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CN107708611B - 经颅磁刺激装置用线圈装置及其制造方法 - Google Patents

经颅磁刺激装置用线圈装置及其制造方法 Download PDF

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CN107708611B CN201680020711.2A CN201680020711A CN107708611B CN 107708611 B CN107708611 B CN 107708611B CN 201680020711 A CN201680020711 A CN 201680020711A CN 107708611 B CN107708611 B CN 107708611B
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Abstract

为了提供能够使头部表面的电场强度进一步增大的经颅磁刺激装置用线圈装置，而为将绕线线圈放置在头部表面上或其附近并且利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激的经颅磁刺激装置用的线圈装置，所述绕线线圈具备：在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部、以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部，设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。

Description

经颅磁刺激装置用线圈装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及经颅磁刺激装置用线圈装置和其制造方法。
背景技术
经颅磁刺激法（TMS：Transcranial Magnetic Stimulation）为无痛且非侵袭性地对脑内的神经元进行刺激的治疗方法。
图1是示出现有技术的典型的经颅磁刺激系统的结构例的立体图。在实施手术时，如图1所示那样在头部的表面使刺激用的线圈与适当的位置接触，使磁场瞬间产生，由此，利用感应电场刺激在线圈正下方存在的脑内的神经细胞。从线圈产生的磁场利用电磁感应在生体内感应电场，使位于大脑的神经产生去极化。
经颅磁刺激法作为能够非侵袭且无痛地对脑神经进行刺激的手段主要被利用于运动区的脑功能定位（functional brain mapping）等。进而，近年来，针对疼痛、帕金森病、抑郁症等神经疾病或者针对脊髓和末梢神经障碍的评价进行了明确地将治疗作为目的的临床研究。在这些神经疾病中存在难以通过利用药剂的治疗得到效果的临床实例，作为代替伴随着开颅手术那样的电刺激治疗法的对患者温和的治疗法而集中注目。作为一个例子，报告了在难治性神经障碍性疼痛中通过对大脑的初级运动区进行磁刺激而有1天左右除痛效果。
如在图1中示出典型的结构例的概要那样，经颅磁刺激系统1（以下，也称为“磁刺激系统”、“经颅磁刺激装置”、“经颅磁刺激治疗系统”、“经颅磁刺激系统”。）大概具备刺激用线圈2（磁场产生手段）、经由电缆4与刺激用线圈2电连接的磁刺激控制装置6来构成，通过利用在就坐于治疗用的椅子8的患者M的头皮表面配置的刺激用线圈2对脑内神经施加规定强度的磁刺激，从而谋求治疗和/或症状的缓和。
在图1所记载的典型的系统结构例中，具有线圈2的线圈支架10被固定于支架固定工具11（姿势保持手段）的顶端部。支架固定工具11由柱11a和基底11b构成，柱11a的一部分（支架固定工具11的顶端部附近）由金属制的挠性管（flexible tube）11c形成。因此，线圈2仅通过将线圈支架10移动到患者M的头皮表面的规定位置而能够固定到最佳线圈位置。再有，经颅磁刺激系统并不限定于图1所示的结构，也能够为其他的方式。
刺激用线圈2产生用于向患者M的至少脑的特定部位施加磁刺激的动态磁场。作为刺激用线圈2，能够使用各种类型的公知的磁线圈。在图1所图示的典型的结构例系统中，刺激用线圈2为在同一平面上将2个螺旋形线圈排列成数字“8”字型的所谓的8字型螺旋线圈。关于该方式的线圈，在2个线圈中向相同方向（例如，由箭头示出的方向）流动电流，由此，能够在这些线圈重叠的部分的正下方得到最大的感应电流密度。该方式的刺激用线圈（磁线圈）2适于带来局限了刺激的脑皮上的范围的刺激。
同样地，在图1的典型的系统结构中，磁刺激控制装置6对向刺激用线圈2的电流脉冲的供给进行控制。作为磁刺激控制装置6，能够使用以往公知的各种方式。磁刺激控制装置6的接通/关断操作由操作者进行。此外，决定磁刺激的强度或周期的电流脉冲的强度或脉冲波形的设定等也能够由操作者进行。
