KR101733589B1 - Apparatus for transcranial magnetic stimulation - Google Patents

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KR101733589B1
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magnetic
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권영우
서태윤
선석규
조제원
허여울
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서울대학교산학협력단
한국과학기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a magnetic stimulation apparatus for treating brain diseases of animals such as an experimental rat or the like by stimulating brain nerves without operations or anesthesia, thereby being light and not giving restriction to movements of animals. An apparatus for transcranial magnetic stimulation comprises a stimulation coil module (160) which is fixed and installed on a position capable of stimulating cerebrum areas by having a stimulation coil, conducts current, supplied through a variable capacitor, to the magnetic coil and generates an alternating current magnetic field. The stimulation coil module (160) comprises a lower connection plate (161), a stimulation coil support (162) and a stimulation coil (163).

Description

경두개 자기자극 장치{APPARATUS FOR TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION}[0001] APPARATUS FOR TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION [0002]

본 발명은 수술이나 마취 없이 뇌신경을 자극하여 실험용쥐와 같은 동물의 뇌질환을 치료하는 기술에 관한 것으로, 특히 동물의 뇌신경을 자극하기 위한 자기자극 장치를 구현함에 있어서 충분히 가볍고 동물의 움직임에 별다른 제약을 주지 않는 자극부를 구비하고 주파수 조절이 가능한 교류전류를 발생시킬 수 있도록 한 경두개 자기자극 장치에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for treating cerebral diseases of an animal such as a laboratory rat by stimulating the cerebral nerve without surgery or anesthesia. In particular, when implementing a magnetic stimulation apparatus for stimulating an animal's brain, it is sufficiently light, The present invention relates to a magnetic cranial magnetic stimulation apparatus capable of generating an alternating current capable of adjusting a frequency.

근래 들어, 뇌 신경자극을 위한 다양한 기술들에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 뇌를 자극시켜서 소정의 목적을 달성하는 두뇌 자극술(brain stimulation)은 크게 침습식(invasive)과 비침습식(non-invasive)으로 구분된다. In recent years, research and development have been actively conducted on various technologies for cranial nerve stimulation. Brain stimulation that achieves a certain purpose by stimulating the brain is largely divided into invasive and non-invasive.

침습식 두뇌자극술은 수술을 통하여 전극을 뇌에 침투시키고, 전극에 전기 신호를 인가하는 방법이며, 비침습식 두뇌자극술은 두개골 외부의 전극에 전기 신호를 인가하여 뇌 신경을 자극하는 방법이다. Invasive Brain Stimulation is a method of penetrating an electrode into the brain through surgery and applying an electrical signal to the electrode. Non-wet brain stimulation is a method of stimulating the cranial nerve by applying an electrical signal to an electrode outside the skull.

대표적인 침습식 두뇌 자극술은 심부뇌자극(deep brain stimulation)이며, 비침습식 자두뇌 자극술은 경두개 자기 자극(TMS: transcranial magnetic stimulation), 경두개 직류자극(tDCS: transcranial direct current stimulation) 및 경두개 랜덤 노이즈 자극(tRNS: transcranial random noise stimulation)이다. Typical invasive cerebral stimulation is deep brain stimulation. Noncontact cerebral stimuli are transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS) And is transcranial random noise stimulation (tRNS).

경두개 직류자극법(tDCS)은 연속적으로 수행되며 수 mA 정도의 약한 직류전류가 두 개 또는 그 이상의 전극에서 두피를 통해 흐르도록 하고 있다. 이때 흐르는 직류전류는 피질의 신경세포들의 막 전위의 작은 변경 및 발화율의 변화를 초래하며, 그에 따라 이의 흥분 레벨이 영향을 받는다. Light two-point direct current stimulation (tDCS) is performed continuously and allows a weak DC current of the order of a few mA to flow through the scalp at two or more electrodes. At this time, the direct current causes a small change in the membrane potential of the cortical neurons and a change in the firing rate, thereby affecting the excitation level thereof.

