JP6190809B2 - 球状表面の構成部分の2つの層を有する磁気コイル - Google Patents
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Description
本願は、2011年9月27日に出願され、“Low Field Magnetic Stimulation”と題された、米国仮特許出願第61/539,877号、および、2011年9月27日に出願され、“Low Field Magnetic Stimulation”と題された、米国仮特許出願第61/539,893号に対する優先権及び利益を主張するものであり、これらの米国仮特許出願の各々は、参照により全体が本明細書中に援用される。
(項目1)
パルス発生器と、
第1の要素を有する磁気コイルであって、前記第1の要素は、(1)内部表面および外部表面を有する、第1の層と、(2)内部表面および外部表面を有する、第2の層とを備え、前記第2の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第1の層の外部表面から分離される、磁気コイルと
を備え、前記第1および第2の層は、前記パルス発生器と電気通信し、個別の第1および第2の磁場を生成するように適合され、前記第1および第2の層は、前記第1および第2の磁場が結合し、前記第1または第2の磁場のいずれかを上回る場強度を有する、総磁場を生成するように位置付けられる、システム。
(項目2)
前記第2の層の内部表面の全ての点と、前記第1の層の外部表面の全ての対応する点との間の距離は、前記2つの表面間の平均距離の約25%未満の公差内にある、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記距離は、約5ミリメートル未満である、項目1に記載のシステム。
(項目4)
前記第1の要素の内部表面は、相互に対してある角度にある、少なくとも2つの区画を備える、湾曲表面または区画化された表面のいずれかである、項目1に記載のシステム。
(項目5)
前記第1の要素の第1の層は、金属表面内に切り込まれたパターンまたは巻線ワイヤを備える、項目1に記載のシステム。
(項目6)
前記巻線ワイヤは、単線ワイヤ、撚線ワイヤ、および撚線絶縁リッツ線ワイヤのうちの1つを備える、項目5に記載のシステム。
(項目7)
前記第1の要素の第1の層は、複数の巻目の導体を備え、少なくとも1つの対の隣接する巻目は、離間され、前記複数の巻目は、前記第1の層を覆って分散される、項目1に記載のシステム。
(項目8)
前記距離は、前記総磁場が、前記磁気コイルに近接する領域内に生成されるように選択される、項目1に記載のシステム。
(項目9)
前記第1および第2の層は、各層が、約50W未満の熱を発生させるように構成される、項目8に記載のシステム。
(項目10)
前記第1の要素は、内部表面および外部表面を有する、第3の層を備え、前記第3の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第2の層の外部表面から分離され、前記第3の層は、前記第1および第2の磁場と結合し、前記第1または第2の磁場によって生成される総磁場を上回る場強度を有する、総磁場を生成する、第3の磁場を生成する、項目1に記載のシステム。
(項目11)
前記磁気コイルは、第2の要素を備え、前記第2の要素の内側表面および前記第1の要素の内側表面は、単一表面の別個の部分を形成する、項目1に記載のシステム。
(項目12)
前記単一表面は、直径約14インチを有する、円筒形の外側表面であり、
前記第2の要素は、2つの層を備え、
前記第1の要素の第1および第2の層のそれぞれならびに前記第2の要素の2つの層のそれぞれは、渦巻パターンを備える、
項目11に記載のシステム。
(項目13)
項目1に記載のシステムを使用して、精神障害を治療する、または脳機能を向上させる方法であって、
前記パルス発生器を介して、電力を前記磁気コイルに供給し、前記総磁場を生成し、それによって、前記コイルに近接して、空中に電場を誘導するステップと、
対象の頭部の少なくとも一部が、前記電場が誘導される領域内に位置するように、対象を前記磁気コイルに対して配置するステップと
を含む、方法。
(項目14)
前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、項目13に記載の方法。
(項目16)
パルス発生器と、
