JP6114819B2 - 磁気刺激装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気刺激装置に関する。

神経損傷のような難治療性疾患等の非侵襲的治療方法として、反復経頭蓋磁気刺激法（ｒＴＭＳ：Repetitive transcranial magnetic stimulation）がある。反復経頭蓋磁気刺激法は、患者の頭部に電導コイルを近づけ、コイルに電流を流すことによって発生する磁場により、脳の特定部位（運動野）に外部から磁気刺激を与えることで、症状を改善させる治療法である。

反復経頭蓋磁気刺激法においては、疾患に対応する脳の運動野に磁場を作用させることが必要とされる。また、コイルは、エネルギー効率の観点からも、できるだけ患者に密着させるように配置することが望まれる。例えば、特許文献１には、反復経頭蓋磁気刺激法に用いる磁気刺激装置において、患者の頭部に被せる帽子またはヘルメットのようなシェルにコイルを固定することが記載されている。

しかしながら、コイルは通電によって熱を発生し、連続して磁気刺激装置を使用すると装置が熱くなるので、患者が熱さを感じることがある。また、磁気刺激装置の発熱により、熱せられた空気によって患者が不快な暑さを感じる可能性もあり、患者が治療を忌避する可能性もある。

この課題を解決するために、特許文献２には、着座部位に磁気刺激部を設けた尿失禁治療用磁気刺激装置において、患者に直接風が当たらない方向に風を送ってコイルを冷却する方法が記載されている。

また、特許文献３には、ヘルメットを具備する経頭蓋磁気刺激システムにおける位置設定方法と冷却方式が記載されている。本文献によると、頭部に多い、治療部位に刺激を与える磁気コイルから生まれる熱をいかに逃がすかについての技術がいくつか記載されている。具体的には、フレオンガスの気化熱を利用した冷却方式、別ユニットに貯水された水を利用した水冷方式、及び空気を利用した空冷方式である。それらのうち、水冷・空冷方式については、ラジエタシステムをコイルに接触させて、コイルの温度を安定させることが記載されている。しかしながら、フレオンガスを用いた冷却方式は、環境汚染の観点から適切ではない。水冷方式については、タンクを用いる点で非常に大がかりな装置となる可能性がある。また、ラジエタシステムを用いた水冷・空冷方式は、コイル部の大型化につながる、またラジエタ内で圧力損失や騒音が発生する、さらにこのような問題を抱えた装置を患者の頭部付近（耳付近）で用いることは実用的でない、そして、使用時間が長くなるとラジエタが劣化して液体が漏れる可能性があることから患者頭頂部の近くで長期に亘って使用するには安全性に問題がある。

特許文献４には、患者インターフェイスプレートを含む筐体の内部に、インターフェイスプレートから順番にコイルとファンを配置し、ファンの駆動に基づいて、患者から離れた筐体後部の入口から吸引した空気をインターフェイスプレート、コイルに順次接触させる冷却技術が開示されている。しかし、この冷却技術では、入口が筐体の外周近傍（ファンの外側）に形成されているため、筐体内に吸引された空気は、まずコイルの周囲を囲む筐体周壁を冷却し、その後インターフェイスプレートを冷却し、最後にコイルを冷却して筐体の中央部から排気される。したがって、インターフェイスプレートに到達する時点で空気はすでに温まっており、そのために、この冷却技術は、患者に最も接近するインターフェイスプレートを冷却するという本来の目的に叶うものとはいえない。また、この冷却技術では、筐体内に吸い込まれた空気の一部が、インターフェイスプレートを冷却することなく、またはコイルを冷却することなく、すぐにファンによって外に排気される可能性があるため、十分な冷却効率が得られないという課題がある。

国際公開第２００７／１２３１４７号 特開２０１０−１６２２０４号 特表２００８−５４３４１６号 特表２０１３−５０００８１号

前記問題点に鑑みて、本発明は、患者等の使用者に伝わる熱をできるだけ軽減する磁気刺激装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による磁気刺激装置は、患者等の使用者の頭部の近くに配置される当接板と、前記当接板の上に保持される励磁コイルと、前記励磁コイルの少なくとも上側を覆い、前記励磁コイルの上方に開口が設けられ、前記当接板との間に、前記励磁コイルの外側において開放された隙間を形成するケーシングと、前記ケーシングの前記開口から前記当接板と前記ケーシングとの間の空気を吸い出す吸引ファンとを有するものとする。