경두개 자기 자극법(TMS)은 머리의 표면의 위에 있는 자기 코일에 1 밀리세컨드(ms)보다 짧은 시간 동안 전류가 흐르게 하고, 이때 자기 코일에서 발생하는 자기장을 이용하여 뇌를 자극한다. 자기장은 두개골을 통과하여 피질의 신경세포에서 유도전류를 발생시킨다. 따라서, 교류전류는 코일을 통해서 자기 에너지로 변환된 후 신경 세포들에서 전류로 전환된다. 유도전류가 운동피질을 자극할 때 운동신경에 대해 흥분 또는 억제 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 경두개 자기 자극술과 관련하여 우울증 치료에 대한 효과, 신경병성 통증에 대한 임상 효과 및 파킨스씨병에 대한 임상 효과와 같은 것이 다수 보고되고 있다. Transthoracic magnetic stimulation (TMS) causes a current to flow through a magnetic coil on the surface of the head for less than one millisecond (ms), where the magnetic field is used to stimulate the brain. The magnetic field passes through the skull and generates induced currents in the nerve cells of the cortex. Thus, alternating current is converted into magnetic energy through the coil and then converted into current in the neurons. Induced currents are known to stimulate motor nerves when stimulating the motor cortex. There have been many reports on the effects of cranial magnetic stimulation on the treatment of depression, clinical effects on neuropathic pain and clinical effects on Parkinson's disease.

최근에 발표된 반복적 경두개 자기 자극(repetitive transcranial magnetic stimulation: rTMS)을 통한 뇌 자기 자극 연구에 의하면 우울증, 파킨슨씨병, 뇌졸중 후 기능 손상, 간질, 만성 신경병증성 통증 등의 치료에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 반복적인 경두개 자기 자극이 대뇌 피질에 영향을 주는 것으로 알려졌지만 치료 기전이 정확하게 밝혀진 것은 아니다. 따라서, 실험용쥐와 같은 동물 모델을 이용한 경두개 자기 자극 실험을 통해 대뇌 피질에 주는 영향 및 치료 기전을 알아내기 위한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. Recent reports of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) brain magnetic stimulation studies have shown that depression, Parkinson's disease, post-stroke functional impairment, epilepsy, and chronic neuropathic pain Are reported. Repeated transcranial magnetic stimulation is known to affect the cerebral cortex, but the mechanism of the treatment is not known precisely. Therefore, researches and developments have been actively carried out to find out the influence of cerebral cortex and the mechanism of treatment through a transthoracic magnetic stimulation experiment using an animal model such as a laboratory mouse.

그러나, 종래 기술에 의한 경두개 자기자극 장치는 자극 코일의 크기가 매우 커서 실험용쥐와 같은 동물에 적용하는데 어려움이 있다. However, the conventional cranial magnetic stimulation apparatus has a very large size of the stimulation coil, which makes it difficult to apply it to an animal such as a laboratory mouse.

또한, 종래 기술에 의한 경두개 자기자극 장치는 전력 소모량이 많은 문제점이 있고, 가청주파수 대역에서 충전/방전을 이용한 전류흐름을 사용하여 소음이 심하게 발생되고 이에 의해 치료에 방해가 되는 문제점이 있다.
In addition, the conventional cranial magnetic stimulation apparatus has a problem of a large amount of power consumption, and the current flow using the charge / discharge in the audible frequency band There is a problem that the noise is generated severely and the treatment is disturbed thereby.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실험용쥐와 같은 동물의 경두개 자기 자극을 주기 위한 자기 자극 장치를 구현함에 있어서 가볍고 동물의 움직임에 별다른 제약을 주지 않는 자극 코일을 포함하는 자극코일 모듈을 구비하는데 있다. The object of the present invention is to provide a stimulation coil module including a stimulation coil that is light in weight and realizes no restriction on the movement of an animal in implementing a magnetic stimulation apparatus for giving a stimulus to a cranial magnetic stimulation of an animal such as a laboratory rat .

