KR20180114543A - 코일 및 그것을 사용한 자기 자극 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 넓은 유도 전기장을 취할 수 있고, 또한 유도 전기장의 발생 효율이 높으며, 게다가, 인덕턴스를 작은 값으로 억제할 수 있는 코일을 제공하는 것이다. 코일 (31) 은, 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 을 갖는다. 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부 (311a) 와, 이 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부 (311b) 를 구비한다. 복수의 작용부 (311a) 는, 서로 대략 평행하게, 또한 대상물 (1) 의 표면 또는 그것에 근사되는 면을 따라 배치되어 있다. 복수의 접속부 (311b) 는, 작용부 (311a) 를 사이에 두고 대상물 (1) 의 표면과 대향하지 않고, 또한 작용부 (311a) 의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있다.

Description

코일 및 그것을 사용한 자기 자극 장치{COIL AND MAGNETIC STIMULATOR USING SAME}

본 발명은, 코일 및 그것을 사용한 자기 자극 장치에 관한 것이다.

경두개 자기 자극법 (TMS : Transcranial Magnetic Stimulation) 은, 전자 유도에 의해 뇌 내에 전류를 발생시켜, 뉴런을 자극하는 수법이다. 이 수법에 의하면, 도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 두부의 피부 상에 놓인 자극 코일에 교류 또는 소정의 전류 파형을 인가함으로써 변동 자기장을 형성함과 함께 그 변동 자기장의 영향을 받아 뇌 내에 코일 전류와는 역방향의 와전류를 유도하여, 그 와전류로 뉴런을 자극함으로써 활동 전위를 발생시킨다. 이와 같은 경두개 자기 자극법은, 신경 전도 속도의 계측을 비롯한 임상 검사나 뇌 기능 연구에 사용되고 있다.

최근에 있어서는, 신경 장애성 동통이나 파킨슨병, 우울증 등의 치료적 응용으로서 자기 자극이 주목받고 있다. 이와 같은 병에 있어서는 약제에 의한 치료로는 효과를 볼 수 없는 케이스가 있으며, 예를 들어 난치성의 신경 장애성 동통에 대해서는, 전극을 뇌에 매립함으로써 뇌에 전기 자극을 준다는 치료법이 있다. 그러나, 이 치료법은, 개두 수술을 필요로 하는 점에서, 희망하지 않는 환자가 많다.

그래서, 수술을 필요로 하지 않는 비침습적인 자기 자극을 반복하여 실시하는 반복 경두개 자기 자극이 치료법으로서 연구되고 있다. 난치성 신경 장애성 동통에 대한 치료에서는, 대뇌의 1 차 운동야에 자기 자극을 실시한 후 1 일간 정도 제통 효과를 얻을 수 있었던 것이 보고되어 있다.

그러나, 종래의 자기 자극 장치는 약 70 Kg 의 중량이 있고, 또 설치시에는 200 V 전원으로부터 전력 공급을 실시할 수 있도록 하기 위한 전기 공사가 필요해지기 때문에, 설비가 갖추어진 의료 기관에서만 이용 가능하게 되어 있다. 또, 실제의 치료시에는 치료 대상의 질환에 따라서는 환자의 MRI 데이터를 참조하면서 자극 위치를 결정할 필요가 있기 때문에, 그 경우 숙련된 의료 종사자에 의한 치료가 필요하다. 난치성 신경 장애성 동통의 치료에서는, 표적이 되는 1 차 운동야 상에 1 ㎜ 의 단위로 코일의 위치 결정을 실시할 필요가 있다.

경두개 자기 자극 요법에서는, 현재, 자기 자극법의 자극 코일로서, 원형 코일, 8 자 코일 (「8」이라는 형상을 대체로 그리듯이 주회된 코일) 을 비롯하여, 4 엽 (葉) 코일, Hesed 코일, 작은 원형 코일을 두부 표면에 다수 배치한 코일 등 다양한 형상이 제안되어 있고, 현재에는 원형 코일과 8 자 코일이 주로 이용되고 있다.

8 자 코일 (하기 특허문헌 1 및 2 참조) 은, 1 개의 도선에 의해 시리즈에 형성된 2 개의 원형 코일을 부분적으로 중첩시켜 배치한 것으로서, 그것들의 원형 코일에 역방향으로 전류를 흐르게 함으로써, 코일 교차부 바로 아래에 와전류를 집중시켜 국소로의 자극이 가능하다.

한편, 치료의 대상이나, 환자 개인의 증상에 따라서는, 국소적인 자극과는 반대로, 보다 넓은 범위에서 자극하는 것이 유효한 경우가 있다.

또, 국소에 자극이 집중되는 코일에서는, 대상의 부위에 정확하게 위치를 결정할 것이 요구되어, 이 경우, 네비게이션 시스템 등에 의한 정확한 위치 결정을 실시할 필요가 있었다.

재택 치료에 사용하는 자기 자극의 개발을 실시하는 데에 있어서, 비의료 종사자의 손에 의해 자극 위치를 결정하기 위한 네비게이션 시스템의 개발도 진행되고 있다. 이 시스템에 의하면, 환자는 먼저 병원에서 자기 센서가 부착된 안경을 장착하고, 안경을 매회 동일한 위치에 장착하기 위해 영구 자석을 사용하여 캘리브레이션을 실시한다. 다음으로, 환자의 MRI 화상과 광학식 트래킹 좌표계를 합성하는 수법에 의해 의사가 최적 자극 위치를 특정하고, 최적 자극 위치 및 그 주위 5 ㎝ 의 범위 내의 랜덤한 위치의 데이터를 기록한다. 주위의 위치 데이터를 기록함으로써, 환자가 코일 위치를 결정할 때에 코일이 현재 어디에 있는지를 시각적으로 아는 것이 가능해진다.

재택 치료시에는 먼저 안경의 캘리브레이션을 실시한다. 그 후, 자극 코일에 장착된 영구 자석의 위치를 데이터와 비교함으로써 3 차원 위치를 측정한다. 코일의 현재 위치 및 최적 자극 위치를 시각적으로 확인함으로써, 직관적으로 코일의 위치 결정을 실시할 수 있다.

실험에 의하면, 이 네비게이션 시스템에 있어서의 유도 오차는, 최적 자극 위치로부터 최대로 예를 들어 5 ㎜ 이며, 한편, 앞서 설명한 8 자 코일은, 이 5 ㎜ 이내에 조사 부위 (최적 자극 위치) 가 있는 경우에 치료상 유효하게 목적으로 하는 부위를 자극하는 것이 가능하다. 이 때문에, 네비게이션 시스템을 사용하여 유도된 자극 위치에 있어서, 8 자 코일로 자기 자극을 실시하는 치료 장치를 사용하면, 조사해야 할 부위 (최적 자극 위치) 가 치료 코일의 자극 유효 범위에 들어가지 않을 가능성이 있으므로, 정확하게 치료 부분에 자극을 실시하기 어렵다. 그래서 예를 들어 10 ㎜ 이내에 조사해야 할 부위가 있는 경우에 치료상 유효하게 목적으로 하는 부위를 자극할 수 있는, 보다 넓은 범위에 균등하게 와전류를 발생시키는 것이 가능한 코일의 개발이 필요해졌다.

그래서, 본 발명자들은, 로버스트성이 높은 (즉, 보다 넓은 범위에 균등하게 와전류를 발생시킬 수 있는) 자극 코일을 실현하기 위해, 돔형의 코일 장치 (이하 이 명세서에 있어서「돔형 코일」이라고 하는 경우가 있다) 를 제안하였다 (하기 특허문헌 3 참조). 이 돔형 코일은, 8 자 코일과 비교하여 보다 넓은 범위에 와전류를 발생시킬 수 있고, 게다가, 넓은 범위로의 와전류의 야기를 유지하면서 인덕턴스를 억제할 수 있다는 바람직한 특성을 갖는다.

그런데, 하기 특허문헌 3 에 나타내는 돔형 코일은, 기존의 8 자 코일에 비해 넓은 범위에 유도 전기장을 발생시킬 수 있는 한편으로, 8 자 코일과 동일한 전류량을 인가한 경우의 전기장 강도가 낮다 (동일한 전류 인가 조건에서는 약 1/4 이 된다) 는 문제점이 있었다.

유도 전기장이 작은 경우에는, 그것을 보충하기 위해, 보다 많은 전류를 인가해야 하기 때문에, 승압 회로·커패시터가 대형화되어 장치 비용이나 설치 비용이 증대될 가능성이 있을 뿐만 아니라, 코일 자체의 가열이 빨라지므로 그것에 대한 대응 수단도 필요해진다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 코일 형상이나 설계 파라미터에 대해 다양한 검토를 실시하고, 그 결과, 돔형 코일과 동일한 넓은 유도 전기장을 취할 수 있다는 특장을 유지하면서, 동일한 정도의 인가 전류로 보다 강한 유도 전기장을 발생시킬 수 있고, 또한 인덕턴스가 일탈한 값을 취하지 않는 코일을 구성할 수 있는 형상에 대한 지견을 얻었다.

일본 공개특허공보 2012-125546호 국제공개공보 제2010/147064호 국제공개공보 제2015/122506호 (예를 들어 도 6)

본 발명은, 상기한 지견에 기초하여 이루어진 것이다. 본 발명의 주된 목적은, 돔형 코일과 동일한 넓은 유도 전기장을 취할 수 있고, 또한 돔형 코일과 동일한 정도의 인가 전류로 보다 강한 유도 전기장을 발생시킬 수 있으며, 게다가, 인덕턴스를 작은 값으로 억제할 수 있는 코일을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하는 수단은, 이하의 항목과 같이 기재할 수 있다.

(항목 1)

대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일로서,

상기 코일은, 제 1 ∼ 제 N 턴을 갖고 있고,

상기 제 1 ∼ 제 N 턴은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부와, 상기 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부를 구비하고 있고,

상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 서로 대략 평행하게, 또한 상기 대상물의 표면 또는 그것에 근사 (近似) 되는 면을 따라 배치되어 있고,

상기 접속부는, 상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부를 사이에 두고 상기 대상물의 표면과 대향하지 않고, 또한 상기 작용부의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코일,

단 여기서 N 은 2 이상의 정수 (整數) 이다.

