JPH07171220A

JPH07171220A - 磁気刺激装置

Info

Publication number: JPH07171220A
Application number: JP5318416A
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: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-11

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
１０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１０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１４になるに従って減
少するようにした。

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。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。

【０００４】この磁気刺激装置は、図１３に示すような
回路構成とされている。即ち、図１３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５に接続する。また、
この刺激用コイル５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５に流し、所定の磁束φをコイ
ル５で発生させる。なお、抵抗器６とダイオード７は、
コイル５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５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５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】本発明はかかる点に鑑み、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
ことを目的とする。

【０００９】

【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に示すように、コイル１０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１４になるに従って減少
するようにしたものである。

【００１０】また本発明は、生体の刺激対象部位の近傍
に対向して配される第１及び第２のコイル３０ａ及び３
０ｂと、このそれぞれ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１１に示すように、所定の偏向磁界を形成させる
偏向磁界発生手段４０を、第１のコイル３０ａと第２の
コイル３０ｂとの間に生じる磁束路内に配置し、偏向磁
界発生手段４０により生じる磁場で、第１のコイル３０
ａと第２のコイル３０ｂとの間に生じる磁束を刺激対象
部位に向かわせるようにしたものである。

【００１１】また、この場合に例えば図１２に示すよう
に、第１及び第２のコイル１０ａ及び１０ｂとして、こ
のそれぞれの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
１４になるに従って減少するようにしたものである。

【００１２】

【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ようにしたこと
で、このコイルにより発生する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。

【００１３】また本発明によると、偏向磁界発生手段に
より生じる偏向磁界で、第１のコイルと第２のコイルと
の間に生じる磁束を刺激対象部位に向かわせるようにし
たことで、磁束が効率良く刺激対象部位に向かうように
なり、第１のコイルと第２のコイルとの間に生じる磁束
での刺激が、効果的に行われるようになる。

【００１４】また、この場合に第１のコイルと第２のコ
イルとして、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ようにしたことで、圧縮されて
密度の高い磁束が偏向されて刺激対象部位に向かうよう
になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の磁気刺激装置の第１の実施例
を、図１〜図１０を参照して説明する。

【００１６】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、１０は刺激用コイル全体を示
し、この刺激用コイル１０は円筒形の磁性材１１の端部
に、線材を数十ターン巻回させた巻線を形成させ、この
巻線でコイルとするものである。この場合、本例の巻線
としては、磁性材１１の外周に同じ径で巻かれた主磁界
発生部１２と、この主磁界発生部１２から徐々に径が細
くなった磁束圧縮部１３とで構成され、磁束圧縮部１３
の端部が開口部１４となっている。

【００１７】図２は、この刺激用コイル１０を正面から
見た図で、開口部１４の径が主磁界発生部１２の径の約
半分となるように、磁束圧縮部１３を構成してある。

【００１８】また、図３に断面で示すように、磁性材１
１は主磁界発生部１２の内部にだけ位置し、磁束圧縮部
１３の内部の空間には、非磁性材１５を配置する。な
お、磁性材１１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、コイル１０の後方へ延長され
て、コイル１０の支持部材として機能する。

【００１９】このように構成される刺激用コイル１０
を、コイル１０の先端の開口部１４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１３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。

【００２０】このように刺激用コイル１０に電流を供給
することで、コイル１０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、本例の場合には磁性材１１の外周に同じ径で
巻かれた主磁界発生部１２で所定の磁束φ₀が発生す
る。この主磁界発生部１２での磁束φ₀の磁束密度は、
コイル１０に供給される電流に対応したものとなる。そ
して、この主磁界発生部１２で発生した磁束φ₀は、図
１３に磁束の流れを示すように、径が徐々に細くなった
磁束圧縮部１３内で圧縮されて磁束密度が高められ、こ
の圧縮された磁束φ₀が開口部１４から出力される。

【００２１】従って、開口部１４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φ₀が供給さ
れ、密度の高い磁束φ₀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φ₀で刺激できることで、例えば刺激用
コイル１０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。

【００２２】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１０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１０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１０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１０の発熱を低く抑えられる
ことから、刺激用コイル１０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。