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 가변 커패시터 또는 가변 인덕터를 이용하여 자극 신호의 주파수 변화에 따른 자극 효과를 알아볼 수 있도록 하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a stimulation effect according to a frequency change of a stimulation signal using a variable capacitor or a variable inductor.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 펄스변조기법을 사용하여 다양한 프로토콜의 신호를 자극 신호로 사용할 수 있도록 하는데 있다.
Another problem to be solved by the present invention is to use signals of various protocols as stimulus signals by using a pulse modulation technique.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 경두개 자기자극 장치는, 직류전원부에서 출력되는 직류전류를 교류전류로 변환하여 출력하는 인버터; 상기 인버터로부터 공급되는 교류전류의 주파수에 따라 자극코일에서 나타나는 인덕턴스 성분을 상쇄하는 커패시터; 상기 자극코일과 상기 커패시터에 의해 결정되는 공진 주파수를 조정하면서 실험 대상 동물의 행동 변화를 관찰하여 찾아낸 뇌자극에 효과가 있는 주파수와 일치시키기 위한 가변 커패시터; 및 상기 자극코일을 구비하여 동물의 대뇌구역에 자극을 줄 수 있는 위치에 고정 설치되고, 상기 가변 커패시터를 통해 공급되는 전류를 상기 자극코일에 도통시켜 교류자기장을 발생하는 자극코일 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a cranial magnetic stimulation apparatus including: an inverter for converting a direct current output from a direct current power unit into an alternating current; A capacitor for canceling an inductance component appearing in the magnetic pole coil according to the frequency of the alternating current supplied from the inverter; A variable capacitor for adjusting a resonance frequency determined by the stimulation coil and the capacitor to match a frequency that is effective for brain stimulation found by observing a behavioral change of an animal to be tested; And a stimulation coil module fixedly installed at a position capable of stimulating the cerebral region of the animal with the stimulation coil and conducting a current supplied through the variable capacitor to the stimulation coil to generate an alternating magnetic field .

본 발명은 경두개 자기 자극 장치를 구현함에 있어서, 구성요소인 자기 코일 및 지지대의 무게를 가볍게 함으로써, 실험용쥐와 같은 동물이 짧은 시간에 적응 할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of enabling an animal such as a laboratory rat to adapt in a short time by lightening the weight of the magnetic coil and the support, which are components in the implementation of the tranparent magnetic stimulation apparatus.

또한, 인버터 회로를 사용하여 충전/방전시 발생하는 소음을 제거함으로써, 제품에 대한 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.Further, by using the inverter circuit to eliminate the noise generated during charge / discharge, the reliability of the product is improved.

또한, 본 발명은 자기 자극신호의 주파수에 따른 압력 자극 반응의 역치값이 다르게 나타나는 것을 바탕으로 뇌 신경회로를 분석하는 수단으로 활용할 수 있는 이점이 있다. In addition, the present invention has an advantage that it can be utilized as a means for analyzing the cranial nerve circuit based on the fact that the threshold value of the pressure stimulation response according to the frequency of the magnetic stimulation signal appears differently.

또한, 본 발명의 자기 자극 장치를 이용하는 경우, 비교적 간단한 회로들로 구현할 수 있으며, 주파수 조절을 통해 경두개 자기 자극에 필요한 신호의 전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 기존의 경두개 자기 자극 장치의 소형화 및 저가 제작이 가능하므로, 휴대용 경두개 자기 자극 장비 등의 응용분야에 널리 적용할 수 있는 효과가 있다.
In addition, when the magnetic stimulation apparatus of the present invention is used, it can be implemented with relatively simple circuits, and the power of a signal required for a torsional magnetic stimulation can be minimized through frequency control. As a result, it is possible to reduce the size and cost of the conventional magnetic cranial magnetic stimulation apparatus, and thus it can be widely applied to applications such as portable hard magnetic magnetic stimulation apparatus.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경두개 자기자극 장치의 블록도이다.
도 2a는 자극코일 모듈의 분해 사시도이다.
도 2b는 자극코일 모듈의 결합 사시도이다.
도 3의 (a)는 하부연결판이 동물의 두개골에 고정 설치된 예를 나타낸 것이다.
도 3의 (b)는 자극 코일이 권취된 자극코일 모듈이 동물의 두개골에 고정 설치된 예를 나타낸 것이다.
도 4는 자기 자극 장치에 사용되는 제어신호의 파형도이다.
도 5는 압력 자극 실험을 통해 알아본 자기 자극 실험의 결과 그래프이다.1 is a block diagram of a cranial magnetic stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A is an exploded perspective view of the magnetic pole coil module.
2B is an assembled perspective view of the magnetic pole coil module.
3 (a) shows an example in which the lower connecting plate is fixed to the animal's skull.
Fig. 3 (b) shows an example in which the stimulation coil module wound with the stimulation coil is fixed to the animal's skull.
4 is a waveform diagram of a control signal used in the magnetic stimulation apparatus.
FIG. 5 is a graph showing the result of the magnetic stimulation experiment obtained through the pressure stimulation experiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경두개 자기자극 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 자기 자극 장치(100)는 직류전원부(110), 인버터(120), 커패시터(130), 가변 커패시터(140), 전류프로브(150), 자극코일 모듈(160) 및 제어부(170)를 포함한다. 1 is a block diagram of a cranial magnetic stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the magnetic stimulation apparatus 100 includes a DC power source unit 110, an inverter 120, a capacitor 130, A current probe 140, a current probe 150, a stimulation coil module 160, and a controller 170.