(항목 2)

상기 제 1 ∼ 제 N 턴 중 제 1 ∼ 제 P 턴에 있어서의 상기 접속부는, 제 P ＋ 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 접속부와는, 상기 작용부를 사이에 두고 반대측의 위치에 배치되어 있는 항목 1 에 기재된 코일.

(항목 3)

상기 접속부는, 대략 원호상으로 형성되어 있는 항목 1 또는 2 에 기재된 코일.

(항목 4)

상기 작용부가 배치되는 상기 면은, 단면이 대략 원호상으로 형성되어 있는 것인 항목 1 ∼ 3 중 어느 한 항에 기재된 코일.

(항목 5)

제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 등간격으로 배치되어 있는 항목 1 ∼ 4 중 어느 한 항에 기재된 코일.

(항목 6)

상기 대상물은 생체인 항목 1 ∼ 5 중 어느 한 항에 기재된 코일.

(항목 7)

상기 대상물은 동물의 두부이고,

상기 유도 전기장에 의해, 상기 두부에 있어서의 뇌 내에 유도 전류를 발생시키는 구성으로 되어 있는 항목 1 ∼ 5 중 어느 한 항에 기재된 코일.

(항목 8)

추가로 코어 부재를 구비하고 있고,

상기 코어 부재는, 상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 의해 생성되는 자기 회로의 자기저항을 경감시키는 구성으로 되어 있고,

또한 상기 코어 부재는, 상기 작용부를 사이에 두고 상기 대상물과는 반대측이 되는 위치에 배치되어 있는 항목 1 ∼ 7 중 어느 한 항에 기재된 코일.

(항목 9)

상기 코어 부재는, 비투자율이 상이한 복수의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 항목 8 에 기재된 코일.

(항목 10)

상기 코어 부재는, 상기 작용부에 대향하는 위치에 배치되는 제 1 부분과, 상기 접속부에 대향하는 위치에 배치되는 제 2 부분을 구비하고 있고,

상기 제 1 부분은, 상기 작용부의 연장 방향과 비평행한 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 1 코어체를 구비하고 있고,

상기 제 2 부분은, 상기 작용부의 연장 방향과 대략 평행이 되는 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 2 코어체를 구비하고 있는 항목 8 또는 9 에 기재된 코일.

(항목 11)

항목 1 ∼ 10 중 어느 한 항에 기재된 코일과, 상기 코일에 소정의 전류를 공급하기 위한 전원부를 구비하는 자기 자극 장치.

(항목 12)

대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일로서,

당해 코일이 갖는, 입력단에서 출력단에 이르는 일련의 도선이,

(1) 상기 유도 전기장 발생에 사용하는 복수의 작용 도선부,

(2) 상기 복수의 작용 도선부를 서로 접속시키고, 또한 상기 작용 도선부가 발생시킨 유도 전기장에 대한 강도에 대한 영향을 실질적으로 무시할 수 있는 양태로 구성된 접속 도선부

로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 코일.

(항목 13)

대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일과 지지체를 구비한 자기 자극 장치로서,

상기 코일은, 제 1 ∼ 제 N 턴을 갖고 있고,

상기 제 1 ∼ 제 N 턴은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부와, 상기 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부를 구비하고 있고,

상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 서로 대략 평행하게 배치되어 있고,

상기 접속부는, 상기 작용부의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있고,

상기 작용부는, 상기 지지체에 의해 지지되어 있고,

상기 지지체의 하면은, 대략 편평상으로 형성되어 있는 자기 자극 장치,

단 여기서 N 은 2 이상의 정수이다.

(항목 14)

상기 대상물의 표면은, 대략 구 형상으로 되어 있고, 이로써, 상기 지지체의 하면은, 그 대략 중앙에 있어서, 상기 대상물의 표면에 접촉하는 구성으로 되어 있는 항목 13 에 기재된 자기 자극 장치.

본 발명에 의하면, 비교적으로 넓은 유도 전기장을 취하도록 작용부의 면적을 설계상 넓게 하였다고 하더라도, 인가 전류에 대한 유도 전기장의 발생 효율이 높고, 게다가, 인덕턴스를 작은 값으로 억제할 수 있는 코일을 제공하는 것이 가능해진다.

또 본 발명에 의하면, 코일 표면에서 자극점까지의 거리의 변화에 대한 자극점에서의 자속 밀도의 변화율이 소정의 수치 이하가 되도록 구성하였으므로, 뇌 내의 조사 타깃을 자기 자극하는 치료시에 두피 부근도 자극하는 것에서 기인하는 불쾌감을 경감시키는 것이 가능해진다.

도 1 은 종래의 자기 자극 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2 는 종래의 자기 자극 장치에 사용되는 코일에 의해 발생하는 자기장과, 뇌 표면에 발생하는 유도 전류의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3 은 종래의 자기 자극 장치의 사용 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 자기 자극 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도이다.
도 5 는 도 4 의 장치에 있어서 사용되는 장착부를 확대한 사시도이다.
도 6 은 도 5 의 A-A 선을 따른 개략적인 단면도로서, 대상물 (두부) 의 상면에 재치된 상태에서의 장착부를 나타내고 있다.
도 7 은 도 6 의 장착부에 있어서 사용되는 코일의 배치 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8 은 코일에 있어서의 전류의 흐름 방향을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9 는 도 6 의 장착부에 있어서 사용되는 지지체의 사시도이다.
도 10 은 도 6 에 상당하는 위치에 있어서의 지지체의 단면도이다.
도 11 은 본 실시형태의 코일을 사용한 시뮬레이션에 있어서의 조건을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12 는 시뮬레이션에 의한 결과의 그래프로서, 횡축은 내경 a, 종축은 유도 전기장 강도 및 인덕턴스를 나타낸다.
도 13 은 시뮬레이션에 의한 결과의 그래프로서, 횡축은 권취수 N, 종축은 유도 전기장 강도 및 인덕턴스를 나타낸다.
도 14 는 시뮬레이션에 의한 결과의 설명도로서, 본 실시형태의 코일에 의해 발생하는 전기장의 확산을 설명하기 위한 설명도이다.
도 15 는 종래의 각종 코일과 본 실시형태의 코일을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일 중앙을 중심으로 한 회전 각도), 종축은 유도 전기장 강도이다.
도 16 은 종래의 각종 코일과 본 실시형태의 코일을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일로부터 대상물 방향 (하면 방향) 으로의 거리), 종축은 자속 밀도이다.
도 17 은 본 실시형태의 변형예를 설명하기 위한 설명도로서, 코일 표면에 코어 부재를 재치한 상태에서, 코어 부재만을 절단한 주요부 단면도이다.
도 18 은 코어 부재에 사용하는 규소 강판의 비투자율의 설정예를 나타내는 그래프로서, 횡축은 자기장 강도, 종축은 자속 밀도이다.
도 19 는 코어 부재를 사용한 시뮬레이션에 의해 얻어진 유도 전기장의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 20 은 코어 부재를 사용한 코일의 특성을 설명하기 위한 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일 중앙을 중심으로 한 회전 각도), 종축은 유도 전기장 강도이다.
도 21 은 실측에 의한 종래의 각종 코일과 본 실시형태의 코일을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일로부터 대상물 방향 (하면 방향) 으로의 거리), 종축은 자속 밀도이다.
도 22 는 실측에 의한 코일의 전류 파형을 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간 (㎲), 종축은 전류값이다.
도 23 은 실측에 의한 코일의 순시 자기장을 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간 (㎲), 종축은 순시 자기장이다.
도 24 는 종래의 8 자 코일과 본 실시형태의 코일을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일로부터 대상물 방향 (하면 방향) 으로의 거리), 종축은 자속 밀도이다.
도 25 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 자기 자극 장치에 사용되는 장착부의 개략적인 사시도이다.
도 26 은 도 25 의 X-X' 선을 따른 횡단면도이다.
도 27 은 도 25 의 Y-Y' 선을 따른 종단면도이다.
도 28 은 도 25 에 나타내는 장착부의 변형예를 나타내는 설명도로서, 도 27 에 대응하는 위치에서의 종단면도이다.
도 29 는 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 자기 자극 장치에 사용되는 장착부의 개략적인 사시도이다.
도 30 은 도 29 의 X-X' 선을 따른 횡단면도이다.
도 31 은 도 29 의 Y-Y' 선을 따른 종단면도이다.
도 32 는 도 29 에 나타내는 장착부의 변형예를 나타내는 설명도로서, 도 31 에 대응하는 위치에서의 종단면도이다.
도 33 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 자기 자극 장치에 사용되는 장착부의 개략적인 사시도이다.
도 34 는 도 33 의 X-X' 선을 따른 횡단면도이다.
도 35 는 도 33 의 Y-Y' 선을 따른 종단면도이다.
도 36 은 시뮬레이션에 의한 결과의 설명도로서, 실시예 3 의 코일에 의해 발생하는 정규화된 전기장 강도를 나타내는 설명도이다.
도 37 은 시뮬레이션에 의한 결과의 설명도로서, 실시예 1 의 코일에 의해 발생하는 정규화된 전기장 강도를 도 36 과의 비교를 위해 나타내는 설명도이다.
도 38 은 시뮬레이션에 의한 결과의 설명도로서, 종래의 8 자 코일에 의해 발생하는 정규화된 전기장 강도를 도 36 과의 비교를 위해 나타내는 설명도이다.
도 39 는 실시예 3 의 코일 (flat-d) 과 실시예 1 의 코일 (Double-D) 과 종래의 8 자 코일 (figure-8) 을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일 중앙을 중심으로 한 변위), 종축은 유도 전기장 강도이다.
도 40 은 실시예 3 의 코일 (flat-d) 과 실시예 1 의 코일 (Double-D) 과 종래의 8 자 코일 (figure-8) 을 비교하는 그래프로서, 횡축은 측정 위치 (코일로부터 대상물 방향 (하면 방향) 으로의 거리), 종축은 자속 밀도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 자기 자극 장치를, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 자기 자극 장치는, 변동 자기장에 의해 생성되는 유도 전류를 사용하여 뇌에 자극을 주는 수법인 경두개 자기 자극법을 실시하기 위한 장치이다.

