JP2019141259A - 磁気刺激装置とその励磁方法 - Google Patents
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Description
日本での嚥下障害に対する発生件数は多大な数にのぼり、年間に発生する約40万人の脳卒中のうち、約5%の患者が嚥下を制御する神経機構にダメージを受けている。その他、脳卒中以外の嚥下障害を引き起こす疾患としては、外傷性脳損傷、脳性麻痺、認知症、パーキンソン病、ハンチントン病、ウィルソン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、多発性硬化症、脳腫瘍、重傷筋無力症など多数が存在する。上記疾患以外でも高齢化による嚥下障害もあり、嚥下障害患者は今後、増大化することが予想される。
嚥下障害は、上記のように高齢者のみならず多くの脳血管障害者、その他の患者が悩まされており、年間2万人を超える新たな嚥下障害患者が発生している。従って、この嚥下障害を改善することは高齢者や脳血管障害者の健康を良好に保つ上で非常に重要である。そこで下記のような嚥下障害治療器が提案された(特許文献1、及び非特許文献1)
また、解剖学的には咽頭側壁により多くの神経分布が認められている。これをヒントに食物や液体の代わりにこの部分を電気刺激して嚥下を誘発することで、嚥下患者に対して効果的な嚥下訓練や治療を行うのが特許文献1に記載の発明である。
この装置を嚥下障害などの磁気刺激装置に応用して、例えば、患者の嚥下に関連する小さな筋であり、顎の正中線に対してその左右に存在する舌骨上筋群、舌骨下筋群(或いはその他の障害に関する筋や神経)に磁気的な刺激を個別に与え、患者に嚥下やその他の訓練や治療を効果的に行うことのできる装置を完成させた。
左右一対のU字形コア50L/50Rと、
前記U字形コア50L/50Rの前後の脚部51Lx・51Ly/51Rx・51Ryに巻着され、前記U字形コア50L/50Rを励磁する導体65x・65y(又は65Lx・65Ly/65Rx・65Ry)と、
前記導体65x・65y(又は65Lx・65Ly/65Rx・65Ry)がそれぞれ巻着された前記一対のU字形コア50L/50Rを並設し、且つそれらの脚部51Lx・51Ly/51Rx・51Ryを同じ方向に向けて収納するケース1とで構成されたことを特徴とする。
なお、上記「同じ方向」の内容は、「完全に同一の方向」を意味せず、下記に述べる脚部51Rx・51Ryの先端面52Rx・52Ryを含む磁束発生面FRとの内角θが180°未満の場合も含む。
前記一方のU字形コア50Lの脚部51Lx・51Lyの先端面52Lx・52Lyを含む磁束発生面FLと、前記他方のU字形コア50Rの脚部51Rx・51Ryの先端面52Rx・52Ryを含む磁束発生面FRとの内角θが140°以上、180°未満の範囲内に形成されていることを特徴とする。
前記ケース1は2分割された左側ケース部1Lと、右側ケース部1Rと、前記左側ケース部1Lと右側ケース部1Rの隣接辺に設けられ、前記左側ケース部1Lと右側ケース部1Rとを繋ぐ左右接続部分30とで構成され、
前記左右接続部分30には前記磁束発生面FL・FRの前記内角θを調整する内角調整機構44が設けられ、
前記一方のU字形コア50Lが左側ケース部1Lに収納され、他方のU字形コア50Rが右側ケース部1Rに収納されていることを特徴とする。
前記ケース1は、左側ケース部1Lと右側ケース部1Rと、前記左/右側ケース部1L/1Rから分離された接続部40とで構成され、
前記接続部40は、その本体から側方に伸び、前記左側ケース部1L及び前記右側ケース部1Rを前記接続部40に対して近接位置又は離間位置に保持する保持アーム部41L/41Rとで構成されていることを特徴とする。
