JPH0852231A

JPH0852231A - 磁気刺激装置

Info

Publication number: JPH0852231A
Application number: JP6188002A
Authority: JP
Inventors: Akio Nagano; 秋雄永野; Koro Konno; 公郎金野
Original assignee: TAKUBO TOSHIO
Current assignee: TAKUBO TOSHIO
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】刺激対象部位を効率良く刺激することのでき
る磁気刺激装置を提供する。【構成】生体の刺激対象部位の近傍に配されるコイル
２０と、このコイルに高圧信号を所定状態で供給する電
源回路とを備える磁気刺激装置において、コイル２０を
構成する巻線の内側に形成される空間の断面積が、刺激
対象部位に近づけられる側の端部２３になるに従って減
少するようにすると共に、巻線の内側に形成される空間
に、この空間内の一部又は全部に配置される任意の形状
の磁性体２１を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば生体の特定の神
経または筋など興奮性生体組織を刺激する場合に適用し
て好適な磁気刺激装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、医療用に使用される電気刺激装置
として、生体に電気刺激を与えるものが各種開発されて
いる。この電気刺激装置は、生体に電極を取付け、装置
から生体に所定の波形の電気信号を印加して、生体の特
定部位に電気刺激を与える。そして、この電気刺激によ
る反応を測定することで、神経障害の程度などを検査す
ることができる。また、治療やリハビリテーションのた
めに電気刺激を与える場合もある。

【０００３】このような電気刺激装置は、生体に直接電
気信号を印加するので、被験者が痛みを感じる不都合が
ある。また、生体内で電流が拡散するので、刺激対象部
位が局部的な場合は電流密度が減少し、刺激効率が低下
する。このため、電気刺激のかわりに、コイルを使用し
て磁気刺激を与えて所定部位の測定，治療などができる
磁気刺激装置が開発されている。この磁気刺激装置の場
合には、コイルで磁束を発生させるだけなので、被験者
が痛みを感じることがない。また生体は、常磁性または
反磁性的な磁気的特性を有しているため、磁力線の流れ
は、コイルの構造・形状や配置方法によってほとんど決
定される。従って、刺激部位への磁力線の集中も行い易
い。

【０００４】この磁気刺激装置は、図１８に示すような
回路構成とされている。即ち、図１８において１は高圧
の直流電源を示し、この直流電源１をスイッチ２を介し
てコンデンサ３に接続する。また、このコンデンサ３を
スイッチ４を介して刺激用コイル２０に接続する。ま
た、この刺激用コイル２０と並列に、抵抗器６とダイオ
ード７との直列回路を接続する。

【０００５】そして、スイッチ２をオン，スイッチ４を
オフとしてコンデンサ３を充電させてから、スイッチ２
をオフ，スイッチ４をオンとしてコンデンサ３に充電さ
れた電流を刺激用コイル２０に流し、所定の磁束φをコ
イル２０で発生させる。なお、抵抗器６とダイオード７
は、コイル２０による誘導逆起電力の除去回路として機
能する。

【０００６】そして、この刺激用コイル２０を、生体の
刺激対象部位に近づけさせることで、磁束による生じる
渦電流で刺激対象部位の神経，筋などが刺激される。従
来の刺激用コイル２０としては、単に円筒上に線材を巻
装させたコイルや、平面上で螺旋状に線材を巻装させた
コイルが使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
磁気刺激装置で効率良く神経などを刺激するためには、
刺激用コイルにより発生する磁束密度を高くし、かつそ
の時間変化率を大きくする必要があるが、磁束密度を高
くするためにはコイルを通過する電流や、コイルの巻き
数を増加させる必要がある。ところが、コイルを通過す
る電流を増やすと、それだけ消費電力が増えると共に、
コイルが発熱してしまう不都合があった。また、コイル
の巻き数を増やすと、それだけ刺激用コイルが大型化し
て、扱い難くなってしまう。

【０００８】この問題点を解決するために、本出願人は
先に刺激対象部位を効率良く刺激することのできる磁気
刺激装置を提案した（特願平５−３１８４１６号）。こ
の磁気刺激装置は、生体の刺激対象部位の近傍に配する
コイルに高圧信号を供給して、神経などを刺激する場合
に、図１９に示すように、コイル１０として、円筒形に
巻線が形成された主磁界発生部１２と、巻線の巻径が徐
々に小さくなる磁束圧縮部１３とを形成させ、磁束圧縮
部１３で圧縮された磁束φ₀で生体を刺激するものであ
る。この場合、主磁界発生部１２の内部には磁性材１１
を配し、磁束圧縮部１３の内部には非磁性材１５を配す
るようにしてある。

