE LA SATURACIÓN MAGNÉTICA DEL HIERRO

El hierro tiene características magnéticas de histéresis. Por otra parte, el flujo magnético que pasa a través del cuerpo magnético 22 se calculó como 0,328 t (véase la ecuación (13)). Sin embargo, cuando se tiene en cuenta la histéresis, en un campo magnético alto, la permeabilidad magnética relativa se vuelve baja. Teniendo en cuenta este punto, la densidad del campo eléctrico inducido del cuerpo magnético era posiblemente de entre 10 y 50 t. Dado que la densidad de flujo magnético de saturación del hierro era de 2,15 ^t, es posible que se requiera una mejora, como el aumento del flujo magnético mediante el incremento del espesor del hierro, para obtener las características deseadas con el hierro.

3.8 AISLANTE PARA USO EN EL CUERPO MAGNÉTICO LAMINADO

El cuerpo magnético laminado 22 se formó intercalando aislantes entre una pluralidad de placas magnéticas. En este caso, la ferrita basada en Mn-Zn se utilizó convenientemente como aislante. La ferrita basada en Mn-Zn tiene una permeabilidad magnética relativa de 5.000, que era la misma que la del hierro, una resistividad volumétrica de 0,3 Óm, y una frecuencia de adaptación de hasta 1 MHz.

3.9 REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DEL APARATO DE ESTIMULACIÓN MEDIANTE LA MEJORA DE LA EFICACIA DE LA ESTIMULACIÓN (REDUCCIÓN DE COSTES)

Se creó un modelo de bobina de cuerpo magnético capaz de obtener una eficiencia de estimulación 3,93 veces superior a la de un modelo de bobina sin cuerpo magnético. La intensidad de la corriente inducida para la corteza motora primaria necesaria para obtener efectos de tratamiento eficaces debía ser constante. Sin embargo, la magnitud de la corriente inducida en el cerebro era proporcional a la corriente de la bobina. En el análisis descrito anteriormente, la corriente de la bobina se fijó en 3 kA. En este caso, el campo eléctrico inducido en el cerebro por el modelo de bobina que incluye el cuerpo magnético laminado XY era de 507 V/m. Los resultados de pruebas clínicas anteriores han informado de que la densidad de corriente inducida necesaria para la corteza motora primaria para obtener efectos de tratamiento eficaces era de 180 A/m2 Cuando se supuso que la conductividad eléctrica de la parte de estimulación era de 0,11 S/m, que era la misma que la de la materia gris, la intensidad del campo eléctrico inducido en el cerebro necesaria para obtener efectos de tratamiento eficaces era de 200 V/m. Por lo tanto, en el caso de un modelo de bobina de cuerpo magnético laminado, los efectos efectivos del tratamiento podrían ejercerse cuando se aplicara a la bobina una corriente de pulso con un valor máximo de 1,18 kA. En este caso, cuando se puede reducir la corriente de pico, el condensador y el circuito de refuerzo de voltaje de un aparato generador de campo magnético pueden reducirse significativamente, y el coste del sistema también puede reducirse significativamente.

4 CONCLUSIONES

La presente realización se refiere al desarrollo de bobinas de estimulación para el tratamiento domiciliario de pacientes con dolores neuropáticos mediante estimulación magnética transcraneal. Para ello, se obtuvo mediante análisis numérico un modelo de bobina que tenía la mejor eficiencia de estimulación. A continuación, manteniendo una buena eficacia de estimulación, se obtuvo un modelo de bobina ligero mediante análisis numérico. Además, se obtuvo mediante análisis numérico un modelo de bobina equipado con un escudo magnético para disminuir la influencia en el cuerpo humano. De acuerdo con el análisis numérico anterior, se obtuvo la siguiente conclusión. 4.1 En un modelo de bobina con una bobina excéntrica en forma de ocho que tiene un cuerpo magnético laminado en XY de 220 mm x 100 mm x 2 mm (laminación X en ambas partes de extremo en dirección X y laminación Y en una parte central), la intensidad del campo eléctrico inducido en la parte central de la superficie del modelo cerebral distante de la bobina en 13 mm podría establecerse en 507 V/m, y la eficacia de la estimulación podría mejorarse en un 265% en comparación con el modelo de bobina sin cuerpo magnético.

