TWI755130B - 可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置 - Google Patents
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Abstract
一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其包括：一電流驅動裝置，將一供應電壓提升電壓位準為直流電壓之一提升電壓，以該提升電壓的電壓位準儲存一電能，以一開關切換模式將所儲存之該電能產生特定電流頻率及電流波形之一激磁電流，內建有相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之複數個電流控制信號，以該等電流控制信號中之一控制該開關切換模式；以及複數個平面薄型線圈，由該激磁電流流經該等平面薄型線圈之每一個，以產生相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之具有磁場頻率及磁場強度之一腦波磁刺激磁場。
Description
本發明有關於醫療器材之領域，特別有關於一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置。
穿顱磁波刺激的用途很廣，且已經獲得FDA 510K(Food and Drug Administration，美國食品藥物管理局)作為醫療儀器的腦治療儀器之用，目前已經證實可以應用於憂鬱症、頭痛、阿茲海默症、自閉症、躁鬱症、癲癇、帕金森氏症、思覺失調症等應用。大腦穿顱磁波刺激之應用亦十分廣泛，其藉由3000伏特的極高電壓與極高電流(一般為1500安培脈衝)所產生的高磁場(3000~20000高斯)作為應用，目前用於產生高磁場之線圈的圈數一般為單層5~50圈。
生物磁波刺激的強度取決於磁場的繞線圈數與電流量，因此為了達到多圈數，大部份的磁波刺激採用螺線管的繞線方法，來增加磁波刺激的強度，但是繞線圈數的增加會導致磁場發射探頭的體積高度增加，而使得線圈變得笨重與龐大。
美國專利公告號US 9,295,853 B2，名稱為「METHODS, APPARATUS, AND SYSTEMS FOR MAGNETIC STIMULATION」，其揭露使用纏繞整個頭的線圈來增加線圈數，以提升磁場強度，但整體的線圈之體積笨重，且所產生的磁場無法精確刺激所要刺激的腦區。
中國專利公開號CN 105597234 A，名稱為「用於深部位經顱磁刺激的多層偏心8字形線圈，Multilayer eccentric 8-shaped coil for deep site transcranial magnetic stimulation」，其揭露使用多層偏心線圈，來達到較深腦區的磁波刺激，使用的線圈為多個圓形線圈，然而多層偏心線圈無法達到輕薄的目的，也無法服貼在頭皮上。
台灣專利公告號TW M534613，名稱為「一種能提供不同磁場型態與提高電磁感應強度之磁刺激線圈裝置」，其揭露在線圈中增加磁石以提升磁場聚焦能力，然而在製作上很麻煩，也不一定會有磁場增強的效果。
美國專利公告號US 10,668,297 B2，名稱為「MAGNETIC STIMULATION (MS) COIL ARRANGEMENT」，其揭露使用傳統繞線式的線圈結構產生磁場，但是無法做成多層繞線，其單位面積下的線圈數仍然很少，要產生高磁場強度需要非常高的電壓及電流。
台灣專利公告號TW M594793，名稱為「具有平面線圈結構的磁刺激裝置」，其揭露一種具有平面線圈結構的磁刺激裝置，包含：一電力供應模組、一電流控制模組、複數個平面線圈模組及複數個電連接模組，然而因考慮對人體使用上的安全性與攜帶性，所以電力供應模組僅提供低電壓及低電流，由低電壓與低電流對線圈進行激磁並無法產生高磁場強度，因此無法應用於需要高磁場強度之腦部磁刺激應用。
台灣專利公告號TW M59715，名稱為「具有磁刺激裝置的身著物」，其揭露一種具有磁刺激裝置的身著物，包含：一身體固著體、一電力模組、一訊號電流產生模組、複數個電連接模組及至少一個磁場產生模組，而磁刺激裝置埋設於身著物內，為了考慮對人體使用上的安全性與攜帶性，所以電力供應模組僅提供低電壓及低電流，由低電壓與低電流對線圈進行激磁並無法產生高磁場強度，而無法應用於需要高磁場強度之腦部磁刺激應用。
有鑑於上述問題，本發明之目的在於提供一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其利用多層平面薄型線圈結構來產生高磁場強度，並對提供低電壓之電源供應器提升電壓位準，由所提升之電壓及電流對多層平面薄型線圈進行激磁，而所提升之電壓無需為極高電壓之電壓位準，可使可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置的體積減少並提升安全性。