【００２３】なお、この刺激用コイル１０の発熱をより
低く抑えるために、刺激用コイル１０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１０の内部
の磁性材１１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１０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１０の発熱自体を抑えるのではなく、刺激
用コイル１０の開口部１４の周囲を、断熱材で覆うよう
にして、発熱したコイル１０が生体と接触しないように
しても良い。

【００２４】また、図３に示すように、刺激用コイル１
０の支持部材である磁性材１１，非磁性材１５の中心部
に貫通した透孔１１ａ，１５ａを設け、この透孔１１
ａ，１５ａを介して磁束が照射される位置を目視などで
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、
透孔１１ａ，１５ａを設ける代わりに、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。

【００２５】また、上述した刺激用コイル１０は、円筒
状に形成させて先端部（磁束圧縮部１３）の径を徐々に
細くさせたが、この磁束圧縮部１３は内部の空間の径が
実質的に小さくなれば上述した磁束を圧縮する効果が得
られる。例えば、図４に示すように、刺激用コイル１
０′として、主磁界発生部１２と磁束圧縮部１３′とで
外径が等しくなるように線材を巻回させ、磁束圧縮部１
３′の内部の空間の断面積だけが徐々に小さくなるよう
な状態で磁束圧縮部１３′を形成させて、開口部１４′
から出力される磁束を圧縮させるようにしても良い。

【００２６】また、ここまで示した例では磁束圧縮部の
中心軸を主磁界発生部の中心軸と一致させるようにした
が、この中心軸は必ずしも一致させる必要はない。即
ち、例えば図５に示すように、刺激用コイル１０″の磁
束圧縮部１３″として、主磁界発生部１２と一辺が揃え
られた状態で径を徐々に細くするようにして、開口部１
４″の位置を中心からずらすようにしても良い。さら
に、主磁界発生部１２や磁束圧縮部１３は、線材を円形
（円筒形，円錐形）に巻回させる必要はなく、例えば楕
円形や角形に巻回されたコイルとしても良い。

【００２７】ここまでの説明では、１個の刺激用コイル
１０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１０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６に示すように、上述した刺
激用コイル１０と同じ構成の２個の刺激用コイル１０
ａ，１０ｂを用意し、この２個の刺激用コイル１０ａ，
１０ｂの開口部１４を対向して配置し、一方の刺激用コ
イル１０ａの開口部１４と、他方の刺激用コイル１０ｂ
の開口部１４との間で磁束φ₁を発生させ、この両開口
部１４の間に生体ｍ ₁の対象部位ｘ₁を配置する。

【００２８】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、コイルの端部
（開口部１４）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。これに対し、図６に示すよう
に、２個の刺激用コイル１０ａ，１０ｂ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。

【００２９】また、刺激させたい神経などがある対象部
位を、上下から２個の刺激用コイル１０ａ，１０ｂで挟
むのが困難な場合には、図７に示すように、それぞれの
刺激用コイル１０ａ，１０ｂを生体ｍ₂の対象部位ｘ₂
に対し、所定の角度θ₁を持たせて配置するようにして
も良い。このようにすることで、一方の刺激用コイル１
０ａの開口部１４と、他方の刺激用コイル１０ｂの開口
部１４との間で発生する磁束φ₂を、生体ｍ₂の対象部
位ｘ₂に照射でき、頭部の中の神経のように比較的大き
な部分の内に対象部位がある場合に好適である。但し、
この図７の例の場合には、図６の例よりも若干対象部位
ｘ₂に到達する磁束密度が低くなる。

【００３０】また、２個の刺激用コイル１０ａ，１０ｂ
を使用する場合には、図８に示すように、各刺激用コイ
ル１０ａ，１０ｂの内部に配される磁性材を延長してＣ
型などに接合するようにしても良い。即ち、Ｃ型に形成
された磁性材２１の一端２１ａに巻線を巻回させて一方
の刺激用コイル１０ａを形成させると共に、磁性材２１
の他端２１ｂに巻線を巻回させて他方の刺激用コイル１
０ｂを形成させる。このようにすることで、閉磁路の一
部が切断された状態となり、両刺激用コイル１０ａ，１
０ｂ間の磁束漏洩を減少させることができ、両刺激用コ
イル１０ａ，１０ｂ間に配された生体ｍ₃の対象部位ｘ
₃に到達する磁束φ₃の磁束密度を高くすることができ
る。