一方の導体65xは、並設されたU字形コア50L/50Rの一方の脚部51Lx/51Rx周囲を一体として取り囲むように巻かれ、
他方の導体65yは、前記U字形コア50L/50Rの他方の脚部51Ly/51Ryの周囲を一体として取り囲むように巻かれていることを特徴とする。
一方の導体65Lは、一方のU字形コア50Lの各脚部51Lx・51Lyの周囲を取り囲むように個別に巻かれ、
他方の導体65Rは、他方のU字形コア50Rの各脚部51Rx・51Ryの周囲を取り囲むように個別に巻かれていることを特徴とする。
U字形コア50L/50Rを励磁する導体65へ励磁電流を間欠的に流し、並設された一対のU字形コア50L/50Rにおいて、一方のU字形コア50Lの一方の脚部51Lx(51Ly)とこれに相隣り合う他方のU字形コア50Rの一方の脚部51Rx(51Ry)が同極に励磁されることを特徴とする。
請求項1〜7のいずれかに記載の磁気刺激装置Aの励磁方法で、
U字形コア50L/50Rを励磁する導体65へ励磁電流を間欠的に流し、並設された一対のU字形コア50L/50Rの、一方のU字形コア50Lの一方の脚部51Lx(51Ly)とこれに相隣り合う他方のU字形コア50Rの一方の脚部51Rx(51Ry)を異極に励磁することを特徴とする。
一対のU字形コア50Lの他方の脚部51Lyはこの時、当然、S極(又はN極)となり、他方のU字形コア50Rの他方の脚部51Lyは、当然、N極(又はS極)になる。
U字形コア50L/50Rを励磁する導体65へ励磁電流を間欠的に流し、この間欠的に流される励磁電流の電流方向を励磁サイクル毎に間欠的に反転させることを特徴とする。
以下、嚥下障害を代表例として説明することとし、まず、通常の嚥下動作に付いて説明する(図1、図2参照)。
咽頭76の上部入口には鼻腔77と口腔78が繋がっており、咽頭76の下部出口は喉頭79と食道90に繋がっている。
呼吸時には鼻腔77から入った空気は、咽頭76を経て喉頭79に送られ、気管88を通って肺に送られる。
咽頭76ではこのように空気と食塊が通過するため、呼吸と嚥下とを仕分ける筋の制御ができなくなると、気管88に食塊が誤進入して誤嚥を生じる。この点を更に詳述する。
これは脳の延髄にある嚥下中枢によって制御される。それ故、脳卒中の後遺症、高齢化、神経疾患、口腔や咽頭の形態異常など様々な疾患により咽頭枝或いは咽頭枝から嚥下中枢に至る神経系統、嚥下中枢から嚥下を司る筋群(特に、頤舌骨筋、顎二腹筋(前腹)及び顎舌骨筋などを含む舌骨上筋群70)に至る神経系統に障害が発生した場合、嚥下障害を発生する。該舌骨上筋群70は、体の中心線である正中線CLの両側に存在し、左側の舌骨上筋群を70L、右側の舌骨上筋群を70Rで表す。
上記左右のモーターポイントMpL/MpRは、図2のように患者の顎の中心(正中)線CLに対して左右に広がって存在している。これらの位置は多分に個人差があり一定ではない。この左右のモーターポイントMpL/MpRに磁気刺激を与えるために、左右のモーターポイントMpL/MpRの直下に左右のU字形コア50L/50Rの中心が来るようにすることが好ましい。加えてこの場合にその先端面52Lx・52Ly/52Rx・52Ryを含む磁束発生面F(又はFL/FR)がモーターポイントMpL/MpRの直上表皮に出来る限り正対するようにすることが好ましい。
以下、第1実施例から説明する。第2実施例以下については、第1実施例と同様の機能を有する部分については同じ符号を付し、第1実施例の説明を援用するものとする。
磁気刺激装置Aの主要部分は、左右一対の同一形状のU字形コア50と、U字形コア50の脚部51に巻着される導体65であり、これらは樹脂やセラミック等の非金属を材料としたケース1に収納されている。
