JP2016198261A

JP2016198261A - 経頭蓋磁気刺激装置

Info

Publication number: JP2016198261A
Application number: JP2015080039A
Authority: JP
Inventors: 有理砂森本; Arisa Morimoto
Original assignee: Teijin Pharma Ltd
Current assignee: Teijin Pharma Ltd
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】本発明は、複数の断線パターンを検知することが可能な経頭蓋磁気刺激装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、励磁コイルと昇圧回路、充放電コンデンサ、及びサイリスタの充放電回路を備える電源を有するｒＴＭＳ装置であって、コイル状態検出手段と記録手段を有し、あらかじめ定めた測定条件下で測定した前回記録と今回記録の差が設定した閾値を外れた場合に励磁コイルの状態が変化したと判断する、ｒＴＭＳ装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、経頭蓋磁気刺激システムに関し、具体的には装置の断線検知可能な経頭蓋磁気刺激装置に関する。

反復経頭蓋磁気刺激法（rTMS;Repetitive transcranial magnetic stimulation）は、脳内神経等の脳の特定部位に非侵襲的に磁気刺激を加えることにより、脳卒中後の疼痛等の神経疾患やうつ病、アルツハイマー等に対する治療、症状の緩和や改善を図ることができる治療法である。

経頭蓋磁気刺激療法は、患者の頭皮表面の特定位置に励磁コイル等の磁気発生手段を配置し、磁気発生手段から患者の脳の特定部位に対して磁気刺激を行う。具体的な手法として、特許文献１には、患者の頭皮表面に設置したコイルに電流を流し、局所的に微小なパルス磁場を生じさせ、電磁誘導の原理を利用して頭蓋内に渦電流を起こすことにより、コイル直下の脳内神経に刺激を与えることが開示されている。
経頭蓋磁気治療装置は、放電時の衝撃による疲労破断（断線）が起こる可能性がある。経頭蓋磁気刺激装置における装置として、特許文献２には、コンデンサの不具合を検知する発明が開示されている。しかしながら、断線の複数パターンをカバーする技術は明確になっていない。

国際公開第２００７／１２３１４７号公報特表２０１０−５１８９６７号公報

本発明は、複数の断線パターンを検知可能な経頭蓋磁気刺激装置を提供することを目的とする。

本発明は、磁気刺激を発生させるための励磁コイル、前記励磁コイルが必要な磁力を発生させることができる高電圧を発生させるための昇圧回路、及び前記昇圧回路で発生した高電圧で充電するコンデンサを有し、パルス状に前記励磁コイルに電流を流すための充放電回路を備える電源、前記励磁コイルの状態を検出するためのコイル状態検出手段、並びに前記コイル状態検出手段により検出された前記励磁コイルの状態を定期的に記録する記録部を有し、前記コイル状態検出手段は、あらかじめ定めた測定条件下で測定された前記励磁コイル状態の前回記録と今回記録の差が設定した閾値を外れた場合に、前記励磁コイルの状態が変化したと判断する、経頭蓋磁気刺激装置である。
また本発明は、前記励磁コイルの状態の変化として、少なくとも前記励磁コイル断線の有無について判断することが好ましい。

さらに本発明は、前記電源の充放電回路が、前記コンデンサと前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールによって構成され、電流検出手段が前記電源の前記コンデンサと前記励磁コイルの間に設置され、前記コイル状態検出手段を前記励磁コイルに放電される前記電流検出手段とすることが好ましい。
さらに本発明は、前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと前記コンデンサが直列に接続され、前記放電スイッチングモジュールと並列に、前記励磁コイルと前記コンデンサが接続された構成であって、前記コイル状態検出手段を前記コンデンサの充電状態検出手段とすることが好ましい。

さらに本発明は、前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールが直列に接続され、前記コンデンサと並列に、前記励磁コイルと前記放電スイッチングモジュールが接続された構成であって、前記励磁コイルの両端の接続を一定の電流又は電圧を付加する定電流電源又は定電圧電源に切り替えることにより、前記コイル状態検出手段を前記励磁コイルの抵抗検出手段とすることが好ましい。
さらに本発明は、前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールが直列に接続され、前記コンデンサと並列に、前記励磁コイルと前記放電スイッチングモジュールが接続された構成であって、前記コイル状態検出手段を前記コイルの下流側に接続される放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールの両端にかかる電圧測定手段とすることが好ましい。