직류전원부(110)는 자기 자극 장치(100)에서 자기 자극을 위한 자기장을 발생하는데 필요로 하는 직류전류를 생성한다. The DC power supply unit 110 generates a DC current required to generate a magnetic field for magnetic stimulation in the magnetic stimulation apparatus 100.

인버터(120)는 상기 직류전원부(110)에서 출력되는 직류전류를 교류전류로 변환해준다. 상기 인버터(120)는 H 브릿지 방식의 인버터 및 하프 브릿지 방식의 인버터를 포함하여 직류전류를 교류전류로 변환해주는 모든 방식의 인버터를 포함할 수 있다. The inverter 120 converts the direct current output from the direct current power source unit 110 into an alternating current. The inverter 120 may include an H-bridge type inverter and a half bridge type inverter, and may include any type of inverter that converts a DC current into an AC current.

커패시터(130)는 상기 인버터(120)로부터 공급되는 교류전류의 주파수에 따라 자극코일 모듈(150)의 자극코일에서 나타나는 인덕턴스 성분을 상쇄하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 커패시터(130)의 용량은 상기 인덕턴스 성분을 상쇄하는데 적당한 값으로 설정된다.The capacitor 130 serves to cancel the inductance component appearing in the magnetic pole coil of the magnetic pole coil module 150 according to the frequency of the alternating current supplied from the inverter 120. Accordingly, the capacitance of the capacitor 130 is set to a value suitable for canceling the inductance component.

가변 커패시터(140)는 상기 자극코일과 상기 커패시터(130)에 의해 결정되는 공진 주파수를 미세 조정하여 뇌자극에 효과적인 주파수와 일치시키는 역할을 한다. 상기 가변 커패시터(140)는 필요에 따라 가변 인덕터로 대체될 수 있다.
여기서, "상기 공진 주파수를 미세 조정하여 뇌자극에 효과적인 주파수와 일치시키는" 것은 상기 공진 주파수를 도 5에서와 같이 소정 단위(예: 1KHz)로 조정하면서 실험 대상 동물의 행동 변화를 관찰하여 찾아낸 뇌자극에 효과가 있는 주파수와 일치시키는 것을 의미한다.The variable capacitor 140 finely adjusts the resonance frequency determined by the stimulation coil and the capacitor 130 to coincide with a frequency effective for brain stimulation. The variable capacitor 140 may be replaced with a variable inductor as needed.
Here, "fine tuning the resonance frequency to coincide with effective frequency for brain stimulation" means that the resonance frequency is adjusted to a predetermined unit (for example, 1 KHz) It means to match the frequency that is effective for stimulation.

전류 프로브(150)는 상기 가변 커패시터(140)에서 출력되는 교류 전류량과 주파수를 측정하여 그에 따른 검출신호(DET)를 출력한다. The current probe 150 measures the amount and frequency of the AC current output from the variable capacitor 140 and outputs a detection signal DET corresponding thereto.

