JP6190952B2 - 磁場による組織の刺激用の磁気刺激器 - Google Patents

Description

本発明は、磁場による組織の刺激用の磁気刺激器に関する。

磁気刺激器を、組織の、特に生体組織の非侵襲的調査および非侵襲的刺激のために使用することができる。これに関連して、交番磁場は、コイルを通る電流の短時間の流れによって生成される。経頭蓋磁気刺激器（ＴＭＳ）は、例えば、印加される交番磁場によって人間の脳を、刺激するために使用される。例えば脳の運動領域の刺激によって、筋肉組織内の運動誘発電位（ＭＥＰ）を推定することができ、運動誘発電位の特性および運動誘発電位の変化は、調査中の脳の領域の興奮性について、結論が出されることを可能にする。ＴＭＳは、皮質可塑性の誘導および評価において、主に重要である。皮質可塑性は、変更された条件に適合するための脳の能力に関する。また、パルス磁場による繰り返し刺激を、種々の条件の処置中に、特に鬱病中に、使用することができる。皮質脊髄系を評価するために、経頭蓋磁気刺激器は、通常は、その高レベルの感度および比較的単純な実装のおかげで、神経学的診断のために使用される。経頭蓋磁気刺激器用の刺激プロトコルの適用によって、神経回路網の機能は、影響されかつ評価されることができる。

刺激コイルによって生成される交番磁場によって、組織の運動ニューロンを、運動誘発電位までかつ付随する筋反応まで、活性化することができる。この運動誘発電位を、推定しかつ評価することができる。刺激のために使用される誘導電場は、パルス磁場によって生成される。これを、非接触の方法で患者に印加することができ、かつ、これは、その位置で全く痛みを発生させない。

従来の磁気刺激器は、交番磁場を生成するために、発振回路を使用する。この発振回路は、パルスコンデンサおよび刺激コイルを備える。図１は、ＤＥ１０２００６０２４４６７Ａ１に記載される従来の磁気刺激器を示す。この磁気刺激器は、パルスコンデンサＣを有する発振回路と、磁場を生成する刺激コイルとを含んでいる。充電回路は、パルスコンデンサＣを充電するために設けられている。また、図１における従来の磁気刺激器は、発振回路を遮断しかつ閉じるために制御可能スイッチを含む。発振回路によって、調整可能な数の半波または全波を有する刺激パルスを生成することができるように、制御回路は、制御可能スイッチを開閉する。制御可能スイッチを、例えば、サイリスタまたはＩＧＢＴとすることができる。制御可能スイッチを用いて、整数倍の全波を印加することができる。パルスがトリガする前に、パルスコンデンサは、所望の電圧まで充電される。パルスコンデンサのエネルギー含量は、刺激コイルを通る電流強度、したがって、出力されるべきパルスのパルス強度（パルス強さ）を設定する。スイッチが閉じられる場合、電流は、刺激コイルを通って流れ始め、パルスコンデンサは、放電し始める。コイル電流が弱まった後、パルスエネルギーのすべてが消費され、パルスコンデンサが完全に放電される。その後、パルスコンデンサを、次のパルスの前に所望の電圧レベルまで充電する必要がある。しかしながら、このような従来の磁気刺激器は、パルス発生装置によって生成されるパルスの数が時間的に制限されているという欠点を有する。従来の磁気刺激器では、最大繰り返し率、すなわち、単位時間当たりに出力されるパルスの数は、秒当たり１００パルスである。従来の磁気刺激器のさらなる実質的な欠点は、それらが正弦波パルスのみを生成できるということである。従来の磁気刺激器は、一般的に、調整可能なパルス幅を有する単相パルスおよび２相パルスを生成する。また、従来の磁気刺激器を用いて、同一パルス形状のパルスを含むパルスシーケンスのみを生成することができる。複合パルスシーケンスを生成するための、複数のパルスの個別の設定であって、それらのパルス形状および／またはパルス極性に関する個別の設定は、不可能である。このように、調査されるべき組織または臨床像への、生成されたパルスシークエンスの個別のまたは柔軟な適合を、従来の磁気刺激器を用いて行うことはできない。

そのため、磁場による組織の刺激用の磁気刺激器を作りだすことが本発明の目的であり、この磁気刺激器において、上述の欠点が回避され、かつ、パルスシーケンスを、調査されるべき組織に対して、または、患者の臨床像に対して、柔軟に適合させることができる。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有する磁気刺激器によって達成される。

したがって、本発明は、磁場による組織の刺激用の磁気刺激器を作りだす。前記磁気刺激器は、パルスコンデンサを備えるパルス発生装置であって、前記パルスコンデンサは、複数のパルスからなっていて調整可能な繰り返し率を有するパルスシーケンスを生成するように、充電回路によって充電されることができるパルス発生装置を備える。前記磁気刺激器は、個別に設定可能なパルスを有する複合パルスシーケンスを生成するために、前記パルス発生装置を調整するプログラム可能制御装置であって、生成された前記複合パルスシーケンスが、前記磁場を生成するために、刺激コイルに印加される、プログラム可能制御装置を備える。

本発明に係る磁気刺激器は、調整可能な高繰り返し率において複合パルスシーケンスおよびパルスパターンを生成すること、および、交番磁場を生成するために、前記磁気刺激器に接続された刺激コイルを提供することを、可能にする。この方法では、再現可能かつ効果的な変化を、柔軟に、刺激された脳内で達成することができる。

本発明に係る磁気刺激器の１つの可能な実施形態では、前記パルス発生装置によって出力される前記パルスシーケンスは、複数のパルスからなる単一パルスシーケンスであるか、または複合パルスシーケンスである。

生成された複合パルス周波数は、好ましくは、複数のパルストレインを有し、前記複数のパルストレインのそれぞれは、複数のパルスパケットを有し、前記複数のパルスパケットのそれぞれは、一連の複数のパルスからなり、前記複数のパルスのパルス形状および／またはパルス極性は、個別に設定可能である。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記磁気刺激器の前記プログラム可能制御装置を、インタフェースを介してコンピュータに接続することができる。前記コンピュータに、ユーザエディタが、前記パルスシーケンスを設定するために設けられている。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記磁気刺激器に接続された前記コンピュータの前記ユーザエディタは、前記パルスシーケンスの各パルスのパルス形状を設定するための刺激設計器を有する。

さらなる可能な実施形態では、前記ユーザエディタは、複数のパルスからなる少なくとも１つのパルスパケットを設定するためのパルスパケット補助装置を、さらに備える。

さらなる可能な実施形態では、前記ユーザエディタは、複数のパルスパケットからなる少なくとも１つのパルストレインを設定するためのパルストレイン補助装置を、追加的に備える。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記ユーザエディタによって設定される前記複合パルスシーケンスは、前記インタフェースを介して、前記磁気刺激器の前記プログラム可能制御装置に送信され、かつ、前記磁気刺激器のメモリユニットに格納される。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、秒当たりに出力されるパルスの数を示す前記パルスシーケンスの前記繰り返し率を、０〜１ｋＨｚの範囲内で調整することができる。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、刺激された前記組織の運動筋反応を測定するための評価パルスは、前記磁気刺激器の前記パルス発生装置によって生成された前記複合パルスシーケンスの複数のパルスパケット間に出力される。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記磁気刺激器の前記パルス発生装置は、前記パルスコンデンサおよび前記刺激コイルを含む発振回路と、前記磁気刺激器の前記プログラム可能制御装置によって制御されることができる駆動回路に接続された少なくとも１つの電力スイッチと、を備える。

本発明に係る磁気刺激器の１つの可能な実施形態では、前記刺激コイルは、パルスを生成するために、４つの電力スイッチを有するフルブリッジ回路接続内にあり、前記パルスのパルス形状を、複数のパルスセグメントとすることができる。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記磁気刺激器の前記パルス発生装置は、調整された前記繰り返し率を用いて前記パルスコンデンサを再充電するための充電回路を有する。

本発明に係る磁気刺激器の１つの可能な実施形態では、前記パルス発生装置の前記充電回路は、リニア充電回路である。

１つの可能な実施形態では、このリニア充電回路は、電力供給網への接続用の幹線電源アダプタと、前記幹線電源アダプタによって供給される電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路と、前記パルス発生装置の前記発振回路に接続された充電レギュレータと、を備える。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な代替の実施形態では、前記パルス発生装置の前記充電回路は、クロック化充電回路を有する。

前記クロック化充電回路の１つの可能な実施形態では、この充電回路は、電力供給網への接続用の幹線電源アダプタと、連続操作用の第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、前記第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータから供給される電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路と、前記パルス発生装置の前記発振回路に接続された、パルス操作用の第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、を備える。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記パルス発生装置は、コイル監視回路を有する。

前記コイル監視回路の１つの可能な実施形態では、このコイル監視回路は、刺激コイルが前記磁気刺激器に接続されているかどうかを監視する。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記コイル監視回路は、前記刺激コイルの操作パラメータ、特に、前記刺激コイルの操作温度を監視するためのセンサを有する。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記プログラム可能制御装置は、前記磁気刺激器のパラメータのシステム検査が正常に終了した後にのみ、パルス発生装置に、前記刺激コイルへと前記パルスシーケンスを出力させる。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記プログラム可能制御装置を、測定信号を伝導するために、および／または、トリガ信号を生成するために、刺激されるべき組織に取り付けられた導電電極に接続することができる。

本発明に係る磁気刺激器のさらなる可能な実施形態では、前記導電電極を介して伝導された前記測定信号は、運動閾値を決定するために、前記プログラム可能制御装置によって評価される。

本発明は、以下の特徴を有する、磁場を生成する方法をさらに提供する。
さらなる観点によれば、磁場を生成する方法が提供され、この方法は、
パルス発生装置によって、可変パルス形状を有する個別に設定可能な複数のパルスからなる複合パルスシーケンスを生成する工程と、
そこから前記磁場を生成する刺激コイルに、調整可能な繰り返し率を有する、生成された前記パルスシーケンスを、印加する工程と、
調整された前記繰り返し率を用いて、充電回路によって、前記パルス発生装置のパルスコンデンサを再充電する工程と、を備える。

１つの可能な実施形態に係る方法では、単位時間当たりのパルスの数を示す繰り返し率は、０から１ｋＨｚの範囲内で調整される。

本方法の１つの可能な実施形態では、生成された前記複合パルスシーケンスは、複数のパルストレインを備え、前記パルストレインのそれぞれは、複数のパルスパケットを備え、前記パルスパケットのそれぞれは、一連のパルスからなり、前記パルスのパルス形状および／またはパルス極性は、個別に設定可能である。

さらなる観点によれば、磁場による組織を刺激する方法における使用のための装置が提供され、
可変パルス形状を有する個別に設定された複数のパルスからなる複合パルスシーケンスは、パルス発生装置によって生成され、
調整可能な高繰り返し率を有する、生成された前記パルスシーケンスは、そこから磁場を生成する刺激コイルに印加され、
前記パルス発生装置のパルスコンデンサは、調整された前記繰り返し率を用いて、充電回路によって再充電される。