(자기 자극 장치의 구성)

본 실시형태의 자기 자극 장치 (도 4 참조) 는, 전원부 (10) 와, 케이블 (20) 과, 장착부 (30) 를 구비하고 있다. 이 자기 자극 장치는, 대상물 (1) 의 내부에 유도 전류를 발생시키기 위한 것이다. 여기서, 본 실시형태에서는, 대상물 (1) 로서, 생체, 특히 인체의 두부가 사용되고 있다. 이 때문에, 이후에서는, 대상물 (1) 대신에 두부 (1) 라고 하는 경우가 있다.

(전원부)

전원부 (10) 는, 장착부 (30) 에 있어서의 코일 (31) (후술) 에 소정의 전류를 공급함으로써, 대상물 (1) 의 내부에 소정의 유도 전류를 발생시키는 구성으로 되어 있다. 전원부 (10) 로부터 공급되는 전류로는, 유도 전류를 발생시킬 수 있는 교류 성분을 갖고 있으면, 직류 성분을 갖고 있어도 된다. 따라서, 전류로는, 예를 들어, 단상성 (monophasic) 펄스상, 2 상성 (biphasic) 펄스상 등, 용도에 따라 각종 파형의 것을 사용할 수 있다. 펄스의 발생 주기는, 용도에 따라 적절히 설정되어 있다. 이와 같은 전원부 (10) 로는, 종래와 동일한 것 (예를 들어 상기 특허문헌 3 을 참조) 을 이용 가능하므로, 더 이상 상세한 설명은 생략한다.

(케이블)

케이블 (20) 은, 전원부 (10) 로부터 장착부 (30) 의 코일 (31) (후술) 에 소정의 전류를 공급하는 구성으로 되어 있다. 케이블 (20) 은, 어느 정도의 유연성을 갖고 있고, 장착부 (30) 를 대상자의 두부 (1) 에 있어서의 적절한 위치에 배치할 수 있게 되어 있다. 케이블 (20) 에 대해서도, 종래와 동일한 것을 이용 가능하므로, 더 이상 상세한 설명은 생략한다.

(장착부)

장착부 (30) (도 5 참조) 는, 상기한 코일 (31) 과, 이 코일 (31) 을 지지하는 지지체 (32) 를 구비하고 있다.

(코일)

코일 (31) (도 6 ∼ 도 8 참조) 은, 대상물 (즉 대상자의 두부) (1) 의 표면 근방에 배치되어, 대상물 (1) 의 내부에 유도 전기장을 발생시키는 구성으로 되어 있다.

본 실시형태의 코일 (31) 은, 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 을 갖고 있다. 단 여기서 N 은 2 이상, 바람직하게는 3 이상의 정수이며, 권취수가 많을수록 유도 전기장을 강하게 하고, 또한 대상 영역을 넓히는 것이 용이해진다. 한편, 적정한 인덕턴스를 고려하면, 권취수는 20 이하, 보다 바람직하게는 14 이하로 하는 것이 바람직하다. 도시예에서는 권취수 N ＝ 14 로 되어 있다.

코일 (31) 에 있어서의 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부 (311a) 와, 이 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부 (311b) 를 구비하고 있다. 여기서, 작용부는, 각 턴에 대해 구비되어 있는데, 이 명세서에서는, 각 작용부에 대해 동일한 부호 311a 를 부여한다. 접속부 (311b) 에 대해서도 동일하다. 또, 상기에 있어서「역방향의 전류」란, 도선 방향을 따른 방향이 아니라, 코일이 배치된 공간 내에서의 방향에 있어서 반대라는 의미이다. 요컨대, 코일에 흐르는 전류 i 에 대하여 역방향인 전류-i 를 흐르게 한다는 의미는 아니다. 도 7 및 8 에 있어서, 코일에 있어서의 전류의 흐름 방향을 화살표로 나타낸다.

본 실시형태에 있어서의 코일 (31) 은, 지지체 (32) 에 지지됨으로써, 그 공간적 배치 상태가 규정되어 있다 (도 5 및 도 6 참조). 구체적으로는, 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 에 있어서의 복수의 작용부 (311a) 는, 서로 대략 평행하게, 또한 대상물 (1) 의 표면 또는 그것에 근사되는 면을 따라 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 인체의 두부는 대략 구면에 근사할 수 있으므로, 작용부 (311a) 는, 구면 (보다 상세하게는 구면의 일부) 를 따르도록 배치된다. 본 실시형태에서는, 작용부 (311a) 가 배치되는 면 (구체적으로는, 후술하는 지지체 (32) 의 맞닿음부 (321) 의 상면) 이 대략 원 구면으로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 작용부 (311a) 가 등간격으로 배치된 것으로 되어 있다.

또, 제 1 ∼ 제 N 턴 (311 ∼ 31N) 에 있어서의 복수의 접속부 (311b) 는, 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 작용부 (311a) 를 사이에 두고 대상물 (1) 의 표면과 대향하지 않고, 또한 작용부 (311a) 의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있다 (도 6 참조). 보다 구체적으로는, 접속부 (311b) 는, 작용부 (311a) 의 연장 방향 (도 7 에 있어서 도면 중 상하 방향) 에 대략 직교하는 방향에 있어서, 주기적으로 배치된 것으로 되어 있다.

또, 본 실시형태에서는, 제 1 ∼ 제 N 턴 중 제 1 ∼ 제 P 턴에 있어서의 접속부 (311b) 는, 제 P ＋ 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 접속부 (311b) 와는, 작용부 (311a) 를 사이에 두고 반대측의 위치에 배치되어 있다 (도 7 참조). 도 6 의 예에서는, N ＝ 14, P ＝ 7 로 되어 있지만, 이 숫자에 한정되는 것이 아니며, 각종 설정 조건에 따라 변경 가능하다.

접속부 (311b) 는, 평면에서 봤을 때에 대략 원호상이 되도록 형성되어 있다 (도 7 참조). 또, 작용부 (311a) 의 좌우로 나뉘어진 접속부 (311b) 는, 작용부 (311a) 를 사이에 두고 좌우 대칭으로 되어 있다. 또한, 작용부 (311a) 의 편측에 있어서의 접속부 (311b) 는, 대략 동심원상으로 되어 있다. 또한, 좌우로 나뉘어진 접속부 (311b) 의 개수가 상이해도 된다. 요컨대, 코일 (31) 의 형상으로는, 좌우 대칭이 아니라, 비대칭으로 할 수도 있다. 예를 들어 권취수 N ＝ 14 이고 P ＝ 8 과 같은 구성도 가능하다. 물론 이들 수치는 단순한 일례로서, 이 수치에는 제약되지 않는다.

바꿔 말하면 본 실시예의 코일은, 대상물의 표면 근방에 배치되어 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일로서, 코일이 갖는, 입력단에서 출력단에 이르는 일련의 도선이,

(1) 유도 전기장 발생에 사용하는 복수의 작용 도선부,

(2) 복수의 작용 도선부를 서로 접속시키고, 또한 작용 도선부가 발생시킨 유도 전기장에 대한 강도에 대한 영향을 실질적으로 무시할 수 있는 양태로 구성된 접속 도선부

로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 코일이다.

(지지체)

지지체 (32) 는, 대상물 (1) 의 표면에 맞닿을 수 있게 된 맞닿음부 (321) 와, 맞닿음부 (321) 의 외주 가장자리에 형성된 플랜지부 (322) 를 구비하고 있다.

맞닿음부 (321) 는, 구면의 일부를 구성하도록 (요컨대 구면상으로) 만곡된 대략 판상 내지 대략 원반상으로 형성되어 있고, 이로써, 맞닿음부 (321) 의 하면에 대상물로서의 두부 (1) 의 일부를 수용할 수 있도록 되어 있다 (도 6 참조).

맞닿음부 (321) 의 상면에는, 코일 (31) 의 작용부 (311a) 를 수용하고, 그것들의 위치 결정을 실시하기 위한 홈 (321a) 이 형성되어 있다 (도 6 및 도 10 참조). 홈 (321a) 은, 본 실시형태에서는, 상기 작용부 (311a) 와 동일하게, 서로 대략 평행하게 또한 등간격으로 맞닿음부 (321) 의 상면을 따라 형성되어 있다 (도 9 참조).

플랜지부 (322) 는, 맞닿음부 (321) 의 외주 가장자리로부터, 외측 방향으로 연장되어 형성되어 있다 (도 9 참조). 본 실시형태의 플랜지부 (322) 는, 전체적으로 대략 단면 평판상으로 형성되어 있고, 이로써, 플랜지부 (322) 와 대략 구면상의 대상물 표면이 약간 이간될 수 있게 되어 있다 (도 6 참조). 플랜지부 (322) 의 상면에는, 코일 (31) 의 접속부 (311b) 를 수용하고, 그것들의 위치 결정을 실시하기 위한 홈 (322a) (도 6 및 도 10) 이 형성되어 있다. 홈 (322a) 은, 본 실시형태에서는, 상기 접속부 (311b) 와 동일하게, 동심원을 이루도록 (혹은 평행 곡선이 되도록), 플랜지부 (322) 의 상면을 따라 형성되어 있다 (도 9 참조).

(실시예 1 … 설계 조건 최적화)

다음으로, 상기한 본 실시형태에 있어서 사용한 코일 (31) 의 설계 조건에 대해, 시뮬레이션을 사용하여 검토한다.