4.2 En cuanto a la robustez de la estimulación, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X se amplió mediante la forma del cuerpo magnético y el uso de ferrita en el escudo magnético. Específicamente, cuando se insertó un cuerpo magnético laminado en el eje Y, la distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X pudo aumentarse unas dos veces. Además, de acuerdo con un modelo de bobina que tiene una combinación de un cuerpo magnético laminado XY y un escudo magnético, se pudo obtener una bobina de tratamiento domiciliario que tenía una robustez de estimulación que tenía un alto error de desalineación permisible con una distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje X de 0,0464 m y una distancia de estimulación efectiva en la dirección del eje Y de 0,0629 m.

4.3 En el caso de un modelo de bobina en el que un escudo magnético en forma de caja que incluye un cuboide de ferrita de Ni-Zn con un tamaño de 250 x 150 x 5 mm (placa de techo), dos cuboides con un tamaño de 240 x 5 x 46 mm cada uno (placas delantera/trasera), y dos cuboides de 5 x 150 x 46 mm cada uno (placas laterales) cubren un cuerpo magnético (la distancia al cuerpo magnético era de 10 mm), y se fijó una pestaña de 15 mm de anchura a lo largo de un borde de apertura inferior del escudo magnético en forma de caja, entonces la intensidad del campo magnético en un lugar distante 1 m en la dirección X+ era de 51 4 A/m, la intensidad del campo magnético en un lugar distante 1 m en la dirección X era de 42,1 A/m, la intensidad del campo magnético en un lugar distante 1 m en la dirección Y+ era de 21,84 A/m, la intensidad del campo magnético en un lugar distante 0,965 m en la dirección Y era de 21 A/m, y la intensidad del campo magnético en un lugar distante 0,329 m en la dirección Z+ era de 21 A/m. Por lo tanto, el modelo de bobina provisto de escudo magnético no afectó a los cuerpos humanos incluso cuando el cuerpo humano se acercó a la posición de 33 cm en la dirección Z+ desde el centro de la bobina y 97 cm desde ella en la dirección Y.

4.4 DIMENSIONES DE LA BOBINA Y DE LAS PLACAS DE HIERRO Y ACERO LAMINADAS

En la presente realización, las simulaciones se llevaron a cabo suponiendo que las dimensiones de la bobina eran las siguientes. El diámetro exterior era de 100 mm, el diámetro interior era de 20 mm y el número de vueltas era de 10. El hilo conductor tenía una sección transversal de 6 mm (vertical) x 2 mm (horizontal). El intervalo de la parte en la que los hilos conductores se acercaban más entre sí era de 0,5 mm. La corriente aplicada a la bobina era de 3 kA y la frecuencia de 3,15 kHz. Además, como se describe a continuación, las dimensiones de la placa de hierro y acero eran de una anchura de 220 mm, una altura de 122 mm y un grosor de 10 mm. Cuando el peso específico del hierro era de 7,85 t/m3, el peso de la placa de hierro y acero era de unos 2,1 kg. La permeabilidad magnética relativa era de 5000, y la conductividad eléctrica era de 1,0 x 107 S/m y, además, era de 1,0 x 10"7 S/m en la dirección perpendicular a la laminación. La placa de hierro y acero se colocó en un lugar de 3,5 mm por encima de la superficie superior de la bobina central excéntrica en forma de ocho. Un conductor eléctrico para simular el cerebro tenía una conductividad eléctrica de 0,11 S/m, y tenía unas dimensiones de 140 mm en vertical, 140 mm en horizontal y 40 mm en altura. Este conductor eléctrico se colocó en una posición de 10 mm por debajo de la superficie inferior de la bobina. En la figura 61 se muestra un modelo experimental completo. La intensidad de la estimulación se evaluó promediando las magnitudes de los vectores del campo eléctrico de los elementos que se encontraban en un radio de 10 mm desde un centro de estimulación.