通过从在患者的头皮表面上配置的线圈向正下方的脑内神经正确地提供局部刺激，从而得到更高的疼痛减轻效果。因此，在医疗机构中，在患者的初期诊疗时使用专用的定位装置来决定能够最减轻患者的神经障碍性疼痛的线圈2的最佳线圈位置和姿势。
可是，以往的磁刺激装置有约70kg的重量，此外，为了设置而需要电气工程，因此，只能在设备完备的医疗机构中利用。此外，在实际的治疗时，一边参照患者的MRI（MagneticResonance Imaging，磁共振成像）数据一边决定刺激位置，因此，需要由熟练的医疗从事者进行的治疗。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-125546号公报；
专利文献2：国际公开第2010/147064号公报；
专利文献3：国际公开第2015/122506号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在经颅磁刺激疗法中，当前，作为磁刺激法的刺激用线圈，以圆形线圈、8字型线圈为首提出了4叶线圈、Hesed线圈、将许多较小的圆形线圈配置于头部表面的线圈等各种形状，当前主要利用8字型线圈。8字型线圈为将串联连接的2个圆形线圈在例如其圆形端部处部分重叠来配置的线圈，在那些圆形线圈中向相反方向流动电流，由此，能够使涡流集中于线圈交叉部正下方来进行向局部的刺激。
另一方面，根据治疗的对象或患者个人的症状存在与局部的刺激相反地以更广的范围进行刺激有效的情况。此外，在刺激局部集中的线圈中要求向对象的部位正确地决定位置，在该情况下，需要实施利用导航系统等的正确的定位。
在进行用于在家治疗的磁刺激的开发时，也进行用于通过非医疗从事者的手决定刺激位置的导航系统的开发。作为用于决定磁刺激位置的导航系统的一个例子，对磁刺激治疗线圈的使用了导航系统的定位操作进行说明，在定位操作中，使用在眼镜中装入的多个磁传感器通过逆解析的手法对处于三维空间内的作为磁场源的磁刺激用线圈的位置或方向进行检测，进行线圈移动操作的指教，以使成为作为医生预先决定的处方值的磁刺激用线圈的照射位置、方向。
患者首先在医院中装配装入有多个磁传感器的眼镜。接着，医生将磁刺激用线圈向患者脑皮的照射位置附近移动，试行磁刺激来决定最佳刺激位置（处方位置），与此同时，将在最佳刺激位置和其周围5cm的范围内的多个位置立体摄像机所追踪的磁刺激用线圈的位置、方向的数据与眼镜的磁传感器对在线圈中内置的永久磁铁所生成的磁场的大小进行检测后的数据关联起来记录为数据表。
在家中患者自己变动磁刺激用线圈来进行治疗时，将当前的磁传感器的检测值与预先收集的数据表内的磁传感器值比较对照，由此，特别指定当前的线圈的三维位置和方向。在处于患者的旁边的监视器的画面中重合显示有脑MRI图像和磁刺激用线圈的图像，因此，患者通过观察监视器画面，从而能够视觉、直观地知晓磁刺激用线圈相对于成为目标的处方位置当前处于何处，能够容易地使磁刺激用线圈移动到处方位置来进行线圈的定位。再有，也还能够为上述说明的结构以外的导航系统。
假定具有上述进行例示的结构的导航系统中的感应误差从最佳刺激位置起最大为例如5mm，另一方面，在之前说明的8字线圈中在例如5mm以内存在照射部位（最佳刺激位置）的情况下能够治疗上有效地刺激目的的部位。在该情况下，当使用在使用导航系统感应的刺激位置处通过8字线圈来进行磁刺激的治疗装置时，应该照射的部位（最佳刺激位置）存在不进入到治疗线圈的刺激有效范围内的可能性，因此，难以正确地对治疗部分进行刺激。因此，需要开发能够在例如10mm以内存在应该照射的部位的情况下治疗上有效地刺激目的的部位那样的、能够在更广的范围中均等地产生涡流的线圈。
因此，本发明者等为了实现鲁棒性高（即，能够在更广的范围中产生涡流）的刺激用线圈，提出了作为以往未提出的结构的拱顶型线圈装置，已经进行了专利申请（例如，参照专利文献3）。
本发明的目的在于提供能够使头部表面的电场强度与现有技术相比较进一步增大的经颅磁刺激装置用线圈装置和其制造方法以及具备上述经颅磁刺激装置用线圈装置的经颅磁刺激装置和其制造方法。
用于解决课题的方案
本发明的经颅磁刺激装置用线圈装置是，一种经颅磁刺激装置用的线圈装置，将绕线线圈放置在头部表面上或其附近，利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激，所述线圈装置的特征在于，
所述绕线线圈具备：在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部、以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部，