本發明之態樣係提供一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其包括：
一電流驅動裝置，其包括：
一電源供應器，提供為交流電壓或直流電壓之一供應電壓；
一電壓提升裝置，將該電源供應器所供應之該供應電壓提升電壓位準為直流電壓之一提升電壓；
一儲能電容器，以該電壓提升裝置所提升之該提升電壓的電壓位準儲存一電能；
一電流控制開關，以一開關切換模式將該儲能電容器所儲存之該電能產生特定電流頻率及電流波形之一激磁電流；以及
一電流控制裝置，內建有相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之複數個電流控制信號，以該等電流控制信號中之一控制該電流控制開關之該開關切換模式；以及
複數個平面薄型線圈，以串聯連接方式分別埋設於多層結構之一印刷電路板之每一層中，由該電流控制開關所產生之該激磁電流流經該等平面薄型線圈之每一個，以產生相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之具有磁場頻率及磁場強度之一腦波磁刺激磁場。
根據本發明之態樣，其中，該供應電壓為110至220伏特之交流電壓或5至12伏特之直流電壓，該提升電壓可為5至600伏特之直流電壓。
根據本發明之態樣，其中，該電流波形為正弦波、整流正弦波、脈衝波及雙相位脈衝波中之一。
根據本發明之態樣，其中，該腦波磁刺激磁場之磁場強度為3000至20000高斯。
根據本發明之態樣，其中，數個為多層結構之該印刷電路板以八字形、H形或陣列形式排列在一腦波帽或一頭套內。
根據本發明之態樣，更包括一接收裝置，以有線或無線方式接收相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之該等電流控制信號，並將該等電流控制信號傳送至該電流控制裝置，以將該等電流控制信號內建於該電流控制裝置中。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
圖1為本發明之第一實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，及使用者於使用時之示意方塊圖。在第一實施例中，可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置100包括一電流驅動裝置102及印刷電路板104。電流驅動裝置102包括一電源供應器106、一電壓提升裝置108、一儲能電容器110、一電流控制開關112及一電流控制裝置114。
電源供應器106提供為市電之110至220伏特之交流電壓或為電池之5至12伏特之直流電壓之一供應電壓。電壓提升裝置108將電源供應器106所供應之供應電壓提升電壓位準為直流電壓之一提升電壓，該提升電壓為5至600伏特之直流電壓。其中，供應電壓為市電110至220伏特之交流電壓時，電壓提升裝置108將交流電壓之供應電壓進行整流而為直流電壓，再將整流後之供應電壓進行電壓提升；供應電壓為5至12伏特之直流電壓時，電壓提升裝置108將5至12伏特之電壓位準進行第一次電壓提升，例如可提升到100至200伏特電壓位準，之後再進行第二次電壓提升，以提升到300至600伏特之直流電壓。
儲能電容器110以電壓提升裝置108所提升之提升電壓的電壓位準儲存一電能。電流控制開關112以一開關切換模式將儲能電容器110所儲存之電能產生特定電流頻率及電流波形之一激磁電流(如圖2所示)。其中，激磁電流之電流波形為正弦波(如圖2之(A)所示)、整流正弦波(如圖2之(B)所示)、脈衝波(如圖2之(C)所示)或雙相位脈衝波(未圖示)。
相較於習知高電壓(例如3000伏特)對線圈激磁只能使用脈衝波形，本發明採用低電壓(例如300至600伏特)及低電流的線圈激磁設計，對線圈激磁之激磁電流的電流波形設定可以是正弦波、半週波、脈衝波或雙相位脈衝波等波形。
電流控制裝置114內建有相應激磁電流之特定電流頻率及電流波形之複數個電流控制信號，電流控制裝置114以該等電流控制信號中之一個電流控制信號控制電流控制開關112之開關切換模式，以使電流控制開關112將儲能電容器110所儲存之電能產生特定電流頻率及電流波形之激磁電流。
如圖3所示之數個平面薄型線圈116(圖3之(A)為正面觀看之平面薄型線圈116，圖3之(B)為背面觀看之平面薄型線圈116)以串聯連接方式分別埋設於多層結構之一印刷電路板104之每一層中(如圖4所示)。電流控制開關112所產生之激磁電流流經每一個平面薄型線圈116，以產生相應激磁電流之特定電流頻率及電流波形之具有磁場頻率及磁場強度之一腦波磁刺激磁場。其中，該腦波磁刺激磁場之磁場強度為10至20000高斯。
