JP2017153842A

JP2017153842A - 磁気治療器

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Publication number: JP2017153842A
Application number: JP2016041819A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　耕司; Koji Sasaki; 耕司佐々木
Original assignee: Cellpower Co Ltd
Current assignee: Cellpower Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP6138306B1

Abstract

【課題】不快感を抑制した磁気治療器を提供する。【解決手段】直流電源３１がオン状態のときにゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込むと第１サイリスタ３２の導通が開始されてコイルリング１１に電流が流れる。流れた電流はコンデンサ３３に電荷として蓄積され、コンデンサ３３に蓄積された電荷による電圧と直流電源３１の印加電圧とが等しくなったときに電流の流れが停止することにより、コイルリング１１にパルス電流が１回流れる。パルス電流のパルス幅は０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下である。パルス電流は３０Ｈｚ以下の比較的低周波にてコイルリング１１に流される。コイルリング１１にパルス電流が流れるとパルス磁場が発生する。コイルリング１１から人体の体内組織にパルス磁場を与えると、その体内組織に活動電位と類似する波形の起電力が生じる。【選択図】図３

Description

本発明は、パルス磁場を発生させて体内組織に弱い電流を誘起させる磁気治療器に関する。

磁気刺激によって体内組織に弱い電流を誘起させる磁気治療として経頭蓋磁気刺激法(TMS:Transcranical Magnetic Stimulation)が知られている。例えば、特許文献１，２には経頭蓋磁気刺激法を実行するためのシステムが提案されている。経頭蓋磁気刺激法は、主に神経症状や精神医学的な症状に有効であるとされている。

特開２０１５−７７４８４号公報特表２０１２−５１１３８７号公報

しかしながら、経頭蓋磁気刺激法には、磁気刺激によって活動電位を引き起こし、強い不快感を生じさせるという問題点が指摘されている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不快感を抑制した磁気治療器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、パルス磁場を発生する磁気治療器において、磁場を発生するためのコイルリングと、前記コイルリングに電流を流して磁場を発生させる磁場発生回路と、を備え、前記磁場発生回路は、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流を前記コイルリングに流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る磁気治療器において、前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る磁気治療器において、前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲内の所定周波数帯で変動することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る磁気治療器において、前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯で変動することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る磁気治療器において、前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１／ｆゆらぎのパターンで変動することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る磁気治療器において、前記磁場発生回路は、前記コイルリングと直列に接続されたコンデンサおよびサイリスタを備えることを特徴とする。

請求項１から請求項６の発明によれば、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流をコイルリングに流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させるため、その磁場を体内組織に与えると、体内組織に活動電位と類似する波形の起電力が生じ、不快感を抑制しつつ磁気による治療効果を得ることができる。

特に、請求項５の発明によれば、コイルリングに流す電流の周波数が１／ｆゆらぎのパターンで変動するため、磁場による不快感をより少なくすることができる。

本発明に係る磁気治療器の全体外観を示す斜視図である。リングの構造を示す図である。磁場発生回路を示す図である。コイルリングに流れるパルス電流の波形を示す図である。コイルリングから発生する磁束の変化によって誘起される誘導起電力の変化を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る磁気治療器１の全体外観を示す斜視図である。磁気治療器１は、リング１０と本体部２０とをケーブル１５にて接続した構成を有している。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

図２は、リング１０の構造を示す図である。リング１０は、例えば樹脂製の円環状ケースにコイルリング１１を内蔵した構造を有する。コイルリング１１は、巻き数が１のコイルである。コイルリング１１がケーブル１５によって本体部２０と接続されている。なお、コイルリング１１の巻き数は２以上であっても良い。

本体部２０は、コイルリング１１にパルス電流を流してパルス磁場を発生させるための磁場発生回路３０を内蔵する。図３は、磁場発生回路３０を示す図である。図３に示す回路図のうちコイルリング１１を除く部分が本体部２０に内蔵されている。

本体部２０に設けられた磁場発生回路３０は、直流電源３１、第１サイリスタ３２、コンデンサ３３、第２サイリスタ３４、抵抗３５、および、ゲート制御装置３６を備える。直流電源３１は、直流の電気を供給する装置である。典型的には、直流電源３１は、交流電源（例えば、家庭用電源）に接続されて降圧するための変圧器と、交流を整流する整流回路と、整流された電流を平滑化する平滑回路とを備える。