设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
发明效果
因此，根据本发明，能够使头部表面的电场强度与现有技术相比较进一步增大。
附图说明
图1是示出现有技术的典型的经颅磁刺激系统的结构例的立体图。
图2A是示出本发明的一个实施方式的经颅磁刺激装置的刺激用线圈驱动电路的结构例的电路图。
图2B是示出图2A的经颅磁刺激装置的线圈电压波形的波形图。
图2C是示出图2A的经颅磁刺激装置的线圈电流波形的波形图。
图3是在本实施方式中使用的拱顶（dome）型线圈的外观概要图。
图4是示出用于对在本实施方式中使用的标量势有限差分法的原理进行说明的微小6面体的构造的立体图。
图5是示出在图2A的经颅磁刺激装置中将拱顶型线圈的高度L等作为参数时的各实施例的表。
图6是示出在图2A的经颅磁刺激装置中使拱顶型线圈的高度L发生变化时的线圈所生成的电场强度的图表。
图7A是示出在本实施方式中使用的8字型线圈的外观概要的立体图。
图7B是示出在本实施方式中使用的拱顶型线圈的外观概要的立体图。
图8A是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即在半球模型表面产生的感应电场强度的图像。
图8B是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即在半球模型表面产生的感应电场强度的图像。
图9A是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即在半球模型剖面产生的感应电场强度的图像。
图9B是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即在半球模型剖面产生的感应电场强度的图像。
图10A是示出本实施方式的8字型线圈和拱顶型线圈的模拟中的被试验者（subject）头部的MRI图像中的电场强度的测定位置的照片图像。
图10B是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即图10A的测定位置处的电场强度的相对值的表。
图10C是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即图10A的测定位置处的电场强度的相对值的表。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式的经颅磁刺激装置用线圈装置、经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法以及经颅磁刺激装置进行说明。再有，在以下的各实施方式中，对同样的结构要素标注相同的附图标记。
〔磁刺激用线圈驱动电路的结构〕
为了对磁刺激用线圈（以下，称为“治疗线圈”、“刺激用线圈”或者仅称为“线圈”）施加电流来生成磁刺激治疗用的电场，经颅磁刺激系统1具备与刺激用线圈2连接的磁刺激控制装置6，磁刺激控制装置6在内部具备线圈驱动电路。
图2A是示出本发明的一个实施方式的经颅磁刺激装置的刺激用线圈驱动电路的结构例的电路图，图2B是示出图2A的经颅磁刺激装置的线圈电压波形的波形图，图2C是示出图2A的经颅磁刺激装置的线圈电流波形的波形图。
线圈驱动电路20具备电源装置21、电容器22、半导体开关23、刺激用线圈2、以及控制电路26来构成。在此，电源装置21具备交流电源21a、电源电路21b、以及升压电路21c。在此，将晶闸管23a和相反方向的二极管23b并联连接来构成半导体开关23，晶闸管23a基于来自控制电路26的控制信号而被接通或关断。此外，具有电容值C的电容器22、半导体开关23、具有电感Lc的刺激用线圈2的电感成分24、以及具有电阻值Rc的刺激用线圈2的电阻成分25被串联连接。
在图2A的线圈驱动电路20中，在从电源装置21向电容器22蓄积电荷之后，使晶闸管23a接通（导通），由此，电容器22与刺激用线圈2的电感成分24进行谐振。在此，在谐振中在电感成分24中流动的电流i当忽视电阻成分25时由下式的微分方程式表示。
[数式1]
Figure RE-510616DEST_PATH_IMAGE002
。
因此，使用升压后的电压V0如下式那样表示电流i。
[数式2]
Figure RE-631019DEST_PATH_IMAGE004
。
从式（1）和式（2）明显可知，在谐振一个周期的量的时间经过的时间点将晶闸管23a关断（切断），由此，线圈电压（刺激用线圈2的电感成分24的两端的电压）波形和在刺激用线圈2中流动的电流波形如图2B和图2C所示那样。再有，在图2B中，横轴表示时间，纵轴表示电压，在图2C中，横轴表示时间，纵轴表示电流。