磁場による組織の刺激用の、本発明に係る磁気刺激器の可能な実施形態は、添付の図面を参照して、より詳細に、以下において説明されている。

図１は、従来技術に係る従来の磁気刺激器のブロック回路図である。 図２は、磁場による組織の刺激用の、本発明に係る磁気刺激器の可能な実施形態を説明するブロック回路図である。 図３は、本発明に係る磁気刺激器の例示的な実施形態を説明するさらなるブロック回路図である。 図４は、本発明に係る磁気刺激器内の制御装置によって実行されるシステム検査を説明する図である。 図５は、本発明に係る磁気刺激器のパルス発生装置に用いられる駆動回路の例示的な実施形態を説明するブロック回路図である。 図６Ａは、図５において使用される駆動回路に使用されている電流ゼロクロス識別を説明する信号図を示す。 図６Ｂは、図５において使用される駆動回路に使用されている電流ゼロクロス識別を説明する信号図を示す。 図６Ｃは、図５において使用される駆動回路に使用されている電流ゼロクロス識別を説明する信号図を示す。 図６Ｄは、図５において使用される駆動回路に使用されている電流ゼロクロス識別を説明する信号図を示す。 図６Ｅは、図５において使用される駆動回路に使用されている電流ゼロクロス識別を説明する信号図を示す。 図７は、刺激コイルがフルブリッジ回路接続内にあるパルス発生装置の例示的な実施形態を説明する回路図である。 図８Ａは、パルスセグメントからのパルスの生成のための、図７に示されるフルブリッジ回路の操作のモードを説明する図を示す。 図８Ｂは、パルスセグメントからのパルスの生成のための、図７に示されるフルブリッジ回路の操作のモードを説明する図を示す。 図９は、交番極性を有する図７に示されるフルブリッジ回路の作動を説明する信号図である。 図１０は、個別極性を有する図７に示されるフルブリッジ回路の作動を説明する信号図である。 図１１は、位相の保持を有する図７に示されるフルブリッジ回路の作動を説明する信号図である。 図１２は、切り替えられた静電容量を有するフルブリッジ回路の可能な実施形態を示す図である。 図１３は、例示的な非対称パルス形状を説明する信号図である。 図１４は、磁気刺激器のパルス発生装置内で使用される充電回路の例示的な実施形態を説明するブロック回路図である。 図１５は、充電回路内で使用される中間エネルギー回路の操作のモードを説明する充電曲線である。 図１６は、パルスコンデンサにおける電圧の進行であって、充電回路内に設けられかつ図１４に示される充電調整の充電スイッチの作動用の電圧の進行を説明する信号図である。 図１７は、本発明に係る磁気刺激器のパルス発生装置内で使用されるクロック化充電回路のブロック回路図である。 図１８は、図１７に示されるクロック化充電回路の特定の実施形態の操作のモードを説明する電流の進行を示す。 図１９は、上流コンバータとしての電力形態補正回路の実施形態を説明する回路図である。 図２０は、クロック化充電回路に使用される充電レギュレータの変形実施形態を説明する回路図である。 図２１は、図２０に示される充電レギュレータの変形実施形態のパルスコンデンサの充電電流を説明する図である。 図２２は、図１７に係るクロック化充電回路において使用されることができる充電レギュレータのさらなる変形実施形態を説明する回路図である。 図２３は、図２２に示される充電レギュレータの変形例における電流の流れを説明する図である。 図２４は、図１７に係るクロック化充電回路に使用することができるような充電レギュレータのさらなる変形実施形態を説明する回路図である。 図２５は、本発明に係る磁気刺激器で使用される複合パルスシーケンスのパルス形状の設定用の作業プロシージャを説明する図である。 図２６Ａは、本発明に係る磁気刺激器の複合パルスシーケンスにおいて達成できかつこの複合パルスシーケンスに含めることができるパルスの変形例を説明する図である。 図２６Ｂは、本発明に係る磁気刺激器の複合パルスシーケンスにおいて達成できかつこの複合パルスシーケンスに含めることができるパルスの変形例を説明する図である。 図２７は、本発明に係る磁気刺激器の複合パルスシーケンスにおいて達成できかつ含めることができるパルスの変形例を説明する図である。 図２８は、本発明に係る磁気刺激器の複合パルスシーケンスにおいて達成できかつ含めることができるパルスの変形例を説明する図である。 図２９は、パルスパケットが事前設定数のパルスからなる複合パルスシーケンス内のパルスパケットを説明する図である。 図３０は、各パルスパケットが個別のパルスからなる複数のパルスパケットを説明する信号図である。 図３１は、磁気刺激器の複合パルスシーケンス内に含まれることができるような単一波を説明する信号図である。 図３２は、本発明に係る磁気刺激器の複合パルスシーケンス内に含めることができるような２重波を説明する信号図である。 図３３は、複数のパルストレインを有する完全な複合パルスシーケンスであって、各パルストレインが複数のパルスパケットを有し、複数のパルスパケットは、それらの一部が、設定可能パルスからなる本発明に係る磁気刺激器による刺激コイルに出力することができるような完全な複合パルスシーケンスを説明する図である。 図３４は、本発明に係る磁気刺激器の変形実施形態を説明するために、複合パルスシーケンスであって、その中に含まれる評価パルスを有する複合パルスシーケンスを説明する信号図である。 図３５は、本発明に係る磁気刺激器の１つの可能な変形実施形態の操作手順を説明する図である。 図３６は、刺激設計器を有する、本発明に係る磁気刺激器で使用されるユーザエディタの変形実施形態を説明する図である。 図３７は、ユーザエディタで使用されるパルスパケット補助装置の図である。 図３８は、ユーザエディタで使用されるパルストレイン補助装置を説明する図である。 図３９は、ユーザエディタで使用される刺激設計器を説明する図である。 図４０Ａは、ユーザエディタで使用されるパルスパケットおよびパルストレイン補助装置を説明する図である。 図４０Ｂは、ユーザエディタで使用されるパルスパケットおよびパルストレイン補助装置を説明する図である。 図４１は、１つの可能な変形実施形態で使用されるパルス選択器を説明する図である。 図４２は、ユーザエディタを使用して構成されるパルスの例を示す図である。 図４３は、本発明に係る磁気刺激器によって引き起こされ得るような標準化筋電位を、従来の磁気刺激器と比較して、説明する図である。 図４４は、異なる電流の流れ方向に対する、本発明に係る磁気刺激器によって引き起こされ得るような標準化筋電位を説明する図である。 図４５は、２重正弦波を使用するときに、本発明に係る磁気刺激器によって引き起こされ得るような標準化筋電位を説明する、さらなる図である。 図４６は、本発明に係る磁気刺激器に使用される電流の流れの方向に依存する運動閾値を説明する図を示す。

図２は、磁場による組織の刺激用の、本発明に係る磁気刺激器１の例示的な実施形態を示す。組織を、例えば、患者Ｐの生体組織、特に脳組織とすることができる。図示の実施形態では、磁気刺激器１は、パルス発生装置２およびプログラム可能コントローラ３を有する。パルス発生装置２は、少なくとも１つのパルスコンデンサを備える。複数のパルスからなっていて調整可能な繰り返し率を有するパルスシーケンスを生成するために、そのパルスコンデンサを、充電回路によって充電することができる。制御装置３は、複合パルスシーケンスＰＳを生成するためのパルス発生装置Ｚを調整しおよび／または作動させるプログラム可能制御装置である。この複合パルスシーケンスは、個別に設定可能なパルスを備えることができる。パルス発生装置２によって生成された複合パルスシーケンスＰＳは、配線５を介して処理コイルまたは刺激コイル４へ出力される。配線５は、高電圧伝送線または高電流伝送線とすることができる。治療コイルまたは刺激コイル４は、刺激される組織、例えば、図２に示されるような患者Ｐの脳組織の付近に配置される。図２に示される例示的な実施形態では、磁気刺激器１のプログラム可能制御装置３は、インタフェース６を介してコンピュータ７に接続されている。

複合パルスシーケンスの設定用のユーザエディタは、好ましくは、コンピュータ７に設けられている。コンピュータ７は、ＰＣ、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータとすることができ、コンピュータ７のユーザエディタを、複合パルスシーケンスＰＳを生成するためにまたは設定するために、使用することができる。１つの可能な変形実施形態では、ユーザエディタを、例えば、グラフィカルユーザインタフェース、ＧＵＩを介して、患者Ｐを治療しているユーザに、表示することができる。１つの可能な変形実施形態では、ユーザエディタは、個別のパルスのパルス形状を設定する刺激設計器を有する。さらに、ユーザエディタは、複数のパルスからなる少なくとも１つのパルスパケットの設定用のパルスパケット補助装置を備えることができる。また、ユーザエディタは、複数のパルスパケットからなる少なくとも１つのパルストレインを設定するパルストレイン補助装置も備えることができる。このようにして、ユーザは、患者Ｐの個別の要件に合わせた複合パルスシーケンスＰＳを設定することおよび／またはプログラムすることが、可能である。このように、複合パルスシーケンスＰＳは、複数のパルストレインＰＺからなり、各パルストレインは、複数のパルスパケットＰＰを備え、複数のパルスパケットＰＰは、それらの一部が、一連のパルスからなっている。複数のパルスまたは個別のパルスのパルス形状は、それらのパルス形状および／またはパルス極性に関して、ユーザエディタを用いて、好ましくは、個別に設定可能である。さらなる可能な実施形態では、ユーザエディタによって設定されたパルスシーケンスＰＳを、磁気刺激器１のプログラム可能制御装置３にインタフェース６を介して送信し、かつ、磁気刺激器１のメモリユニット８に格納することができる。メモリ８は、例えば、ＥＥＰＲＯＭメモリとすることができる。インタフェース６は、複合パルスパターンを送信するのに適している。例えば、インタフェース６は、ＵＳＢインタフェースまたはイーサネット（登録商標）インタフェースとすることができる。

図２に示される実施形態では、磁気刺激器１のプログラム可能コントローラ３は、分離回路９を介して導電電極１０に接続されている。導電電極１０は、例えば、ＥＭＧ信号を伝導する粘着性電極である。導電電極１０は、回路９に配線１１を介して接続され、回路９は、筋信号を増幅し、デジタル化し、かつ記録するために、設けられている。回路９は、一方では、配線１２を介してトリガ信号を出力することができ、他方では、配線１３を介して、磁気刺激器１のプログラム可能制御装置３に、測定信号を出力することができる。トリガ信号により、磁気刺激器１は、パルスが記録装置に出力されることを示唆する。また、配線１２を介するトリガ信号の送信を、双方向に行うことができる。配線１３を用いて、測定された信号を、例えば、患者Ｐに出力された刺激信号の刺激パラメータに適合させるために、磁気刺激器１に戻すことができる。これらの刺激パラメータは、例えば、信号の強度または周波数を含む。１つの可能な変形実施形態では、信号経路１３は、非活性化される。この場合には、信号経路１３は、使用されない。というのは、自己調整急速刺激システムが、特定の場合において医療リスクを表すため、例えば、患者Ｐにてんかん発作を引き起こし得るため、である。他の場合には、戻り信号経路または戻り信号チャネルが、パラメータの、特に運動閾値の自動決定用のフィードバックを使用するために、活性化される。このように、例えば運動閾値を決定するために、約１０秒毎に、固有の強度を有する刺激パルスが患者Ｐに出力され、かつ、筋反応が評価される。最尤法を用いて、測定された測定された筋反応の特定の部分が、特定の電圧範囲内になる（例えば、２０パルスのうちの１５パルスが、最大刺激出力の６５％の強度において５０μＶより大きな筋反応電位を生成する）まで、強度を変化させることができる。その後、この強度は、それぞれの患者Ｐの運動閾値になる。この変形実施形態では、運動閾値の決定を、自動化された方法で行うことができ、それにより、ユーザにとっての操作快適性が増加され、同時に、患者Ｐの運動閾値の決定を、より迅速に行うことができる。