この構成によれば、励磁コイルの外側の当接板とケーシングとの隙間から空気を吸い込んで、当接板と励磁コイルとの間に空気の流れを形成し、使用者の上方に空気を放出する。このため、使用者に触れる当接板は空気によって冷却されるので、過剰に熱くならない。また、励磁コイルが生じた熱を奪って熱くなった空気を使用者の上方に排気するので、使用者が熱風を浴びて不快な思いをすることもない。

また、本発明の磁気刺激装置において、前記励磁コイルは導体を平面的に巻回してなり、前記開口は前記励磁コイルの巻回中心の上方に位置するものとしてもよい。

この構成によれば、励磁コイルの中央の空間を空気の流路とするので、十分な空気流量を確保できる。また、当接板および励磁コイルをまんべんなく冷却するような一様な気流を形成することが容易である。

また、本発明の磁気刺激装置において、前記ケーシングは、前記励磁コイルの下側を覆う底面部を有し、該底面部と前記当接板との間に空気の流路を形成してもよい。

この構成によれば、吸い込んだ空気が全て当接板の表面上を流れるので、使用者が直接触れる当接板を冷却する効果が高い。

また、本発明の磁気刺激装置において、前記当接板は前記使用者の頭部に被せるシェルであってもよい。

この構成によれば、磁気刺激装置の位置決めが容易であり、自宅治療への適用も可能となる。

以上のように、本発明によれば、励磁コイルが発生した熱を吸引ファンによって患者の上方に放出して、当接板が熱くなることを防止するので、使用者に不快な暑さを感じさせない。

本発明の第１実施形態の磁気刺激装置の使用状態を概略的に示す斜視図である。 図１の磁気刺激装置の拡大斜視図である。 図２の磁気刺激装置のケーシングの断面図である。 図２の磁気刺激装置のケーシングの斜視図である。 本発明の第２実施形態の磁気刺激装置の使用状態を概略的に示す斜視図である。 本発明の第３実施形態の磁気刺激装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態の磁気刺激装置の概略断面図である。 本発明の第５実施形態の磁気刺激装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態の磁気刺激装置の断面図である。 本発明の別の実施形態の磁気刺激装置の斜視図である。

これより、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。最初に、図１に、本発明の第１実施形態の磁気刺激装置１の使用状態を、概略的に示す。磁気刺激装置１は、神経損傷等の治療方法である反復経頭蓋磁気刺激法（ｒＴＭＳ）に使用するものである。磁気刺激装置１は、使用者Ｐに適用される当接板の一例であり、使用者Ｐの頭部に被せて可能な限り使用者Ｐの頭部に密着するように形成された硬質のシェル（キャップ）２と、シェル２に取り付けられ、内部に８の字状に巻回された励磁コイル３を収容するケーシング４と、ケーシング４の上部に配設された２つの吸引ファン５とを有する。

励磁コイル３には、ケーブル６を介して、駆動装置７から、電力が供給されるようになっている。これにより、励磁コイル３は、磁場を形成し、使用者Ｐの疾患に対応する脳の部位に磁気刺激を加える。励磁コイル３を使用者Ｐの所望の部位に正確に位置決めすることを補助するために、シェル２は、支持部材８によって支持されている。

図２および３に、磁気刺激装置１の詳細な構造を示す。シェル２には、ケーシング４に対応する窪み９と、ケーシング４を位置決め保持する保持突起１０とが形成されている。保持突起１０は、ケーシング４を、シェル２との間に隙間１００を形成するように、シェル２からわずかに浮かせて保持している。ケーシング４とシェル２との隙間１００は、好ましくは、１〜３ｍｍ程度である。

図２のシェル２はヘルメットの形に成形されているが、ケーシング４と使用者頭部との間に空間を形成できれば、シェルの形状は図示するヘルメットの形に限るものでない。シェル２は、シェル２とケーシング４との間に隙間を確保し、ケーシング４の底面が直接使用者に接しないような構成とする。例えば、図９に示すように、本体部４ａの底面に沿ってこれを覆うカバー２００を設け、このカバー２００をシェルの代わりに使用してもよい。この場合は、ヘルメット状のものに比べ、小回りが効く操作が可能となる。カバー２００は、本体部４ａとは別の部材で形成して本体部４ａに一体的に組み付けるように構成してもよいし、本体部４ａと共に一つの部材として一体的に成形してもよい。