在典型的经颅磁刺激系统中，向刺激用线圈2施加的电压为0.4~3kV，在刺激用线圈2中流动的电流为4~20kA。此外，在经颅磁刺激治疗中优选的脉冲宽度被认为是200μs~300μs，在脑内产生的感应电场强度在将灰质的导电率设为0.1S/m的情况下被认为是200V/m左右，但是，刺激强度和由其得到的反应效果为根据被试验者存在偏差的值，经验的部分也较多。
接着，对在本发明者得到本实施方式的线圈装置时成为讨论的出发点的拱顶型线圈装置的结构进行说明。
图3是在本实施方式中使用的拱顶型线圈的外观概要图。为了进行比以往的8字型线圈广范围的刺激而对拱顶型线圈进行了专利申请（例如，参照专利文献3）。关于该拱顶型线圈，首先作为独立的参数，具有匝数N、高度L和导线间隔d，进而作为依赖于这些独立的参数的参数，具有线圈整体宽度W、上部球半径R。将这些参数以后总称为“变量参数”。
此外，在上述专利文献3中的实施例中作为常数参数而具有下部接触面球半径r=100mm、平角铜线的剖面2mm×6mm。此外，作为辅助的参数，将从上部观察线圈时的底面接触部的半径（参照图3）定义为x。从这些定义明显可知，在将底面接触部作为基准来进行设计时，利用半径x和高度L的值来唯一地（uniquely）确定半径R。
再有，关于本实施方式的拱顶型线圈，也能够如以下那样进行定义。即，为在头部表面的附近配置的近头部表面导线部与远离头部表面配置的远头部表面导线部电连接来形成一匝线圈并且在各匝的中心连结的方向上排列多个各匝线圈来形成的线圈装置，所述多个各匝线圈构成为近头部表面导线部和/或远头部表面导线部的形状按照连结的每个匝相同或者按照连结的每个匝逐渐不同。
或者，为将绕线线圈（wound-wire coil）的各匝的中心轴以与头部表面大致并列的方式放置于该头部表面上或其附近并且利用电磁感应使电流在脑内产生来对神经元进行刺激的用于经颅磁刺激治疗的线圈装置。
在像这样定义的拱顶型线圈中，所谓线圈的高度L能够定义为构成拱顶型线圈的各个匝线圈中的近头部表面导线部与远头部表面导线部的距离的最大值。
在以上的实施方式中，进行了针对拱顶型线圈的考察，但是，本发明并不限于此，也可以为具有近头部表面导线部的线圈和远头部表面导线部的线圈的8字型线圈。此时，8字型线圈为将绕线线圈的各匝的中心轴以与头部表面大致垂直的方式放置于该头部表面上或其附近并且利用电磁感应使电流在脑内产生来对神经元进行刺激的经颅磁刺激装置用的线圈装置。
〔由本发明者进行的讨论的方针〕
将具有上述说明的各参数的拱顶型线圈作为前提，本发明者基于如以下那样的方针和见解，进行了得到本实施方式的线圈装置的讨论。
首先，在经颅磁刺激装置用线圈装置的设计时，向在脑表成为磁刺激治疗的对象的例如初级运动区所邻接的感觉区等的刺激是安全的，另一方面，必须避免刺激海马体（hippocampus）等记忆区，因此，关于刺激范围，将以往的8字型线圈的纵横1.5倍左右作为设计的目标。
此外，如果刺激效率降低，则产生向线圈施加更多的电流的需要，作为结果难以利用线圈的加热来进行继续的刺激，因此，采用刺激效率不会降低那样的设计也是重要的。
在本发明者等之前进行的专利申请中，新提出了能够均等地刺激与8字型线圈相比更广的范围的拱顶型线圈，分别独立地变动高度L、线圈整体宽度W、上部球半径R，讨论了对其感应电场带来的影响。
可是，发现了如下的方面：这些设计参数与作为结果得到的在头部产生的感应电场的分布（spread）或强度的关系复杂，进行拱顶型线圈的最佳的设计从像这样独立地变动各参数的设计方法出发是困难的。
在本实施方式中，如详细后述那样，将拱顶型线圈的设计改为将“线圈底面的头部接触面积”作为基准固定来进行讨论的方法，由此，使作为结果提供的感应电场的“分布”和“强度”分别依赖于“头部接触面积”和“线圈高度和匝数密度”的情况变得明显。由此，关于拱顶型线圈的设计，由于能够在将产生的感应电场的分布保持为固定的状态下变更强度，所以在最佳值的摸索这样的观点下变得容易。以下具体地说明基于这样的方针的由本发明者进行的讨论的结果。
〔使用了标量势有限差分法的针对头部模型的感应电场的计算法〕
在得到本实施方式的在其过程中包含了经颅磁刺激中的感应电场的计算的各讨论中，本发明者全部使用了标量势有限差分法（SPFD法：Scalar-Potential FiniteDifference method）。在SPFD法中，将利用动态磁场产生感应电场的对象物分割为微小长方体，能够作为磁向量势的差分方程式的解得到在各微小体积中产生的感应电场。首先，当使用磁向量势A0和标量势∇φ来表示利用线圈产生的电场E时为以下。