図３は、本発明に係る磁気刺激器１内の回路技術の詳細を説明するブロック回路図を示す。図３に示される例示的な実施形態では、パルス発生装置２は、充電回路２ａと、刺激電極または処置電極４に接続されたパルススイッチを有する発振回路２ｂと、刺激電極または処置電極４に同様に接続されたコイル監視回路２ｃと、を備える。プログラム可能コントローラ３と、パルス発生装置２の別のユニットまたは別の部品とは、例えば、内部ＣＡＮバスを介して、装置内部制御信号を交換することができる。パルス発生装置２は、調整可能な繰り返し率を用いてパルスコンデンサを再充電するために設けられた充電回路２ａを含む。パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳは、好ましくは、発振回路の一部であり、発振回路内に、刺激コイルまたは処置コイル４が配置されている。充電回路２ａは、好ましくは、幹線電源接続を介して、電力供給網に接続されている。プログラム可能制御装置３は、複数のインタフェース、特に、コンピュータ７への接続用のインタフェース６と、信号処理回路９への接続用のトリガ入力／出力１２と、導電電極１０からの戻り信号を取得するためのインタフェース１３と、を備えることができる。図３に示されるプログラム可能コントローラ３は、本質的に、複合パルスプロトコルの処理を制御するのに、磁気刺激器１の重要なパラメータを監視するのに、および、ユーザとの通信のために、役立つ。１つの可能な変形実施形態では、プログラム可能コントローラ３は、専用のグラフィカルユーザインタフェース、ＧＵＩを有し、そのために、複合シーケンスＰＳをプログラムすることは、外部コンピュータ７を接続することなく、可能である。

１つの可能な変形実施形態では、プログラム可能制御装置３は、磁気刺激器１のパラメータのシステム検査が正常に終了した後にのみ、パルス発生装置２に、刺激コイル４へパルスシーケンスＰＳを出力させる。図４は、プログラム可能制御装置３によって実行されるシステム検査の変形実施形態を説明するフロー図を示す。このように、１つの可能な変形実施形態におけるシステム検査中に、コイルの監視、発振回路、充電回路、および／またはユーザの通信に関連する種々のパラメータが、得られる。例えば、コイルの監視に関して、検査が、まず、治療コイルまたは刺激コイル４が磁気刺激器１に接続されているかについて、または、磁気刺激器１に差し込まれているかについて、なされる。さらに、監視が、刺激コイル４のコイル温度がどのような高さであるのかについて、行われる。さらに、すべての部品がプログラム可能制御装置３の指令に応答するかまたは反応するかを、確認することができる。１つの可能な変形実施形態では、パルス発生装置２の図３に示されるコイル監視回路２ｃは、刺激コイル４が実際に磁気刺激器１に接続されているかどうかを監視することができる。１つの可能な実施形態では、刺激コイル４が設けられているか否かの検出は、コイルプラグ内にまたは符号化抵抗内にまたはＲＦＩＤタグによって構築された短絡リンク、または、刺激コイル４におけるインピーダンス測定によって、行うことができる。さらに可能な変形実施形態では、コイル監視回路２ｃは、刺激コイル４の操作パラメータを監視するためのセンサを、追加的に有する。１つの可能な実施形態では、コイル監視回路２ｃは、治療コイルまたは刺激コイル４の操作温度Ｔを監視するための温度センサを有する。このように、特に、検査が、患者Ｐが接触する刺激コイル４の表面温度が例えば４０℃の温度を超えたかどうかについて、なされる。コイル監視回路２ｃは、温度センサによって送られる温度値を評価する。１つの可能な実施形態では、コイル監視回路２ｃは、２つの温度センサを有し、互いにそれらの２つの値を比較する。測定された２つの温度が互いに大きく異なる場合、および、温度が例えば４０℃より高い場合、プログラム可能コントローラ３を用いて、パルス発生装置２によって出力されるさらなるパルスが、遮断されまたは非活性化される。必要な場合、エラーは、ユーザインタフェースを介して、ユーザに通知される。また、プログラム可能制御装置３は、刺激コイル４が、磁気刺激器１に接続されていない、または、磁気刺激器１に差し込まれていないとき、パルスの出力を遮断するまたは非活性化することができる。このように、例えば、望ましくないアークの形成を、防止することができる。１つの可能な変形実施形態では、センサ、特に、温度センサの監視は、少なくとも１つのマイクロプロセッサを用いて、行うことができる。このように、１つの変形実施形態では、重複した相互検査を用いるマイクロプロセッサを、構築することができる。あるいは、重複する監視チャネルを、別個のハードウェアによって実現することができる。

図４に示されるシステム検査中に、発振回路に関するパラメータも、パルススイッチを使用して、検査することができる。例えば、その内部に設けられた電力スイッチでの操作温度がどのくらい高いのかを決定することが可能である。また、関係する部品が、プログラム可能制御装置３の指令に応答するかどうかを検査することができる。また、例えば、すべての必要な補助電圧が存在しているかどうかを検査することができる。

また、システム検査は、充電回路２ａのパラメータを検査することができる。例えば、検査が、充電回路２ａの中間回路に電圧の非対称性が存在するかどうかについてなされる。

また、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳにおける電圧の非対称性を検査することができる。また、すべての電圧が、例えば、中間回路またはパルスコンデンサにおいて、許容可能電圧範囲内に存在しているかどうかを検査することが可能である。また、検査が、例えば、充電回路２ａの充電レギュレータでの温度が有効範囲内にあるかどうかについて、なされる。

また、図４に示されるシステム検査は、ユーザ通信のパラメータを検査することができる。例えば、検査は、ユーザが、有効なパルスパターンまたは有効な複合パルスシーケンスＰＣを、選択するかまたは送信したかについて、なされる。また、検査を、ユーザが、パルスシーケンスＰＳの電流出力を遮断したいか否かについて、なすことができる。１つまたは複数の検査されたパルスパラメータが、危機的状態が存在することを示しているか、または、ユーザが、パルス出力を遮断したい場合、パルス発生装置２によるパルス出力は、自動的にプログラム可能制御装置３によって阻止されまたは遮断される。

プログラム可能コントローラ３の１つの可能な実施形態では、このコントローラは、１つまたは複数のマイクロプロセッサを有する。これらのマイクロプロセッサを、リアルタイム対応の、エラー耐性の、またはエラー検出のバス、好ましくは、ＣＡＮバスを介して、他の部品に接続することができ、かつ、それにより、これらのマイクロプロセッサは、これらの部品と通信することができる。

１つの可能な実施形態では、ユーザへのインタフェースは、特定の標準化データ伝送プロトコル、好ましくは、ＵＳＢまたはイーサネット（登録商標）を用いた、標準化インタフェースによって形成される。このインタフェースを用いて、磁気刺激器１のプログラム可能制御装置３を、コンピュータ７、例えば、ＰＣ、ラップトップまたはタブレットコンピュータに、または、携帯端末、特にスマートフォンなどに、接続することができる。また、プログラム可能制御装置３を、対応するインタフェースを介して、測定装置および互換性のある測定装置に接続することができ、プログラム可能制御装置３は、トリガ入力およびトリガ出力を有することができる。１つの可能な変形実施形態では、プログラム可能制御装置３は、磁気刺激器１の表示要素または表示装置に接続されている。

図３に示されるように、磁気刺激器１のパルス発生装置２は、パルススイッチ２ｃを有する発振回路を有する。別の変形実施形態が、この場合に提供される。１つの可能な変形実施形態では、パルススイッチ２ｃを有する発振回路は、単一の電力スイッチを用いて具体化される。さらなる可能な実施形態では、パルススイッチ２ｃを有する発振回路は、フルブリッジから構成されている。さらに別の変形実施形態では、パルススイッチ２ｃを有する発振回路は、切り替えられたパルス静電容量を有するフルブリッジからなる。

パルススイッチ２ｃを有する発振回路の第１変形実施形態は、もっぱら、２相の（正弦波の）パルス形状／刺激の出力を、可能にする。対照的に、パルススイッチを有する発振回路がフルブリッジとして構成された変形実施形態は、少なくとも４つの電力スイッチを必要とするが、引き換えに、各パルス形状に対する大きく自由な形状の利点を提供する。この変形実施形態を用いて、複合パルスシーケンスを、ユーザが完全にパラメータ化することができる。

パルススイッチ２ｃを有する発振回路は、駆動回路に接続された少なくとも１つの電力スイッチを有し、この駆動回路を、プログラム可能制御装置３が制御することができる。１つの可能な変形実施形態では、この駆動回路または作動回路は、電力スイッチ用の最大切り替え周波数を有する。ＩＧＢＴ電力スイッチは、好ましくは、電力スイッチのために使用される。作動回路または駆動回路の最大切り替え周波数は、１つの可能な変形実施形態では１００ｋＨｚである。図５は、電力スイッチＳＷのために構成された制御可能駆動回路ＴＳの可能な実施形態のブロック回路図を示す。電力スイッチは、好ましくは、ＩＧＢＴ電力スイッチである。発振回路では、このＩＧＢＴ電力スイッチは、図５に示されるように、パルスコンデンサＣ_ＰＬＵＳと刺激コイル４との間に配置されている。図５に示される変形実施形態では、駆動回路ＴＳは、ＣＡＮバスを介してプログラム可能コントローラ３に接続されているマイクロプロセッサＭＰを含む。図５に示される駆動回路ＴＳは、治療コイルまたは刺激コイル４のインダクタンスＬを検出するための電流ゼロクロス検出を有する。電流ゼロクロス認識を用いて、ドライバの切り替え動作を、図６Ａから図６Ｅに示されるように、刺激コイル４のインダクタンスＬに適合させることができる。図６Ｂから図６Ｅは、一例として、種々のインダクタンスＬにおける、かつ、特に、短絡の場合、すなわち、残留インダクタンスが存在する短絡されたコイルの場合における、電流ゼロクロス時の場所を示す。図６Ａは、充電回路２ａに接続された発振回路と、発振回路の中に含まれる電力スイッチＳＷとを示す。図６Ｂは、適切なインダクタンスでの電流ゼロクロスを示す。図６Ｃは、刺激コイル４において過度に高いインダクタンスの場合における進行を示す。図６Ｄは、刺激コイル４におけるインダクタンスが低すぎる場合を示す。最後に、図６Ｅは、短絡の場合を示す。１つの可能な実施形態では、駆動回路ＴＳ内の電流ゼロクロス認識は、各電力スイッチＳＷを介する電圧降下の測定を介して行われる。導体での電流測定との比較では、このことは、測定された電圧が、実際に保護部品上に存在する電圧であるが、導体内に、すなわちＩＧＢＴモジュールの上流に提供される電流ではないという特別な利点を提供する。また、このような進行により、逆回復効果によって課される短期の逆回復電流がゼロクロスの後に同様に弱まった場合にのみ、電圧における変化が、起こる。