4.5 COMBINACIONES DE LÁMINAS LAMINADAS DE HIERRO Y ACERO EN DIFERENTES DIRECCIONES Para estudiar las direcciones óptimas de laminación de las placas de hierro y acero, se prepararon modelos en los que se cambiaron los tipos de placas de hierro y acero sin cambiar el aspecto de todo el experimento. En primer lugar, se modelaron tres tipos de placas de hierro y acero que incluían una placa de hierro y acero sin laminación, una placa de hierro y acero de laminación en dirección vertical y una placa de hierro y acero de laminación en dirección horizontal. Estos tres modelos se compararon con las intensidades de estimulación de los modelos sin placa de hierro y acero. A continuación, se preparó un modelo de placa de hierro y acero con laminación combinada en diferentes direcciones en el que una parte central tenía una laminación horizontal y las partes laterales tenían una laminación vertical. El aspecto de este modelo se muestra en la figura 62. La anchura de la parte laminada verticalmente de la parte lateral se modificó dentro de un rango de 6 mm a 36 mm, y se trazaron las relaciones entre la anchura de la parte lateral y las intensidades medias de campo eléctrico alcanzadas. En la figura 62, 22X representa cuerpos magnéticos laminados en la dirección X, 22Y representa un cuerpo magnético laminado en la dirección Y, y el cuerpo magnético laminado en la dirección Y 22Y fue intercalado entre un par de cuerpos magnéticos laminados en la dirección X 22X en la dirección X.

4.6 INFLUENCIAS EN LAS INTENSIDADES DE ESTIMULACIÓN POR LAMINACIÓN DE HIERRO Y PLACA DE ACERO

Con referencia a las figuras 63A a 63E, las intensidades de estimulación (intensidades de campo eléctrico inducido) fueron notablemente mejoradas por las placas de hierro y acero laminadas. Con respecto a la placa de hierro y acero sin laminación y la placa de hierro y acero con la laminación horizontal, las intensidades de campo eléctrico promedio en los centros fueron 218 V/m y 335 V/m, respectivamente (figura 63B y figura 63C). Estas fueron 1,5 veces y 2,1 veces las intensidades de campo eléctrico del caso sin placa de hierro y acero (160 V/m, figura 63A). Por otro lado, la intensidad de estimulación por la laminación vertical fue de 111 V/m (figura 63D), que disminuyó en comparación con el caso sin placa de hierro y acero.

Este resultado indica como principio básico que ha habido un aumento de la intensidad del campo magnético de la bobina debido a la alta permeabilidad magnética de la placa de hierro y acero. Además, de acuerdo con estos resultados, se puede entender que hubo un caso en el que el efecto de disminución de la intensidad de estimulación debido a la pérdida de corriente inducida generada en la placa de hierro y acero a veces llegó a ser mayor que el efecto de aumento de la intensidad de estimulación por la alta permeabilidad magnética. Este caso malo significa la laminación vertical.

Con referencia a las figuras 64 (a1) y 64 (a2), se generaron corrientes parásitas en la placa de hierro y acero laminada verticalmente por la bobina en forma de ocho, y estas corrientes inducidas tienen grandes efectos de supresión contra las intensidades de estimulación. En este caso, con respecto al flujo magnético generado por la bobina, se produjo gran pérdida de corriente, ya que el área de la sección transversal de la placa de hierro y acero se hizo extremadamente grande frente a un grupo de flujo magnético intercalado. Además, también en el caso de la laminación horizontal como se muestra en la figura 64 (b1) y en la figura 64 (b2), se pudo entender que la región donde se produjo una pérdida de corriente estaba presente en la placa de hierro y acero. Por lo tanto, la intensidad de estimulación cuando se utilizó la placa de hierro y acero de la laminación horizontal aumentó en comparación con el caso sin placa de hierro y acero. Sin embargo, se esperaba una ligera disminución de la intensidad de estimulación.

4.7 ACERCA DE LA RELACIÓN DE LA DIRECCIÓN ÓPTIMA DE LAMINACIÓN DE LA PLACA DE HIERRO Y ACERO EN LA BOBINA EXCÉNTRICA CENTRAL EN FORMA DE OCHO

Con referencia a la figura 63E, se descubrió que el modelo en el que se combinaban los laminados de hierro y acero en diferentes direcciones era capaz de alcanzar mayores intensidades de estimulación que el de la laminación de hierro y acero en una sola dirección. La figura 65 muestra las relaciones entre la anchura de la parte lateral, que era un laminado vertical, y las intensidades de estimulación. Cuando se optimizó la anchura de la parte lateral, la intensidad de estimulación llegó a ser de 456 V/m cuando la anchura era de 30 mm. Además, la inductancia era de 11.7 |jH en el modelo sin núcleo de hierro, y era de 17,2 j H en el modelo con placa combinada de hierro y acero con una anchura de 30 mm.