[数式3]
Figure RE-410756DEST_PATH_IMAGE006
。
此外，由于电流连续性方程（current continuity equation）和欧姆定律，针对所感应的电流密度J和电场E、导电率σ以下的式子成立。
[数式4]
Figure RE-805966DEST_PATH_IMAGE008
。
由于以上的式（3）和式（4），下式成立。
[数式5]
Figure RE-885917DEST_PATH_IMAGE010
。
图4是示出用于对在本实施方式中使用的标量势有限差分法的原理进行说明的微小6面体的构造的立体图。假定图4所图示那样的微小六面体，将Sn设为各直线的电导（conductance），将ln设为各直线的长度，将Фn设为节点Pn处的标量势，将A0n设为将节点P0和节点Pn相连的方向分量的磁向量势。在此，当将式（3）、式（4）和式（5）分别离散化时，下式针对这些值成立。
[数式6]
Figure RE-925024DEST_PATH_IMAGE012
。
针对体素（voxel）整体解该式，由此，能够求取感应电场E（向量）。
实施例1
〔在拱顶型线圈中使头部接触部分的面积为固定而使高度和导线密度发生变化的情况下产生的感应电场的变化〕
图5是示出在图2A的经颅磁刺激装置中将拱顶型线圈的高度L等作为参数时的各实施例的表。本发明者首先对刺激效果相对于各参数的变化进行解析，因此，如图5那样，准备了使线圈的高度L为21mm和39mm并且将头部接触面的面积固定为基于x=56mm这样的设计值的值后的多个线圈模型，解析了模仿了头部的半球的导体中的感应电场的变化。再有，将多个匝的各元素例如串联连接来构成拱顶型线圈，使彼此邻接的二个匝的元素间的宽度为元素宽度d。
此时，由于使头部接触面积为固定并变更高度L，所以拱顶型线圈的上侧导线半径（图3中的R）配合高度L变化为60.2mm~56mm。对于其他的参数，准备了以下3种线圈的模型。
（模型M1）匝数N=20、元素宽度d=1mm、线圈整体宽度W=59mm；
（模型M2）匝数N=20、元素宽度d=2mm、线圈整体宽度W=78mm；
（模型M3）匝数N=26、元素宽度d=1mm、线圈整体宽度W=78mm。
再有，将模型M2与模型M3比较，由此，能够观察使接触面积同样并使导线密度发生变化的情况下的感应电场的变化。此外，通过使线圈的高度L变化为21mm和39mm，从而使模型M1为模型组M1，使模型M2为模型组M2，使模型M3为模型组M3。
使感应电场产生的对象的导体采用半径75mm、导电率σ=0.1S/m的半球，设定为位于线圈模型的10mm下。向刺激用线圈施加了5.3kA、4kHz的电流。之后，如以下说明那样，基于标量势有限差分法来计算并比较了感应电场强度和分布相对于线圈的高度L的变化的变化。
图6是示出在图2A的经颅磁刺激装置中使拱顶型线圈的高度L发生变化时的线圈所生成的电场强度的图表。已知：相对于拱顶型线圈的高度L的变化，如图6所图示那样，在使高度L发生变化的情况下，刺激范围不发生变化，只有强度与高度L处于比例关系。即，关于N=20且元素宽度d=1mm的模型组M1，刺激点中央处的半径10mm的感应电场的球内平均为83~129V/m，在N=20且元素宽度2mm的模型组M2中，为54~87V/m，使线圈高度越高，则感应电场强度越大。
在此，“感应电场的球内平均值”是指针对从中心点起规定半径内的球体计算球体内部的各点处的电场强度而作为其平均值计算的值。此外，关于不改变接触部分的面积而使导线密度发生变化的情况下的模型组M3，感应电场的球内平均也为73V/m~118V/m，与模型组M2相比较仅增加了强度，感应电场的分布未发生变化。再有，感应电场的分布是指将衰减到所产生的感应电场的最大值的50%的点作为基准来定义的值，模型组M1的半宽度（halfwidth）为8.7cm×4.2cm，模型组M2和M3的半宽度为9.7cm×5.3cm。
由这些结果已知如下这样的情况：在拱顶型线圈的设计中，在不改变接触部分的面积的情况下使线圈的高度L高来提高绕线密度，由此，能够在不增减所产生的感应电场的分布的情况下将强度最大化。这在将不会超出需要地扩大感应电场且能够高效率地进行刺激的线圈设计作为目标的情况下是重要的见解。
但是，通过使线圈的高度L更高或者使绕线密度更加上升，从而针对线圈主体的交链磁通量增加，因此，线圈的自感Lc上升。在此，使用线圈的自感Lc、电路的电容C如以下那样决定由前述的通常的驱动电路产生的电流的脉冲宽度T。
[数式7]
Figure RE-146052DEST_PATH_IMAGE014
。