자극코일 모듈(160)은 자극코일을 구비하여 동물의 임의의 대뇌구역에 자극을 줄 수 있는 위치에 고정 설치된다. 상기 자극코일은 상기 가변 커패시터(130)를 통해 공급되는 전류를 도통시킨다. 이에 따라, 상기 자극코일에 교류자기장이 발생되는데, 이렇게 발생되는 교류자기장은 동물(예: 실험용쥐)의 두개골을 통과하여 피질의 신경세포에 유도전류를 발생시킨다. 상기 유도전류가 신경세포를 자극하게 되고, 이에 의해 신경세포의 흥분 또는 억제 효과가 유발되어 소정의 자극 목적을 달성할 수 있게 된다. The stimulation coil module 160 has a magnetic pole coil and is fixedly installed at a position capable of stimulating an arbitrary cerebral region of the animal. The magnetic pole coil turns on a current supplied through the variable capacitor 130. Accordingly, an AC magnetic field is generated in the magnetic pole coil, and the generated AC magnetic field passes through the skull of an animal (for example, a laboratory mouse) to generate an induced current in the cortical neuron. The induced current stimulates the nerve cells, thereby causing the excitation or inhibitory effect of the nerve cells to achieve the desired stimulation purpose.

그런데, 상기와 같은 자극코일 모듈(150)은 실험용쥐와 같은 동물의 뇌신경을 자극하기 위한 것을 감안하여 실험용쥐와 같은 동물에 적용하는데 적당하도록 무게가 가볍고, 동물의 움직임을 방해하지 않을 정도로 사이즈가 작으며, 필요로 하는 정도의 큰 자기장을 출력할 수 있는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 자극코일 모듈(150)에 구비된 자극코일은 교류전류의 흐름에 따라 최소한으로 발열되는 구조를 갖는다. However, the stimulation coil module 150 is designed to be suitable for application to an animal such as a laboratory rat in order to stimulate the nervous system of an animal such as a laboratory rat, and is light in weight and small in size And has a structure capable of outputting a magnetic field as large as required. The magnetic pole coils provided in the magnetic pole coil module 150 have a structure in which heat is generated to a minimum according to the flow of the alternating current.

제어부(170)는 상기 인버터(120)의 구동을 제어하기 위한 제어신호(CTL)를 출력한다. 상기 제어신호(CTL)는 동물의 대뇌에 가해지는 자극신호(자기장)의 프로토콜에 따라서 다양한 반송 주파수를 가질 수 있다. 이와 같이 제어신호(CTL)가 반송 주파수를 가질 경우 펄스 변조를 통한 반복 주파수와 펄스폭은 다양한 조합으로 사용될 수 있다.The control unit 170 outputs a control signal CTL for controlling the drive of the inverter 120. [ The control signal CTL may have various carrier frequencies depending on the protocol of the stimulation signal (magnetic field) applied to the cerebrum of the animal. When the control signal CTL has the carrier frequency, the repetition frequency and pulse width through pulse modulation can be used in various combinations.

도 2a는 상기와 같은 특징을 갖는 자극코일 모듈(160)의 분해 사시도이고, 도 2b는 자극코일 모듈(160)의 결합 사시도로서 이에 도시한 바와 같이, 하부연결판(161), 자극코일 지지대(162) 및 자극코일(163)을 포함한다. FIG. 2A is an exploded perspective view of the stimulation coil module 160 having the above-described characteristics. FIG. 2B is an exploded perspective view of the stimulation coil module 160. As shown in FIG. 2B, the lower connection plate 161, 162 and a magnetic pole coil 163.

하부연결판(161)은 자극코일 모듈(160)을 동물의 두개골에 고정시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 하부연결판(161)에는 수직방향으로 관통되게 형성된 복수개의 구멍(161A),(161B)이 형성되어 있다. 하부연결판(161)의 바닥면은 콘크리트나 기타 접착부재에 의해 동물의 두개골에 접착된다. 하부연결판(161)의 상부면에는 수직 방향으로 복수 개의 지지봉(161C),(161D)이 형성되어 있다. The lower connection plate 161 serves to fix the stimulation coil module 160 to the animal's skull. To this end, a plurality of holes 161A and 161B are formed in the lower connection plate 161 so as to be vertically penetrated. The bottom surface of the lower connecting plate 161 is adhered to the animal's skull by means of concrete or other adhesive material. A plurality of support rods 161C and 161D are formed on the upper surface of the lower connection plate 161 in the vertical direction.

자극코일 지지대(162)의 하부에는 상기 지지봉(161C),(161D)의 대향하는 위치에 지지봉 고정구(162C),(162D)가 형성된다. Supporting bar fasteners 162C and 162D are formed on the lower portion of the stimulation coil support 162 at opposite positions of the support rods 161C and 161D.