図５に示されるように、駆動回路ＴＳのマイクロプロセッサＭＰは、発振回路、特に刺激コイルにおける温度Ｔを、評価することができ、温度Ｔは、センサによって検出される。図５に示される駆動回路ＴＳは、バイポーラドライバを備えることができる。ここで、外部電圧を、図５に示されるように、マイクロプロセッサＭＰまで戻すことができる。非対称ゲート作動＋１８Ｖ／１２Ｖを、安全なスイッチオンおよびスイッチオフのために、提供することができる。また、補助電圧を、マイクロプロセッサＭＰによって監視することが、可能である。図５に示されるように、マイクロプロセッサＭＰは、冗長信号を受信することができるＡＮＤゲートにパルス指令を渡す。１つの可能な変形実施形態では、スイッチオン時間は、スイッチオン損失を低減するために、１から２マイクロ秒の間である。また、１つの可能な変形実施形態では、スイッチオフ時間は、８マイクロ秒とすることができ、それは、個別のハードウェア回路と協力して、過剰電圧の切り替えの最小化につながる。

１つの可能な変形実施形態では、ただ１つの電力スイッチＳＷ、特にＩＧＢＴスイッチは、発振回路に設けられている。この変形実施形態では、複合パルスシーケンス内で使用可能なパルス形状は、もっぱら正弦波である。この変形実施形態の利点は、実装するために低い労力を必要とすることであるとわかる。好ましい代替実施形態では、パルススイッチを有する発振回路は、フルブリッジ内に具現化される。図７は、柔軟なパルス形状用のフルブリッジ回路の例示的な実施形態を説明する回路図を示す。この実施形態では、刺激コイル４は、パルスを生成するために、４つの電力スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に、フルブリッジ内で接続されている。このパルスのパルス形状を、パルスセグメントから構成できる。パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳにおける電圧は、パルスを有し、かつ充電回路２ａによって決定される。異なる電力スイッチＱ１からＱ４を、関連するＩＧＢＴドライバを介して、作動させることができる。図７に示される回路に設けられたコンデンサＣ１、Ｃ２は、電圧の対称化に役立つ。また、図７に示されるフルブリッジ回路は、いわゆるスナバ回路ＳＮを備えることができる。スナバ回路ＳＮは、インダクタンスＬがオフされたときに発生し得る電圧ピークを下げるために、設けられている。パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳは、エネルギーを蓄えるのに役立つ。スナバ回路ＳＮは、刺激コイル４に抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して接続されているいくつかのコンデンサＣ３からＣ１０を含む。スナバコンデンサは、例えば、１００から３００ｎＦの間の静電容量を有する。スナバ抵抗Ｒ１、Ｒ２は、例えば、１から１０オームの抵抗値を有することができる。ＩＧＢＴ電力スイッチＱ１からＱ４と並列に、フリーホイールダイオードＤ１からＤ４を、図７に示されるように、各場合において設けることができる。１つの可能な実施形態では、対称化コンデンサＣ１、Ｃ２は、それぞれ、０．１から１マイクロファラドの静電容量を有することができる。パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳの静電容量は、好ましくは、２０μＦより大きな、例えば６６μＦの、比較的高い貯蔵容量を有する。パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳの静電容量は、数ｍＦに達することができる。

図８は、図７に示されるフルブリッジ回路内の電流の流れを説明する図を示す。この電流の流れは、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳおよび刺激コイル４を含むＬＣ発振回路から生じるので、この電流の流れは、正弦波の進行を有する。振動の振幅は、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳの充電電圧によって決定される。振動の周波数は、キャパシタの静電容量Ｃ_ＰＬＵＳおよびコイル４のインダクタンスＬに由来する。正弦波振動のセグメントとして、位相の保持を、また、図７に示されるフルブリッジ回路を用いて、行うことができ、すなわち、ほとんど任意の数の異なるパルス形状を生成することができる。この目的のために、コイル４は、図８Ａに示されるように、電流の導通中の位相において、短絡している。この際、エネルギーがコイル４内に留まる。このため、減衰が発生する。これは、正弦波振動中と、また、位相の保持中との両方に、発生することができる。減衰は、パルスコンデンサＣ_ＰＬＵＳの刺激コイル４と電気配線との抵抗損失によってもたらされる。また、電流の進行は、電力スイッチＱｉでの時間損失によって減衰する。また、図７に示される変形実施形態では、複数の電力スイッチＱｉは、複数のＩＧＢＴによって具現化され、各ＩＧＢＴは、フリーホイールダイオードＤ１からＤ４を有する。したがって、図７に示されるフルブリッジ回路の変形実施形態では、位相の保持中に、１つの電力スイッチＱｉだけを閉じた状態に保つことで十分である。したがって、例えば、正レベルでの位相の保持のために、電力スイッチＱ１のみを閉じる必要がある。ここで、電力スイッチＱ４におけるダイオードＤ４は、必要とされる電流方向用のスイッチＱ４を自動的に閉じる。

図７に示されるフルブリッジ回路が使用される場合、３つの可能なセグメント型が生じる。このセグメント型を用いて、単一パルスを構成するまたは設定することができる。３つの可能なセグメント型は、すなわち、（時定数Ｔ＝Ｌ×Ｃ_ＰＵＬＳを有する正弦波の）立上り部と、一定部と、（時定数Ｔ＝Ｌ×Ｃ_ＰＵＬＳを有する正弦波の）立下がり部と、である。ここで、抵抗損失は無視されている。

これらの３つのセグメントを、ほぼすべての長さにおいて、かつ、任意の組み合わせにおいて、一緒に一列に並べることができる。それによって、任意のパルス形状を、広い限界内で生成することができる。このように、電力スイッチＱをランダム周波数において切り替えることができないので、切り替え損失および最小スイッチオン期間が考慮される。

図８Ａは、図７に示されるフルブリッジ回路を介する、他の電流の流れの位相を示す。図８Ｂは、生成された単一パルスに対する関連するセグメントを示す。

一例として、関連するスイッチ位置の表現を有するパルス形状が、図９、図１０、図１１に示されている。したがって、図９は、極性を変化させる、フルブリッジ回路の作動を示す。図１０は、単一極性を有する、フルブリッジ回路の作動を示す。図１１は、位相の保持を有する、フルブリッジ回路の作動を示す。

図１２は、少なくとも２つのパルスコンデンサに対するフルブリッジ回路の拡張を示す。この目的のために、複数の充電回路を設けることができる。図１２に示されるフルブリッジ回路における利点は、異なるパルスコンデンサを異なる電圧レベルまで充電することができること、である。この方法では、１ｋＨｚよりもさらに高い繰り返し率が、可能である。必要なパルスエネルギーが異なるパルス静電容量から交互に提供されることにより、より高い繰り返し率を実現できる。変形実施形態のさらなる利点は、異なる時定数の可能な使用からなる。この使用は、図７に示される単一フルブリッジ回路とは対照的に、図１３に示されるように、非対称パルス形状を強く設定しまたは形成する可能性を広げる。複合パルスシーケンスＰＳ内の非対称パルス形状の使用は、治療されている患者Ｐにおける脳の別の領域の刺激を、潜在的に可能にする。図１３は、一例として、２つの時定数Ｔ_１およびＴ_２を有する、強い非対称パルス形状を示す。

磁気刺激器１において使用されるパルス発生装置２は、調整可能な高繰り返し率を用いてパルスコンデンサＣ_ＰＬＵＳを再充電するように設けられた充電回路２ａを含む。１つの可能な実施形態では、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳの、パルス出力中に失われるエネルギーの充電が、例えば１ｍｓの時間内に、行われる。この変形実施形態では、最大繰り返し率は、１ｋＨｚである。１つの可能な実施形態では、パルスコンデンサを充電するための充電電流は、約１００Ａである。

１つの可能な実施形態では、パルス発生装置２で使用される充電回路２ａは、リニア充電回路である。さらなる代替の実施形態では、パルス発生装置２で使用される充電回路は、クロック化充電回路である。

図１４は、リニア充電回路２ａの可能な実施形態用のブロック回路図を示し、リニア充電回路２ａを、磁気刺激器１のパルス発生装置２の内部で使用することができる。充電回路２ａは、特定の電圧レベルＵ_ＶＯＬＬにパルスコンデンサを充電するのに、かつ、例えば、パルス出力後の最大１ｍｓの短い時間内に失われるエネルギーを再充電するのに、役立つ。図１４に示されるリニア充電回路２ａは、電力供給網への接続用の幹線電源アダプタＮＴと、幹線電源アダプタＮＴによって供給される電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路ＥＺＫと、パルス発生装置２の発振回路に接続された充電レギュレータと、を備える。使用される幹線電源アダプタＮＴを、標準的な幹線電源アダプタまたは整流器を有するトランスとすることができる。幹線電源アダプタＮＴの始動電圧のＵ_ＰＳを、例えば、２０００から４０００Ｖ程度の大きさとすることができる。図４に示される幹線電源アダプタＮＴを、異なる変形実施形態では、単相幹線電源アダプタまたは３相幹線電源アダプタＮＴのどちらかとして設計することができる。パルス出力における良好なデューティサイクルのため、従来の単相幹線電源アダプタは、好ましくは、必要なパルス電力を提供するために使用される。

図１４に係るリニア充電回路２ａのために、中間エネルギー回路ＥＺＫは、幹線電源アダプタのＤＣ側に設けられている。この中間エネルギー回路ＥＺＫは、幹線電源アダプタＮＴによって供給される電気エネルギーのバッファリングおよび中間貯蔵に役立つ。したがって、中間エネルギー回路ＥＺＫにおける中間回路電圧は、図１５に示されるようなＲＣ充電曲線の勾配を利用するために、かつ、したがって中間エネルギー回路ＥＺＫの急速なエネルギー再充電を可能にするために、好ましくは、発振回路のパルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳでの最大所望電圧Ｕ_{ＳＯＬＬｍａｘ}よりも大きくなるように選択される。中間エネルギー回路ＥＺＫに設けられたコンデンサは、静電容量Ｃ_ＺＷを有し、静電容量Ｃ_ＺＷは、好ましくは、パルスコンデンサのパルス静電容量Ｃ_ＰＵＬＳよりも実質的に大きく、したがって、可能な最大のエネルギー貯蔵を提供することができる。