이하의 검토에 있어서는, 본 실시형태의 코일 (31) (이하 이 명세서에 있어서「Double-D 코일」이라고 하는 경우가 있다) 이 두부 (1) 에 접촉하는 면적 (구체적으로는, 지지체 (32) 의 맞닿음부 (321) 를 통하여 두부에 접촉하는 면적) 을 일정한 것으로 가정한 후, 작용부 (311a) 와 접속부 (311b) 의 최소 간격 a (도 11 참조) 와 코일의 권취수 N 을 변화시켜, 이것들의 설계 파라미터가, 코일에 의해 발생하는 유도 전기장에 어떠한 영향을 주는지를 분명히 한다. 그 후, 특히 실용성이 높은 (현 상황의 구동 회로에 접속 가능한 인덕턴스를 갖고, 또한 종래의 8 자 코일에 비해 떨어지지 않는 유도 전기장의 발생 효율을 달성할 수 있는) Double-D 코일의 설계 파라미터를 결정한 후, 기존의 코일과의 비교를 실시하여, 그 유효성을 확인한다.

(시뮬레이션 조건)

Double-D 코일의 형상 최적화를 실시한다. 또한, 하기에 나타내는 설계상의 수치는 모두 단순한 일례로서, 이것들에 의해 본 발명의 범위가 제약되는 것은 아니다.

먼저, 작용부 (311a) 가 배치되는 면 (구면) 의 곡률 반경을 100 ㎜, 작용부 (311a) 전체의 폭 (배열 방향에서의 폭) 을 78 ㎜, 작용부 (311a) 전체의 바닥면에 의한 커버 범위의 반경 (요컨대 작용부 (311a) 의 최대 길이의 절반) 을 56 ㎜ 로 하였다. 상기한 최소 간격 a 를 가변으로 하고, 이것을 14 ㎜ 내지 38 ㎜ 의 사이에서 변화시켰다 (도 11 참조). 또, 코일 (31) 의 도선에 의한 두부의 커버 면적을 일정하게 하고, 코일 (31) 의 전체 권취수 N 을 14 내지 20 의 사이에서 변화시켰다 (도 11 참조). 또한, 도 11 에서는, 나선의 권선 구조는 무시하고 간략하게 기재되어 있다. 코일 도선의 단면 형상으로는, 폭 2 ㎜ 높이 6 ㎜ 를 가정하였다.

시뮬레이션에 있어서는, 반경 75 ㎜ 의 도체 반구의 1 ㎝ 바로 위에 코일 (31) 을 위치시키고, 최대 전류 5.3 ㎄, 펄스 주파수 3.4 ㎑ 로 펄스 전류를 인가하였을 때의 유도 전기장을 계산에 의해 구하였다. 전기장 강도에 대해서는, 자극 중앙 (목표로 하는 대상물 표면의 중앙 부분, 예를 들어 대뇌에 있어서의 운동야 중의 특정 부위) 으로부터 반경 10 ㎜ 의 구 내의 평균값을 사용하여 평가하였다. 전기장의 확산에 대해서는, 인가 전류에 의해 발생하는 유도 전기장의 최대 강도를 기준으로 하여, 이 최대 강도의 50 ％ 이상의 전기장이 발생한 복셀의 총 면적을 사용하여 평가하였다. 계산에는, 본 발명자들의 오리지널 소프트웨어 (그 개요의 설명은 후술한다) 에 의한 스칼라 포텐셜 유한 차분법 (SPFD 법) 을 이용하였다. 유한 차분법에 의한 계산과는 별도로, 코일의 인덕턴스를 노이만의 공식으로부터 근사 계산하였다. 노이만의 공식에 있어서는, p 개로 분할된 미소 선로군 C 에 있어서의 인덕턴스 L 은 식 (1), (2), (3) 에 의해 구해진다. 또한 식 (3) 에서는, 도전체의 단면 형상을 폭 w 높이 h 의 장방형, 도전체의 선분 길이를 l 로 하고 있다. m_ij 는 각 미소 선로의 부분 인덕턴스, s_i, s_j 는 각 미소 전류로 벡터를 나타내고 있다. 비틀림의 위치에 있는 미소 전류 선로끼리의 거리 r 은, 본 예에서는 간이적으로 각 미소 선분의 중점 간의 거리로 하여 근사하였다.

또, SPFD 법에 의한 시뮬레이션에 추가하여, 정확성을 기하기 위해, 유한 요소법에 의한 시뮬레이션을 병용하여, 공기 영역에 발생되는 자기장으로부터 구해지는, 보다 정확한 인덕턴스와 자속 밀도의 강도를 구하였다. 기존 코일과의 비교를 위해, 전체 권취수 20, 외반경 (코일 외주에서의 반경) 100 ㎜, 도선 간격 1 ㎜ 의 8 자 코일 (상기 특허문헌 1 및 2) 과, 전체 권취수 10, 외반경 100 ㎜ 의 원형 코일과, 높이 39 ㎜, 외반경 66 ㎜, 폭 78 ㎜ 의 돔형 코일 (상기 특허문헌 3) 의 3 모델을 준비하고, 인덕턴스나 자속 밀도의 강도, 반구 모델 표층부 (표면으로부터 1 ㎜ 의 깊이) 에 있어서의 전기장 강도를 구하였다. 또한 유한 요소법에 의한 시뮬레이션에는 Photo-Series (Photon Co. Ltd.) 를 사용하였다.

(결과 1·고찰 - 코일 내경 폭에 따른 유도 전기장의 변화)

권취수 20 의 코일을 사용하여 그 내경 폭 (최소 간격) a 를 변화시킨 경우에 있어서의 전기장 강도, 인덕턴스, 유도 전기장의 확산의 변화에 대해, 결과를 표 1 에 정리한다. 전기장 강도와 인덕턴스에 대해 그래프로 하면 도 12 와 같이 된다.

얻어진 결과에 따르면, 코일측부의 폭 a 가 넓으면 넓을수록 인덕턴스가 크게 상승하는 한편으로, 두부 모델 (대상물) 에 발생할 수 있는 유도 전기장의 강도나 확산은 그다지 변화가 없다는 것을 알 수 있다. 유도 전기장이 거의 변하지 않는 것이면, 인덕턴스는 낮은 편이 바람직하기 때문에, Double-D 코일의 내경 폭 a 는, 두부 표면과 코일 (구체적으로는 그 지지체의 하면) 이 간섭하는 한계의 지점까지, 가능한 한 좁히는 것이 좋다고 결론지을 수 있다. 또 권취수 N ＝ 20, 폭 a ＝ 14 ㎜ 인 경우에서의 인덕턴스 ＝ 18.5 μH 라는 값은, 시판되는 구동 회로에 접속시키기에는 큰 값이며, 여기에서부터 권취수를 줄여 감으로써 더욱 인덕턴스를 낮추는 것이 바람직하다.

(결과 2·고찰 - 두부 접촉면에 있어서의 권취수에 따른 유도 전기장의 변화)

내경 폭 a ＝ 14 ㎜ 로 하여, 코일의 권취수 N (변수) 에 대한 전기장 강도, 인덕턴스, 유도 전기장의 확산의 변화에 대해, 결과를 표 2 에 정리한다. 전기장 강도와 인덕턴스에 대해 그래프로 하면, 도 13 과 같이 된다.

얻어진 결과로부터, 유도 전기장의 확산은, 권취수에 따라 변하는 경우가 거의 없다고 알 수 있다. 또 코일의 권취수를 낮춰 감으로써, 인덕턴스를 낮출 수 있는 한편, 유도 전기장의 강도도 크게 낮아져 가는 것을 알 수 있다. 시판되는 구동 회로에 접속시키려면, 인덕턴스는 10 μH 정도나 그 이하를 노리는 것이 바람직하다고 되어 있어, 이것들에 입각하면 코일의 전체 권취수는 14 가 적절하다.

여기서, 실제의 코일에서는, 제작을 용이하게 하기 위해 도선 간격을 넓게 취하는 것을 생각할 수 있다. 그러면, 코일의 쇄교 자속이 증가하여, 인덕턴스가 증가할 가능성이 있다. 또, 구동 회로와 코일을 접속시키는 케이블 (20) 에 의해서도 전체의 인덕턴스가 증가한다. 따라서, 코일 (31) 에서의 인덕턴스의 설계값은 10 μH 에 비해 더욱 여유를 갖게 하는 것이 좋을 것으로 생각된다. 본 예에서는, 인덕턴스의 값에 여유가 있는 폭 a ＝ 14 ㎜ 권취수 N ＝ 14 를 채용하여, 기존 코일과의 비교나 구체적인 제작을 진행시켜 나가기로 한다.

(결과 3·평가 - 기존 코일과의 비교)

유한 요소법에 의한 시뮬레이션 결과로서, 8 자 코일과 Double-D 코일을 사용한 경우의 반구 모델 (대상물을 반구 형상으로 한 모델) 에서의 전기장의 확산을 도 14 에 나타낸다. 이 도면에서는, 전기장 강도를, 최대값을 100 ％ 로서 정규화하여 나타내고 있다. 또, 반구 모델에 있어서의 깊이 1 ㎜ 지점의 전기장 강도에 대한 각 코일에서의 비교를 도 15 에 나타낸다. 또, 구동 회로의 최대 출력으로서 5.3 ㎄ 의 통전을 가정하였을 때의 코일 중앙의 표면으로부터의 거리와 자속 밀도의 강도의 관계를, 각 코일에 대해 플롯한 것을 도 16 에 나타낸다. SPFD 법에 의해 얻어진 전기장 강도의 값 및 확산과, 유한 요소법에 의해 얻어진 인덕턴스의 값을 표 3 에 나타낸다.

표 3 과 도 15 에 있어서, 계산 영역에서의 전기장 강도의 평균값으로서 8 자 코일의 경우가 202 V/m 인 반면, Double-D 코일의 경우가 209 V/m 이며, 깊이 1 ㎜ 지점의 유도 전기장의 최대값에 있어서 8 자 코일이 215 V/m 인 반면 Double-D 코일이 237 V/m 였다. 이와 같이 Double-D 코일의 최종 설계는, 기존의 8 자 코일에 비해 동등 이상의 유도 전기장 강도를 달성할 수 있었다. 추가로, 도 14 와 같이, 본 예의 코일에 의하면, 유도 전기장의 확산이 크고, 따라서 위치 편차에 강하다는 이점을 갖는다. 인덕턴스의 값도, 10 μH 이내로 억제되어 있기 때문에, 일반적인 구동 회로로의 접속에 바람직하다.