第1の要素を備える磁気コイルであって、前記第1の要素の内側表面は、球状表面の少なくとも一部を形成し、前記第1の要素は、前記パルス発生器と電気通信する、磁気コイルと
を備える、システム。
(項目17)
前記磁気コイルのパラメータは、前記コイルが、少なくとも部分的に、前記球状表面によって封入される領域に近接して、勾配磁場を生成するように選択され、前記勾配磁場は、最大約50V/mの電場を空気中に誘導させる、項目16に記載のシステム。
(項目18)
前記パラメータは、前記球状表面の半径、コイル区画の極角、および前記コイル区画の方位角から成る群から選択される、項目17に記載のシステム。
(項目19)
前記磁気コイルは、第2の要素を備え、前記第2の要素の内側表面および前記第1の要素の内側表面は、前記球状表面の別個の部分を形成する、項目16に記載のシステム。
(項目20)
前記第1の要素は、内部表面および外部表面を有する、第1の層と、内部表面および外部表面を有する、第2の層とを備え、前記第2の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第1の層の外部表面から分離される、項目16に記載のシステム。
(項目21)
前記第2の層の内部表面の全ての点と、前記第1の層の外部表面の全ての対応する点との間の距離は、前記2つの表面間の平均距離の約25%未満の公差内にある、項目20に記載のシステム。
(項目22)
前記第1の要素は、複数の巻目の導体を備え、少なくとも1つの対の隣接する巻目は、離間され、前記複数の巻目は、前記第1の要素を覆って分散される、項目16に記載のシステム。
(項目23)
項目16に記載のシステムを使用して、精神障害を治療する、または脳機能を向上させる方法であって、
前記パルス発生器を介して、電力を前記磁気コイルに供給し、少なくとも部分的に、前記球状表面によって封入される領域に近接して、勾配磁場を生成し、それによって、前記コイルに近接して、空気中に電場を誘導するステップと、
対象の頭部の少なくとも一部が、前記電場が誘導される領域内に位置するように、対象を前記磁気コイルに対して配置するステップと
を含む、方法。
(項目24)
前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、項目23に記載の方法。
(項目25)
前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、項目23に記載の方法。
(項目26)
誘導電場を使用する治療の方法であって、
(a)第1の間隔の間、コイルを使用して、勾配磁場を生成するようにパルス発生器を制御するステップであって、前記磁場は、前記第1の間隔の間、第1の率で増加する規模を有する、ステップと、
(b)前記磁場の規模が、第2の間隔の間、実質的に、前記第1の率より小さい第2の率で減少するように、実質的に、前記第1の間隔より長い第2の間隔の間、前記パルス発生器を制御するステップであって、その結果、
前記第1の間隔の間、ゼロを上回る規模を有する電場が空気中に誘導され、前記第2の間隔の間、負の規模の電場が空気中に誘導され、前記第1および第2の間隔を含む周期にわたって統合される電場は、実質的に、ゼロである、ステップと、
(c)ステップ(a)および(b)を交互に反復するステップと、
(d)対象の頭部の少なくとも一部が、前記電場が誘導される領域内に位置するように、対象を前記コイルに対して配置するステップと
を含む、方法。
(項目27)
ゼロを上回る規模を有する電場の反復は、少なくとも100Hzの周波数を有する、一連の電場パルスを形成する、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記対象の脳の部分は、前記対象の脳の皮質表面の少なくとも一部を備える、項目26に記載の方法。
(項目29)
前記治療は、脳機能を向上させる、または精神障害を治療することを含み、前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、項目26に記載の方法。
(項目30)
前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、項目26に記載の方法。
(項目31)
誘導電場を使用する治療の方法であって、
(a)第1の間隔の間、コイルを使用して、勾配磁場を生成するようにパルス発生器を制御するステップであって、前記勾配磁場は、前記第1の間隔の間、実質的に、一定の振幅を有する複数の連続正弦波電気パルスを空気中に誘導する、ステップと、