図１４に示されるリニア充電回路２ａは、中間エネルギー回路ＥＺＫに接続されている充電レギュレータＬＲを含む。充電レギュレータＬＲは、所望の電圧値Ｕ_ＳＯＬＬまでパルスコンデンサのパルス静電容量を充電する。この目的のために、充電レギュレータＬＲの充電スイッチＳ１からＳ４は、パルスコンデンサに与えられる実際の電圧Ｕ_Ｃに依存して作動される。充電スイッチＳ１からＳ４を、好ましくは、高電圧かつ急速切り替え位相のため、ＩＧＢＴスイッチとして形成することができる。パルスコンデンサでの実際の電圧は、充電レギュレータＬＲのマイクロプロセッサＭＰによって、検出されかつ処理される。その後、充電レギュレータＬＲのマイクロプロセッサＭＰは、充電スイッチスイッチＳ１からＳ４を制御する。加えて、充放電抵抗Ｒ１からＲ４での温度を、マイクロプロセッサＭＰによって監視することができる。抵抗Ｒ５と組み合わせたスイッチＳ５は、問題の発生した場合におけるパルスコンデンサの緊急放電のために、設けられている。したがって、スイッチＳ５は、好ましくは、高電圧リレーとして形成される。この高電圧リレーを、マイクロプロセッサＭＰを介して切り替えることができる。１つの可能な変形実施形態では、高電圧リレーを、個別のハードウェア回路（図示せず）による冗長性のために、切り替えることができる。

リニア充電回路２ａ内の充電レギュレータＬＲのマイクロプロセッサＭＰを、１つの可能な実施形態では、デバイスコントローラまたはプログラム可能制御装置３に、ＣＡＮバスを介して、接続することができる。１つの可能な実施形態では、マイクロプロセッサＭＰは、冗長構成要素として使用される。この変形実施形態では、同じ方法で接続することができる２つのマイクロプロセッサが、構成されている。これらの２つのマイクロプロセッサは、それらの測定結果および作動結果を互いに検査する。例えば、２つのマイクロプロセッサの一方が機能しない場合、または、２つのマイクロプロセッサが矛盾する結果を出力した場合に、１つの可能な変形実施形態では、緊急放電をスイッチＳ５および抵抗Ｒ５を用いて、行うことができる。代替の変形実施形態では、冗長マイクロプロセッサが構成されていない場合、さらなる冗長回路が、電圧を監視するために、好ましくは、具現化される。エラーが発生した場合、特に、過電圧が発生した場合、そのとき、この検査回路または検査実体は、スイッチＳ５および抵抗Ｒ５を用いて、高電圧をオフにする。特に、磁気刺激器１が医療機器として使用される場合に、この冗長回路が設けられる。

図１６は、図１４に示されるＬＲリニア充電回路２ａの充電レギュレータＬＲ内で、充電スイッチＳ１からＳ４の動作を説明する図を示す。図１６に示される変形実施形態では、充電スイッチＳ１からＳ４の作動は、充電レギュレータＬＲのマイクロプロセッサＭＰによって、直接にバイポーラドライバステージを介して、行われる。図１６は、パルスコンデンサでの電圧の進行Ｕ_Ｃと、異なる状況に対する充電スイッチＳ１からＳ４のために必要な作動信号とを示す。

調整可能な繰り返し率を用いてパルスコンデンサを再充電するために磁気刺激器１のパルス発生装置２内で使用される充電回路２ａは、さらなる実施形態におけるクロック化充電回路とすることができる。図１７は、クロック化充電回路２ａの例示的な実施形態を説明するブロック回路図を示す。クロック化充電回路２ａは、図１７に示されるように、電力供給網への接続用の幹線電源アダプタＮＴと、連続操作用の第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータによって供給される電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路ＥＺＫと、パルス発生装置２の電流回路に接続された、パルス操作用の第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、を備える。幹線電源アダプタは、ダイオードフルブリッジおよび入力フィルタを備える。幹線電源アダプタに接続された第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、連続操作、例えば、２０００Ｗ連続定格のために、配置されている。第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、事前設定電圧、例えば、４００Ｖにおいて中間エネルギー回路ＥＺＫの中間回路コンデンサＣ_Ｓを、連続的に充電する。中間エネルギー回路ＥＺＫは、好ましくは、中間回路コンデンサにおける貯蔵エネルギーが、発振回路のパルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳにおける貯蔵可能最大エネルギーと比べて大きくなるように、配置されている。図１７に示されるクロック化充電回路２ａの第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、例えば、５０００Ｗまでの、大量のエネルギーの伝送用のパルス操作のために、配置されている。したがって、デューティサイクルは、好ましくは、適切に大きさが決められている。第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、刺激における休止中に、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを充電する。図１７に示されるように、発振回路ＳＷが閉じ、パルスが出力されるとき、第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、作動しない。第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、発振回路のパルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳに直接的に作用し、そのため、もっぱら容量性負荷を駆動する必要がある。このことは、高リップルコンテンツに繋がる。というのは、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳでの充電電圧が、第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、もはや活性化されていないときにのみ、パルス出力のために使用されるため、クロック化充電処理が全く重大ではないためである。

１つの可能な実施形態では、電力形態補正、ＰＦＣは、クロック化充電回路２ａの第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータで行われる。この切り替えステップは、特定の定格電力からの規範的に規定された電力形態補正を実行するように役立つ。このような電力形態補正を用いて、電力供給網からの電流の引き込みが、できるだけ正弦波的となることを確実にすることができる。図１８は、完全な正弦波電流の引き込みと比較した、コンバータ入力での可能な電流の流れを示す。電力形態補正の操作のモードは、入力（操作の型ＣＣＭ＝連続導通モード）において測定された正弦波電圧に応じて引き込まれる電流を制御することからなる。したがって、図１８に示される連続正弦波線は、理想的な状態を示す。その他、破線は、ＰＦＣを有する電流の引き込みを示し、かつ、コンバータの切り替え時間を表す（破線は、理想状態への近似値を表す）。

ブーストコンバータとしての電力形態補正（ＰＦＣ）回路の１つの可能な実施形態が、図１９に示されている。設けられたスイッチＳ１が閉じられる場合、コイル電流が、コイルＬによって作り上げられる。その後、スイッチが開かれる場合、電流が、ダイオードＤを介して中間回路コンデンサに流れる。ここで、コイル電流が減少する。下限閾値に達すると、スイッチＳ１が閉じられ、コイル電流が増加する。図１９に示される変形実施形態は、中間回路コンデンサにおける低電圧（例えば、４００Ｖ）のため、スイッチＳ１を、また、ＭＯＳＦＥＴとして形成することができるという特別な利点を有する。あるいは、スイッチＳ１を、ＩＧＢＴ電力スイッチとして同様に具現化することができる。

別の変形実施形態が、図１７に示されるクロック化充電回路２ａ内の充電レギュレータに対して可能である。１つの可能な変形実施形態では、第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、図２０に示されるように、プッシュプルフラックスコンバータとして具現化される。この変形実施形態では、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを充電のみすることができる。パルスコンデンサの放電は、リニア充電回路の場合と同様の方法により、さらなるスイッチおよび放電抵抗を介して行われる。このように、この変形実施形態では、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳは、１つの極性を用いてのみ充電することができ、極性の反転は容易に可能ではない。図２１は、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを通る電流の流れを示す。図示の変形実施形態では、電流の流れＩは、遮断されておらず、すなわち、連続的に流れる充電電流が存在する。Ｈブリッジを有するトランスの作動のおかげで、このトランスには、両方の電流方向において交互に負荷が掛けられる。

さらなる変形実施形態では、図１７に示されるクロック化充電回路２ａの充電レギュレータＬＲを、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを充電するフライバックコンバータとして形成することができる。図２２は、充電レギュレータＬＲがフライバックコンバータとして形成された変形実施形態の回路図を示す。このように、切り替えの労力は、図２０に示されるプッシュプルフラックスコンバータと比較して、低減される。図２２に示される充電レギュレータＬＲの変形例では、エネルギーが伝送トランスから引き出されたとき、すなわち、充電電流が図２３に示されるように遮断されたときに、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳが充電のみされる。図２に示される充電レギュレータＬＲのスイッチＳ１が閉じられた場合、電流がトランスを介して増加し、ここで、エネルギーが転送される。対照的に、スイッチＳ１が開いている場合、エネルギーは、トランスからパルスコンデンサに流れる。ここで、トランスにおける電流の流れは、スイッチＳ１が閉じられるまで、減少する。このことの欠点は、充電電流の断続的な操作である。ここで、同一量のエネルギーが伝送されるとき、図２０に示されるように、プッシュプルフラックスコンバータにおいてよりも高い電流最大値が必要とされる。また、図２２に示される充電レギュレータＬＲを用いると、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを１つのみの極性を用いて充電するという、すなわち、極性の反転が容易には可能ではないという欠点がある。

図１７に示されるクロック化充電回路内の充電レギュレータのさらなる変形実施形態では、この充電レギュレータは、パルスコンデンサを充電および放電するフライバックコンバータとして形成されている。この変形実施形態では、フライバックコンバータは、図２４に示されるように、さらなるスイッチによって拡張されている。このように、回路トポロジーを、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳを充電するために、また放電するために、使用することができる。

充電レギュレータＬＲの上述した変形実施形態では、それぞれの場合に、生成された電圧用の測定装置と、スイッチの作動用の関連するマイクロプロセッサとは、明確にするために図示されていない。

図２４に示される変形実施形態におけるスイッチＳ７が、開かれた状態に保たれ、かつ、スイッチＳ１がクロックされている条件では、コンバータは、図２２に係る以前に説明した変形実施形態のように、動作する。対照的に、スイッチ場合Ｓ１が開いた状態に保たれ、かつ、スイッチＳ７が、クロックされた状態で作動される場合、エネルギーは、まず、パルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳからトランスに送信され（閉じられたスイッチＳ７）、その後、トランスから中間回路コンデンサＣ_Ｓに送信される（閉じられたスイッチＳ７）。この実施形態では、中間回路コンデンサＣ_Ｓと、したがってまた第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータとの、電圧レベルの影響が、考慮されるべきである。例えば、第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータは、４００Ｖの電圧に中間回路コンデンサにおける電圧を保とうとする。しかし、ここで、中間回路コンデンサは、５００Ｖの充電電圧まで耐えることができる。中間回路コンデンサＣ_Ｓが４００Ｖの電圧レベルを有し、さらに、パルスコンデンサが中間回路コンデンサＣ_Ｓに対して完全に放電されるとき、この電圧を達成することができる。図２４に示される変形実施形態では、スイッチＳ７は、比較的高い電圧レベルのため、ＭＯＳＦＥＴとして形成することができない。したがって、スイッチＳ７は、この変形実施形態では、好ましくは、ＩＧＢＴスイッチとして設計されている。図２４に示される回路トポロジーの利点は、能動放電処理を通じてエネルギーの回収を達成することからなる。