為了達到在腦部聚焦磁波刺激設計，使用埋設有數個平面薄型線圈116之多個多層結構之印刷電路板104來實現，數個為多層結構之印刷電路板104於使用時以八字形(如圖5所示，圖5之(A)為從側面觀看多個印刷電路板104之排列，圖5之(B)為從上面觀看多個印刷電路板104之排列)、H形(如圖6所示，圖6之(A)為從側面觀看多個印刷電路板104之排列，圖6之(B)為從上面觀看多個印刷電路板104之排列)或陣列形式(如圖7所示，圖7之(A)為從側面觀看多個印刷電路板104之排列，圖7之(B)為從上面觀看多個印刷電路板104之排列)排列在一腦波帽或一頭套(未圖示)內。
埋設有數個平面薄型線圈116之印刷電路板104，磁場強度
B= μ NI，B為磁場強度，μ為導磁率，I為電流，而N為單位長度的線圈數，因此採用多層(例如4至6層)平面薄形線圈116，其可以在印刷電路板104中很薄的單位長度中達到高線圈數，以提升可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置100之磁場強度(例如4至6倍磁場強度)。
習知以3000伏特的電壓位準對一般線圈進行激磁，其所得到之磁場強度對於本發明之多層(例如4至6層)平面薄形線圈而言大約需要300至600伏特的電壓位準即可產生相同的磁場強度，較低的電壓位準可以減少線圈之熱能的產生，以達到節能、安全、省電、且容易實現之目的。
本發明所使用之印刷電路板可以使用硬式或軟性電路板基材(如：聚亞醯胺或聚酯)，相較於習知金屬線圈，本發明使用埋設在多層結構之印刷電路板中之多層平面薄型線圈，可以讓大腦穿顱磁波刺激之多層平面薄型線圈的線圈數在同樣的單位面積中增加4~6倍。相較於習知硬式線圈，為可撓式基板之印刷電路板及為可撓式線圈之平面薄型線圈有助於磁場的聚焦，未來可以應用於帽子、頭套等設計以依據受試者頭形達到更服貼的磁場刺激。
圖8為本發明之第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，及使用者於使用時之示意方塊圖。第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置200與第一實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置100在組成上之差異在於第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置200之電流驅動裝置202更包括有一接收裝置204，第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置200之其餘組件與第一實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置100之組件相同者，則具有相同功能且使用相同的元件符號，在此省略第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置200之其餘組件之功能說明。
接收裝置204以有線或無線方式從雲端或電腦接收相應圖2所示之激磁電流之特定電流頻率及電流波形之該等電流控制信號之一或多個，並將該等電流控制信號傳送至電流控制裝置114，以將該等電流控制信號之一或多個內建或更新於電流控制裝置114中。
本發明提供一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其特點在於利用多層平面薄型線圈結構來產生高磁場強度，並對提供低電壓之電源供應器提升電壓位準，由所提升之電壓及電流對多層平面薄型線圈進行激磁，而所提升之電壓無需為極高電壓之電壓位準，可使可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置的體積減少並提升安全性。
雖然本發明已參照較佳具體例及舉例性附圖敘述如上，惟其應不被視為係限制性者。熟悉本技藝者對其形態及具體例之內容做各種修改、省略及變化，均不離開本發明之請求項之所主張範圍。
100:可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置
102:電流驅動裝置
104:印刷電路板
106:電源供應器
108:電壓提升裝置
110:儲能電容器
112:電流控制開關
114:電流控制裝置
116:平面薄型線圈
200:可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置
202:電流驅動裝置
204:接收裝置