【０００９】このように構成される磁気刺激装置による
と、生体を刺激する磁束φ₀が圧縮されて、効率良く刺
激対象部位を刺激することができるが、さらに磁束を圧
縮する効率を上げることが要請されている。

【００１０】本発明はかかる点に鑑み、刺激対象部位を
より効率良く刺激することのできる磁気刺激装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、生体の刺激対
象部位の近傍に配されるコイルと、このコイルに高圧信
号を所定状態で供給する電源回路とを備える磁気刺激装
置において、例えば図１及び図３に示すように、コイル
２０を構成する巻線の内側に形成される空間の断面積
が、刺激対象部位に近づけられる側の端部２３になるに
従って減少するようにすると共に、巻線の内側に形成さ
れる空間に、この空間内の一部又は全部に配置される任
意の形状の磁性体２１を配置したものである。

【００１２】また、この場合に磁性体として、例えば図
１０に示すように、刺激対象部位に最も近い側の端部を
所定の曲面３１ａで湾曲させた凹面としたものである。

【００１３】また、上述した場合に磁性体として、例え
ば図９に示すように、刺激対象部位に最も近い側の端部
を所定の曲面２５ｂで突出させた凸面としたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明によると、コイルを構成する巻線の内側
に形成される空間の断面積が、刺激対象部位に近づけら
れる側の端部になるに従って減少すると共に、この空間
に対応した形状の磁性体が配置されることで、コイルに
より発生する磁界の磁束密度が圧縮されることになり、
圧縮されて密度の高い磁束が刺激対象部位に向かうよう
になる。

【００１５】また、この場合に磁性体の刺激対象部位に
最も近い側の端部を所定の曲面で湾曲させた凹面とした
ことで、湾曲した曲面に対応して、コイルの端部から刺
激対象部位に向かう磁界の磁束密度がより圧縮されるこ
とになる。

【００１６】また、磁性体の刺激対象部位に最も近い側
の端部を所定の曲面で突出させた凸面としたことで、突
出状態に応じて効率良く対象部位を刺激することができ
るようになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の磁気刺激装置の一実施例を、
図１〜図１７を参照して説明する。

【００１８】本例の磁気刺激装置は、図１に示す構成の
コイルを、対象部位の刺激用コイルとして使用するもの
である。図１において、２０は刺激用コイル全体を示
し、この刺激用コイル２０は数十ターン巻回させた巻線
２２と、この巻線２２の内部に形成される空間に配され
た磁性材２１で構成される。そして、図１或いは図２に
示すように、巻線２２はその巻径が徐々に細くなるよう
に巻回させてある。そして、磁性材２１の形状も図３に
断面で示すように、巻線２２の内部に形成される空間に
対応して、外径が徐々に細くなる形状としてある。そし
て、刺激用コイル２０の先端部２３は、巻線２２を巻回
させずに円形に開口させてある。また、後端部２４も、
巻線２２を巻回させずに開口させてある。なお、磁性材
２１はアモルファス合金，方向性珪素鋼などの磁性材料
が使用される。このように構成される刺激用コイル２０
を、コイル２０の先端部２３を生体の刺激対象部位に近
づけさせた状態で、従来と同様に図１８に示す駆動回路
に接続して、この駆動回路から電流を供給させる。この
駆動回路から供給する電流としては、例えば数千Ａ程度
の電流を、数十μ秒から１ｍ秒程度コイルに供給する。
また、このようなコイルへの通電を１秒間に数十回の頻
度で数秒間繰り返す。

【００１９】このように刺激用コイル２０に電流を供給
することで、コイル２０により所定の磁束が生じて対象
部位に向かい、対象部位の神経などを刺激することがで
きる。この場合の磁束の発生状態を、図３を参照して説
明すると、コイル２０に供給される電流に対応して、磁
性材２１の内部で磁束φが発生し、この磁束φが先端部
２３から出力される。この場合、磁性材２１は径が徐々
に細くなるので、磁束φが徐々に圧縮されて、磁束密度
が高められて先端部２３から出力されるようになる。

【００２０】ここで、図４に本例の刺激用コイル２０で
発生する磁界を示すと、コイル２０の先端部２３の直径
ａ（図３参照）が２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍの３種
類のものを用意する。但し、何れのコイルも後端部２４
の直径ｂは６０ｍｍとし、先端部２３から後端部２４ま
での長さを２０ｍｍとする。従って、先端部２３の直径
ａが６０ｍｍのコイルは、磁束の圧縮をしていない場合
の例である。