(b)前記勾配磁場が、前記第2の間隔の間、実質的に、ゼロ規模の電場を空気中に誘導するように、第2の間隔の間、前記パルス発生器を制御するステップと、
(c)前記ステップ(a)および(b)を交互に繰り返すステップと、
(d)前記対象の頭部の少なくとも一部が、前記複数の正弦波パルスが誘導される領域内に位置するように、対象を前記コイルに対して配置するステップと
を含む、方法。
(項目32)
前記連続正弦波パルスの周波数は、約100Hzを上回る、項目31に記載の方法。
(項目33)
前記対象の脳の部分は、前記対象の脳の皮質表面の少なくとも一部を備える、項目31に記載の方法。
(項目34)
前記治療は、脳機能を向上させる、または精神障害を治療することを含み、前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、項目31に記載の方法。
(項目35)
前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、項目31に記載の方法。
本発明の種々の実施形態は、空気中における電場の誘導のためのシステムを特徴とする。これらのシステムは、以前に公知のコイルと比較して、サイズが小さく、嵩張らず、ほとんど熱を発生させ得ない。いくつかの実施形態では、これは、部分的に、従来のコイルと比較して、コイルの全体的抵抗を減少させ、ひいては、コイルによって発生される熱を減少させるように、2つの層を有する少なくとも1つの要素を有する、コイルを採用することによって達成される。加えて、または代替として、いくつかの実施形態では、コイルは、円筒形、球状、平坦、または屈曲形状の1つのみまたは2つの要素を含む。そのようなコイルは、患者の頭部が、コイルによって囲繞される必要がなく、コイルによって封入される領域の外側に電場を誘導することができ、これは、患者の快適性を増加させ、同時に、コイルサイズを患者の頭部を囲繞するコイルより小さくすることを可能にすることができる。種々の実施形態はまた、1つ以上の要素を有するコイルを使用して、可変総磁場を発生させることによる、治療の方法を特徴とする。可変磁場は、空気中に電場を誘導し、患者の脳は、場が障害の治療および/または脳機能の向上のために誘導される、領域内に配置される。
種々の実施形態におけるコイルは、要求される磁場を提供するために、有意な量の電流を使用し得る。これらの実施形態のそれぞれにおけるコイルは、動作の間、抵抗加熱を受け、コイルは、冷却を通した熱損失が、動作の間に発生される熱と等しくなるまで、温度を上昇させるであろう。コイルは、デバイス動作の間、患者に近接近するため、加熱は、患者の快適性および安全性のために制限されなければならない。加えて、コイルによる熱発生を低減させることは、より低い動作温度のため、より広範な材料が、コイルおよびコイル筐体の一部として使用されることを可能にし、より容易かつ安価な製造を促進する。
一般に、コイルは、好ましくは、ケーシングおよびコイル巻線を形成する導体を含む。コイルはまた、接着剤を含んでもよい。一実施形態では、導体は、単線ワイヤである。導体はまた、撚線ワイヤまたはリッツ巻線ワイヤであってもよい。別の実施形態では、導体は、例えば、水ジェット切断または機械的切断技法を使用して切断された固体銅板であって、構築の容易性のために、湾曲されてもよい。銅板は、プラスチック等の基板、または、例えば、FR4基板上に配置されてもよい。ケーシングは、導体を包囲する。
標的場方法("A target field approach to optimal coil design," R. Turner J. Phys. D: Appl. Phys. 19 L147 (1986)参照)は、電流がそれを通して流動すると、所望の磁気または電場が生成されるであろうように、一式の電気導体の物理的場所を決定する方法である。本方法は、具体的場分布を伴う場を要求する、MRI勾配およびシムコイルおよび任意の他のコイルを設計するために使用される。
図9A−9Cおよび図10を参照すると、同等場を提供するコイルは、平面および角度付けられた平面幾何学形状を使用して、構築されてもよい。円筒形コイルにおけるような電流密度の回転間の同一の関係は、これらのコイルにおいても保持される。これらのコイルは、異なる境界上で生成された同一の基本LFMS場の電流解である。