本発明の経頭蓋磁気刺激装置（以下、「ｒＴＭＳ装置」ともいう。）を使用することにより、経頭蓋磁気刺激装置が複数の断線パターンを検知することが可能となる。

本発明における磁気刺激システムの概略ブロック図である。本発明における、励磁コイルとコンデンサの間に電流検出手段を設置する構成例を示す図である。本発明における、励磁コイルとコンデンサを直列に接続する構成例を示す図である。本発明における、励磁コイルの両端を定電流電源又は定電圧電源に切り替えてコイル抵抗値を検出する回路の構成例を示す図である。本発明における、励磁コイルの下流側に接続される放電スイッチングモジュールの両端電圧を測定する回路の構成例を示す図である。経頭蓋磁気刺激システムを示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態に係る経頭蓋磁気刺激システムについて、添付図面に従って説明する。以下の実施の形態では、脳卒中後の疼痛等の医療分野で用いるのに好適な経頭蓋磁気刺激システムを説明するが、本発明はその他の疼痛（特に、難治性疼痛）、うつ病、アルツハイマー等の脳神経外科、精神科等の医療分野においても同様に適用できる。
なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「上面」や「下面」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明はこれらの実施形態によっていかなる意味においても制限されるものではない。

図６に経頭蓋磁気刺激システムの概略を示す。経頭蓋磁気刺激システム３０（以下、単に「磁気刺激システム３０」と称する。）は、励磁コイル２（磁場発生手段）を有し、ケーブル３１を介して電気的にコイル駆動電源１と接続されている。コイル駆動電源１は外部電源等と接続し、励磁コイル２に電力を供給する機能を有する。患者は治療用の椅子３３に着座する等して頭部を固定し、治療に有用な頭皮表面の特定位置に励磁コイル２を配置する。この特定位置に配置された励磁コイル２から、患者の脳内神経に所定強度の磁気刺激を加えることにより、治療等を行う。コイル駆動電源１は、励磁コイル２への電流パルスの供給を制御するもので、従来公知の種々のタイプのものを用いることができる。コイル駆動電源１のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）操作や、磁気刺激の強度やサイクルを決定付ける電流パルスの強度やパルス波形の設定等は、操作者によって行うことができる。
励磁コイル２は、コイルホルダに組み込まれ、さらにコイルユニット３２に組み込まれている。

図１は、システムの概略ブロック図を示す。システムは患者頭部の所望位置に磁気刺激を与えるためのコイル駆動電源１と、励磁コイル２、治療条件を設定する操作部３を持つ。コイル駆動電源１には商用電源から電力を供給し、昇圧部４にて所望の電圧まで昇圧する。昇圧した電圧でコンデンサ５に充電を行う。コンデンサから励磁コイルへの放電は、サイリスタ及びダイオード等で構成された放電スイッチングモジュール６にて行い、制御部７からの信号により、放電スイッチングモジュール６内のサイリスタがＯＮすると、コンデンサ５から励磁コイル２に放電が行われ、励磁コイルとコンデンサの共振現象により、電荷はサイリスタと並列に接続されているダイオードを介して、再びコンデンサに戻る。これにより治療のための磁場が発生する。

励磁コイル２に対しコイル駆動電源１で充放電動作が正常に行われていることを監視するために、回路上にはいくつかの状態検出手段を設けることが好ましい。例えば、コンデンサ両端で計測する充放電時の電流や電圧監視である。具体的には、昇圧回路の出力に分圧抵抗などを用いてその電圧を監視する。そして、その状態をコイル駆動電源の制御部７で監視する。この状態検出手段を設けることにより、電源自身の内部回路不具合と、励磁コイル２の状態不具合の２つの監視目的を達成できる。特に励磁コイル２の状態不具合監視において、励磁コイル２の巻線不具合（断線又は短絡等）は、巻線の絶縁を確保するモールド樹脂や巻線を収納する躯体自体が透明でない限り、巻線は覆われており外からは目視で確認できないため、安全保護とメンテナンスを考慮すると何らかの検出手段を持つ回路構成にすることが望ましい。