【００２１】そして、図３に示すように、コイル２０の
後端部２４を基準点ｘとし、この基準点ｘからの距離の
変化により磁束φが変化する様子を示したのが図４であ
る。なお、何れのコイルも長さを２０ｍｍとしてあるの
で、ｘ＝２０ｍｍの値が先端部２３での磁界である。

【００２２】この先端部２３であるｘ＝２０ｍｍの値で
比較すると判るように、磁束の圧縮をしていないａ＝６
０ｍｍのコイルに比較して、ａ＝４０ｍｍのコイルで約
1.2倍，ａ＝６０ｍｍのコイルで約 1.5倍の磁界が発生
している。

【００２３】従って、先端部２３に近づけられた対象部
位には、圧縮されて磁束密度の高い磁束φが供給され、
密度の高い磁束φにより刺激対象部位の神経細胞の刺激
が効率良く行われる。このように圧縮された磁束密度の
高い磁束φで刺激できることで、例えば刺激用コイル２
０に供給する電流が従来と同じ場合には、従来よりも高
い磁束密度で対象部位を刺激することができ、磁気刺激
装置による検査，治療などの効果を高めることができ
る。また、先に本出願人が提案した主磁界発生部と磁束
圧縮部とを有する刺激用コイル（図１９参照）よりも、
更に効率を上げることができる。

【００２４】なお、図４より判るように、本例の場合に
は先端部２３から刺激対象部位までの距離が長くなるに
従って磁界は弱くなり、ある距離（図４の例ではｘ＝３
０ｍｍ程度）からは磁束を圧縮させない場合のコイルと
ほぼ同じ磁界となるので、本例の刺激用コイル２０の場
合には、なるべく先端部２３から刺激対象部位までの距
離を短くした方が、より高い磁束密度で刺激することが
できる。

【００２５】また、従来の磁気刺激装置と同じ磁束密度
を発生させる場合には、刺激用コイル２０に供給する電
流を小さくすることができ、それだけ磁気刺激装置の低
消費電力化を図ることができる。また、このように刺激
用コイル２０に供給する電流を小さくできることで、駆
動電流の供給による刺激用コイル２０の発熱を低く抑え
ることができ、発熱によるコイルの損傷などを阻止でき
る。さらに、刺激用コイル２０の発熱を低く抑えられる
ことから、刺激用コイル２０に連続的にパルス電流を供
給して磁束を発生させることが可能になり、従来よりも
短い間隔で連続的に磁気的な刺激を生体に対して与える
ことが可能になる。

【００２６】なお、この刺激用コイル２０の発熱をより
低く抑えるために、刺激用コイル２０に冷却機構を取付
けるようにしても良い。即ち、例えばコイル２０の内部
の磁性材２１などに中空孔を設け、この中空孔の中に冷
却液を循環させたり、或いはコイル２０の外周部を冷却
液の入った袋などで覆うようにしても良い。また、この
ようにコイル２０の発熱自体を抑えるのではなく、刺激
用コイル２０の先端部２３の周囲を、断熱材で覆うよう
にして、発熱したコイル２０が生体と接触しないように
しても良い。

【００２７】また、コイル２０の内部の磁性材２１の中
心部を先端部２３から後端部２４まで貫通する透孔を設
け、この透孔を介して磁束が照射される位置を目視で確
認できるようにしても良い。このようにすることで、検
査，治療などを行う際の作業性が向上する。或いは、磁
束が照射される位置の中心に、光が照射されるようにし
て、この光の照射位置で、磁束が照射される位置を確認
できるようにして、同様に作業性を改善するようにして
も良い。

【００２８】ここまでの説明では、１個の刺激用コイル
２０を使用して生体の対象部位を刺激するようにした
が、２個の刺激用コイル２０を使用するようにしても良
い。以下、この２個の刺激用コイルを使用する場合につ
いて説明すると、例えば図５に示すように、上述した刺
激用コイル２０と同じ構成の２個の刺激用コイル２０
ａ，２０ｂを用意し、この２個の刺激用コイル２０ａ，
２０ｂの先端部２３を対向して配置し、一方の刺激用コ
イル２０ａの先端部２３と、他方の刺激用コイル２０ｂ
の先端部２３との間で磁束φ₁を発生させ、この両先端
部２３の間に生体ｍ ₁の対象部位ｘ₁を配置する。