電子機器モジュールは、増幅器および波形発生器を含む。波形発生器は、電気パルス(すなわち、電圧パルス)のシーケンスを増幅器に提供し、それらを増幅し、電流パルスをコイル要素に提供する。それらの電流パルスは、典型的には、前述のように、磁場を発生させる。コイル要素によって要求される電流はまた、コイル導線にわたる電圧を制御することによって送達されてもよい。所望の電流波形(すなわち、電流パルスシーケンス)をコイル要素内に生成するために要求される電圧波形は、コイルの既知のインピーダンスに基づいて、算出されることができる。一実施形態では、波形発生器は、汎用プログラマブルコンピュータである。別の実施形態では、波形発生器は、専用電気回路である。波形発生器は、本明細書に説明される波形を提供することが可能である。
一実施形態では、コイルおよびコイル筐体は、対象が、横臥位となるであろうように位置付けられる。楕円円筒形の場合、縦方向は、水平となるであろう。別の実施形態では、コイルおよびコイル筐体は、対象が、座位または立位となるであろうように位置付けられる。楕円円筒形の場合、縦方向は、垂直となるであろう。別の実施形態では、コイルおよびコイル筐体は、水平と垂直との間の角度に縦方向を伴って位置付けられる。
双極性障害(BPD、N=41)または大鬱病性障害(MDD、N=22)のいずれかのDSM−IV基準を満たし、17項目版ハミルトン鬱病評価尺度(HDRS)において17点以上であった63名の患者が、LFMSまたは偽治療のいずれかを受けるように無作為化された。研究に参加する対象(22.4±4.2点の平均基線HDRS)は、無作為化に先立って、少なくとも6週間、抗鬱剤または精神安定剤を継続して服用していた。大部分の対象は、複数の薬剤を服用していた。本研究は、LFMSへの1回20分間の暴露による急性気分に及ぼす効果の二重盲検無作為化偽対照調査であった。HDRS、視覚的評価尺度(VAS)、および陽性および陰性の情動尺度(PANAS)が、治療前および後の気分および鬱病進行度を査定するために使用された。VASでは、対象は、「現在の気分を表す場所[0−10]にXをつけてください」と求められる)。
Claims (25)
- システムであって、
前記システムは、
パルス発生器と、
液体冷却を欠いている磁気コイルであって、前記磁気コイルは、第1の要素を有し、前記第1の要素は、(1)内部表面および外部表面を有する第1の層と、(2)内部表面および外部表面を有する第2の層とを備え、前記第2の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第1の層の外部表面から分離される、磁気コイルと
を備え、前記第1および第2の層は、前記パルス発生器と電気通信し、前記第1および第2の層は、個別の第1および第2の磁場を生成するように適合され、前記第1および第2の層は、前記第1および第2の磁場が結合し、前記磁気コイルによって少なくとも部分的に封入される領域の外側かつ前記領域に近接して総磁場を生成するように位置付けられ、前記総磁場は、前記第1または第2の磁場のいずれかを上回る場強度を有する、システム。 - 前記第2の層の内部表面の全ての点と、前記第1の層の外部表面の全ての対応する点との間の距離は、前記2つの表面間の平均距離の25%未満の公差内にある、請求項1に記載のシステム。
- 前記距離は、5ミリメートル未満である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の要素の内側表面は、相互に対してある角度にある、少なくとも2つの区画を備える、湾曲表面または区画化された表面のいずれかである、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の要素の第1の層は、金属表面内に切り込まれたパターンまたは巻線ワイヤを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記巻線ワイヤは、単線ワイヤ、撚線ワイヤ、および撚線絶縁リッツ線ワイヤのうちの1つを備える、請求項5に記載のシステム。
- 前記第1の要素の第1の層は、複数の巻目の導体を備え、少なくとも1つの対の隣接する巻目は、離間され、前記複数の巻目は、前記第1の層を覆って分散される、請求項1に記載のシステム。
- 前記距離は、前記総磁場が、前記磁気コイルに近接する領域内に生成されるように選択される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1および第2の層にそれぞれ供給される電流は、各層が50W未満の熱を発生させるように構成される、請求項8に記載のシステム。