本発明では、U字形コア50は左右一対で用いられるので、区別する必要がある場合には既に述べたように、一方をU字形コア50L、他方をU字形コア50Rとする。そしてこのU字形コア50の脚部51はそれぞれ前後に2箇所あるので、区別する必要がある場合はそれぞれを51Lx・51Ly/51Rx・51Ryとする。また、U字形コア50の脚部51の先端面52を個別に表わす必要がある場合、それぞれ52Lx・52Ly/52Rx・52Ryとする。
なお、上記「同じ方向」の内容は、「完全に同一の方向」を意味せず、下記に述べる脚部51Rx・51Ryの先端面52Rx・52Ryを含む磁束発生面FRとの内角θが180°未満の場合も含む。
これら脚部51Lx・51Ly/51Rx・51Ryの配置関係は、符号xで示す前側の脚部51Lx/51Rx、符号yで示す後側の脚部51Ly/51Ryが隣接し、脚部51Lx・51Ry、脚部51Ly・51Rxが対角にあるものとする。そしてそれぞれの先端面52Lx・52Ly/52Rx・52Ryは平坦に形成されている。これら先端面52Lx/52Ly/52Rx・52Ryは1枚の面に含まれ、この面を前述の磁束発生面Fとする(図5)。
第1の巻き方の形態は、図7に示すように、隣接して平行に設けられた一対のU字形コア50L/50Rの前側で隣接する脚部51Lx/51Rx同士を一体としてその周囲に導体65xが巻き付けられ、後側の脚部51Ly/51Ry同士を一体としてその周囲に導体65yがそれぞれ巻き付けられる場合である。
この場合、導体65x・65yは別個の部材を用いてU字形コア50の当該部分に巻き付け、然る後、直列接続してもよいが、一本の帯材(或いは、リッツ線)を連続的に巻きつけるようにしてもよい。この巻き方によれば、U字形コア50Lと50R間の距離が短い場合には、使用する導体長を最小限に抑えることが可能であるため、総重量が軽量になり、加えて発熱量および消費電力が小さくなるメリットがある。
第1実施例のケース1は樹脂製(ここではABS製)で、上面が開口したケース本体3と、その上面開口を閉塞する蓋部5とで構成されている。ケース本体3は左側収納部3Lと右側収納部3Rに分かれており、導体65がそれぞれ巻着された一対のU字形コア50を平行な状態で収納する。
上記の場合は、蓋部5に導体65を取り付けた例であるが、先にU字形コア50に導体65を巻き付け、これをケース1に嵌め込むようにしてもよい。
導体65の保持方法は図示しない固定部材(或いは接着)による。
なお、蓋部5の4つの凸部6の上面を共通して含む面、及び蓋部5の上面も上記磁束発生面Fに平行なので、便宜的にこれらの面も磁束発生面Fと言うことがある。
図10の場合、隣同士の前側の脚部51Lx/51Rxは同じN極になり、もう一つの後側の隣り同士の脚部51Ly/51Ryは反対のS極に励磁される。
前者の脚部51Lx/51Rxの周囲に発生する渦電流ULx/URxは同方向(時計方向)に流れ、もう一つの後ろ側に隣同士の脚部51Ly/51Ryの周囲に発生する渦電流ULy/URyは前者と反対方向(反時計方向)に流れる。従って、U字形コア50L/50Rの脚部51Lx・51Ly/51Rx・51Ryの間では、渦電流ULx・ULy/URx・URyが合流し、渦電流は倍になる。加えて、一方のコア先端面52Lより発する磁束の変化は、モーターポイントMpRにおける渦電流を強める方向に働き、同様に他方のコア先端面52Rから発する磁束の変化も、モーターポイントMpLにおける渦電流を強める方向に働くため、単独のコアで磁束を発生した場合よりも大きな渦電流をモーターポイントMpL/MpRに誘導することができる。この合流渦電流は、患部の筋(この場合ではモーターポイントMpL/MpR)に対してほぼ直角に横切り、2倍の強度の磁気刺激を集中して左右のモーターポイントMpL/MpRに与える。他の部分の渦電流はこれに比べて大幅に弱い。
即ち、前側の脚部51Lx/51RxがN(S)極の場合、後側の脚部51Ly/51RyはS(N)極となる。