【００３１】なお、この図８の例において、Ｃ型に形成
された磁性材２１をほぼ中央部で分割し、分割されたそ
れぞれの磁性材を開閉（図８に矢印ａ，ｂで示す方向へ
の移動）が自在にできる状態で接合する接合部２２を設
けるようにしても良い。このようにすることで、刺激さ
せたい生体ｍ₃の大きさに応じて、両刺激用コイル１０
ａ，１０ｂ間の距離を変えることができ、生体ｍ₃の大
きさに応じた効率の良い刺激ができる。

【００３２】なお、図６〜図８に示した２個の刺激用コ
イル１０ａ，１０ｂを使用する場合には、各刺激用コイ
ル１０ａ，１０ｂ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９に示すように、コンデンサ３に対し２個の刺激用コ
イル１０ａ，１０ｂを並列に接続する構成と、図１０に
示すように、コンデンサ３に対し２個の刺激用コイル１
０ａ，１０ｂを直列に接続する構成とが選択できる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例を、図１１及
び図１２を参照して説明する。この図１１及び図１２に
おいて、上述した第１の実施例で説明した図１〜図１０
に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省
略する。

【００３４】本例の磁気刺激装置は、図１１に示す構成
で、コイルを配置したものである。図１１において、３
０ａ，３０ｂはそれぞれ対象部位の刺激用コイルを示
し、この刺激用コイル３０はＣ型に形成された磁性材２
１の端部２１ａ，２１ｂに、線材を数十ターン平行に巻
回させてコイルとし、この２個の刺激用コイル３０ａ，
３０ｂを対向配置するものである。そして、この２個の
刺激用コイル３０ａ，３０ｂの間に形成される空間に近
接して、このコイル３０ａ，３０ｂとは別のコイル４０
を配置するようにしたものである。

【００３５】このコイル４０も線材を数十ターン巻回さ
せて形成されたコイルで、このコイル４０に駆動回路か
ら電流を流して、一端４１と他端４２との間で偏向磁界
Ｈ₁を発生させる。この偏向磁界Ｈ₁は、刺激用コイル
３０ａ，３０ｂの間に形成される空間で大きく発生する
ように、コイル４０などの位置を設定する。

【００３６】そして、この偏向磁界Ｈ₁を発生させた状
態で、２個の刺激用コイル３０ａ，３０ｂに、上述した
第１の実施例の場合と同様に、図９或いは図１０に示す
駆動回路を接続して、一方の刺激用コイル３０ａと他方
の刺激用コイル３０ｂとの間に、磁束φ₄を発生させ
る。

【００３７】このようにして発生される磁束φ₄は、図
１１に示すように、偏向磁界Ｈ₁により偏向される。従
って、この偏向された磁束φ₄が通過する位置に、生体
ｍ₄の対象部位ｘ₄を配置することで、この対象部位ｘ
₄に効率良く磁束φ₄を到達させることができる。この
ような構成は、例えば刺激させたい生体ｍ₄を、２個の
刺激用コイル３０ａ，３０ｂの間に配置するのが困難な
場合に好適である。

【００３８】なお、偏向磁界発生用のコイル４０への駆
動電流の供給は、連続的に行うようにしても良いが、基
本的には２個の刺激用コイル３０ａ，３０ｂから磁束φ
₄が発生している間だけで良いので、この刺激用コイル
３０ａ，３０ｂの駆動回路を使用して、刺激用コイル３
０ａ，３０ｂと並列又は直列に接続し、刺激用コイル３
０ａ，３０ｂと連続して駆動するようにしても良い。

【００３９】また、この場合にも磁性材２１をほぼ中央
部で分割し、分割されたそれぞれの磁性材を開閉（図１
１に矢印ａ，ｂで示す方向への移動）が自在にできる状
態で接合する接合部２２を設けて、刺激させたい生体の
大きさに応じて、両刺激用コイル１０ａ，１０ｂ間の距
離を変えられるようにしても良い。