磁気刺激器１内のパルス発生装置２の充電回路２ａを、リニア充電回路として、またはクロック化充電回路として、形成することができる。例えば、図１４は、リニア充電回路を有する実施形態を示す。対照的に、図１７は、クロック化充電回路を有する変形実施形態を示す。クロック化充電回路と比較して、リニア充電回路は、高電圧に適しかつ例えば２０００Ｖ以上のコンデンサ電圧を有する中間回路コンデンサを必要とする。抵抗であって、その抵抗を介して中間回路からのエネルギーがパルスコンデンサＣ_ＰＵＬＳに送信される抵抗は、刺激コイル４へのパルス出力中のパルス損失に加えて、追加的な損失につながる。ここで、このことは、温度におけるかなりの上昇に関連し得る。対照的に、クロック化充電回路は、例えば、４００Ｖの比較的低い電圧レベルにおいて、中間回路のエネルギーを貯蔵できる。パルス出力のために必要な高電圧は、パルスコンデンサ自体においてのみ、または、切り替えられたモードの幹線電力供給の出力においてのみ、発生する。したがって、クロック化充電回路内の損失は、リニア充電回路を使用した場合よりも、低い。このため、クロック化充電回路を、リニア充電回路よりも実質的によりコンパクトに構成することができる。また、クロック化充電回路は、図１７に例として示されており、リニア充電回路よりも高い程度の有効性を有する。したがって、本発明に係る磁気刺激器１の好ましい実施形態では、クロック化充電回路は、パルス発生装置２の充電回路２ａとして使用される。

本発明に係る磁気刺激器１の好ましい実施形態では、磁気刺激器１のプログラム可能制御装置３を、インタフェース６を介してコンピュータ７に接続することができる。コンピュータには、パルスシーケンスＰＳを構成するためにユーザエディタが、設けられている。このユーザエディタを、好ましくは、例えば、コンピュータが実行することができ、かつ、コンピュータのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を介してユーザに表示することができる。ユーザは、例えば、患者Ｐを治療しているユーザである。さらなる可能な実施形態では、ユーザエディタは、磁気刺激器１内に設置されたコンピュータ（組み込みＰＣ）上で実行される。この変形実施形態では、磁気刺激器１は、適切なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を有する。

図２５は、一例として、特定のパルス形状を有するパルスの設定またはパラメータ化用の操作処理を示す。１つの可能な実施形態では、パルス形状は、まず、特定のパルス設計アプリケーションを用いて、作成される。その後、この作成されたパルスを、刺激の形式にエクスポートすることができる。その後、それは、インタフェースを介して、磁気刺激器１に直接に伝達される。パルスを、エクスペリメントおよび／またはセッションまたはプロシージャを実行するために、さらに処理することができる。この目的のために、パルスを、パルス強度アプリケーションを用いて充電することができる。これにより、所望のパルス強度を調整すること、または、一連のパルスを生成することが、できる。また、パルスの順序を、それぞれのプロシージャ用の特定のランダマイザアプリケーションを介して、ランダム化することが、可能である。パルスを作りだした後、これらのパルスを、例えば、ＵＳＢスティックに読み込むことができ、ＵＳＢインタフェースを介して、磁気刺激器１にコピーすることができる。作りだされたパルスを、また、別の通信方式を介して、磁気刺激器１にコピーすることができる。１つの可能な変形実施形態では、特定のパルス形状および／またはパルス極性を有する、このように作りだされたパルスを、磁気刺激器１のメモリ内に、さらなる使用のために蓄えることができる。

図２６は、単一波（図２６Ａ）からなる、または、２重波（図２６Ｂ）からなる刺激またはパルスを説明する図を示す。図示の刺激は、刺激コイル４を流れる電流の、単一の、２重の、または多重の正弦波振動からなる。刺激パルスは、強度Ｉ_０を有し、刺激パルスを、ユーザによって定義された時間ｔに、または、形成された複合パルスプロトコルに対応して、トリガすることができる。刺激またはパルスの極性を、好ましくは、変更することができる。すなわち、最初の正弦波振動は、時間軸を中心にして反転される。図２６は、正の単振動および２倍振動用の刺激またはパルスの図を示す。刺激を、本明細書中では、図２６に示されるような長方形により、表すことができる。

図２７は、２重パルス（パルス対）を示す。同一または異なる振幅を有する２つの直接的に連続した刺激またはパルスが、２重パルスとして指定されている。図２７は、関連付けられている電流の時間進行を用いた、刺激コイル４を通る、２重パルスの概略図を示す。２つの刺激またはパルス間の時間間隔は、Ｔ_ＰＰと、ΔＩによる強度の差とによって、指定されている。図２７は、複合パルスシーケンスＰＳ内で、最も頻繁に使用される２つの２重パルスの変化を示す。１つの可能な変形実施形態では、評価パルスＥＰは、このような２重パルスによって形成される。

同一強度を有する刺激の間の時間間隔ｔ_ＩＳＩは、刺激間間隔として指定されている。パルスシーケンスまたはパルスプロトコルＰＳは、異なる、定義された属性を有する、複数の刺激または複数のパルス、複数のパケット／複数のバースト、および複数の２重パルスの際に、直列配置を構成する。パルスシーケンスまたはパルスプロトコルＰＳは、自動的に処理されおよび／または出力される。パルス形状または刺激形状は、刺激コイルまたは処置コイルを通る電流の時間プロファイルの曲線形状である。患者Ｐの２相刺激の場合、例えば、単一波、２重波、および多重波がある。

図２９は、複合パルスシーケンスＰＳのパルストレインＰＺ内のパルスパケットＰＰの構造を示す。パルスパケットまたはパルスバーストＰＰは、刺激間間隔ｔ_ＩＳＩを有するｎ個の刺激またはパルスのコンテナを指定する。パルスパケットまたはパルスバーストＰＰ内で、すべてのパルスまたは刺激の、強度Ｉ、極性、および刺激間間隔が、同一に保たれている。ｎ＝４の刺激を有する特別な場合は、４重パルス刺激として指定されている。

図３０は、パケット間隔またはバースト間間隔を明確にする図を示す。パケット間隔またはバースト間間隔ｔ_ＩＢＩは、２つのパルスパケットまたは２つのパルスバースト間の時間間隔である。２つの連続パルスパケットＰＰは、必ずしも同じではない。

図３１は、単一波を説明する図である。単一波は、２相刺激の最も単純な刺激形状またはパルス形状を設定する。単一波は、図３１に示されるように、事前設定期間τを用いた、正確に１つの単一正弦波振動からなる。

図３２は、２重波を示す図である。２重波は、図３２に示されるように、２つの完全な正弦波振動からなる。このように、任意の数の連続した正弦波振動を有することが可能である。しかし、システムによって課されたデバイスの減衰のため、振幅は、指数関数的に減少し、それにより、実用的用途は、まれにのみ２より大きな振動からなされる。

図３３は、一例として、複数のパルストレインＰＺを有する複合パルスシーケンスＰＳを示す。各パルストレインＰＺは、複数のパルスパケットＰＰからなる。複数のパルスパケットＰＰは、それらの一部が、一連のパルスからなる。パルストレインＰＺは、ｎ個の異なるパルスパケットまたはパルスバーストＰＰのコンテナを指定し、かつ、図３３に示されるように、複合パルスシーケンスＰＳのまたは複合パルスプロトコルの最上ネストレベルを形成する。種々の異なるパルストレインＰＺを連続して提供することができる。２つのパルストレインＰＺ間の時間間隔は、トレイン間間隔ｔ_ＩＴＩとして指定される。

繰り返し率は、単位時間当たりの刺激またはパルスの数を示す。従来の刺激器は、通常、１００Ｈｚまでの繰り返し率を達成する一方、本発明に係る磁気刺激器１のパルス発生装置２を用いると、１ｋＨｚまでおよび１ｋＨｚよりも高い繰り返し率を設定することができる。

複合パルスシーケンスＰＳの基本プロトコルは、パルスパケットＰＰからなり、個別のパルスまたは刺激が、その中に含まれている。基本プロトコルのパラメータ化は、例えば、刺激間間隔ｔ_ＩＳＩまたはパルス形状またはパルスパケットＰＰ当たりのパルスの割合およびパケット間隔ｔ_ＩＢＩを示すことができる。

図３４は、変形プロトコルまたは複合パルスシーケンスであって、その中に含まれた評価パルスＥＰを有する変形プロトコルまたは複合パルスシーケンスを示す。この評価パルスＥＰは、２つのパルスパケットＰＰの間に設けられ、かつ、例えば、２重パルスとして形成され得る。一般的には、トリガ信号は、この評価パルスＥＰに関する磁気刺激器からトリガされ、それにより例えば、運動筋反応を測定するためにＥＭＧ増幅器を始動させる。基本プロトコルのパラメータ化のオプションに加えて、以下のパラメータを、図３４に示される変形プロトコルにおいて調整することができる。すなわち、評価パルスのパルス強度（０から１００％）、評価パルスＥＰを形成する２重パルスの２つのパルス間のパルス強度差ΔＩ（例えば、ΔＩ＝＋／−２０％）、最後のパルスパケットｔ_ＥＶからの間隔（例えば、１００ｍｓ）、および次のパルスパケットｔ_{ＤＥＬＡＹ}までの間隔（例えば、同様に少なくとも１００ｍｓ）である。

１つの可能な実施形態または変形プロトコルでは、複合パルスシーケンスＰＳの異なるパルスパケットＰＰ間の個別のパルスまたは刺激の極性を、反転させることができる。例えば、最初のパルスパケットＰＰのパルスが正パルスである場合、後続のパルスパケットＰＰ内のパルスの極性を負にすることができる。パルスパケットＰＰ内のパルスの極性の反転は、一般的には与えられない。

本発明に係る磁気刺激器１の１つの可能な変形実施形態では、Ｉ波の待ち時間が決定される。Ｉ波の待ち時間は、個人によって異なるか、患者によって異なる。Ｉ波の待ち時間を、基本波に対しては、１ｍｓから２ｍｓの範囲内とすることができる。他のすべてのＩ波の待ち時間は、この基本待ち時間の整数倍である。１つの可能な実施形態では、患者ＰのＩ波の待ち時間は、運動筋反応を測定することにより、異なる刺激間間隔を有する２重パルス（パルス刺激対）の出力によって決定される。このように、最大の運動筋応答が測定されるまで、刺激間間隔が連続的に調整される。この刺激間間隔は、患者のＩ波の待ち時間に相当する。

複合パルスプロトコルまたは複合パルスシーケンスＰＳの印加中に、必要に応じて、人間の脳内の可塑性の変化を誘導するために、治療中の決定されたＩ波の待ち時間にプロトコルパラメータを適合することが、最大の効果を発揮する。