従って、一方のU字形コア50Lにおける合流点PLの渦電流ULx/ULy、他方のU字形コア50Rにおける合流点PRの渦電流URx/URyは共に同じ方向に流れ、図10の場合と同様、渦電流Uの強度を倍化させる。
また、この正中線CLを中心線として対称に流れる渦電流ULx・ULy/URx・Uryにより磁気刺激によって誘導される生体の誘発反応(筋肉の動き等)の対称性が高くなる。この対称性により、例えば、舌骨上筋群への刺激を例にとれば、左右の頤舌骨筋、顎二腹筋の均等な筋収縮を同時に得ることができ、これらに接続した舌骨の正中線上に沿った適正な挙上を得ることができる。嚥下動作の再建においては、左右対称な筋収縮が得られることは非常に重要である。
なお、上記では渦電流Uが患部の筋(モーターポイントMpL/MpR)に直角に交差して横切るようにする場合と、平行に流れるようにする場合とがあるが、渦電流が患部の筋に直角に交差して横切るように流れる場合の方が、平行に流れる場合より、より大きく収縮する。
上記のように渦電流UがモーターポイントMpL/MpRを横切るように発生させるには、左右のU字形コア50の先端面52を含む磁束発生面)がそれぞれモーターポイントMpL/MpRにそれぞれ正対するようになっていることが好ましい。
この場合は、ケース1の蓋部5の磁束発生面FL・MRの角度θを可変にできるようにした場合である。これにより、患者の下顎の形状に合わせて蓋部5の角度θを変えることができる。
第3実施例のケース1の一例を図13に示す。図13は単なる一例で、ケース1の蓋部5の磁束発生面FL・FRの角度θを可変にできる構造のもの(例えば、丁番で角度変形部分が接続されているもの)は全て該当する。
図13場合は、ケース1が左右に2分割され、左側の部分を左側ケース部1L、右側の部分を右側ケース部1Rとする。そして、左・右側ケース部1L/1Rの、左右に2分割された蓋部のそれぞれを左側蓋部分5L、右側蓋部分5Rとする。
そして、左・右側蓋部分5L/5Rの対向する辺が丁番状に結合されている。この部分を左右接続部分30とする。
使用時は、締結ボルト36を緩めで角度調整可能とし、その状態で患者の下顎に沿わせ、締結ボルト36を締め込むことで内角θの角度が固定される。
この場合、丁番状に結合されている左・右側蓋部分5L/5Rの対向する辺と、締結ボルト46とで、内角調整機構34が構成される。
そこでこの場合は、ケース1の蓋部5の角度θを可変にできるようにし、且つU字形コア50L/50Rの間隔を変えることができるようにした場合である。これにより、患者の顎の形状やモーターポイントMpL/MpRの位置に合わせて蓋部5の磁束発生面FL・FRの内角の角度θと、U字形コア50の先端面52の間隔を変えることができる。
この場合も左右に2分割された接続部分割体40L/40Rと締結ボルト46が、内角調整機構44となる。
前記レール42は左側ケース部1L、右側ケース部1Rの前面と背面に水平方向に形成された溝43にスライド可能に取り付けられている。これによりレール42に沿って左側ケース部1L、右側ケース部1Rを近接・離間させることができる。左側ケース部1L、右側ケース部1Rの固定はレール42に設けた固定ネジ48にて固定される。
1:ケース、1L/1R:左・右側ケース部、3:ケース本体、3L:左側収納部、3R:右側収納部、5:蓋部、5L:左側蓋部分、5R:右側蓋部分、6:凸部、30:左右接続部分、34:内角調整機構、36:締結ボルト、40:接続部、40L/40R:接続部分割体、41L/41R:保持アーム部、42:レール、43:溝、44:内角調整機構、46:締結ボルト、48:固定ネジ、50、50L/50R:U字形コア、51、51Lx・51Ly/51Rx・51Ry:脚部、52、52Lx・52Ly/52Rx・52Ry:先端面、65・65x・65y(又は65L・65R):導体、70・70L・70R:舌骨上筋群、72:下歯槽神経、74:下顎、75:舌骨、76:咽頭、77:鼻腔、78:口腔、79:喉頭、81:喉頭蓋谷、82:喉頭蓋軟骨、83:喉頭蓋軟骨に接続している筋、84:喉頭蓋、88:気管、90:食道