2 개의 나사(도면에 미표시)가 상기 나사 상기 구멍(161A),(161B)을 각기 관통하여 동물의 두개골에 각각 삽입 고정된다. 이에 따라, 상기 하부연결판(161)이 상기 콘트리트 및 나사에 의해 동물의 두개골에 단단하게 고정된다. 이와 같은 상태에서, 상기 자극코일 지지대(162)의 지지봉 고정구(162C),(162D)가 상기 지지봉(161C),(161D)에 체결되므로 상기 자극코일 지지대(162)를 보다 편리하게 상기 두개골에 고정시킬 수 있게 된다. Two screws (not shown in the drawing) penetrate through the screw holes 161A and 161B, respectively, and are inserted and fixed in the skull of the animal, respectively. Accordingly, the lower connecting plate 161 is firmly fixed to the animal's skull by the concrete and the screw. The support pole fixtures 162C and 162D of the pole coil support 162 are fastened to the support rods 161C and 161D so that the pole coil support 162 is more easily fixed to the skull .

여기서, 하부연결판(161)이 원반 형상인 것을 예로 하였으나 이의 형상이 원반 형상으로 한정되는 것이 아니라 다양한 형상으로 구현될 수 있다.Here, the lower connection plate 161 is formed as a disk, but the shape of the lower connection plate 161 is not limited to the disk shape, but may be embodied in various shapes.

상기와 같이 고정된 자극코일 지지대(162)에는 상기 자극코일(163)이 권취된다. 상기 자극코일 지지대(162)는 자기장의 간섭을 보이지 않는 투자율이 없는 물질로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 하부 연결판(161) 및 자극코일 지지대(162)는 무게가 가벼운 물질(예: 플라스틱)로 제작되어 동물의 움직임을 방해하지 않는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 하부 연결판(161) 및 자극코일 지지대(162)는 자기장에 영향을 미치지 않게 하기 위해 투자율이 1에 가까운 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 투자율이 1에 가까운 재질의 예로써, 알루미늄, 주석, 백금 및 이리듐 중 어느 하나를 포함하는 상자성체 또는 수소, 물, 수정, 납, 구리 및 아연 중 어느 하나를 포함하는 반자성체를 들 수 있다.The magnetic pole coil 163 is wound on the fixed pole coil support 162 as described above. The pole coil support 162 is preferably made of a material having no magnetic permeability that does not exhibit magnetic field interference. The lower connecting plate 161 and the pole coil support 162 are preferably made of a lightweight material (e.g., plastic) and do not interfere with animal movement. The lower coupling plate 161 and the pole coil support 162 are preferably made of a material having a permeability close to 1 in order not to affect the magnetic field. Examples of the material having a permeability close to 1 include a paramagnetic material containing any one of aluminum, tin, platinum and iridium or a diamagnetic material including any one of hydrogen, water, quartz, lead, copper and zinc.

도 3의 (a)는 상기 하부연결판(161)이 동물의 두개골에 고정 설치된 예를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 자극 코일(163)을 포함하는 자극코일 모듈(160)이 동물의 두개골에 고정 설치된 예를 나타낸 것이다.3 (a) shows an example in which the lower connecting plate 161 is fixed to an animal's skull, and FIG. 3 (b) shows an example in which a stimulating coil module 160 including a stimulating coil 163 This example shows the cranial fixation.

실험용쥐와 같은 동물은 끊임없이 움직이는 특징이 있으므로 동물의 행동변화를 관찰하고자 할 때 동물을 마취할 수 없다. 하지만, 상기와 같은 구조를 갖는 자극코일 모듈(160)을 구비한 자기 자극 장치(100)를 이용함으로써, 동물의 행동변화를 편리하고 정확하게 관찰할 수 있다. Animals such as laboratory rats are characterized by constant movement, so animals can not be anesthetized when they want to observe changes in behavior of animals. However, by using the magnetic stimulation apparatus 100 provided with the stimulation coil module 160 having the above-described structure, it is possible to conveniently and accurately observe the behavior change of the animal.

도 4는 자기 자극 장치(100)에 사용되는 제어신호의 예를 나타낸 것으로, 85 kHz ~ 91 kHz까지 변화되는 고주파이며, 원활한 자극을 위해 임의의 프로토콜을 적용하였다. FIG. 4 shows an example of a control signal used in the magnetic stimulation apparatus 100, which is a high frequency wave ranging from 85 kHz to 91 kHz, and an arbitrary protocol is applied for smooth stimulation.