또 도 16 에 있어서, 코일 표면으로부터 5 ㎜ 의 위치에 있어서의 자기장 강도는 8 자 코일에서는 0.81 T 인 반면 Double-D 코일에서는 0.63 T 로, 8 자 코일의 자속 밀도 쪽이 높았다. 그러나 한편으로, 표면으로부터의 거리 16 ㎜ 에 있어서 양 코일은 0.48 T 로 동일한 값이 되었고, 또한 표면으로부터의 거리 20 ㎜ 에서의 자속 밀도는 8 자 코일에서는 0.40 T, Double-D 코일에서는 0.42 T 로 강도의 상하 관계가 역전되었다.

이것은 즉, 8 자 코일보다 Double-D 코일 쪽이 코일 표면으로부터 16 ㎜ 이상 떨어진 위치에 대하여 유도 전기장의 발생 효율이 양호하다는 것이다. 두피나 두엽, 뇌 척수액을 사이에 두고, 뇌의 회백질 표면의 자극점이 위치하는 것은, 코일 표면으로부터 15 ㎜ 이상 떨어진 위치가 되기 때문에, 이 특성에 의해, Double-D 코일은 회백질 표면 부근의 자극에 대하여 유효한 특성을 구비하고 있다고 할 수 있다.

또, 부수적으로 이하의 2 점에 있어서도 형편상 좋다.

먼저, 코일 표면에 있어서의 유도 전기장은, 낮은 것이 바람직하다. 운동야 바로 위의 두피 부근에는 측두근이나 퇴막이 존재하고, 자기 자극에 수반하여 이들 근육이 움직여, 피험자에 따라서는 불쾌감을 수반하는 것이 문제였다. 또 시술은 기본적으로 무통이지만, 피험자에 따라서는 피부의 감각 수용기가 자극되어, 근소한 가려움 등을 호소하는 경우가 있었다. 코일 표면 부근의 유도 전기장이 작음으로써, 이들 경미한 부작용을 경감시킬 수 있을 가능성이 있다.

이 때문에 본 실시예 코일은, 도 16 의「Double-D coil」로서 플롯된 본 실시예 코일의, 앞서 나타낸 본 실시예 시뮬레이션 조건하에서의 특성 곡선에 보여지는 바와 같이, 코일 표면에서 자극점까지의 거리 (㎜) 의 변화에 대한 자극점에서의 자속 밀도의 변화율을, 0.014 [T/㎜] 근방 또는 도 16 으로부터 판독할 수 있는 변화율이거나, 그것들 수치 이하가 되도록 구성하였으므로, 뇌 내의 조사 타깃을 자기 자극하는 치료시에 두피 부근도 자극하는 것에서 기인하는 불쾌감을 경감시키는 것이 가능해진다.

이에 대하여, 동일한 도 16 에서「Figure-8 coil」로서 플롯된 8 자 코일에서는 동일한 변화율이 0.027 [T/㎜] 근방이 되므로, 본 실시예 코일이 발휘하는 효과를 발휘하지는 않는다. 구체적으로는, 뇌 내의 자극점에 대하여 동일한 강도의 자속 밀도를 생성하는 자기 자극을 실시한 경우, 도 16 으로부터 분명한 바와 같이, 코일 표면으로부터의 거리가 짧은 위치에 있는 두피 부근의 자속 밀도가, 본 실시예 코일은 8 자 코일보다 작은 값이 되므로, 두피 부근을 자극하는 것에서 기인하는 불쾌감이 발생하였다고 하더라도, 8 자 코일보다 정도가 작아진다.

또한, 동일한 도 16 에 있어서「Dome coil」로서 플롯된 돔형 코일은, 상기의 변화율이 본 실시예 코일보다 작지만, 이 비교예에 사용한 돔형 코일의 설계 조건에서는 생성되는 자속 밀도의 크기가 본 실시예 코일보다 작으므로, 임상에 사용하는 경우에는 자극 강도가 작아져, 필요한 자극 강도를 확보하기 위해서는 전류값, 즉 공급 전력을 증대시킬 필요가 있다.

즉 본 실시예 코일은, 최대 전류 5.3 ㎄, 펄스 주파수 3.4 ㎑ 로 펄스 전류를 인가하였을 때의 코일 표면에서 자극점까지의 거리 (㎜) 의 변화에 대한 자극점에서의 자속 밀도의 변화율을, 0.014 [T/㎜] 근방 또는 도 16 으로부터 판독할 수 있는 변화율이거나, 그것들 수치 이하가 되도록 하고, 또한 자극점에 있어서의 자속 밀도의 크기가 0.2 [T] 이상이 되도록 구성한 자기 자극 치료용 코일이다.

또 2 번째의 포인트로서, 회백질 표면보다 깊은 부분의 유도 전기장은, 높은 편이 바람직하다 (즉, 깊은 위치까지 자극할 수 있는 편이 바람직하다). 회백질은 뇌 표면으로부터 5 ㎜ 이내에 분포하는 데다가, 뇌구 (腦溝) 의 깊이도 10 ㎜ 정도 있어, 치료를 위해 자극하는 운동야의 추체 세포의 신경군은, 뇌의 외측 표면에서 15 ㎜ 정도의 깊이까지 분포되는 것으로 생각된다. 우울증 치료의 예에서는, 전두전야를 넓게 또한 깊게 자극하기 위해 새로운 형상의 코일을 개발하고 있는 예가 있으며, 이 점도 감안하면, 깊은 위치까지 자극할 수 있는 것이 보다 높은 치료 효과로 이어질 가능성이 높다.

(변형예 … 이방향 적층 철심을 병용한 자극 초점의 국한 수법)

본 실시형태에 있어서 기재한 Double-D 코일은, 유도 전기장의 확산, 전기장 강도, 인덕턴스의 전부에 대해 실용상 충분한 특성을 구비하고 있는 한편으로, 이미 도 14 에서 나타낸 바와 같이, 접속부 (311b) (요컨대 측부 도선) 에 의한 유도 전기장이 약간 강하게 발생하기 때문에, 실제로 자기 자극을 실시하였을 때에 의도치 않은 뇌 부위에 약간의 유도 전기장을 발생시킬 가능성이 있다. 이것을 해결하기 위해, 변형예로서, 코어 부재 (33) (도 17 참조) 를 사용한 자기 자극 장치를 설명한다. 또한, 이 변형예의 설명에 있어서는, 상기한 실시형태와 기본적으로 공통되는 요소에 대해 동일 부호를 사용함으로써, 기재의 간략화를 도모한다. 또, 이 변형예에 있어서는, 이른바 이방향 적층 철심 (간단히 적층 철심 또는 철심이라고 하는 경우가 있다) 이 코어 부재 (33) 로서 사용되고 있다. 코어 부재 (33) 의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

(적층 철심이 자기 자극 초점에 미치는 효과)

먼저, 경두개 자기 자극 코일에 대한 적층 철심이 미치는 효과에 대해 설명한다. TMS 코일에 대하여 강자성체를 조합함으로써 자기 자극 효과를 높이는 연구는 몇 가지 있으며, 옛날에는 Han 등에 의해, 원형 코일의 상부에 적층 철심을 배치하는 형태가 제안되어 있다 (B. H. Han, S. Y. Lee, J. H. Kim, J. H. Yi, "Some technical aspects of magnetic stimulation coil design with the ferromagnetic effect", Medical & Biological Engineering & Computing, vol.41 (5), pp.516-518, 2003). 미야와키 등은 이것을 확장시켜, 8 자 코일의 국한성을 높인 편심 8 자 코일에 대하여 이방향의 적층 철강판을 조합함으로써, 자기 자극 효과를 크게 높일 수 있음을 보고하고 있다 (K. Yamamoto, Y. Miyawaki, Y. Saitoh, and M. Sekino, "Improvement in Efficiency of Tran-scranial Magnetic Stimulator Coil by Combination of Iron Core Plates Laminated in Different Directions", IEEE Transactions on Magnetics, vol.52, 2016). 이 기본적인 원리는, 도선에 대하여 수직 방향으로 적층한 철강판은 도선 바로 아래의 유도 전기장을 높이는 효과를 초래하고, 반대로 도선에 대하여 평행 방향으로 적층한 철강판은, 큰 손실 전류가 철강판 내에 발생함으로써 도선 바로 아래의 유도 전기장을 감쇠시키는 효과를 초래한다는 점에 있다. 미야와키 등은, 편심 8 자 코일의 외측에 대해서는 종방향의 적층을, 내측은 횡방향의 적층을 실시한 철강판을 준비함으로써, 자극을 강하게 하고자 하는 중앙부의 유도 전기장을 크게 하고, 자극이 불필요한 외측 가장자리부의 유도 전기장을 작게 함으로써, 자극 강도를 최대로 높일 수 있다는 결과를 얻고 있다.

이 변형예에서는, 이 결과를 따라, 본 실시형태의 Double-D 코일에 있어서의 자극 불요점의 유도 전기장을 감약시키고, 또 중앙부에 있어서의 유도 전기장을 증폭시키는 것을 목적으로 하여, Double-D 코일과 코어 부재 (33) 로서의 적층 철강판을 조합한 모델에 대해 검증을 실시한다.