図３の断面図に示すように、励磁コイル３は、導電線１１を平面的な（厳密には球面の一部を構成するように湾曲している）楕円型の偏芯スパイラル状に巻回してなる２つのループ１２，１３からなる。ループ１２，１３は、互いに導電線１１の間隔が狭くなるように密に巻回された部分を重ね合わせるように保持されている。

ケーシング４は、励磁コイル３の上側を覆う本体部４ａと、励磁コイル３の下側を覆う底面部４ｂと、本体部４ａの上方に延伸して吸引ファン５が固定される接続部４ｃと、不図示の電力ケーブルを接続するためのノズル部４ｄとを有する。底面部４ｂの内面には、励磁コイル３の上述の巻回形状を保持するために導電線１１を受け入れる溝１４が形成されている。接続部４ｃは、励磁コイル３が形成する磁界の吸引ファン５に対する強度が弱くなる程度に吸引ファン５を励磁コイル３から離間させるスペーサである。なお、図９に示す形態でも、導電線１１のループ１２、１３を保持する溝１４が本体部４ａに形成される。

ケーシング４の本体部４ａと底面部４ｂには、励磁コイル３のループ１２，１３の巻回中心を貫通する貫通孔１５，１６が形成されている。この貫通孔１５，１６は、ループ１２，１３の巻回中心の上方に形成された本体部４ａの開口１７，１８に連通している（ケーシング４の本体部４ａを抜き出した図４参照）。接続部４ｃの内部は、貫通孔１５，１６にそれぞれ連通する２つの空間１９，２０に区分されている。

ノズル部４ｄは、励磁コイルに接続された電力ケーブルの通路で、図２に示すように筒状の形状でもよいし、図１０に示すように左右方向に回動可能な円盤状のケーブルキャップ４ｅでもよい。図１０に示すケーブルキャップ４ｅの形態は、図２に示すノズル部４ｄの形態に比べ、ケーブルの配置経路の自由度が増す。これにより、コイルを設置する位置又は方向に拘わらず、ケーシング４を動かす際に、ケーブルが支持部材と干渉したり、干渉の結果ケーブルが折れ曲がったりすることがなくなる。このため、ケーブルの破損の防止、及び磁気刺激装置１の小型化が可能になる。

吸引ファン５は、貫通孔１５，１６を通して、シェル２と底面部４ｂとの間の励磁コイル３の外側において外部に開放された隙間から、ケーシング４およびシェル２の周囲の空気を吸い込んで、使用者Ｐの頭部の上方に排気する。これにより、励磁コイル３が発生する熱を奪い、使用者Ｐの上方の空気中に散逸させる。このときファンによって取り込まれた空気が、シェル２と底面部４ｂの間に動的な断熱層を形成し、この断熱層によって、特に、使用者Ｐに直接接するシェル２、さらに励磁コイル３を直接的又は間接的に空冷することができるので、磁気刺激装置１を連続して使用しても、使用者Ｐが熱さを感じるほどにシェル２が熱せられない。また、冷却に使用した熱風は、使用者Ｐの上方に放出されるので、熱風によって使用者Ｐに不快な暑さを感じさせることもない。

本実施形態では、吸引ファン５による吸引風によりシェル２と底面部４ｂとの隙間に風を通しシェル２と底面部４ｂとの間に断熱層を形成させることで、使用者と接する部位となるシェル２及びコイルループ部と接する底面部４ｂを空冷する。

シェル２と底面部４ｂの隙間が均一であるか否かに関わらず、ループ１２、１３に対するコイル冷却効果が得られる。その理由は、本実施形態で説明すると、ループ１２に対応する部分のシェル２と底面部４ｂとの隙間の大きさとループ１３に対応する部分のシェル２と底面部４ｂとの隙間の大きさが違っていても、貫通孔１５と貫通孔１６を通過する空気量に大きな違いは無いからである。よって、ループ１２およびループ１３のいずれか一方に対応する部分の風量が小さくなって冷却が不足することはない。また、ループ１２およびループ１３の冷却効率を、個別の吸引ファン５に分担させるように、シェル２および底面部４ｂの少なくともいずれかに、ループ１２に対応する隙間部分１０１とループ１３に対応する隙間部分１０２との間を隔離する隔壁を設けてもよい。