- 前記第1の要素は、内部表面および外部表面を有する第3の層を備え、前記第3の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第2の層の外部表面から分離され、前記第3の層は、第3の磁場を生成し、前記第3の磁場は、前記第1および第2の磁場と結合し、前記第1または第2の磁場によって生成される総磁場を上回る場強度を有する総磁場を生成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記磁気コイルは、第2の要素を備え、前記第2の要素の内側表面および前記第1の要素の内側表面は、単一表面の別個の部分を形成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記単一表面は、直径14インチを有する円筒形の外側表面であり、
前記第2の要素は、2つの層を備え、
前記第1の要素の第1および第2の層のそれぞれならびに前記第2の要素の2つの層のそれぞれは、渦巻パターンを備える、
請求項11に記載のシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、前記システムは、精神障害を治療するかまたは脳機能を向上させるように構成されており、
前記パルス発生器は、電力を前記磁気コイルに供給し、前記総磁場を生成し、それによって、前記コイルに近接して、空中に電場を誘導し、そして
対象の頭部の少なくとも一部が、前記電場が誘導される領域内に位置するように、前記対象が前記磁気コイルに対して配置される、
システム。 - 前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、請求項13に記載のシステム。
- 前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、請求項13に記載のシステム。
- システムであって、
前記システムは、
パルス発生器と、
液体冷却を欠いている磁気コイルであって、前記磁気コイルは、第1の要素を備え、前記第1の要素の内側表面は、球状表面の少なくとも一部を形成し、前記第1の要素は、前記パルス発生器と電気通信し、前記磁気コイルのパラメータは、前記コイルが、前記磁気コイルによって少なくとも部分的に封入される領域の外側かつ前記領域に近接して磁場を生成するように、選択される、磁気コイルと
を備える、システム。 - 前記磁気コイルの前記パラメータは、前記生成された磁場が、最大50V/mの電場を空気中に誘導させる勾配磁場を含むように、選択される、請求項16に記載のシステム。
- 前記パラメータは、前記球状表面の半径、コイル区画の極角、および前記コイル区画の方位角から成る群から選択される、請求項17に記載のシステム。
- 前記磁気コイルは、第2の要素を備え、前記第2の要素の内側表面および前記第1の要素の内側表面は、前記球状表面の別個の部分を形成する、請求項16に記載のシステム。
- 前記第1の要素は、内部表面および外部表面を有する第1の層と、内部表面および外部表面を有する第2の層とを備え、前記第2の層の内部表面は、ある距離だけ、前記第1の層の外部表面から分離される、請求項16に記載のシステム。
- 前記第2の層の内部表面の全ての点と、前記第1の層の外部表面の全ての対応する点との間の距離は、前記2つの表面間の平均距離の25%未満の公差内にある、請求項20に記載のシステム。
- 前記第1の要素は、複数の巻目の導体を備え、少なくとも1つの対の隣接する巻目は、離間され、前記複数の巻目は、前記第1の要素を覆って分散される、請求項16に記載のシステム。
- 請求項16に記載のシステムであって、前記システムは、精神障害を治療するかまたは脳機能を向上させるように構成されており、
前記パルス発生器は、電力を前記磁気コイルに供給し、前記球状表面によって少なくとも部分的に封入される領域に近接して勾配磁場を生成し、それによって、前記コイルに近接して、空気中に電場を誘導し、そして
対象の頭部の少なくとも一部が、前記電場が誘導される領域内に位置するように、前記対象が前記磁気コイルに対して配置される、
システム。 - 前記精神障害は、気分障害、鬱病、ストレスおよび不安神経症、統合失調症、PTSD、ならびにOCDのうちの少なくとも1つを備える、請求項23に記載のシステム。
- 前記対象が配置される位置は、仰臥位または座位のいずれかである、請求項23に記載のシステム。
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