第１サイリスタ３２のアノードは直流電源３１の正極に接続され、カソードはコイルリング１１の正極側端に接続される。そして、コイルリング１１の負極側端はコンデンサ３３の正極側端に接続され、コンデンサ３３の負極側端は直流電源３１の負極に接続される。すなわち、第１サイリスタ３２、コイルリング１１、および、コンデンサ３３は直列に接続されている。

また、コンデンサ３３と並列に第２サイリスタ３４および抵抗３５が接続されている。第２サイリスタ３２のアノードはコンデンサ３３の正極側端に接続され、カソードは抵抗３５を介して直流電源３１の負極に接続される。

第１サイリスタ３２および第２サイリスタ３４のゲートにはゲート制御装置３６が接続されている。ゲート制御装置３６は、予め設定されたタイミングで第１サイリスタ３２および第２サイリスタ３４のゲートにゲート電流（トリガー電流）を流して第１サイリスタ３２および第２サイリスタ３４の導通を制御する。ゲート制御装置３６は、第１サイリスタ３２および第２サイリスタ３４に対して個別にゲート電流を供給する。ゲート制御装置３６としては、例えばワンチップマイコン等を採用することができる。

本体部２０のスイッチ２１（図１参照）がオンとされることによって直流電源３１が磁場発生回路３０に所定の電圧を印加する。第１サイリスタ３２はゲートに電流が流れない限り、順方向または逆方向のどちら向きに電圧がかかっていても常にオフで導通状態とならない。直流電源３１がオン状態となって第１サイリスタ３２のアノード側がカソード側より高圧になった状態において、ゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込むと第１サイリスタ３２の導通が開始される。導通状態の第１サイリスタ３２は順方向、すなわちアノード側からカソード側に向けて電流を流す。

第１サイリスタ３２が導通を開始すると、直流電源３１から第１サイリスタ３２を介してコイルリング１１に電流が流れる。コイルリング１１に電流が流れることによってリング１０の周囲に磁場が発生する。コイルリング１１を流れた電流はコンデンサ３３に流れ込み、コンデンサ３３に電荷として蓄積される。コンデンサ３３に電荷が蓄積されるにつれてコンデンサ３３の両電極間に起電力が生じ、やがてコンデンサ３３に蓄積された電荷による電圧と直流電源３１の印加電圧とが等しくなったときに電流の流れが停止する。電流の流れが停止すると第１サイリスタ３２がオフとなり、以降再びゲートに信号が印加されない限り、第１サイリスタ３２は導通状態とはならない。従って、コイルリング１１に電流は流れなくなる。

このようにしてコイルリング１１にパルス電流が１回流れることとなる。図４は、コイルリング１１に流れるパルス電流の波形を示す図である。直流電源３１がオンとなっている状態にて、時刻ｔ０にゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込むと第１サイリスタ３２の導通が開始されてコイルリング１１に電流が流れ始める。コイルリング１１に電流が流れることによって磁束が生じる。コイルリング１１に電流が流れたときに発生するコイルリング１１の内側の磁束Φ(Wb)は次の式（１）で表される。式（１）において、Ｌはコイルリング１１の自己インダクタンスであり、Ｉはコイルリング１１に流れる電流の電流値（つまり、図４の縦軸）である。

式（１）に示されるように、コイルリング１１に電流が流れたときに発生する磁束Φはコイルリング１１に流れる電流Ｉに比例する。図４に示すように、時刻ｔ０にてコイルリング１１に電流が流れ始めてから経過時間とともに流れる電流Ｉも大きくなる。コイルリング１１に流れる電流Ｉが大きくなると、それに比例して磁束Φも大きくなり、磁束Φの変化による電磁誘導によってコイルリング１１に流れる電流の変化を妨害する方向に誘導起電力が発生する（いわゆる自己誘導）。従って、時刻ｔ０の直後における、コイルリング１１に流れる電流の増大はある程度緩やかなものとなる。

また、時刻ｔ０からの経過時間とともに、コンデンサ３３に蓄積される電荷も増大する。コンデンサ３３に蓄積された電荷はコイルリング１１に流れる電流を妨げる方向の起電力を生じさせる。よって、コンデンサ３３に蓄積される電荷が増大するにつれて、コイルリング１１の両端の電位差は小さくなり、コイルリング１１に流れる電流は時刻ｔ１に最高値に到達した後減少に転ずる。そして、コンデンサ３３に蓄積された電荷による起電力と直流電源３１の印加電圧とが等しくなった時刻ｔ２にコイルリング１１の両端の電位差がゼロとなって電流の流れが停止する。すなわち、コイルリング１１に流れる電流の電流値がゼロとなる。電流の流れが停止すると第１サイリスタ３２もオフとなる。