通常地，能够高效率地进行神经刺激的刺激用线圈施加电流的脉冲宽度被认为是200μs~300μs，因此，在假设电容值C=180μF的情况下，电感为13μH左右成为极限。当根据此来计算各线圈模型的电感时，在感应电场的分布充分的模型组M2中线圈的高度L=39mm时，电感为9.0μH。这与成为基准的13μH相比充分低，从可治疗的脉冲宽度这样的观点出发，还存在富余。
当与此相比在使线圈的高度L变高之后求取电感时，在L=49mm时为12.9μH，能够为不超过基准的13μH的最佳的线圈高度。此时，作为根据从结果得到的近似直线计算的外插值的线圈强度为107V/m，作为在相同的实验条件下根据上述的各式解析感应电场后的结果为103V/m。
再有，在刺激用线圈施加电流的脉冲宽度为200μs时假设C=180μF的情况下，电感的最小值为5.63μH，电感只要优选为5μH以上即可。
实施例2
〔8字型线圈和拱顶型线圈针对半球模型的感应电场的比较〕
接着，为了评价拱顶型线圈的位置鲁棒性，进行了将针对半球模型的由8字型线圈和拱顶型线圈引起的感应电场的分布和强度分别比较的讨论。
图7A是示出在本实施方式中使用的8字型线圈的外观概要的立体图，图7B是示出在本实施方式中使用的拱顶型线圈的外观概要的立体图。
8字型线圈为如图7A所示那样将2个外半径51mm、内半径11mm、10匝的圆形线圈重叠后的形状。拱顶型线圈为N=20、d=2、W=78mm、L=39mm、R=66mm。关于半球模型，与上述讨论同样地，在线圈中流动的电流为5.3kA、3.4kHz。
关于在半球模型中产生的感应电场，拱顶型线圈的刺激强度减半的分布范围为9.8cm×5.4cm，8字型线圈为6.0cm×3.4cm。此外，在将半球顶部作为中心的半径10mm球内产生的感应电场的平均值在拱顶型线圈的情况下为83V/m，在8字型线圈的情况下为169V/m。在表1中示出这些结果。
[表1]
Figure RE-344952DEST_PATH_IMAGE015
。
图8A是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即在半球模型表面产生的感应电场强度的图像。图8B是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即在半球模型表面产生的感应电场强度的图像。图9A是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即在半球模型剖面产生的感应电场强度的图像。图9B是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即在半球模型剖面产生的感应电场强度的图像。即，在图8A和图8B中示出在半球模型产生的感应电场的模型表面的情况，在图9A和图9B中示出剖面的情况。
已知：虽然拱顶型线圈的刺激强度不如8字型线圈，但是针对半球模型的刺激范围更广。此外，已知：关于刺激的深度，到衰减到最大感应电场的50%的位置为止的距离在8字型线圈的情况下为9.8mm而在拱顶型线圈的情况下为15mm也是充分的。通常地，已知：由于根据8字型线圈的容许的刺激位置偏离被认为是5mm左右，根据该结果能够预测根据拱顶型线圈的刺激位置偏离扩大至约1.5倍的8mm左右，实现了对于位置偏离较强的线圈。
实施例3
〔针对由MRI图像得到的脑形状数据的拱顶型线圈的位置鲁棒性的评价计算〕
本发明者针对根据半球被试验者头部的MRI图像制作的脑形状模型进行了基于将运动区刺激点作为中心的3mm格子、5点×5点中的刺激位置偏离的模拟的讨论。
关于脑形状模型，通过使用在MATLAB上进行工作的统计图像解析程序包（package）SPM，从而从MRI图像分成脑的白质、灰质、脑脊髓液这3个要素提取。白质、灰质、脑脊髓液的导电率分别为0.07S/m、0.11S/m、1.79S/m。通过与实施例2同样的设计的8字型线圈和拱顶型线圈对位置偏离时的刺激预定点处的感应电场进行了比较。
图10A是示出本实施方式的8字型线圈和拱顶型线圈的模拟中的被试验者头部的MRI图像中的电场强度的测定位置的照片图像。图10B是示出本实施方式的8字型线圈的模拟结果即图10A的测定位置处的电场强度的相对值的表。图10C是示出本实施方式的拱顶型线圈的模拟结果即图10A的测定位置处的电场强度的相对值的表。在此，图10A的测定位置为由彼此正交的Xa轴和Ya轴的坐标确定的坐标。
即，在图10A中示出由MRI得到的脑形状和针对其的初级运动区的刺激点的情况。对由刺激引起的感应电场进行模拟后的结果是，感应电场的强度当取在刺激中心点处半径10mm的球内平均时在8字型线圈的情况下为264V/m，在拱顶型线圈的情况下为101V/m。关于针对位置偏离的电场强度的衰减，如图10B那样，在8字型线圈的情况下存在最大减弱10.8%那样的刺激点。这与存在由于5mm以上的线圈的位置偏离而无法得到治疗效果的情况这样的报告一致。