図３５は、一例として、本発明に係る磁気刺激器１を用いて行うことができるような操作手順を示す。患者Ｐの治療または磁場に対する組織の露出は、いわゆるプロシージャ（セッション）内で行われる。プロシージャ中に、複合パルスシーケンスは、刺激コイル４を介して、調査されるべき組織に出力される。複合パルスシーケンスＰＳは、個別のパルスまたは刺激の最も単純な場合を基礎とする。複合パルスシーケンスＰＳは、プロシージャ中に出力されるが、パルストレインＰＺからなる。パルストレインＰＺは、それらの部分に関して、パルスパケットＰＰのパルスバーストからなる。パルスバーストまたはパルスパケットＰＰは、刺激またはパルスを含む。刺激は、単一パルスとすることができるが、図３５に示されるように、多重パルスとすることもできる。本発明に係る磁気刺激器１を用いて、ユーザが個別に複合パルスシーケンスＰＳを設定することが可能である。１つの可能な実施形態では、そのパルス形状に対するパルスの設定の後に、または、複合パルスシーケンスの設定の後に、エディターは、設定されたパルスまたは設定されたパルスシーケンスＰＳが許容可能であるか否かを検査する。

図３６は、本発明に係る磁気刺激器１において使用され得るユーザエディタの操作のモードの説明用のグラフィカルユーザインタフェース、ＧＵＩ上の表示を示す。図３６において、パルス周波数は、セッションまたはプロシージャ中に形成され、２相波形を有する９つの個別のパルスからなる。図３６に示されるように、強度Ｉを、さまざまな変形において選択することができる。また、ユーザは、トリガ時間を設定することが可能である。各設定トリガポイントで、磁気刺激器１は、インタフェースを介して信号を出力する。この信号を、この刺激に続く筋反応を格納するための記録装置が、使用できる。

ユーザエディタでは、パルストレインＰＺおよびパルスバーストまたはパルスパケットＰＰを、それぞれ、専用補助装置が生成できる。したがって、例えば、ドロップダウンボックスにおいて、パルスパケット用の「バースト」またはパルストレイン用の「トレイン」を、ユーザが選択できる。パルストレインＰＺは、パルスパケットに基づいており、パルスパケットのＰＰは、刺激に基づいている。セッションまたはプロシージャを、刺激またはパルスシーケンスＰＳとして格納することができ、かつ、ユーザエディタのバースト設計器においてさらに使用することができる。１つの可能な実施形態では、ユーザエディタは、刺激設計器、パルスパケット補助装置ＰＰＡ、およびパルストレイン補助装置ＰＺＡを含む。これらの補助装置は、大きな間隔が個別のパルス間に発生する場合に、特に適している。

図３７は、表示されたユーザエディタにおいてバーストＰＰがユーザによって追加された図を示す。

図３８は、パルストレインＰＺがユーザインタフェースを介してユーザによって追加された図を示す。

図３９は、一例として、刺激またはパルスの設定用の刺激設計器を示す。ユーザは、例えば、「詳細」をクリックすることによって、刺激またはパルスの機能を変更する選択枝を有する。例えば、ユーザは、刺激またはパルスのまたはそれぞれの波の、開始の極性または期間を調整することができる。１つの可能な実施形態では、形成されまたは設定されたそれぞれの刺激またはパルスを、格納することができ、かつ、さらなる処理のために、このメモリからダウンロードできる。パルスシーケンスＰＳを、患者Ｐにおけるそれらの効果に関して、および／またはそれらのパルス構造に関して、評価することができる。パルスシーケンスＰＳを、患者における測定結果および／または効果と相関させることができる。

図４０Ａ、図４０Ｂは、一例として、バースト補助装置ＰＰＡを用いて形成されたパルスパケットＰＰを示す。図４０Ｂは、トレイン補助装置ＰＺＡを用いて形成されたパルストレインＰＺを示す。

さらなる可能な実施形態では、一例として図４１に示されるように、パルス選択器を用いて、パルスのパルス形状を設定することが可能である。図４１に示される例示的な実施形態では、選択画面は、２つの部分に形成されている。パルス選択器は、好ましくは、デバイス上で直接に実行され、かつ、デバイスに格納されているプロトコルの選択に役立つ。この方法では、磁気刺激器１の操作も、外部ＰＣの接続なしに、可能である。左側の領域では、パルス形状を選択することができ、パルス形状は、選択画面の右側部分にグラフィカルに示されている。有効パルスおよび無効パルスを、左側領域における選択ツリーに応じて特徴づけることができる。種々のパルスの特性時間も、示すことができる。曲線の種類、すなわち、コイル電流、電場または電場勾配を、メニューにおけるドロップダウンフィールドによって選択することができる。

パルス設計器を用いて、各パルスのパルス形状を構成するまたは確立することが可能である。図４２は、例えば、正弦波、２つの休止、および負の半波からなる合成パルスを示す。ダブルクリックすることで、個別の部分の持続時間を編集することが可能である。パルスの異なる部分の長さも、マウスを用いてドラッグすることによって変更することができる。

本発明に係る磁気刺激器１は、生体組織の磁気刺激器のために使用することができる。磁気刺激器は、非侵襲的であって、ほとんど痛みのない方法である。この方法を用いて、組織内の神経は、磁場によって影響される。磁場は、その電気的作動における誘導を介して、時間の経過とともに変化することができる。このように、神経を、活性化させまたは抑制することができる。

磁気刺激器１の刺激コイル４は、皮膚の表面に近接して配置される。刺激コイル４は、時間の経過とともに急速に変化できかつ組織に浸透する磁場を、発生させる。この浸透磁場は、組織の導電領域内への誘導をもたらす。さらなる適用では、組織内に刺激コイル４を導入することも可能である。

本発明に係る磁気刺激器１の使用は、患者Ｐの皮膚表面がどのようなものであれ、特別な準備を必要としない。磁気刺激器１は、衣類、毛髪などを通過する磁場を生成することができ、刺激を生成する。磁場が、例えば、頭蓋冠のような骨構造に浸透するので、深い領域にさえ達することができる。浸透の深さは、数センチメートルに限られている。

良好な刺激は、刺激コイル４によって誘導される磁場の強度および方向と、磁気刺激器１に設定されたパルス形状とに、依存している。決定された刺激閾値は、それぞれ、調査のプロシージャまたはセッションに適用する。というのは、それらの刺激閾値は、各患者の生理的な性質（疲労、神経過敏または例えば血糖値）に大きく依存しているためである。

異なる患者間または比較可能な被験者間に磁気刺激を行うために、刺激強度は、個別の運動刺激閾値に関して、好ましくは正規化される。運動閾値は、少なくとも半分の場合において弛緩した筋肉内の特定の筋活動電位を生成するのに十分である最小の刺激強度として、定義される。弛緩した筋肉において得られる閾値は、このように、休止運動閾値、ＲＭＴとして指定される。能動運動閾値ＡＭＴを、同様に、予め緊張させた筋肉において決定することができ、能動運動閾値ＡＭＴは、通常、休止運動閾値ＲＭＴよりも５から２０％低い。本発明に係る磁気刺激器１は、異なるパルス形状の出力を可能し、それらの異なるパルス形状を自ら構成することができる。１つの可能な実施形態では、出力されるべき刺激パルスの強度Ｉを、磁気刺激器１のユーザインタフェースにおける設定ホイールによって、調整することができる。また、１つの可能な実施形態において、格納されたパルス形状を、ディスプレイ上のパルス選択器を介して、選択スイッチにより選択することができる。

また、設定ホイールを用いることにより、１つの可能な実施形態では、繰り返し周波数または繰り返し率を調整することが可能である。さらなる実施形態では、パルスシーケンスの持続時間を選択するために、さらなる設定ホイールを使用することが可能であり、すなわち、パルスシーケンスの最大長さが出力される。

磁気刺激器１の単一パルス操作では、ボタンの作動時に、選択されたパルス形状を有する単一刺激パルスが出力される。磁気刺激器１の繰り返し操作において、設定された繰り返し周波数または繰り返し率を有するパルスシーケンスが、特定のボタンが押された状態に保たれている限り、出力される。

可能な実施形態では、パルス強度、パルスシーケンス、パルスシーケンス持続時間、およびパルス形状に対する、現在設定値を、ユーザがメモリボタンを押すことによって、格納することができる。磁気刺激器１がオフされたときも、保存された値が得られる。それにより、例えば、磁気刺激器１をオンにした後に、予め格納された標準設定の設定を、急速にかつ簡単に読みだすことができる。

１つの可能な実施形態では、操作要素が事前設定時間の間作動されなかった場合、磁気刺激器１は、待機モードに変化する。待機操作モードを終了させるために、例えば、磁気刺激器１の前面プレート上の、任意の操作要素を、作動させることができる。この方法では、磁気刺激器１は、操作可能な状態に置かれ、対応する表示が点灯する。

単一パルスをトリガするために、磁気刺激器１がオンされる。ここで、刺激コイル４が接続されているかどうかについて、検査がなされる。このようにして、次に、設定素子上の所望のパルス強度を、選択することができる。また、パルス周波数が設定される。特定の操作要素、例えば、空気圧フットスイッチの作動によって、刺激コイル４を、正確に設定するまたは活性化することができる。その後、パルスボタンの作動により、単一パルスが出力される。

パルスシーケンス、特に、複合パルスシーケンスＰＳを解釈するために、例えば、長期表示モードに変更することが可能である。ここで、所望のパルスシーケンス持続時間が選択される。刺激コイル４の活性化用の空気圧フットスイッチの作動後に、パルスボタンを作動させることができる。したがって、各ボタンが押された状態に保たれる限り、所望のパルスシーケンスが、患者Ｐに出力される。設定されたパルスシーケンス持続時間に到達した後には、ボタンが押されたままであっても、パルス出力は自動的に停止される。

本発明に係る磁気刺激器１では、非常に高い繰り返し率を用いて刺激またはパルスを生成することができる。これは、パルス損失の急速な再充電のため可能である。本発明に係る磁気刺激器１は、１０００Ｈｚより高い周波数の繰り返し率を達成することができる。このことは、このように、明らかに長くかつより安定した効果を、刺激中に、達成することができるという利点を提供する。この刺激は、基礎研究中に関連し、かつ、治療用途においても関連する。強い持続的な効果は、患者Ｐにおける治療の成功のための必要条件である。

図４３は、繰り返し刺激によって達成できる効果を説明するために、正常な筋電位を示す。垂直の矢印は、効果の大きさを象徴する。すなわち、上昇は、脳の興奮性における増加を意味し、下降は、脳の興奮性における減少を意味する。図示された水平の矢印は、患者Ｐの個別の筋肉において推定することができる効果の持続時間を示し、この持続時間は、興奮性における変化についての直接的な結論を可能にする。曲線ＣＴＢＳ（連続シータバースト）は、最大で５０Ｈｚ（ｔ_ＩＳＩ＝２０ｍｓ）の周波数の従来のプロトコルを用いた効果を示す。図４３に示される他の２つの曲線は、本発明に係る磁気刺激器１を用いて、いわゆる４重パルスを用いて実行される研究を示す。この研究は、２００Ｈｚの繰り返し率（ｔ_ＩＳＩ＝５ｍｓ）および２０Ｈｚの繰り返し率（ｔ_ＩＳＩ＝５０ｍｓ）において、実行される。図４３に示されるように、本発明に係る磁気刺激器１を用いた高周波数刺激の場合における効果は、従来の刺激と比べて、より長くかつより顕著である。図４３において、「前」は、刺激の前の状態を意味し、一方、「後」は、０から６０分の時間範囲の刺激の後の１から４分を意味する。