このような過程を経て図４に示す如きパルス電流の波形が形成される。本発明においては、コイルリング１１に流れるパルス電流のパルス幅をコイルリング１１に電流が流れ始める時刻ｔ０から電流の流れが停止する時刻ｔ２までの時間としている。第１サイリスタ３２の導通が開始されてからの上述の現象は極めて短時間に完了するものであり、本実施形態におけるコイルリング１１に流れるパルス電流のパルス幅は０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下である。

また、コイルリング１１に上記のパルス電流が流れることによって発生する磁場の磁束密度は５０ミリテスラ（５００ガウス）以上３００ミリテスラ（３０００ガウス）以下である。すなわち、磁場発生回路３０は、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流をコイルリング１１に流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させるのである。

式（１）に示したように、コイルリング１１から発生する磁束Φはコイルリング１１に流れる電流Ｉに比例する。従って、コイルリング１１に流れる電流Ｉが図４に示すように変化すると、同じような波形にてコイルリング１１から発生する磁束Φも時間変化する。

コイルリング１１と対向するように測定用コイルが設けられていたとして、コイルリング１１から発生する磁束Φが時間変化すると、その測定用コイルに発生する誘導起電力Ｖは、次に式（２）で表される。式（２）は、ファラデーの電磁誘導の法則を表す式である。式（２）において、Ｎは測定用コイルの巻き数であり、ｔは時間である。

図５は、コイルリング１１から発生する磁束Φの変化によって誘起される誘導起電力Ｖの変化を示す図である。式（２）に示されるように、誘導起電力Ｖはコイルリング１１から発生する磁束の変化の時間微分であるため、時速Φが経過時間とともに増加しているときと減少しているときでは正負が反転する。磁束Φはコイルリング１１に流れる電流Ｉに比例するため、結局コイルリング１１に流れる電流Ｉが増加しているときと減少しているときとで誘導起電力Ｖの正負が反転する。従って、図５に示すように、コイルリング１１に上記のパルス電流が流れたときに電流Ｉが増加する時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間と、電流Ｉが減少する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間とでは測定用コイルに発生する誘導起電力Ｖの正負が反転する。

図５は、コイルリング１１と対向して設けられた測定用コイルに発生する誘導起電力Ｖの変化を示したものであったが、磁場を発生させているコイルリング１１を人体に近づけた場合には、体内組織に図５と同様の波形の起電力が誘起されて微弱な電流が流れる。

ここで、図５の波形は、活動電位の変化の波形と類似している。活動電位とは、生物体の細胞や組織が何らかの刺激を受けたときに発生する膜電位である。刺激を受けて興奮した部分が他の部分に対して負の電位を持つことよって活動電位が生じる。活動電位も、図５に示す波形と同様に、大きく立ち上がった後にアンダーシュートしてからゼロに戻る。また、活動電位が立ち上がってからゼロに戻るまでの時間は、図５に示す誘導起電力Ｖが立ち上がってからゼロに戻るまでに時間、つまりコイルリング１１に流れるパルス電流のパルス幅（時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間）と同程度である。すなわち、磁場を発生させているコイルリング１１によって体内組織に誘起される起電力の波形および起電力が生じている時間は活動電位の波形および活動電位の持続時間と類似しているのである。

厳密なメカニズムは未解明であるものの、活動電位の波形および活動電位の持続時間と類似した波形および持続時間の起電力が体内組織に誘起されると、当該体内組織に刺激を与えにくい傾向が認められる。従って、本発明に係る磁気治療器１のコイルリング１１から体内組織にパルス磁場を与えれば、不快感を抑制しつつ磁気による治療効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、パルス磁場を発生する周波数、つまり磁場発生回路３０がコイルリング１１に流すパルス電流の周波数は３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯で変動する。すなわち、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数は１秒間に３回から５回の範囲内で時間とともに変動するのである。パルス電流は第１サイリスタ３２のゲートに電気信号が印加されて第１サイリスタ３２が導通を開始することによって流れ始めるものであるため、ゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込む周波数がそのままコイルリング１１に流れるパルス電流の周波数となる。つまり、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数はゲート制御装置３６によって制御することができる。