另一方面，如图10C那样，在拱顶型线圈的情况下即使为最大地减弱的点也为1.1%。根据该情况，拱顶型线圈能够称得上在针对实际的复杂的形状的脑的刺激中为对于位置偏离较强的设计。此外，为也与假设在半球模型中容许的刺激位置偏离为8mm左右的考察一致的结果。
当总结以上的实施方式时，设定为使近头部表面导线部与远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使与脑内的磁刺激对象区域（应该进行磁刺激的区域）的周边区域相比较，磁刺激对象区域的感应电场强度增大，优选的是实质上为最大，由此，与现有技术相比较能够大幅度地增大感应电场强度。在此，优选的是设定为电感Lc优选进入到为5μH以上且为13μH以下的电感范围并且感应电场进入到头部表面上的规定的分布内。此外，在经颅磁刺激装置中，优选的是，将脉冲宽度设定在规定的脉冲宽度范围内，设定为使上述近头部表面导线部与上述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使上述感应电场强度与上述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
[变形例]
在以上的实施方式中，对由2个圆形线圈构成的8字型线圈进行了说明，但是，本发明并不限于此，也可以为使2个圆形线圈的中心轴向线圈装置的中央部偏心来构成的偏心8字型线圈。此外，关于线圈装置的制造方法，主要对拱顶型线圈进行了说明，但是，本发明并不限于此，也能够应用于8字型线圈、偏心8字型线圈。
[实施方式的总结]
第一方式的经颅磁刺激装置用线圈装置是，一种经颅磁刺激装置用的线圈装置，将绕线线圈放置在头部表面上或其附近，利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激，所述线圈装置的特征在于，
所述绕线线圈具备：在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部、以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部，
设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
第二方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的特征在于，在第一方式的经颅磁刺激装置用线圈装置中，设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述线圈装置的电感进入到规定的电感范围并且所述感应电场进入到头部表面上的规定的分布内。
第三方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的特征在于，在第二方式的经颅磁刺激装置用线圈装置中，所述电感范围为5μH以上且为13μH以下。
第四方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的特征在于，在第一~第三方式中的任一个所述的经颅磁刺激装置用线圈装置中，所述线圈装置为拱顶型线圈、8字型线圈或偏心8字型线圈。
第五方式的经颅磁刺激装置是，一种经颅磁刺激装置，具备：
第一~第四方式中的任一个所述的经颅磁刺激装置用线圈装置；以及
驱动电路，向所述线圈装置输出具有规定的脉冲宽度的电流脉冲，
所述经颅磁刺激装置的特征在于，
将所述脉冲宽度设定在规定的脉冲宽度范围内，设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
第六方式的经颅磁刺激装置的特征在于，在第五的经颅磁刺激装置中，所述脉冲宽度范围为200μs以上且为300μs以下。
第七方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法是，一种经颅磁刺激装置用的线圈装置的制造方法，所述经颅磁刺激装置用的线圈装置将绕线线圈放置在头部表面上或其附近，利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激，所述制造方法的特征在于，
所述绕线线圈具备：在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部、以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部，
