KR100497500B1

KR100497500B1 - 자기 거울을 이용한 자극 코일 및 그 용도

Info

Publication number: KR100497500B1
Application number: KR10-2002-0022447A
Authority: KR
Inventors: 김정회; 이수열; 조민형; 주성남
Original assignee: (주) 엠큐브테크놀로지
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2005-07-01
Also published as: WO2003090863A1; KR20030083990A; AU2003222476A1

Abstract

본 발명은 인체를 자기적으로 자극하여 진단이나 치료 등에 활용하는 자기 거울을 이용한 자극 코일 및 그 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자극 코일은, 외부의 전력공급기로부터 전류를 공급받아 자계를 형성하는 코일과, 이 코일이 형성하는 자계의 영향을 받아 그 코일이 형성하는 자계와 비슷한 형태의 자계를 형성하는 자기 거울을 갖추어 구성되어 있다. 여기서, 자기 거울은 투자율이 높은 자성체를 이용하여 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 자기 거울을 이용한 자극 코일은, 기존의 자극 코일에 비하여 전력효율이 높으며 발열량이 적은 장점을 가지고 있다. 이들 장점은 자극 코일을 이용하여 인체의 각종 질병을 진단 및/또는 치료하거나 인체의 기능을 향상시키는데 대단히 유효하다.

따라서, 본 발명에 따른 자극 코일은 요실금치료기, 물리치료기, 관절염치료기, 비만치료기 등 각종 치료기와 자동 안마기 등 인체의 기능의 향상을 도모하기 위한 각종 건강기기에 적용할 수 있다.

Description

자기 거울을 이용한 자극 코일 및 그 용도 {A STIMULATION COIL USING MAGNETIC MIRROR AND USE THEREOF}

본 발명은 인체에 시변자계(time varying magnetic field)를 인가하여 인체 내에 전계(electric field)를 유도하고, 이 유도 전계로 인체 내의 신경이나 근육을 자극(stimulation)함으로써, 인체의 질병을 진단하거나 치료하고, 혹은 인체의 기능을 향상시킬 수 있는 기기에 사용되는 자극 코일에 관한 것이다.

종래부터, 인체의 신경이나 근육을 시변자계로 자극하는 방법이 다수 제안되어 있다. 그 일례로서, 영국의 A. Barker에 의해 발표되어 1985년 Journal of Physiology 369권, 3쪽에 게재된 "Magnetic stimulation of the human brain"이라는 논문을 들 수 있는데, 이 논문에서는 자극 코일을 이용하여 인체의 뇌를 성공적으로 자극한 사례가 발표되어 있다.

기존에는 인체의 뇌를 자극하기 위해서는 인체의 두개골에 구멍을 뚫고 금속으로 만들어진 전극을 뇌에 삽입하여 전류를 인가하는 전기자극법(Electrical stimulation method)이 사용되었는데, 그 절차가 매우 위험하기 때문에 전기자극법은 뇌와 같이 중요한 장기의 자극에는 별로 사용되지 못했다.

그러나, 시변자계로 인체를 자극하는 자기자극법(Magnetic stimulation method)이 발표된 이후 자기자극법을 이용하여 인체의 신경 및 근육을 자극하는 방법에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 왔다. 1991년 영국의 R. Jalinous는 Journal of Clinical Neurophysiology 제8권 제1호 10쪽∼25쪽에 게재된 "Technical and practical aspects of magnetic nerve stimulation"이라는 논문에서 자기자극법의 원리와 응용에 대해 제안하였다. 이 논문에서는, 인체 내의 신경이나 근육을 자극하기 위해서는 자극 코일에 수천 A 정도의 전류를 1msec 이내의 짧은 시간에 흘려 주어야만 한다는 것을 실험결과에 의거하여 보고하고 있다. 이 정도 크기의 전류를 자극 코일에 인가하면, 자극 코일 주위에 형성되는 자계의 강도는 1.0Tesla 이상으로 될 수 있다. 인체를 자기적으로 자극하는 경우, 이렇게 막대한 전류가 순시적으로 자극 코일에 인가되기 때문에, 한 번 자극할 때마다 자극 코일에 전달되는 에너지의 양은 약 500주울(Joule) 정도에까지 이르게 될 것이며, 이를 전력으로 환산하면 5MW에까지 이르게 될 것이다.