なお、コイルリング１１にパルス電流が１回流れると、コンデンサ３３に電荷が蓄積されたまま残留するため、そのまま第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込んで第１サイリスタ３２が導通状態となっても新たなパルス電流は流れない。そこで、パルス電流の電流値がゼロなった時刻ｔ２の直後にコンデンサ３３に蓄積されている残留電荷を放電するようにしている。具体的には、時刻ｔ２の直後にゲート制御装置３６が第２サイリスタ３４のゲートに電流を流し込むと第２サイリスタ３４が導通状態となる。これにより、コンデンサ３３に蓄積されていた残留電荷は抵抗３５で消費されて放電されることとなる。換言すれば、第２サイリスタ３４および抵抗３５によってコンデンサ３３の残留電荷を放電するための放電回路が構成されるのである。そして、コンデンサ３３に蓄積されていた残留電荷が放電された後に、ゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込むことによって新たなパルス電流がコイルリング１１に流れる。

また、本実施形態においては、上述の通り、コイルリング１１に流れるパルス電流の周波数が３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯で変動するのであるが、その変動のパターンを１／ｆゆらぎのパターンとしている。１／ｆゆらぎとは、周波数に反比例するゆらぎである。すなわち、ゲート制御装置３６が第１サイリスタ３２のゲートに電流を流し込む周波数を３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯で１／ｆゆらぎのパターンで変動させることにより、コイルリング１１に流れるパルス電流の周波数もそれと同期する。

コイルリング１１に流れるパルス電流の周波数が３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯にて１／ｆゆらぎのパターンで変動することにより、パルス磁場による不快感をより少なくすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数を３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯にて１／ｆゆらぎのパターンで変動させていたが、これに限定されるものではなく、当該周波数帯にて単純に線形に変動させるようにしても良い。

また、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数を変動させる場合、その変動の周波数帯は３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下に限定されるものではなく、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲内の所定周波数帯で変動させる形態であれば良い。例えば、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数が２Ｈｚ以上６Ｈｚ以下の周波数帯で変動しても良いし、５Ｈｚ以上９Ｈｚ以下の周波数帯で変動しても良い。

また、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数は変動せずに固定であっても良い。固定の場合、コイルリング１１に流すパルス電流の周波数は１Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下であれば良い。

また、上記実施形態の磁場発生回路３０は、サイリスタとコンデンサとを組み合わせたものであったが、この構成に限定されるものではなく、コイルリング１１に３０Ｈｚ以下の比較的低周波でパルス電流を流すことができる回路構成であれば良い。

１磁気治療器
１０リング
１１コイルリング
２０本体部
３０磁場発生回路
３１直流電源
３２第１サイリスタ
３３コンデンサ
３４第２サイリスタ
３５抵抗
３６ゲート制御装置

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、パルス磁場を発生する磁気治療器において、磁場を発生するためのコイルリングと、前記コイルリングに電流を流して磁場を発生させる磁場発生回路と、を備え、前記磁場発生回路は、前記コイルリングと直列に接続されたコンデンサ、第１サイリスタ、並びに、前記コンデンサに蓄積された残留電荷を放電させる第２サイリスタおよび抵抗を有する放電回路を備え、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流を前記コイルリングに流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させることを特徴とする。

請求項１から請求項５の発明によれば、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流をコイルリングに流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させるため、その磁場を体内組織に与えると、体内組織に活動電位と類似する波形の起電力が生じ、不快感を抑制しつつ磁気による治療効果を得ることができる。

Claims

パルス磁場を発生する磁気治療器であって、
磁場を発生するためのコイルリングと、
前記コイルリングに電流を流して磁場を発生させる磁場発生回路と、
を備え、
前記磁場発生回路は、パルス幅が０．５ミリ秒以上５ミリ秒以下のパルス電流を前記コイルリングに流して磁束密度が５０ミリテスラ以上３００ミリテスラ以下の磁場を発生させることを特徴とする磁気治療器。
請求項１記載の磁気治療器において、
前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下であることを特徴とする磁気治療器。
請求項１記載の磁気治療器において、
前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲内の所定周波数帯で変動することを特徴とする磁気治療器。
請求項３記載の磁気治療器において、
前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は３Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の周波数帯で変動することを特徴とする磁気治療器。
請求項４記載の磁気治療器において、
前記磁場発生回路が前記コイルリングに流す電流の周波数は１／ｆゆらぎのパターンで変動することを特徴とする磁気治療器。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気治療器において、
前記磁場発生回路は、前記コイルリングと直列に接続されたコンデンサおよびサイリスタを備えることを特徴とする磁気治療器。