また励磁コイル２の状態検出の変化量を把握して、励磁コイル２の状態が変化したと判断するために、検出手段を用いて検出した物理量を記録する記録部８と、記録部８で記録した物理量を用いて演算を行い、制御部７に持つ特定の閾値を用いて判断を行う。制御部７は、閾値を外れた場合、例えば、閾値を超えて上回ったり、閾値に届かず下回ったりした場合に、励磁コイル２の状態が変化した、例えば励磁コイル２が断線している、と判断する。励磁コイル２の状態検出結果を正確に判断するには、測定する物理量に対する外乱（例えば、温度）をなるべく小さくする必要があるため、あらかじめ定めた測定条件下で測定するようにする。例えば、コイル駆動電源１が十分に冷却されている状態を測定条件下として設定し、前回使用の終了時から一定時間経過後の起動時に測定を行う。本発明においては、起動後の励磁コイル２への充放電動作開始前に記録を行うことが好ましい。

また励磁コイル２の抵抗、インダクタンスなどの物理量は部品個体差があり、電源が持つ閾値はコイル物理量の個体差を調整可能としておく。閾値の調整は電源と励磁コイルが一体で患者等に提供される場合は、使用開始前、製造時に調整することが好ましい。１つの電源で複数の励磁コイルを接続して使用するような場合には、使用開始前にそれぞれの励磁コイルを接続した時の物理量初期値を取り込み、制御部の中である条件、例えば、標準品からのズレ量（当該コイル初期値−標準品の値）を補正し、閾値調整した結果を記憶しておく。そのために電源には治療モード以外に、閾値調整機能を含むメンテナンスモードを持つことが好ましい。

図２に励磁コイル２とコンデンサ５の間に電流検出手段１０を設置する構成例を示す。コイル駆動電源回路は、交流電源９から昇圧回路４にて昇圧した電圧でコンデンサ５に充電し、制御部７からの信号により放電スイッチングモジュール６内のサイリスタがＯＮすると、励磁コイル２にコンデンサ５から電流が流れ、治療のための磁場が発生するように構成されている。コイル駆動電源回路にあって、励磁コイル２をコンデンサ５の放電回路上に設置し、励磁コイルの正側ないし負側回路に、カレントモニターなどの電流検出手段１０を設置する。
電流検出手段１０の出力は、制御部７に取り込む。コンデンサ５の放電電流を測定することで、コイル部の完全断線、部分断線、短絡が検出可能となる。つまり、電流検出手段がコイル状態検出手段の機能を有する。

図３に励磁コイル２とコンデンサ５を直列に接続する構成例を示す。交流電源９から昇圧回路４にて昇圧した電圧でコンデンサ５に充電し、制御部７からの信号により放電スイッチングモジュール６内のサイリスタがＯＮすると、励磁コイル２にコンデンサ５から電流が流れ、治療のための磁場が発生するコイル駆動電源回路にあって、励磁コイル２とコンデンサ５を直列に接続、設置するものである。コンデンサ５は励磁コイル２を介して充電されるため、コンデンサ５の充電電圧、充電電流、充電速度を検出することで、コイル部の完全断線、部分断線、短絡が検出可能となる。つまり、コンデンサの充電状態検出手段がコイル状態検出手段の機能を有する。コンデンサの充電状態の検出は、充電状態検出手段として、昇圧回路又は制御部の基板上に実装されたＡ／Ｄ変換手段や、オペアンプを使用した比較回路を用いて、制御部７に取り込む。Ａ／Ｄ変換手段を使用する場合は、制御部にて保持している正常状態時の電圧、電流、又は充電時間との比較を行い、異常判断を行う。オペアンプを使用した比較回路を用いる場合は、制御部から出力した基準電圧、又は基準電源から抵抗分圧などで任意の値に設定した電圧と、測定した電圧もしくは電流値を比較することで、異常判断を行う。