Estos resultados indicaron en general que era eficaz utilizar diferentes diseños de laminación, ya que las direcciones de los campos magnéticos de las bobinas cambian dependiendo de las posiciones espaciales. Como se describió anteriormente, ya que muchos campos magnéticos laterales cuando se ven desde la parte superior de la placa de hierro y acero estaban presentes en la parte central de la placa de hierro y acero, era apropiado que la dirección de la laminación también fuese en la dirección lateral. Este campo magnético lateral era dominante. La región podía predecirse por el hecho de que la mayor intensidad de estimulación se alcanzaba cuando la anchura de la laminación vertical era de 30 mm. Por otro lado, en un extremo de la placa de hierro y acero, mucho flujo magnético entra perpendicularmente en la superficie de la placa de hierro y acero. Con respecto a estos campos magnéticos perpendiculares, se puede utilizar una laminación horizontal o una laminación vertical. Con referencia a la figura 64C, las interrupciones entre la parte de laminación lateral y las partes de laminación vertical bloquearon bien la pérdida de corriente inducida generada en la placa de hierro y acero, y se pudo entender que la combinación de placa de hierro y acero suprime considerablemente las corrientes inducidas en comparación con el caso en el que se utilizó el núcleo de hierro laminado en una sola dirección lateralmente. Por último, el modelo en el que se utilizó la combinación de placa de hierro y acero en combinación con la bobina central excéntrica en forma de ocho alcanzó una intensidad de estimulación 2,8 veces superior a la del caso sin placa de hierro y acero y, además, alcanzó una intensidad de estimulación 3,4 veces superior a la de una bobina normal en forma de ocho sin núcleo de hierro. Por otra parte, cuando se utilizó la placa de hierro y acero en combinación, el valor de la inductancia aumentó un poco en comparación con el caso en el que no se utilizó ninguna placa de hierro y acero. Por lo tanto, se esperaban algunos cambios en la frecuencia de los pulsos de estimulación de TMS. Sin embargo, la inductancia de una bobina de TMS tenía normalmente un valor de 10 pH a 35 pH, y se concibió que estos cambios de inductancia podían manejarse seleccionando adecuadamente un circuito que tuviera un condensador de un valor apropiado. Además, en los últimos años, se estudió un circuito capaz de generar pulsos de formas libres independientemente de los valores de inductancia, y se concibió que el uso de tal circuito eliminará la necesidad de considerar los cambios de inductancia.

Como conclusión final, la placa de hierro y acero en la que se combinaron la laminación horizontal y la laminación vertical fue extremadamente efectiva para mejorar la intensidad de la estimulación, y se descubrió que la intensidad de la misma llegó a ser 2,8 veces en comparación con el caso en el que no se utilizó ninguna placa de hierro y acero. Este resultado indica que era importante determinar la dirección de laminación de la placa de hierro y acero teniendo en cuenta las direcciones de los campos magnéticos generados por la bobina de TSM. Al utilizar la placa de hierro y acero laminada, la corriente aplicada a la bobina 8 podía disminuirse y, como resultado, el calor de la bobina 8 podía reducirse sin utilizar un mecanismo de eliminación de calor. En virtud de esto, era posible un tratamiento de rTMS de alto rendimiento y alta frecuencia, y el propio equipo de TMS podía crearse en un tamaño más pequeño con un coste menor.

Como se ha descrito anteriormente, la bobina en la que la bobina excéntrica en forma de ocho 8 se combina con el cuerpo magnético 22 y el escudo magnético 91 es suficientemente utilizable como bobina para un aparato domiciliario de estimulación magnética.

La invención se define en las reivindicaciones siguientes. Otras realizaciones, ejemplos, métodos, etc. no forman parte de la invención.

Descripción de caracteres de referencia

1: aparato de estimulación magnética transcraneal

4: aparato de estimulación magnética

5: aparato de bobina

6: unidad de control

8: bobina

8L: eje central

9: carcasa

22, 22A a 22H: cuerpos magnéticos

25: circuito de activación de bobina

26: cable

31: tiristor

31D: diodo

61: fuente de alimentación de corriente alterna

62: circuito de alimentación

63: circuito de refuerzo de voltaje

64: condensador

65: resistencia

66: interruptor semiconductor

67: circuito de control

80: hilo conductor

81, 82: partes de la bobina

83, 84: centros de las partes de la bobina

85: parte central de la bobina

90: modelo de cerebro

91, 91A, 91B: escudos magnéticos

91F: pestaña

100A a 100D: cuerpos magnéticos

Documentos de referencia:

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[28] Sitio web de PHOTON Co., Ltd., “Electromagnetic Field Analysis WAVEjw”, Internet [buscado el 17 de marzo de H28 (2016)] <URL> http://www.photon-cae.co.ip/product/series/index.html

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de bobina (5) para un aparato de estimulación magnética transcraneal (1), comprendiendo el aparato de bobina (5) una bobina (8) dispuesta de manera que se oponga a una superficie de la cabeza de un humano para generar una corriente por un campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética en un cerebro por inducción electromagnética, y para estimular neuronas,

donde la bobina (8) se configura enrollando un hilo conductor a lo largo de una superficie de referencia predeterminada, caracterizado porque

el aparato de bobina (5) comprende un cuerpo magnético (22; 22A-22H) adaptado para estar dispuesto, en el uso, entre la cabeza y la bobina (8) de manera que se oponga a la bobina (8) y estar dispuesto en una posición en un lado opuesto de la cabeza,

donde el cuerpo magnético (22; 22A-22H) está previsto para hacer fluir una corriente en él mediante un campo eléctrico inducido cuando la bobina (8) es activada, y para aumentar la corriente que fluye por el campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética del cerebro en comparación con la que no tiene cuerpo magnético (22; 22A-22H),

donde la bobina (8) es una bobina en espiral en forma de ocho no excéntrica que tiene dos partes de bobina (81, 82) o una bobina en espiral en forma de ocho excéntrica que tiene dos partes de bobina (81, 82), y

donde, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de bobina (81, 82) a lo largo de la superficie de referencia se define como una primera dirección, y cuando una dirección ortogonal a la primera dirección a lo largo de la superficie de referencia se define como una segunda dirección, el cuerpo magnético (22; 22A-22H) se configura laminando una pluralidad de láminas de acero magnético en una de la primera dirección y la segunda dirección.

2. Un aparato de bobina (5) para un aparato de estimulación magnética transcraneal (1), comprendiendo el aparato de bobina (5) una bobina (8) dispuesta de manera que se oponga a una superficie de la cabeza de un humano para generar una corriente por un campo eléctrico inducido en una región diana de estimulación magnética en un cerebro por inducción electromagnética, y para estimular neuronas,

donde la bobina (8) es una bobina en espiral en forma de ocho no excéntrica que tiene dos partes de bobina (81, 82) o una bobina en espiral excéntrica en forma de ocho que tiene dos partes de bobina (81, 82), y

donde, cuando una dirección de una línea que conecta los centros de las dos partes de la bobina (81, 82) a lo largo de la superficie de referencia se define como una primera dirección, y cuando una dirección ortogonal a la primera dirección a lo largo de la superficie de referencia se define como una segunda dirección, el cuerpo magnético (22; 22A-22H) está configurado de manera que incluya:

una primera parte de cuerpo magnético laminada configurada mediante la laminación de una pluralidad de láminas de acero magnético en la primera dirección; y

una segunda parte de cuerpo magnético laminada configurada mediante la laminación de una pluralidad de láminas de acero magnético en la segunda dirección.

3. El aparato de bobina (5) para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal (1) según la reivindicación 2,

donde el cuerpo magnético (22; 22A-22H) incluye:

una de la segunda parte de cuerpo magnético laminada; y

un par de las primeras partes de cuerpo magnético laminadas,

donde la segunda parte de cuerpo magnético laminada se dispone entre el par de primeras partes de cuerpo magnético laminadas en la primera dirección.

4. El aparato de bobina (5) para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal (1) según las reivindicaciones 1-3, donde la superficie de referencia es un plano, una superficie curvada o una superficie esférica.

5. El aparato de bobina (5) para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el cuerpo magnético (22; 22A-22H) tiene una forma de una de las formas tetragonal, poligonal, circular, elíptica y oblonga según se ve desde una tercera dirección ortogonal a la primera dirección y a la segunda dirección.

6. El aparato de bobina (5) para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3 y 5,

donde el cuerpo magnético (22; 22A-22H) incluye una abertura en un centro según se ve desde una tercera dirección ortogonal a la primera dirección y a la segunda dirección.

7. Un aparato de estimulación magnética transcraneal (1) que comprende el aparato de bobina (5) para uso en el aparato de estimulación magnética transcraneal (1) reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.