동물을 대상으로 압력 자극에 반응하는 정도를 측정하여 경두개 자기 자극효과를 알 수 있다. 이를 위해 상기 자극 코일(163)이 권취된 자극코일 지지대(162)를 동물의 두개골에 상기와 같이 고정 설치하고, 동물로 하여금 일정 시간동안 자극부의 무게에 적응하도록 한다. 이후, 자극되는 압력에 따라 동물이 반응하는 압력의 세기를 기록한다.The effect of transthoracic stimulation can be obtained by measuring the degree of response to pressure stimulation in animals. To this end, the stimulation coil support 162 wound with the stimulation coil 163 is fixed to the skull of the animal as described above, and the animal is allowed to adapt to the weight of the stimulation part for a predetermined period of time. Thereafter, the intensity of the pressure with which the animal responds to the pressure being stimulated is recorded.

도 5는 압력 자극 실험을 통해 알아본 자기 자극 실험의 결과이다. 동물의 우뇌 감각피질을 자극 했을 때 왼발의 압력 자극에 대한 역치 감소가 주파수에 따라 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. FIG. 5 shows the result of the magnetic stimulation experiment obtained through the pressure stimulation experiment. When the right cranial sensory cortex of the animal is stimulated, the decrease in the threshold value for the pressure stimulus of the left foot is different depending on the frequency.

상기 가변 커패시터(140) 또는 가변 인덕터를 조절하여 자기 자극이 효과적으로 나타나는 주파수를 선택하여 자기 자극 시술을 수행할 경우 기존의 경두개 자극 장치에 비하여 적은 소모전력으로 자극 효과를 얻을 수 있다. 또한, 비교적 간단한 회로들로 구현할 수 있어 자기 자극 장치(100)를 소형화 할 수 있으며, 저가로 제작할 수 있다.
예를 들어, 도 5는 공진 주파수를 1KHz 단위로 조정할 때 85KHz부터 88KHz 까지는 뇌자극에 효과가 없으나 85KHz부터 91KHz에서는 작은 자극의 세기에서도 관찰 대상 동물의 행동 변화가 나타나서 뇌자극의 효과가 있는 것을 나타낸 실험결과이다. 그런데, 뇌자극에 효과적인 주파수는 동물에 따라 다르게 나타나므로 상기와 같이 주파수를 조정하면서 실험 대상 동물의 행동 변화를 관찰하는 것이 필요하다. When the magnetic stimulation is performed by selecting the frequency at which the magnetic stimulus effectively appears by adjusting the variable capacitor 140 or the variable inductor, the stimulation effect can be obtained with less consumption power as compared with the conventional tactile stimulation apparatus. In addition, the magnetic stimulation apparatus 100 can be realized with relatively simple circuits, and the magnetic stimulation apparatus 100 can be downsized and manufactured at a low cost.
For example, FIG. 5 shows that when the resonance frequency is adjusted in units of 1 KHz, there is no effect on the brain stimulation from 85 KHz to 88 KHz, but the effect of the brain stimulation is shown by the behavior change of the observed animal in the small stimulus intensity from 85 KHz to 91 KHz Experimental results. However, since the frequency that is effective for brain stimulation varies depending on the animal, it is necessary to observe the behavioral change of the subject animal while adjusting the frequency as described above.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

100 : 자기 자극 장치 110 : 직류전원부
120 : 인버터 130 : 커패시터
140 : 가변 커패시터 150 : 전류프로브
160 : 자극코일 모듈 161 : 하부연결판
161A,161B : 구멍 161C,161D : 지지봉
162 : 자극코일 지지대 162C,162D : 지지봉 고정구
163 : 자극 코일 170 : 제어부100: magnetic stimulation device 110: DC power source
120: inverter 130: capacitor
140: variable capacitor 150: current probe
160: Stimulation coil module 161: Lower connection plate
161A, 161B: holes 161C, 161D:
162: Stimulation coil support 162C, 162D: Supporting pole fixture
163: Stimulus coil 170:

Claims (10)