【００２９】このようにすることで、効率良く対象部位
ｘ₁を刺激することができる。即ち、１個の刺激用コイ
ルだけを使用して刺激させる場合には、図４に示したよ
うに、コイルの先端部２３からの距離の約２〜４乗に反
比例して磁束密度が急激に小さくなる。これに対し、図
５に示すように、２個の刺激用コイル２０ａ，２０ｂを
対向して配置することで、磁束密度の減衰を大幅に軽減
することができ、例えば対象部位ｘ₁となる神経など
が、生体ｍ₁の内部にある場合などに好適である。

【００３０】また、このように２個の刺激用コイルを直
線状に対向させないで、所定の角度を持たせて対向させ
るようにしても良い。

【００３１】なお、２個の刺激用コイル２０ａ，２０ｂ
を使用する場合には、各刺激用コイル２０ａ，２０ｂの
駆動回路との接続として、並列接続，直列接続の何れの
接続としても良い。即ち、例えば図６に示すように、コ
ンデンサ３に対し２個の刺激用コイル２０ａ，２０ｂを
並列に接続する構成と、図７に示すように、コンデンサ
３に対し２個の刺激用コイル２０ａ，２０ｂを直列に接
続する構成とが選択できる。

【００３２】次に、刺激用コイル２０の変形例につい
て、図８以降を参照して説明する。上述実施例では、磁
性材２１として、巻線２２の内部に形成される空間全体
に配置するようにしたが、図８に断面で示すように、先
端部２３から若干奥に端部２５ａが位置する磁性材２５
を配置した刺激用コイル２０′としても良い。この場
合、磁性材２５の端部２５ａと、先端部２３との間の空
間には、非磁性材を配置するようにしても良い。

【００３３】また、図９に断面で示すように、磁性材２
５の先端部２５ｂを曲面として突出させるようにしても
良い。但し、先端部２５ｂの突出した中央部が刺激用コ
イル２０″の先端部２３から突出しないようにする。こ
のような形状にした場合には、特に上述した図５に示す
ような対向配置した場合に、対象部位の刺激が効率良く
できる。

【００３４】また、図１０に断面で示すように、先端部
３３側の端面を所定の湾曲面３１ａとして凹ませた磁性
材３１に、巻線３２を巻回させて、刺激用コイル３０を
形成させる。この場合、磁性材３１の後端側３１ｂも、
湾曲面３１ａとほぼ同心円状の曲面で湾曲させて突出さ
せる。このような形状の刺激用コイル３０を使用するこ
とで、先端部３３から刺激対象部位ｘ₀に向かう磁束
を、湾曲面３１ａの形状に合わせてより圧縮させること
ができる。

【００３５】また、図１１に断面で示すように、磁性材
４１の外側に巻回される巻線４２により、刺激用コイル
４０の外形がほぼ円筒形になるように、巻線４２を厚く
巻回させるようにして、巻線４２の内径だけが徐々に細
くなるようにしても良い。このようにしても、図１の例
と同様に磁束を圧縮させることができる。

【００３６】また、この図１１に示すように巻線４２を
巻回させる場合に、図１２に示すように、磁性材４５と
して、先端部４６から若干奥に端部４５ａがあるものを
使用した刺激用コイル４０′としても良い。この場合に
も、磁性材４５の端部４５ａと先端部４６との間の空間
に、非磁性材を配置するようにしても良い。

【００３７】さらに、図１３に示すように、端部５１
ａ，５１ｂを湾曲させた磁性材５１に、巻線５２を厚く
巻回させて、刺激用コイル５０の外形がほぼ円筒形にな
るようにしても良い。この場合にも、磁性材５１の端部
５１ａを、先端部５３から若干奥としても良い。

【００３８】また、図１４に示すように端部５１ａを湾
曲させた凹面とする代わりに、図１４に示すように端部
５１ｃを曲面で突出させた磁性材５１′を使用した刺激
用コイル５０′としても良い。

【００３９】さらにまた、磁性材を円筒形に後方に延長
させ、この延長部分に巻線を巻回させるようにしても良
い。即ち、図１５及び図１６に示すように、磁性材６１
として先端部６３側の径が徐々に細くなるようにすると
共に、後端部６４側を同じ径で延長させる。そして、先
端部６３から後端部６４まで巻線６２を巻回させて、刺
激用コイル６０を形成させる。