Claims (10)
- 左右一対のU字形コアと、
前記U字形コアの前後の脚部に巻着され、前記U字形コアを励磁する導体と、
前記導体がそれぞれ巻着された前記一対のU字形コアを並設し、且つそれらの脚部を同じ方向に向けて収納するケースとで構成されたことを特徴とする磁気刺激装置。 - 一方のU字形コアの脚部の先端面を含む磁束発生面と、前記他方のU字形コアの脚部の先端面を含む磁束発生面との内角θが140°以上、180°未満の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気刺激装置。
- ケースは2分割された左側ケース部と、右側ケース部と、前記左側ケース部と右側ケース部の隣接辺に設けられ、前記左側ケース部と右側ケース部とを繋ぐ左右接続部分とで構成され、
前記左右接続部分には前記磁束発生面の前記内角を調整する内角調整機構が設けられ、
前記一方のU字形コアが左側ケース部に収納され、他方のU字形コアが右側ケース部に収納されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気刺激装置。 - ケースは、左側ケース部と右側ケース部と、前記左/右側ケース部から分離された接続部とで構成され、
前記接続部は、その本体から側方に伸び、前記左側ケース部及び前記右側ケース部を前記接続部に対して近接位置又は離間位置に保持する保持アーム部とで構成されていることを特徴とする請求項3に記載の磁気刺激装置。 - 一方の導体は、並設されたU字形コアの一方の脚部の周囲を一体として取り囲むように巻かれ、
他方の導体は、前記U字形コアの他方の脚部の周囲を一体として取り囲むように巻かれていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の磁気刺激装置。 - 一方の導体は、一方のU字形コアの各脚部の周囲を取り囲むように個別に巻かれ、
他方の導体は、他方のU字形コアの各脚部の周囲を取り囲むように個別に巻かれていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の磁気刺激装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の磁気刺激装置において、すべての導体が直列接続されていることを特徴とする磁気刺激装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気刺激装置の励磁方法で、
U字形コアを励磁する導体へ励磁電流を間欠的に流し、並設された一対のU字形コアにおいて、一方のU字形コアの一方の脚部とこれに相隣り合う他方のU字形コアの一方の脚部が同極に励磁されることを特徴とする磁気刺激装置の励磁方法。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気刺激装置の励磁方法で、
U字形コアを励磁する導体へ励磁電流を間欠的に流し、並設された一対のU字形コアの、一方のU字形コアの一方の脚部とこれに相隣り合う他方のU字形コアの一方の脚部を異極に励磁することを特徴とする磁気刺激装置の励磁方法。 - 請求項8又は9に記載の磁気刺激装置の励磁方法において、
U字形を励磁する導体へ励磁電流を間欠的に流し、この間欠的に流される励磁電流の電流方向を励磁サイクル毎に間欠的に反転させることを特徴とする磁気刺激装置の励磁方法。
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