所述制造方法包含如下步骤：设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
第八方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法的特征在于，在第七方式的经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法中，包含如下步骤：设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述线圈装置的电感进入到规定的电感范围并且所述感应电场进入到头部表面上的规定的分布内。
第九方式的经颅磁刺激装置的制造方法是，一种经颅磁刺激装置的制造方法，所述经颅磁刺激装置具备：
第一~第四方式中的任一个所述的经颅磁刺激装置用线圈装置；以及
驱动电路，向所述线圈装置输出具有规定的脉冲宽度的电流脉冲，
所述制造方法的特征在于，
包含如下步骤：将所述脉冲宽度设定在规定的脉冲宽度范围内，设定为使所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离发生变化，以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大。
产业上的可利用性
如以上详细描述那样，根据本发明，能够使头部表面的电场强度进一步增大，能够将本发明广泛地应用于经颅磁刺激装置用线圈装置、经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法、使用了上述线圈装置的经颅磁刺激装置、以及经颅磁刺激装置的制造方法。
附图标记的说明
1…经颅磁刺激系统、
2…刺激用线圈、
4…电缆、
6…磁刺激控制装置、
20…线圈驱动电路、
21…电源装置、
21a…交流电源、
21b…电源电路、
21c…升压电路、
22…电容器、
23…半导体开关、
23a…晶闸管、
23b…二极管、
24…刺激用线圈的电感成分、
25…刺激用线圈的电阻成分、
26…控制电路、
M…患者。

Claims (6)

1.一种经颅磁刺激装置用线圈装置，将绕线线圈放置在头部表面上或其附近，利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激，所述线圈装置的特征在于，
所述绕线线圈是具备在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部的拱顶型线圈，
以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大的方式设定所述拱顶型线圈的所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离的最大值即线圈的高度，并且，通过在将所述产生的感应电场强度的分布保持为固定的状态下使所述线圈的高度发生变化，从而将所述线圈的高度设定为最佳值。
2.根据权利要求1所述的经颅磁刺激装置用线圈装置，其特征在于，设定为使所述线圈的高度发生变化，以使所述线圈装置的电感进入到规定的电感范围并且所述感应电场进入到头部表面上的规定的分布内。
3.根据权利要求2所述的经颅磁刺激装置用线圈装置，其特征在于，所述电感范围为5μH以上且为13μH以下。
4.一种经颅磁刺激装置用线圈装置的制造方法，所述经颅磁刺激装置用线圈装置是如下的线圈装置，即，将绕线线圈放置在头部表面上或其附近，利用电磁感应在脑内的磁刺激对象区域中产生由感应电场引起的电流来对神经元进行刺激，所述制造方法的特征在于，
所述绕线线圈是具备在所述头部表面上或其附近配置的近头部表面导线部以及与所述近头部表面导线部相比远离所述头部表面来配置的远头部表面导线部的拱顶型线圈，
所述制造方法包含如下步骤：
以使所述感应电场强度与所述磁刺激对象区域的周边区域相比较增大的方式设定所述拱顶型线圈的所述近头部表面导线部与所述远头部表面导线部之间的距离的最大值即线圈的高度，并且，通过在将所述产生的感应电场强度的分布保持为固定的状态下使所述线圈的高度发生变化，从而将所述线圈的高度设定为最佳值。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，包含如下步骤：设定为使所述线圈的高度发生变化，以使所述线圈装置的电感进入到规定的电感范围并且所述感应电场进入到头部表面上的规定的分布内。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述电感范围为5μH以上且为13μH以下。
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