【００４０】なお、このように磁性材及び巻線を延長さ
せた場合にも、図１７に断面で示すように、端部６５ａ
がコイルの先端部６６から若干奥になる磁性材６５を使
用した刺激用コイル６０′としても良い。或いは、磁性
材の先端部を凹面又は凸面としても良い。また、図示は
しないが、このように磁性材及び巻線を延長させた場合
にも、巻線を厚く巻回させて、刺激用コイルの外形がほ
ぼ円筒形になるようにしても良い。

【００４１】さらに、このように磁性材及び巻線を後方
に延長させた場合にも、図５で説明したように２個の刺
激用コイルを対向配置させて使用するようにしても良
い。このとき、各刺激用コイルの後方に磁性材をさらに
延長して、この延長部分を曲折させて接合させるように
して、２個の刺激用コイルを接続した磁性材で閉磁路が
構成されるようにして、効率を上げるようにしても良
い。

【００４２】なお、ここまで説明した各実施例では、コ
イルを図２に示すように正面から見た状態で、コイルを
構成する巻線がほぼ同心円状になるように巻回させた
が、巻線の内側に形成される空間の断面積が、先端側に
向かって徐々に減少する形状であれば、上述各実施例と
異なる形状としても良い。

【００４３】

【発明の効果】本発明によると、コイルを構成する巻線
の内側に形成される空間の断面積が、刺激対象部位に近
づけられる側の端部になるに従って減少すると共に、こ
の空間内の一部又は全部に配置される任意の形状の磁性
体が配置されることで、コイルにより発生する磁界の磁
束密度が圧縮されることになり、圧縮されて密度の高い
磁束が刺激対象部位に向かうようになり、効率の良い刺
激対象部位の磁界による刺激ができる。

【００４４】また、この場合に磁性体の刺激対象部位に
最も近い側の端部を所定の曲面で湾曲させた凹面とした
ことで、湾曲した曲面に対応して、コイルの端部から刺
激対象部位に向かう磁界の磁束密度がより圧縮されるこ
とになり、より効率の良い刺激対象部位の磁界による刺
激ができる。

【００４５】また、磁性体の刺激対象部位に最も近い側
の端部を所定の曲面で突出させた凸面としたことで、突
出状態に応じて効率良く対象部位を刺激することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す刺激用コイルの側面図
である。

【図２】図１の例の刺激用コイルの正面図である。

【図３】図１の III-III線に沿う断面図である。

【図４】図１の例のコイルにより発生する磁界を示す特
性図である。

【図５】一実施例のコイルを対向配置した例を示す構成
図である。

【図６】２個の刺激用コイルを並列接続した駆動回路を
示す構成図である。

【図７】２個の刺激用コイルを直列接続した駆動回路を
示す構成図である。

【図８】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面図
である。

【図９】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面図
である。

【図１０】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１１】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１２】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１３】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１４】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１５】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す側面
図である。

【図１６】図１５のXVI-XVI 線に沿う断面図である。

【図１７】一実施例の刺激用コイルの変形例を示す断面
図である。

【図１８】磁気刺激装置の駆動回路の例を示す構成図で
ある。

【図１９】従来の刺激用コイルの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２０，２０′，２０″，２０ａ，２０ｂ，３０，４０，
４０′，５０，５０′，６０，６０′ 刺激用コイル２１，２５，２５′，３１，４１，４５，５１，５
１′，６１磁性材２３，３３，４３，４６，５３，６３，６６先端部２４，４４，６４後端部２５ｂ，５１ｃ突出面３１ａ，５１ａ湾曲面

フロントページの続き (71)出願人 593228070 田窪敏夫東京都新宿区市谷砂土原町１丁目２番地第２市谷ローヤルコーポ303号 (72)発明者永野秋雄埼玉県日高市武蔵台３−23−８ (72)発明者金野公郎東京都港区南麻布４丁目11番35−217

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の刺激対象部位の近傍に配されるコ
イルと、該コイルに高圧信号を所定状態で供給する電源
回路とを備える磁気刺激装置において、上記コイルを構成する巻線の内側に形成される空間の断
面積が、上記刺激対象部位に近づけられる側の端部にな
るに従って減少するようにすると共に、上記巻線の内側に形成される空間に、この空間内の一部
又は全部に配置される任意の形状の磁性体を設けたこと
を特徴とする磁気刺激装置。
【請求項２】上記磁性体として、上記刺激対象部位に
最も近い側の端部を所定の曲面で湾曲させた凹面とした
請求項１記載の磁気刺激装置。
【請求項３】上記磁性体として、上記刺激対象部位に
最も近い側の端部を所定の曲面で突出させた凸面とした
請求項１記載の磁気刺激装置。