コイル部分への冷却効果を高めるために、ループ１２に隣接する隙間１０１（シェル２と底面部４ｂとの隙間）とループ１３に隣接する隙間１０２を分離し、一方の吸引ファン５で吸引される空気のすべて又はほとんどをループ１２に隣接する隙間１０１に流すことで該ループ１２を主体的に冷却し、他方の吸引ファン５で吸引される空気のすべて又はほとんどをループ１３に隣接する隙間１０２に流すことで該ループ１３を主体的に冷却してもよい。

また、本体部４ａに、底面部４ｂを貫通して導電線収容溝１４に通じる孔（図示せず）を形成し、底面部４ｂとシェル２の隙間を流れる空気の一部を、収容溝１４に収容されている導電線１１に接触させて該導電線１１を直接冷却することも可能である。

なお、コイルと電源ケーブルの接続部は、図２に示すノズル４ｄの構造であってもよいし、図１０に示すコイルキャップ４ｅの構造であってもよい。

続いて、図５に、本発明の第２実施形態の磁気刺激装置２１の概要を示す。尚、本実施形態について、第１実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施形態の磁気刺激装置２１は、ケーシング４の上に、１本のフレキシブルホース２２を介して、外部に配設した１台の吸引ファン２３が接続されている。このため、ケーシング４の接続部４ｃは、フレキシブルホース２２との接続に適合する形状となっている。また、磁気刺激装置２１は、１台の吸引ファン２３のみを用いるので、ループ１２に対応する部分とループ１３に対応する部分との空気流量の分配を調節可能とするために、ケーシング４にオリフィスやダンパを設けることが好ましい。もちろん、２本のフレキシブルホース２２を用いて別々に空気を吸引するようにしてもよい。

さらに、図６に、本発明の第３実施形態の磁気刺激装置３１の概要を示す。本実施形態は、使用者の頭に被せる構成を有せず、医師等が手に持って、或いは、他の保持具を用いて、使用者の頭部の近くに配置して使用するものである。

磁気刺激装置３１は、励磁コイル３２を収容し、下側が開放したケーシング３３と、ケーシング３３の下側に接続された当接板３４と、ケーシング３３の上側に取り付けられた吸引ファン３５とを有する。ケーシング３３は、励磁コイル３２の上側を覆う本体部３３ａと、本体部３３ａの外周から下方に突出し、励磁コイル３２の外周を覆う周壁部３３ｂと、周壁部３３ｂの下端に周方向等間隔に突設されて当接板３４が固定される複数の接続突起３３ｃと、本体部３３ａの下面に放射状に配設された板状のコイル保持部３３ｄとからなる。コイル保持部３３ｄは、それぞれ励磁コイル３２を構成する導電線を受け入れる複数の切欠が形成されている。また、本体部３３ａには、励磁コイル３２の巻回中心上部に、吸引ファン３５が空気を吸い出せる開口３６が形成されている。さらに、磁気刺激装置３１は、医師の手または何らかの保持具で把持するためのグリップ３７も備える。グリップ３７は、励磁コイル３２に電力を供給するケーブルを挿通する経路でもある。

本実施形態では、吸引ファン３５の吸引力によって、ケーシング３３の周壁部３３ｂと当接板３４との隙間から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、当接板３４に沿って流れるだけでなく、励磁コイル３２の導電線間の隙間を通り、ケーシング３３の本体部３３ａと励磁コイル３２との間の空間を経由しても、開口３６に達する。つまり、本実施形態では、熱源である励磁コイル３２も直接空冷する。

図７に、本発明の第４実施形態の磁気刺激装置４１を示す。本実施形態は、第３実施形態の磁気刺激装置３１に変更を加えたものであるため、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。磁気刺激装置４１は、磁気刺激装置３１のコイル保持部３３ｄに代えて、例えばエポキシ樹脂４２によって励磁コイル３２をケーシング３３の本体部３３ａの下面に塗り固めて固定したものである。