対象者または患者Ｐの生理学的特徴に適合する個別の刺激が可能となるので、複合パルスパターンまたはパルスシーケンスＰＳの設定の自由度は有利である。磁気刺激器による個別化した刺激の具体例は、いわゆるＩ波に適合された刺激である。この刺激は、従来の磁気刺激器において、２つのパルスのみを用いて可能である。ここで、観察された効果は、非常に短い時間の間のみ持続する。特に、複数のパルスを用いた、特に４から８のパルスを用いた、磁気刺激器の適用の適合は、達成される効果にとって関連性がある。この効果は、それにより、著しく拡張され得ると共に、より顕著である。また、脳または組織内の電流の流れ方向は、パルス極性によって決定されるが、関連する影響も有する。

図４４は、刺激された脳内における電流の流れ（これは極性における変化に対応する）における反転の効果を示す図であり、これは、本発明に係る磁気刺激器１を介して可能である。図４４において、６６６Ｈｚの周波数の、いわゆるＩ波適合刺激が示されている。ＡＰは、脳内の電流の流れを意味し、この電流の流れは、経頭蓋磁気刺激器ＴＭＳによって生成され、前方から後方に流れる。ＰＡは、後方から前方に流れる電流を意味する。図４４における水平の矢印は、効果の持続時間を示し、かつ、垂直の矢印は、効果のレベルを示す。図４４において、極性が反転したときに、脳の興奮性における増加から減少への効果における反転を確認することが可能である。「前」は、高周波経頭蓋磁気刺激器ＴＭＳによる介入の前の状態を意味する。「後」は、介入の開始後の０から６０分内の状態を意味する。

また、２重正弦波の印加後には、図４５に示されるように、さらに低いばらつきを有する同一効果を実験的に証明することが可能である。これらの刺激形状（約２分）の短さは、若い患者または子どもＰにおける調査にとって、刺激形状を実用可能にする。図４５は、２重正弦波の場合における４重刺激の効果を示す。この効果を、本発明に係る磁気刺激器１を用いて、実現することができる。６６６Ｈｚの周波数での、すなわち４つのパルス間に１．５ｍｓ間隔でのＩ波適合刺激が、同様に図示されている。水平の矢印は、効果の持続時間を示し、垂直方向の矢印は、効果のレベルを示す。図４５は、ごく少数の対象者Ｐに対する測定中でさえばらつきが低い非常に安定した効果（脳の興奮性における増加）を示す。

柔軟に設定可能なパルスシーケンスを有する本発明に係る磁気刺激器１のさらなる決定的な利点は、患者Ｐの個別の生理学的特徴へのパルス形状の個別の適合である。例えば、子供において、いわゆる運動閾値は、刺激部位での脳の興奮性の尺度を表すが、成人患者における運動閾値よりも高い。小児神経学的診断においておよび基礎研究において、従来の磁気刺激器を使用するとき、このことは、大変若い対象者を限定的にのみ調査できることを、しばしば意味する。

図４６は、異なるパルス形状の場合における運動閾値が示されている図を示す。パルスは、（脳内において）前方から後方への電流の流れ方向ＡＰにおいて、または、前方から後方への逆電流の流れ方向ＰＡにおいて、脳に印加される。図４６において、パルス形状の運動閾値は、前方から後方に（ＡＰ）印加されるが、後方から前方に（ＰＡ）印加されるまたは負の極性を有するパルスよりも、長いことを理解できる。

本発明に係る磁気刺激器１の場合に使用されるグラフィカルインタフェースを有するユーザエディタは、ユーザによる単純な直観的な操作を、特にパルスプロトコルまたは複合パルスシーケンスＰＳの簡単な設定を、可能にする。また、磁気刺激器１のパラメータのフィードバックによって、測定された神経生理学的パラメータに対する自動適合を実行することができる。磁気刺激器１の使用によって、プロトコルの強く減少した個体間のばらつきと、既存の従来のプロトコルに関する明確な効果を有する皮質可塑性の安定した誘導とを、達成できる。これらの効果的な可塑性を誘導するパルスプロトコルまたはパルスシーケンスＰＳは、特に神経学的状態および精神医学的状態の場合における、彼／彼女の神経可塑性を最適化するために、患者Ｐへの治療的介入を可能にする。さらに、本発明に係る磁気刺激器１は、科学的知識を得るために、人間の脳のより広範な調査を可能にする。

Claims (15)

1. 磁場による組織の刺激用の磁気刺激器（１）であって、
   （ａ）パルスコンデンサ（Ｃｐｕｌｓ）を備えるパルス発生装置（２）であって、前記パルスコンデンサ（Ｃｐｕｌｓ）は、複数のパルスからなっていて調整可能な繰り返し率を有するパルスシーケンス（ＰＳ）を生成するように、充電回路（２ａ）によって充電されることができる、パルス発生装置（２）を備え、
   前記パルス発生装置（２）は、前記パルスコンデンサ（Ｃｐｕｌｓ）および刺激コイル（４）を含む発振回路（２ｂ）を備え、前記刺激コイル（４）は、複数のパルスを生成するように、複数の電力スイッチ（Ｑｉ）を有するフルブリッジ回路内にあり、前記複数のパルスのパルス形状は、複数のパルスセグメントからなり、
   前記複数の電力スイッチ（Ｑｉ）のそれぞれは、プログラム可能制御装置（３）によって制御されることができる駆動回路（ＴＳ）に接続され、
   （ｂ）前記プログラム可能制御装置（３）は、個別に設定可能な複数の単一パルスを有する複合パルスシーケンス（ＰＳ）を生成するために、前記パルス発生装置（２）を調整し、生成された前記複合パルスシーケンス（ＰＳ）が、前記磁場を生成するために、前記刺激コイル（４）に印加され、前記複数の単一パルスは、前記複数の単一パルスのパルス形状およびパルス極性に関して個別に設定可能である、
   磁気刺激器（１）。
2. 前記パルス生成装置（２）によって出力される前記複合パルスシーケンスは、複数のパルストレイン（ＰＺ）を備え、前記複数のパルストレイン（ＰＺ）のそれぞれは、複数のパルスパケット（ＰＰ）を含み、前記複数のパルスパケット（ＰＰ）のそれぞれは、一連の複数のパルスからなっており、前記複数の単一パルスのパルス形状および／またはパルス極性は、個別に設定されることができる、請求項１に記載の磁気刺激器。
3. 前記磁気刺激器（１）の前記プログラム可能制御装置（３）は、インタフェース（６）を介してコンピュータ（７）に接続されることができ、そのコンピュータに、ユーザエディタが、前記パルスシーケンス（ＰＳ）を設定するために設けられている、請求項１または２に記載の磁気刺激器。
4. 前記磁気刺激器（１）に接続された前記コンピュータ（７）の前記ユーザエディタは、前記複数の単一パルスのパルス形状の設定用の刺激設計器と、複数の単一パルスからなる少なくとも１つのパルスパケット（ＰＰ）の設定用のパルスパケット補助装置（ＰＰＡ）と、複数のパルスパケット（ＰＰ）からなる少なくとも１つのパルストレイン（ＰＺ）の設定用のパルストレイン補助装置（ＰＺＡ）と、を備える、請求項３に記載の磁気刺激器。
5. 前記ユーザエディタによって設定される前記パルスシーケンス（ＰＳ）は、前記コンピュータ（７）から、前記磁気刺激器（１）の前記インタフェース（６）を介して、前記磁気刺激器（１）の前記プログラム可能制御装置（３）に送信され、かつ、前記磁気刺激器（１）のメモリユニットに格納される、請求項１から４のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
6. 前記パルスシーケンス（ＰＳ）の前記繰り返し率は、秒当たりのパルス数を表し、かつ、０から１ｋＨｚの範囲内で調整されることができる、請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
7. 前記磁気刺激器（１）の前記パルス発生装置（２）によって生成される前記複合パルスシーケンス（ＰＳ）の複数のパルスパケット（ＰＰ）間に、刺激された前記組織の運動筋反応の測定用の評価パルス（ＥＰ）が、出力される、請求項２から６のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
8. 前記パルスセグメントは、正弦波状に上昇するパルスセグメントと、一定のパルスセグメントと、正弦波状に下降するパルスセグメントとを備える、請求項１から７のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
9. 前記磁気刺激器（１）の前記パルス発生装置（２）は、調整された前記繰り返し率を用いて前記発振回路（２ｂ）の前記パルスコンデンサ（Ｃｐｕｌｓ）を再充電するための充電回路（２ａ）を有する、請求項１から８のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
10. 前記パルス発生装置（２）の前記充電回路（２ａ）は、電力供給網への接続用の幹線電源アダプタ（ＮＴ）と、前記幹線電源アダプタから供給される電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路（ＥＺＫ）と、前記パルス発生装置（２）の前記発振回路（２ｂ）に接続された充電レギュレータ（ＬＲ）と、を備えるリニア充電回路である、請求項９に記載の磁気刺激器。
11. 前記パルス発生装置（２）の前記充電回路（２ａ）は、
    電力供給網への接続用の幹線電源アダプタ（ＮＴ）と、
    連続操作用の第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、
    前記第１ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータから供給される前記電気エネルギーの中間貯蔵用の中間エネルギー回路（ＥＺＫ）と、
    前記パルス発生装置（２）の前記発振回路（２ｂ）に接続されたパルス操作用の第２ＤＣ／ＤＣ切り替えレギュレータと、を備えるクロック化充電回路である、請求項９に記載の磁気刺激器。
12. 前記パルス発生装置（２）は、前記刺激コイル（４）が前記磁気刺激器（１）に接続されているかどうかを監視するコイル監視回路（２ｃ）であって、前記刺激コイル（４）の操作パラメータを監視するセンサを備えるコイル監視回路（２ｃ）を備える、請求項１から１１のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
13. 前記プログラム可能制御装置（３）は、前記磁気刺激器（１）のパラメータのシステム検査が正常に終了した後にのみ、前記パルス発生装置（２）に、前記刺激コイル（４）へ前記パルスシーケンス（ＰＳ）を出力させる、請求項１から１２のいずれか１つに記載の磁気刺激器。
14. 前記プログラム可能制御装置（３）は、測定信号を伝導するためにおよびトリガ信号を生成するために、刺激されるべき組織に取り付けられた導電電極（１０）に接続されることができる、請求項１から１３のいずれかに記載の磁気刺激器。
15. 伝導された前記測定信号は、運動閾値を決定するために、前記プログラム可能制御装置（３）によって評価される、請求項１４に記載の磁気刺激器。

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