図４に励磁コイルの両端を定電流電源又は定電圧電源に切り替えてコイル抵抗値を検出する回路の構成例を示す。コイル駆動電源回路は、交流電源９から昇圧回路４にて昇圧した電圧でコンデンサ５に充電し、制御部７からの信号により放電スイッチングモジュール６内のサイリスタがＯＮすると、励磁コイル２にコンデンサ５から電流が流れ、治療のための磁場が発生するように構成されている。コイル駆動電源回路において、励磁コイル２をコンデンサ５の放電回路上に設置し、交流電源−昇圧回路とは別の定電流又は定電圧電源供給ラインに切り替える切替回路１１に接続したコイル抵抗検出回路１２でコイル抵抗を測定する。これによりコイル部の完全断線、部分断線、短絡が検出可能となる。つまり、コイルの抵抗検出回路が、コイルの抵抗検出手段としてコイル状態検出手段の機能を有する。なお、本構成だけでは、磁場発生動作中の状態監視は実施できない。

図５にコイルの下流側に接続される放電スイッチングモジュール６の両端電圧を測定する回路の構成例を示す。コイル駆動電源回路は、交流電源９から昇圧回路４にて昇圧した電圧でコンデンサ５に充電し、制御部７からの信号により放電スイッチングモジュール６内のサイリスタがＯＮすると、励磁コイル２にコンデンサ５から電流が流れ、治療のための磁場が発生するように構成されている。コイル駆動電源回路にあって、放電スイッチングモジュール６の両端電圧を電圧検出手段１３で測定する。つまり、放電スイッチングモジュール６の両端電圧である充放電回路にかかる電圧測定手段がコイル状態検出手段の機能を有し、正常状態であれば励磁コイルを介してコンデンサの充電電圧がサイリスタ両端に印加されるが、励磁コイルの断線が発生した場合は、放電スイッチングモジュール６にコンデンサの充電電圧がかからず、励磁コイルの断線検出が可能となる。

１コイル駆動電源
２励磁コイル
３操作部
４昇圧部
５コンデンサ
６放電スイッチングモジュール
７制御部
８記録部
９交流電源
１０電流検出手段
１１切替回路
１２コイル抵抗検出回路
１３電圧検出手段
３０経頭蓋磁気刺激システム
３１ケーブル
３２コイルユニット
３３治療用椅子

Claims

磁気刺激を発生させるための励磁コイル、
前記励磁コイルが必要な磁力を発生させることができる高電圧を発生させるための昇圧回路、及び前記昇圧回路で発生した高電圧で充電するコンデンサを有し、パルス状に前記励磁コイルに電流を流すための充放電回路を備える電源、
前記励磁コイルの状態を検出するためのコイル状態検出手段、並びに
前記コイル状態検出手段により検出された前記励磁コイルの状態を定期的に記録する記録部を有し、
前記コイル状態検出手段は、あらかじめ定めた測定条件下で測定された前記励磁コイル状態の前回記録と今回記録の差が設定した閾値を外れた場合に、前記励磁コイルの状態が変化したと判断する、経頭蓋磁気刺激装置。
前記励磁コイルの状態の変化として、少なくとも前記励磁コイル断線の有無について判断することを特徴とする、請求項１に記載の経頭蓋磁気刺激装置。
前記電源の充放電回路が、前記コンデンサと前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールによって構成され、電流検出手段が前記電源の前記コンデンサと前記励磁コイルの間に設置され、前記コイル状態検出手段を前記励磁コイルに放電される前記電流検出手段とする請求項１又は２に記載の装置。
前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと前記コンデンサが直列に接続され、前記放電スイッチングモジュールと並列に、前記励磁コイルと前記コンデンサが接続された構成であって、前記コイル状態検出手段を前記コンデンサの充電状態検出手段とする請求項１又は２に記載の装置。
前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールが直列に接続され、前記コンデンサと並列に、前記励磁コイルと前記放電スイッチングモジュールが接続された構成であって、前記励磁コイルの両端の接続を一定の電流又は電圧を付加する定電流電源又は定電圧電源に切り替えることにより、前記コイル状態検出手段を前記励磁コイルの抵抗検出手段とする請求項１又は２に記載の装置。
前記電源の充放電回路において、前記励磁コイルと放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールが直列に接続され、前記コンデンサと並列に、前記励磁コイルと前記放電スイッチングモジュールが接続された構成であって、前記コイル状態検出手段を前記コイルの下流側に接続される放電動作の制御を行う放電スイッチングモジュールの両端にかかる電圧測定手段とする請求項１又は２に記載の装置。