圖1為本發明之第一實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，及使用者於使用時之示意方塊圖。
圖2為本發明之第一實施例之激磁電流之電流波形之示意圖，其中(A)為正弦波之波形，(B)為整流正弦波之波形，(C)為脈衝波之波形。
圖3為本發明之第一實施例之平面薄型線圈之示意圖，其中(A)為正面觀看之平面薄型線圈，(B)為背面觀看之平面薄型線圈。
圖4為本發明之第一實施例之埋設有多層平面薄型線圈之印刷電路板之剖面示意圖。
圖5為本發明之第一實施例之多個印刷電路板於使用時以八字形排列之示意圖，其中(A)為從側面觀看多個印刷電路板之排列，(B)為從上面觀看多個印刷電路板之排列。
圖6為本發明之第一實施例之多個印刷電路板於使用時以H形排列之示意圖，其中(A)為從側面觀看多個印刷電路板之排列，(B)為從上面觀看多個印刷電路板之排列。
圖7為本發明之第一實施例之多個印刷電路板於使用時以陣列形式排列之示意圖，其中(A)為從側面觀看多個印刷電路板之排列，(B)為從上面觀看多個印刷電路板之排列。
圖8為本發明之第二實施例之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，及使用者於使用時之示意方塊圖。
100:可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置
102:電流驅動裝置
104:印刷電路板
106:電源供應器
108:電壓提升裝置
110:儲能電容器
112:電流控制開關
114:電流控制裝置
Claims (4)
- 一種可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其包括：一電流驅動裝置，其包括：一電源供應器，提供為交流電壓或直流電壓之一供應電壓；一電壓提升裝置，將該電源供應器所供應之該供應電壓提升電壓位準為直流電壓之一提升電壓；一儲能電容器，以該電壓提升裝置所提升之該提升電壓的電壓位準儲存一電能；一電流控制開關，以一開關切換模式將該儲能電容器所儲存之該電能產生特定電流頻率及電流波形之一激磁電流；以及一電流控制裝置，內建有相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之複數個電流控制信號，以該等電流控制信號中之一控制該電流控制開關之該開關切換模式；以及複數個平面薄型線圈，以串聯連接方式分別埋設於多層結構之一印刷電路板之每一層中，由該電流控制開關所產生之該激磁電流流經該等平面薄型線圈之每一個，以產生相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之具有磁場頻率及磁場強度之一腦波磁刺激磁場，其中，該供應電壓為110至220伏特之交流電壓或5至12伏特之直流電壓，該提升電壓可為300至600伏特之直流電壓，其中，該腦波磁刺激磁場之磁場強度為3000至20000高斯。
- 如請求項1之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其中，該電流波形為正弦波、整流正弦波、脈衝波及雙相位脈衝波中之一。
- 如請求項1之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，其中，數個為多層結構之該印刷電路板以八字形、H形或陣列形式排列在一 腦波帽或一頭套內。
- 如請求項1之可撓式多層線圈結構的腦部磁波刺激裝置，更包括一接收裝置，以有線或無線方式接收相應該激磁電流之特定電流頻率及電流波形之該等電流控制信號，並將該等電流控制信號傳送至該電流控制裝置，以將該等電流控制信號內建於該電流控制裝置中。
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| TW201404424A (zh) * | 2012-07-19 | 2014-02-01 | Yen-Lung Lin | 電磁刺激裝置 |
| US20150190648A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | Eneura, Inc. | Transcranial magnetic stimulation device with body proximity sensors for the treatment of migraine headaches |
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2020
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