(시뮬레이션 조건)

철강판의 효과를 시뮬레이션할 필요가 있기 때문에, 전부 유한 요소법에 의해 계산을 실시하였다. Double-D 코일의 권취수는 14 로 하였다. 코어 부재 (33) 는, 도 17 에 나타내는 바와 같이 Double-D 코일의 형상에 따라, 코일 전체를 커버하는 형상으로 되어 있다. 또한, 도 17 은 코어 부재 (33) 만을 절단한 상태를 나타내고 있다. 도체 반구는 반경 75 ㎜, 공기 영역은 반경 150 ㎜ 로 하였다. 여기서는, 코일에 의해 주위에 발생하는 자속을 정확하게 계산 시뮬레이션하기 위해, 충분한 넓이를 갖는 공기 영역을 설정하였다. 철강의 도전율을 비적층 방향으로 10⁷ 로 하고, 적층 방향으로는 10^-7 로 하였다. 비투자율은 규소 강판을 가정하여 최대 자속 밀도가 약 2 T 에서 포화된다는 가정에서, 도 18 과 같이 비선형적으로 설정하였다. 철강의 두께는 5 ㎜ 로 하였다. 표피 효과에 의해, 하기 식 (4) 로부터, σ ＝ 10⁷ S/m, f ＝ 3.15 ㎑ 로 하면, 자속의 침투는 40 ㎛ 의 깊이까지에만 일어나는 것으로 생각되며, 이 5 ㎜ 라는 두께는 이에 대하여 충분히 크다. 적층 방향은, 코어 부재 (33) 의 중앙에서 44 ㎜ 의 부분까지를 도선 (작용부 (311a)) 에 대하여 수직으로 철강판 (… 제 1 코어체 (331a) 에 대응) 이 나열되는 방향 (횡적층), 그것보다 외측에 있어서는 도선에 대하여 평행하게 철강판 (… 제 2 코어체 (332a) 에 대응) 이 나열되는 방향 (종적층) 이 되도록 설정하였다. 코일에 흐르게 하는 전류는 5.3 ㎄, 3.15 ㎑ 로 하였다. 제 1 코어체 (331a) 간의 부분 (331b) 과 제 2 코어체 (332a) 간의 부분 (332b) 은, 비투자율이 작은 재질로 구성되어 있다.

(결과·고찰)

얻어진 유도 전기장의 모습을 도 19 에 나타낸다. 또 반구 표면으로부터 깊이 1 ㎜ 에 있어서의 유도 전기장의 강도를 도 20 에 나타낸다. 도 20 에 있어서의 제 1 피크 (Double-D 코일의 측부 도선 (접속부 (311b)) 의 바로 아래에 해당하는 부분) 의 유도 전기장 강도는, 이방향 철강판을 배치하지 않은 경우에는 86.6 V/m 였던 한편으로, 철강판을 배치한 경우 60.2 V/m 가 되었다. 또, 제 2 피크로서 중앙에 발생하는 유도 전기장의 최대 강도는, 철강판을 배치하지 않은 경우에는 238.7 V/m, 배치한 경우에는 292.0 V/m 가 되었다. 인덕턴스의 값에 대해서는, 코어 부재가 없는 상태에서 7.4 μH 였던 반면, 코어 부재 (적층 철) 를 배치하면 1904 μH 가 되었다.

이 결과로부터, Double-D 코일에 있어서도, 이방향 적층 철강판을 이용함으로써 자극 불요점의 유도 전기장을 잘 억제할 수 있고, 또 자극 중앙점에 있어서의 전기장 강도는 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 인덕턴스의 값이 매우 크기 때문에, 통상적인 구동 회로에는 접속시킬 수 없을 것으로 생각된다. 이것을 회피하기 위해서는, 인덕턴스의 값을 낮추는 것을 의도하여, 철강판을 보다 작게, 얇게 해 나갈 필요가 있을 것으로 생각된다. 혹은 Peterchev 등이 제안하는 바와 같은, 인덕턴스의 값에 상관없이 파장을 임의로 변경할 수 있는 응용적인 구동 회로의 이용을 상정할 필요가 있다 (A. V. Peterchev, R. Jalinous, and S. H. Lisanby, "A Transcranial Magnetic Stimulator Inducing Near-Rectangular Pulses With Controllable Pulse Width (cTMS)", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol.55, 2008, pp.257-266).

변형예의 장치는, 하기와 같이 표현할 수 있다.

(A1)

코어 부재 (33) 는, 제 1 ∼ 제 N 턴에 의해 생성되는 자기 회로의 자기 저항을 경감시키는 구성으로 되어 있고, 또한 상기 코어 부재는, 작용부 (311a) 를 사이에 두고 대상물 (1) 과는 반대측이 되는 위치에 배치되어 있는 코일.

(A2)

코어 부재 (33) 는, 비투자율이 상이한 복수의 영역 (331a, 331b, 332a, 332b) 을 갖는 것을 특징으로 하는 항목 A1 에 기재된 코일.

(A3)

상기 코어 부재 (33) 는, 작용부 (311a) 에 대향하는 위치에 배치되는 제 1 부분 (331) 과, 접속부 (311b) 에 대향하는 위치에 배치되는 제 2 부분 (332) 을 구비하고 있고, 제 1 부분 (331) 은, 작용부 (311a) 의 연장 방향과 비평행한 (또는 직교하는) 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 1 코어체 (331a) 를 구비하고 있고, 제 2 부분 (332) 은, 작용부 (311a) 의 연장 방향과 대략 평행이 되는 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 2 코어체 (332a) 를 구비하고 있는 항목 A1 또는 A2 에 기재된 코일.

(실시예 2 … 실측에 의한 특성 평가)

실시예 2 에서는, 실시형태로서 설명한 권취수 14, 내경 폭 14 ㎜ 의 Double-D 코일에 대해, 실제로 제작을 실시하여, 통전·측정 실험을 실시한 결과를 나타낸다. 이 실시예 2 에서는, 코일 (31) 을 구성하기 위한 도선으로서, 폭 0.8 ㎜, 높이 4 ㎜ 의 주석 도금 망 형성 구리선을 2 장 중첩시킨 것을 사용하고, 이것을 지지체 (32) 상면의 홈에 끼워넣었다. 도선의 실효 단면적은 3.4 ㎟ 가 된다. 이와 같은 2 장 중첩된 망 형성 구리선을 사용함으로써, 평이하게 권선할 수 있고, 또한 전류로의 무게 중심을 낮게 할 수 있다.

결과를 하기의 표 4 에 나타낸다.

본 실시형태의 코일의 인덕턴스는 10.3 μH 였다. 시판되는 원형 코일 (MagPro 사의 원형 코일 C100) 은 9.6 μH, 8 자 코일은 12.1 μH 였다. 이러한 점에서, 본 실시형태의 코일은, 기존 코일과 거의 동등한 인덕턴스 특성을 가져, 기존의 전원 장치에 적용 가능하다는 것을 알 수 있다.

(직류 전류를 통전시켰을 때의 정자기장 측정)

구동 회로에 의해 발생되는 자속 밀도의 최대값은, 직류 전류에 의해 발생되는 정자기장에서의 자속 밀도의 값에 근사할 수 있다. 그 때문에, 코일에 직류 전류를 인가하였을 때의 정자기장을 측정함으로써, 구동시의 자속 밀도를 예측할 수 있다. 여기서는 구동 회로를 사용하여 통전시키기 전의 사전 실험으로서, 본 실시형태의 코일과 비교용의 8 자 코일에 직류 전류를 흐르게 하여, 발생하는 정자기장을 측정하였다.

(실험 조건)

코일 자체에 기생 저항이 있는 것에 입각하여, 정전류원에 코일을 직접 접속시켜 측정을 실시하였다. 전원은 TEXIO 사의 PAR18-6A 를 사용하였다. 정자기장 측정용 가우스미터로서, HIRST magnetic Instruments 사의 GM07 을 사용하였다.

(결과·고찰)

결과를 도 21 에 나타낸다. 5 A 의 정전류에 의해 발생되는 자속 밀도는, 코일 표면으로부터 0 ㎜ 내지 20 ㎜ 에 있어서는, 8 자 코일 쪽이 높은 값이었다. 한편으로, 코일 표면으로부터 20 ㎜ 보다 떨어진 지점에 있어서, Double-D 코일은 8 자 코일보다 강한 자기장을 발생시켰다. 또한 코일 표면으로부터 20 ㎜ 의 지점에 있어서의 자속 밀도의 값은 8 자 코일에서는 0.33 mT, Double-D 코일에서는 0.32 mT 였다.

이들 결과에 입각하여, 아울러, 두피 표면에서 회백질 표면까지의 거리가 평균적으로 20 ㎜ 정도인 것을 생각하면, Double-D 코일에 의한 회백질 신경군에 대한 자극 강도는 8 자 코일의 그것과 거의 동등해지는 것을 알 수 있다. 이것은 도 16 의 시뮬레이션 결과에 대체로 합치한다. 단, 시뮬레이션에서는 Double-D 코일에 의한 자속 밀도가 8 자 코일보다 높아지는 것이 16 ㎜ 이후였던 점에 입각하면, 다소의 오차가 있다. 이것은, 시뮬레이션 모델과 실기 간의 약간의 차이에 의한 것으로 생각된다.

(실제의 구동 회로를 사용한 인가 전류·동자기장의 측정)

제조된 Double-D 코일을 상용의 구동 회로에 접속시켜, 통전 시험과 동자기장의 측정을 실시하였다.

(실험 조건)

구동 회로에는 MagVenture 사의 MagProCompact 를 사용하였다. 전류계로서 PEARSON Electronics 사의 커런트 모니터 4418 을 사용하고, 오실로스코프를 접속시켜 전류 파형을 기록하였다. 자기장은, 외경 7.6 ㎜ 이고 6 회 권취된 서치 코일 (실효 면적 272 ㎟) 을 제조하여 코일 상에 위치시키고, 오실로스코프에 접속시켜 순시 자속 밀도의 파형을 기록하였다. 서치 코일의 위치는, 8 자 코일, Double-D 코일의 중앙에 있어서, 접촉부를 0 ㎜ 로 하여 30 ㎜ 의 거리까지, 5 ㎜ 씩 측정점을 취하였다. 이것에 추가하여 자속 밀도의 최대값으로서, 얻어지는 순시 자기장의 1/4 주기까지의 적분값을 구한 후, 구동 전류값을 1 ㎄ 로서 규격화하여 비교를 실시하였다.