직류전원부에서 출력되는 직류전류를 교류전류로 변환하여 출력하는 인버터;
상기 인버터로부터 공급되는 교류전류의 주파수에 따라 자극코일에서 나타나는 인덕턴스 성분을 상쇄하는 커패시터;
상기 자극코일과 상기 커패시터에 의해 결정되는 공진 주파수를 조정하면서 실험 대상 동물의 행동 변화를 관찰하여 찾아낸 뇌자극에 효과가 있는 주파수와 일치시키기 위한 가변 커패시터; 및
상기 자극코일을 구비하여 동물의 대뇌구역에 자극을 줄 수 있는 위치에 고정 설치되고, 상기 가변 커패시터를 통해 공급되는 전류를 상기 자극코일에 도통시켜 교류자기장을 발생하는 자극코일 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
An inverter for converting a direct current output from the direct current power supply unit into an alternating current and outputting the alternating current;
A capacitor for canceling an inductance component appearing in the magnetic pole coil according to the frequency of the alternating current supplied from the inverter;
A variable capacitor for adjusting a resonance frequency determined by the stimulation coil and the capacitor to match a frequency that is effective for brain stimulation found by observing a behavioral change of an animal to be tested; And
And a stimulation coil module fixedly installed at a position capable of stimulating the cerebral region of the animal with the stimulation coil and conducting a current supplied through the variable capacitor to the stimulation coil to generate an alternating magnetic field A magnetic stimulation device.
제1항에 있어서, 상기 커패시터의 용량은 상기 인덕턴스 성분을 상쇄할 수 있는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
The cranial magnetic stimulation apparatus according to claim 1, wherein the capacitance of the capacitor is set to a value capable of canceling the inductance component.
제1항에 있어서, 상기 자극코일 모듈은
상기 자극코일 모듈을 상기 동물의 두개골에 고정시키는 역할을 하는 하부연결판; 및
상기 하부연결판과 체결되어 상기 자극코일이 권취되는 자극코일 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
2. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
A lower connecting plate serving to fix the stimulation coil module to a skull of the animal; And
And a magnetic pole coil support which is coupled to the lower connection plate and on which the magnetic pole coils are wound.
제3항에 있어서, 상기 하부 연결판은
접착부재에 의해 상기 동물의 두개골에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
4. The apparatus according to claim 3, wherein the lower connecting plate
And is fixed to the skull of the animal by an adhesive member.
제4항에 있어서, 상기 접착부재는
콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
5. The apparatus according to claim 4, wherein the adhesive member
Wherein the magnetic pole is a magnetic pole.
제3항에 있어서, 상기 하부 연결판은
원반 형상의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
4. The apparatus according to claim 3, wherein the lower connecting plate
Wherein the magnetic head has a disc-like structure.
제3항에 있어서, 상기 하부 연결판은
수직방향으로 관통되게 형성된 복수개의 구멍; 및
상기 하부연결판의 상부면에는 수직 방향으로 형성된 복수 개의 지지봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
4. The apparatus according to claim 3, wherein the lower connecting plate
A plurality of holes formed to penetrate in the vertical direction; And
And a plurality of support bars formed in a vertical direction on an upper surface of the lower connection plate.
제3항에 있어서, 상기 자극코일 지지대는
상기 하부연결판에 형성된 복수 개의 지지봉과 체결되는 복수 개의 지지봉 고정구를 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
4. The magnetron of claim 3, wherein the pole coil support
And a plurality of support rod fasteners fastened to the plurality of support rods formed on the lower connection plate.
제3항에 있어서, 상기 하부 연결판 및 상기 자극코일 지지대는
상자성체 또는 반자성체의 재질로 제작된 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
4. The apparatus of claim 3, wherein the lower connecting plate and the pole coil support
Wherein the magnetic head is made of a paramagnetic material or a semi-magnetic material.
제1항에 있어서, 상기 자기자극 장치는
상기 인버터의 구동을 제어하기 위하여 상기 동물의 대뇌에 가해지는 자극신호의 프로토콜에 따라서 다양한 반송 주파수를 갖는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경두개 자기자극 장치.
2. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
Further comprising a control unit for outputting a control signal having various carrier frequencies according to a protocol of a stimulation signal applied to the cerebrum of the animal to control driving of the inverter.
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