【００４０】また、この第２の実施例の場合には、Ｃ型
に連結された磁性材２１の端部２１ａ，２１ｂにコイル
４０ａ，４０ｂを形成させるようにしたが、それぞれ別
の磁性材に巻装されたコイルとしても良い。また、連結
された磁性材２１を使用する場合でも、Ｃ型以外の形状
（例えば馬蹄形，Ｕ型など）としても良い。

【００４１】また、偏向磁界発生用コイル４０も、偏向
磁界Ｈ₁が良好に発生できれば、上述した形状以外のコ
イルとしても良い。また、ここではコイルで偏向磁界を
発生させるようにしたが、永久磁石などを使用して偏向
磁界を発生させるようにしても良い。但し、コイルを使
用した方が、偏向磁界の調整がし易い。

【００４２】さらに、第１の実施例で説明した磁束圧縮
を行うコイルを使用するようにしても良い。即ち、例え
ば図１２に示すように、図８の例と同様に磁束圧縮部１
３を有する刺激用コイル１０ａ，１０ｂを使用し、この
２個の刺激用コイル１０ａ，１０ｂの間に偏向磁界Ｈ₁
を発生させる状態で偏向磁界発生用コイル４０を配置す
るようにしても良い。

【００４３】このようにすることで、刺激用コイル１０
ａ，１０ｂの間に発生する圧縮された磁束が、偏向磁界
Ｈ₁により生体ｍ₅の対象部位ｘ₅に向かい、より強い
磁束が対象部位ｘ₅を通過するようになり、より効率の
良い対象部位の刺激ができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によると、コイルを構成する線材
の巻装により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
ようにしたことで、このコイルにより発生する磁束密度
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。

【００４５】また本発明によると、偏向磁界発生手段に
より生じる偏向磁界で、第１のコイルと第２のコイルと
の間に生じる磁束を刺激対象部位に向かわせるようにし
たことで、磁束が効率良く刺激対象部位に向かうように
なる。

【００４６】また、この場合に第１のコイルと第２のコ
イルとして、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ようにしたことで、圧縮されて
密度の高い磁束が偏向されて刺激対象部位に向かうよう
になり、圧縮されて密度の高い磁束が効率良く刺激対象
部位に向かうようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の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】第１の実施例の刺激用コイルの変形例を示す断
面図である。

【図５】第１の実施例の刺激用コイルの変形例を示す側
面図である。

【図６】第１の実施例の刺激用コイルを対向配置した例
を示す構成図である。

【図７】第１の実施例の刺激用コイルを角度を持たせて
対向配置した例を示す構成図である。

【図８】第１の実施例の刺激用コイルを閉磁路を構成さ
せて対向配置した例を示す構成図である。

【図９】２個の刺激用コイルを並列接続した例を示す構
成図である。

【図１０】２個の刺激用コイルを直列接続した例を示す
構成図である。

【図１１】本発明の第２の実施例によるコイルの配置状
態を示す構成図である。

【図１２】本発明の第２の実施例によるコイルの配置状
態の他の例を示す構成図である。

【図１３】磁気刺激装置の駆動回路の例を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１０，１０′，１０″，１０ａ，１０ｂ，３０ａ，３０
ｂ刺激用コイル１１，２１磁性材１２主磁界発生部１３，１３′，１３″ 磁束圧縮部１４，１４′，１４″ 開口部１５非磁性材４０偏向磁界発生用コイル

───────────────────────────────────────────────────── 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番地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したことを特徴とする磁気刺
激装置。
【請求項２】生体の刺激対象部位の近傍に対向して配
される第１及び第２のコイルと、該それぞれのコイルに
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、所定の偏向磁界を形成させる偏向磁界発生手段を、上記
第１のコイルと第２のコイルとの間に生じる磁束路内に
配置し、上記偏向磁界発生手段により生じる磁場で、上記第１の
コイルと第２のコイルとの間に生じる磁束を上記刺激対
象部位に向かわせるようにしたことを特徴とする磁気刺
激装置。
【請求項３】上記第１及び第２のコイルとして、この
それぞれの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ようにした請求項２記載の磁気刺
激装置。