(결과 1·고찰 - 통전시의 전류 파형)

측정시의 8 자 코일의 전류 진폭은 1.9 ㎄, Double-D 코일의 전류 진폭은 1.4 ㎄ 였다. 진폭을 1 ㎄ 로서 규격화한 8 자 코일, Double-D 코일의 전류 파형을 도 22 에 나타낸다. 8 자 코일에 의한 전류 파장이 295 ㎲ 이고, Double-D 코일에 의한 파장은 283 ㎲ 였다. 또, 코일의 기생 저항에 의한 감쇠는, 각각의 진폭의 제 1 피크의 절대값을 1 로 하여, 제 2 피크의 값이 8 자 코일에서는 0.875, Double-D 코일에서는 0.806 이었다.

파장에 대해, Double-D 코일은 8 자 코일과 동일한 파형의 3 상성 펄스를 발생시킬 수 있고, 인덕턴스의 값에 유의하여 설계한 결과로서, 300 ㎲ 보다 짧은 파장이 얻어졌다. 이러한 점에서, 파장이라는 관점에서, 확실히 뇌 신경의 자극이 가능하다.

또, 전류 파형의 감쇠로부터 기생 저항 R 의 값을 구할 수 있다. 제 1 피크의 값을 I₁, 제 2 피크의 값을 I₂ 로 하면, RLC 직렬 회로에 있어서의 저항 R 은 이하와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 T 는 전류의 파장이며,

T ＝ 2π × √(LC) 로 나타낼 수 있다.

또,

L : 회로의 인덕턴스

C : 회로의 커패시턴스

이다.

이것에 측정한 인덕턴스와 얻어진 파장을 대입하면, 8 자 코일의 저항이 17.0 mΩ, Double-D 코일의 저항이 21.0 mΩ 이 되었다. 그 이유는, Double-D 코일에서는, 권선의 길이가 대체로 8 자 코일과 동등한 한편으로, 권선으로서, 단면적이 작은 망 형성 도선을 사용하고 있기 때문이다. 기생 저항의 값이 높음으로써, 고빈도 연속 통전시의 코일 가열은 빨라지는 것이 우려되기 때문에, 권선의 단면적을 크게 하는 방향에서의 개량은 바람직한 것으로 생각된다. 그러나, 앞서 서술한 바와 같이 동일한 유도 전기장 강도를 회백질에 부여하기 위한 인가 전류는 Double-D 코일 쪽이 작아도 되기 때문에, 실제의 가열 속도는 동일한 정도가 되는 것을 예측할 수 있다. 또, 파형으로서 감쇠는 그만큼 크지 않아 기존의 것에 가까움으로써, 적어도 단발에서의 신경 자극은 충분히 가능하다고 생각해도 된다.

(결과 2·고찰 - 통전시의 순시 자속 밀도의 파형과 최대 자속 밀도의 값)

8 자 코일, Double-D 코일의 표면으로부터 15 ㎜ 위치에서의 순시 자기장 (dB/dt) 을, 1 ㎄ 통전시로서 규격화한 것의 파형을 도 23 에 나타낸다. 도면과 같이, 8 자 코일과 동일한 강도의 순시 자속 밀도가 얻어졌다. 이러한 점에서, 자기장 강도라는 관점에서도, 확실히 뇌 신경의 자극이 가능하다. 또, 코일 표면으로부터의 거리에 대하여, 순시 자기장의 강도로부터 구해진 자속 밀도의 값을 5 ㎄ 상당으로 정수 배한 것을 도 24 에 나타낸다. 이 결과는, 도 16 의 시뮬레이션과도 거의 합치되는 결과로서, Double-D 코일에 있어서 8 자 코일과 동일한 강한 유도 전기장을 얻을 수 있음을 나타내는 것이다. 또 정자기장에서의 측정과도, 매우 가까운 결과가 얻어졌다. 그리고 엄밀하게는 정자기장 측정의 경우와 동일하게, 8 자 코일보다 Double-D 코일의 자속 밀도가 강해지는 거리에 대해서는, 시뮬레이션에서는 위치 17 ㎜ 였지만, 실측에서는 20 ㎜ 로 약간의 편차가 있다. 이것은, 시뮬레이션 모델과 실제 제작된 장치의 치수 등의 차이에 의한 것으로서, 본질적인 것은 아니라고 평가할 수 있다.

(보충)

이하에서는, 상기 실시형태의 동작 확인을 위해 사용한, 오리지널의 시뮬레이션 소프트웨어에 대해 설명한다. 이 소프트웨어에서는, 코일의 형상을 전류 벡터의 집합으로서 입력하여, 도체에 발생하는 유도 전류를 구하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것에 뇌 MRI 화상 데이터를 도입함으로써, 복수 종류의 도체를 포함하는 형상이 복잡한 모델에 대해서도, 시뮬레이션이 가능하다.

여기서는 먼저 본 소프트웨어의 원리를 개설 (槪說) 한다. SPFD 법에서는, 유도 전기장을 동자기장에 의해 발생시키는 대상물을 미소 직방체로 분할하고, 각 미소 체적에 발생하는 유도 전기장을 자기 벡터 포텐셜의 차분 방정식의 해로서 얻을 수 있다 (T. W. Dawson and M. A. Stuchly, "Analytic validation of a three-dimensional scalar-potential finite-difference code for low-frequency magnetic induction", Applied Computational Electro-magnetics Society Journal, Vol.16, pp.63-71, 1996). 먼저, 코일에 의해 발생하는 전기장 E 를 자기 벡터 포텐셜 A₀ 및 스칼라 포텐셜 ∇_φ 를 사용하여 나타내면 이하가 된다.

또, 전류 연속의 식 및 옴의 법칙으로부터, 유도되는 전류 밀도 J 와 전기장 E, 도전율 σ 에 대해 이하의 식이 성립된다.

이상의 2 식으로부터, 이하의 식이 성립된다.

여기서 미소 육면체를 가정하고, Sn 을 각 직선의 컨덕턴스, ln 을 각 직선의 길이, φn 을 절점 (節點) n 에 있어서의 스칼라 포텐셜, A_0n 을 절점 0 과 절점 n 을 연결하는 방향 성분의 자기 벡터 포텐셜로 한다. 상기 식을 이산화 (離散化) 하면, 이들의 값에 대하여 이하의 식이 성립된다.

이 식을 복셀 전체에 대해 풂으로써, 유도 전기장을 구할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태의 코일 및 그것을 사용한 자기 자극 장치에 의하면, 돔형 코일과 동일한 넓은 유도 전기장을 취할 수 있고, 또한 돔형 코일과 동일한 정도의 인가 전류로 보다 강한 유도 전기장을 발생시킬 수 있으며, 게다가, 인덕턴스를 작은 값으로 억제할 수 있는 코일을 제공할 수 있다는 이점이 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 자기 자극 장치를 도 25 ∼ 도 27 을 참조하면서 설명한다. 또한, 이미 설명한 상기 실시형태의 자기 자극 장치와 기본적으로 공통되는 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여함으로써, 설명의 중복을 피한다.

본 실시형태의 자기 자극 장치에서는, 장착부 (30) 의 지지체 (32) 를 구성하는 맞닿음부 (321) 를, 대략 평판상이며 또한 원 형상으로 구성하였다. 그리고, 플랜지부 (322) 를, 맞닿음부 (321) 의 둘레 가장자리로부터 두부 (1) 의 방향으로 경사지도록 연장시켜 형성하였다 (도 26 및 도 27 참조).

도 6 에 나타내는 바와 같이 맞닿음부 (321) 의 바닥면을 구면으로 한 경우에 있어서, 만일, 두부 (1) 의 곡률이 맞닿음부 (321) 의 바닥면의 곡률보다 작은 경우 (요컨대 두부 (1) 에 있어서의 장착면이 평탄면에 가까운 경우) 에는, 「편접촉」이라는 현상을 발생시키는 경우가 있다. 이것은, 지지체 (32) 의 하면 둘레 가장자리부의 일단측이 두부 (1) 에 닿고 있지만, 타단측은 두부 (1) 로부터 이간된 상태이다. 이 상태에서는, 코일 (31) 과 두부 (1) 의 위치 관계를 원하는 대로 설정할 수 없어, 원하는 효과를 발휘할 수 없을 우려가 있다.

그래서, 이 제 2 실시형태에서는, 맞닿음부 (321) 의 바닥면 형상 (즉 지지체 (32) 의 하면의 형상) 을 평탄면에 근접시킴 (즉 편평화함) 으로써, 이 문제에 대응하고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 장착부 (30) 를 두부 (1) 에 장착할 때, 맞닿음부 (321) 의 바닥면을 두부 (1) 의 표면에 접촉시킨다. 이로써, 맞닿음부 (321) 의 중앙 부근을 두부 (1) 에 밀착시켜 위치 결정할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 코일 (31) 과 두부 (1) 의 위치 관계를 원하는 대로 설정할 수 있어, 원하는 자기 자극을 실시할 수 있다는 이점이 있다. 여기서, 이 제 2 실시형태에서는, 작용부 (311a) 가 배치되는 맞닿음부 (321) 의 상면 형상도 편평화되어 있다. 이로써, 본 실시형태의 작용부 (311a) 는, 맞닿음부 (321) 와 대상물 (두부) (1) 의 접점에 있어서의, 대상물 (1) 의 접평면을 대략 따르는 방향으로 배치된 상태로 되어 있다. 대상물 (1) 의 표면이 대략 구면 형상으로 되어 있는 경우에는, 맞닿음부 (321) 와 대상물 (1) 은 한 점 (미소 영역의 면인 경우를 포함한다) 에서 접하고, 적어도 이 접점 근방에 있어서는, 이 접평면은, 대상물 (1) 의 표면 형상에 근사한 면을 가지게 된다.