本実施形態では、ケーシング３３の周壁部３３ｂと当接板３４との隙間から吸い込まれた空気は、エポキシ樹脂４２の存在によって、励磁コイル３２の導電線の間を空気が流れることはなく、当接板３４に沿ってのみ流れ、開口を通って排出される。この実施形態では、使用者に直接触れる当接板３４を主に冷却するが、エポキシ樹脂４２を介して励磁コイル３２を冷却する効果もある。

図８に、本発明の第５実施形態の磁気刺激装置５１を示す。本実施形態も、第３実施形態の磁気刺激装置３１に変更を加えたものであるため、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。磁気刺激装置５１のケーシング３３は、磁気刺激装置３１のコイル保持部３３ｄに代えて、励磁コイル３２の内周および下側を覆う底面部５２を備える。

本実施形態は、構造簡単で、組み立ても容易であるが、励磁コイル３２自体がその形状を維持できる必要がある。また、本実施形態は、吸引ファン３５が吸い込んだ空気によって、当接板３４を冷却できるが、励磁コイル３２は直接冷却することができないので、励磁コイル３２の発熱量があまり大きくない場合に適用される。励磁コイル３２を冷却する能力を付与するために、ケーシング３３の底面部５２に、場合によっては周壁部３３ｂにも、小さな開口を設けて、励磁コイル３２を収容したケーシング３３の内部空間を通って開口３６から空気が吸い出されるようにしてもよい。

当然ながら、第１および第２実施形態のシェル２のような使用者Ｐに装着される当接板を有せず、第３乃至第５実施形態のように他の手段で使用者に対して位置決めすることが企図される実施形態においても、吸引ファン３５を外部に設置し、フレキシブルホース等を介して励磁コイル３２の上部から空気を吸引するようにしてもよい。

１，２１，３１，４１，５１…磁気刺激装置
２…シェル（当接板）
３，３２…励磁コイル
４，３３…ケーシング
４ａ，３３ａ…本体部
４ｂ，５２…底面部
４ｃ…接続部
５，２３，３５…吸引ファン
１１…導電線
１２，１３…ループ
１５，１６…貫通孔
１７，１８，３６…開口
２２…フレキシブルホース
３４…当接板

Claims (10)

1. 使用者の頭部の近くに配置される当接板と、
   前記当接板の上に保持される励磁コイルと、
   前記励磁コイルの少なくとも上側を覆い、前記励磁コイルの上方に開口が設けられ、前記当接板との間に、前記励磁コイルの外側において開放された隙間を形成するケーシングと、
   前記ケーシングの前記開口から前記当接板と前記ケーシングとの間の空気を吸い出す吸引ファンとを有し、
   前記ケーシングは、前記励磁コイルの下側を覆う底面部を有し、該底面部と前記当接板との間に空気の流路を形成することを特徴とする磁気刺激装置。
2. 前記励磁コイルは、導体を平面的に巻回してなり、
   前記開口は、前記励磁コイルの巻回中心の上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の磁気刺激装置。
3. 前記当接板は、前記使用者の頭部に被せるシェルであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の磁気刺激装置。
4. 前記当接板は、前記ケーシングの底面と同様の形状で底面を覆うものであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の磁気刺激装置。
5. 前記ケーシングに設けられた前記隙間から前記ファンにより取り込まれた空気によって前記励磁コイルを冷却し、当該取り込まれた空気によって前記隙間に動的な断熱層を形成することで、前記当接板の温度上昇を防止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁気刺激装置。
6. 前記磁気コイルは、第１のコイルループと第２のコイルループを有し、
   前記ケーシングは、前記隙間を前記第１のコイルループに対応する第１の隙間部分と前記第２のコイルループに対応する第２の隙間部分に分ける隔壁を有することを特徴とするし得休講１〜５のいずれかに記載の磁気刺激装置。
7. 前記ケーシングは、前記第１の隙間部分の空気を吸い出す第１のファンと、前記第２の隙間部分の空気を吸い出す第２のファンを支持していることを特徴とする請求項６に記載の磁気刺激装置。
8. 前記吸引ファンが吸引する空気を前記第１の隙間部分と前記第２の隙間部分に分配する空気分配手段を有することを特徴とする請求項６に記載の磁気刺激装置。
9. 前記空気分配手段がオリフィスを備えている請求項８に記載の磁気刺激装置。
10. 前記空気分配手段がダンパを備えている請求項８に記載の磁気刺激装置。

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