또한, 이 제 2 실시형태의 장치의 변형예를 도 28 에 나타낸다. 상기한 제 2 실시형태에서는, 맞닿음부 (321) 와 플랜지부 (322) 가 이루는 각도를, 맞닿음부 (321) 의 전체 둘레에 걸쳐 일정하게 각도 θ1 (도 26 참조) 로 하였다. 도 26 에 있어서의 각도 θ1 은, 도 25 에 있어서의 X-X' 방향에서의 맞닿음부 (321) 와 플랜지부 (322) 가 이루는 각도이다. 이에 대하여, 이 변형예에서는, Y-Y' 방향에서의 맞닿음부 (321) 와 플랜지부 (322) 가 이루는 각도를 θ2 로 하면, θ1 ＞ θ2 로 하고 있다. 요컨대, 이 변형예에서는, 맞닿음부 (321) 와 플랜지부 (322) 가 이루는 각을 장소에 따라 상이하게 하고 있다. 이로써, 이 변형예에서는, 지지체 (32) 를 두부 (1) 에 장착할 때, 플랜지부 (322) 와 두부 (1) 의 간섭 가능성을 줄일 수 있다는 이점이 있다.

이 제 2 실시형태에 있어서의 다른 구성 및 이점은, 상기한 실시형태와 동일하므로, 더 이상 상세한 설명은 생략한다.

(제 3 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 자기 자극 장치를, 도 29 ∼ 도 30 을 참조하면서 설명한다. 또한, 이미 설명한 제 2 실시형태의 자기 자극 장치와 기본적으로 공통되는 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여함으로써, 설명의 중복을 피한다.

본 실시형태의 자기 자극 장치에서는, 장착부 (30) 의 지지체 (32) 를 구성하는 맞닿음부 (321) 를 대략 평판상이며 또한 타원상으로 구성하였다.

또한, 이 제 3 실시형태의 장치의 변형예를 도 32 에 나타낸다. 상기한 제 3 실시형태에서는, 맞닿음부 (321) 와 플랜지부 (322) 가 이루는 각도를 일정하게 θ1 로 하였다 (도 30 참조). 이에 대하여 이 변형예에서는, θ1 ＞ θ2 와 같이, 위치에 따라 이 각도를 상이하게 하고 있다.

이 제 3 실시형태에 있어서의 다른 구성 및 이점은, 상기한 제 2 실시형태와 동일하므로, 더 이상 상세한 설명은 생략한다.

(제 4 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 자기 자극 장치를, 도 33 ∼ 도 35 를 참조하면서 설명한다. 또한, 이미 설명한 제 2 실시형태의 자기 자극 장치와 기본적으로 공통되는 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여함으로써, 설명의 중복을 피한다.

본 실시형태의 자기 자극 장치에서는, 플랜지부 (322) 를, 맞닿음부 (321) 의 둘레 가장자리로부터, 맞닿음부 (321) 의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장시켜 구성하였다. 이로써, 본 실시형태에서는, 지지체 (32) 의 전체로서, 1 장의 원판 형상으로 되어 있다.

이 제 4 실시형태에 있어서의 다른 구성 및 이점은, 상기한 제 2 실시형태와 동일하므로, 더 이상 상세한 설명은 생략한다.

(실시예 3)

상기한 제 4 실시형태의 코일 (31) 의 구성을 전제로 하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 조건은, 상기한 실시예 1 과 기본적으로 동일하게 하였다. 단, 이 실시예 3 에서는,

대상물 : 반경 100 ㎜ 의 반구 도체

공기 영역 : 반경 200 ㎜

코일을 구성하는 도체의 도전율 : 0.106 S/m

으로 한 점이 상기 실시예 1 에서의 시뮬레이션 조건과 상이하다.

결과를 하기 표 5 에 나타낸다. 이 표에서는, 실시예 3 의 코일을「F-D 코일」이라고 하였다. 또, 비교를 위해, 실시예 1 의 코일에서의 결과를「D-D 코일」, 상기한 표 3 의 8 자 코일과 동일하게 구성한 8 자 코일에서의 결과를「8 자 코일」로서 나타냈다. 또한, 이들 코일에 있어서의 반구 모델에서의 전기장의 확산을 도 36 ∼ 도 38 에 나타낸다.

또한, 이 표 5 에 있어서「전기장의 확산」이란, 최대 전기장 강도의 1/2 이상이 유도되고 있는 에어리어의 중심 길이로 하였다. 또한, 이들 코일에 있어서의 뇌 표면의 유도 전파 분포를 도 39 에, 깊이 방향에서의 자속 밀도의 분포를 도 40 에 나타낸다.

이들 결과로부터, 실시예 3 에 관련된 F-D 코일은, 실시예 1 의 D-D 코일과 대략 동일한 전기장의 확산을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 두부 표면 (요컨대 맞닿음부 (321) 와 대상물 (1) 의 접점) 으로부터 약 20 ㎜ 보다 깊은 위치에 있어서는, 실시예 3 의 F-D 코일은, 종래의 8 자 코일과 대략 동등한 자속 밀도를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 3 의 F-D 코일에 의하면, 실시예 1 의 코일과 동일한 로버스트성을 가지면서, 종래의 8 자 코일과 동일한 정도의 자기 자극을 실시할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 내용은, 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 특허청구범위에 기재된 범위 내에 있어서, 구체적인 구성에 대하여 다양한 변경을 부가할 수 있는 것이다.

예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 대상물로서 인체의 두부로 하였지만, 적절히 생체 (동물을 포함한다) 로 할 수 있다. 또한, 이 명세서에 있어서, 동물이란 사람을 포함하는 의미로 사용하고 있다.

1 : 대상물 (대상자의 두부)
10 : 전원부
20 : 케이블
30 : 장착부
31 : 코일
311 ∼ 31N : 턴
311a : 작용부 (작용 도선부)
311b : 접속부 (접속 도선부)
32 : 지지체
321 : 맞닿음부
321a : 맞닿음부 상의 홈
322 : 플랜지부
322a : 플랜지부 상의 홈
33 : 코어 부재
331 : 제 1 부분
331a : 제 1 코어체
331b : 저투자율 부분
332 : 제 2 부분
332a : 제 2 코어체
332b : 저투자율 부분
a : 작용부와 접속부 간의 간격

Claims (14)

1. 대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일로서,
   상기 코일은, 제 1 ∼ 제 N 턴을 갖고 있고,
   상기 제 1 ∼ 제 N 턴은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부와, 상기 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부를 구비하고 있고,
   상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 서로 대략 평행하게, 또한 상기 대상물의 표면 또는 그것에 근사되는 면을 따라 배치되어 있고,
   상기 접속부는, 상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부를 사이에 두고 상기 대상물의 표면과 대향하지 않고, 또한 상기 작용부의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 코일,
   단 여기서 N 은 2 이상의 정수이다.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 ∼ 제 N 턴 중 제 1 ∼ 제 P 턴에 있어서의 상기 접속부는, 제 P ＋ 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 접속부와는, 상기 작용부를 사이에 두고 반대측의 위치에 배치되어 있는, 코일.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 접속부는, 대략 원호상으로 형성되어 있는, 코일.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작용부가 배치되는 상기 면은, 단면이 대략 원호상으로 형성되어 있는 것인, 코일.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 등간격으로 배치되어 있는, 코일.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 대상물은 생체인, 코일.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 대상물은 동물의 두부이고,
   상기 유도 전기장에 의해, 상기 두부에 있어서의 뇌 내에 유도 전류를 발생시키는 구성으로 되어 있는, 코일.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   추가로 코어 부재를 구비하고 있고,
   상기 코어 부재는, 상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 의해 생성되는 자기 회로의 자기저항을 경감시키는 구성으로 되어 있고,
   또한 상기 코어 부재는, 상기 작용부를 사이에 두고 상기 대상물과는 반대측이 되는 위치에 배치되어 있는, 코일.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 코어 부재는, 비투자율이 상이한 복수의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 코일.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 코어 부재는, 상기 작용부에 대향하는 위치에 배치되는 제 1 부분과, 상기 접속부에 대향하는 위치에 배치되는 제 2 부분을 구비하고 있고,
    상기 제 1 부분은, 상기 작용부의 연장 방향과 비평행한 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 1 코어체를 구비하고 있고,
    상기 제 2 부분은, 상기 작용부의 연장 방향과 대략 평행이 되는 방향으로 연장된 복수의 장척상의 제 2 코어체를 구비하고 있는, 코일.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 코일과, 상기 코일에 소정의 전류를 공급하기 위한 전원부를 구비하는, 자기 자극 장치.
12. 대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일로서,
    당해 코일이 갖는, 입력단에서 출력단에 이르는 일련의 도선이,
    (1) 상기 유도 전기장 발생에 사용하는 복수의 작용 도선부,
    (2) 상기 복수의 작용 도선부를 서로 접속시키고, 또한 상기 작용 도선부가 발생시킨 유도 전기장에 대한 강도에 대한 영향을 실질적으로 무시할 수 있는 양태로 구성된 접속 도선부
    로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는, 코일.
13. 대상물의 표면 근방에 배치되어, 상기 대상물의 내부에 유도 전기장을 발생시키기 위한 코일과 지지체를 구비한 자기 자극 장치로서,
    상기 코일은, 제 1 ∼ 제 N 턴을 갖고 있고,
    상기 제 1 ∼ 제 N 턴은, 각각 일방향으로의 전류를 흐르게 하기 위한 작용부와, 상기 일방향과는 역방향의 전류를 흐르게 하기 위한 접속부를 구비하고 있고,
    상기 제 1 ∼ 제 N 턴에 있어서의 상기 작용부는, 서로 대략 평행하게 배치되어 있고,
    상기 접속부는, 상기 작용부의 연장 방향에 대하여 측방이 되는 공간 내에 배치되어 있고,
    상기 작용부는, 상기 지지체에 의해 지지되어 있고,
    상기 지지체의 하면은, 대략 편평상으로 형성되어 있는, 자기 자극 장치,
    단 여기서 N 은 2 이상의 정수이다.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 대상물의 표면은, 대략 구 형상으로 되어 있고, 이로써, 상기 지지체의 하면은, 그 대략 중앙에 있어서, 상기 대상물의 표면에 접촉하는 구성으로 되어 있는, 자기 자극 장치.

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