이와 같이 자극 코일로 인체를 자극하는 경우, 상기한 바와 같이 막대한 에너지가 소모되기 때문에, 자기자극을 연속적인 형태로 행하는 것은 기술적으로 불가능하고, 다만 1초에 1번 내지 2번 정도 자극하는 것이 보통이었다. 따라서, 자기자극의 응용은 신경계통 질환의 부위를 진단하는 목적으로만 제한적으로 사용되고 있었다.

그러나, 자기자극 기술로 인체의 다양한 질병을 치료할 수 있다는 연구결과가 잇따라 발표되면서 자기자극 기술은 발전을 거듭하게 되었다. 예를 들면, 일본의 N. Ishikawa 등에 의해, 1997년 10월 19th Int. Conference IEEE / EMBS 시카고 학회 2096쪽∼2099쪽에 게재된 "Non-invasive treatment system for urinary incontinence using a continuous magnetic stimulation"이라는 논문이 발표되었다. 이 논문에서는, 5∼30Hz의 주파수로 인체의 골반 근육 및 신경을 자기자극하면, 요실금치료에 효과가 있다고 제안하고 있다. 이 외에도, 수십 Hz의 주파수로 뇌를 자기자극하면, 우울증 치료에 효과가 있다는 논문이 발표되기도 하였다. 자기자극을 치료 목적에 활용하는 경우, 자기자극은 수십 Hz의 주파수로 행하는 것이 보통이다. 이와 같이 수십 Hz의 주파수로 자기자극을 하려고 하면, 자극 코일에 전류를 인가하는 전력공급기의 규모가 매우 커지고, 자극 코일에 발생하는 열량도 매우 커지게 되는 문제가 있다.

또한, 자극 코일에 대용량의 전류를 공급하는 방법도 많이 발표되었는데, 예를 들면 미국 특허 제5,766,124호와 미국 특허 제5,769,778호 등이 있다. 자극 코일이 발생하는 열 문제를 해결하기 위해서는, 자극 코일이 발생하는 열을 원천적으로 줄이거나, 혹은 발생된 열을 효율적으로 냉각하지 않으면 안되었다. 발생된 열을 효율적으로 냉각하는 것은 부차적인 방법이고, 자극 코일이 발생하는 열을 원천적으로 줄이는 것이 보다 근원적인 방법이라 할 수 있다.

또, 자극 코일의 형상을 최적화하여 자극 코일의 효율을 증대하는 방법도 다수 발표되었다. 예를 들면, 미국 특허 제6,179,769호와 미국 특허 제5,725,471호에는 요실금 치료에 적합한 자극 코일의 형상이 개시되어 있고, 1977년 미국 특허 제4,056,0974호와 1991년 미국 특허 제4,994,015호에는 자극 코일과 코아를 사용하여 뇌 및 말초신경을 자극하는데 적합한 자극 코일의 형상이 개시되어 있다. 즉, 치료를 위하여 수십 Hz로 자기 자극을 하기 위해서는, 자극 코일의 효율이 높아야 하고, 코일에서 발생하는 열을 효율적으로 제거해 주는 방법이 반드시 필요하게 된다.상기한 논문이나 미국 특허의 예에서 사용하는 코일의 구조는 다음과 같다.즉, 전류를 운반하는 전선(코일)이 고자성체로 이루어진 코어의 외부를 감싸면서 코일 형상을 만드는 구조로 되어 있다. 이 외에도, C자형 또는 W자형, E자형 코어 또는 EI형 코어 등도 많이 사용되고 있다.이와 같은 통상의 전자기장 발생기 구조에서는, 자성체인 코어를 코일 내부에 위치시키고, 전선(코일)은 코어의 외부를 원통형태로 회전하며 감아가는 방법으로 제작하는 것이 효율적이다.그렇지만, 원통형이 아닌 얇은 두께의 평면형 코일에 있어서는, 코어를 코일의 가운데에 위치시키고, 이 코어를 중심으로 코일을 감을 수 없는 경우가 많은데, 이는 자기장이 집중적으로 발생하는 코일의 한쪽면을 인체의 자극 부위에 가까이 위치시키기 위하여 코일면과 자기장 작용영역간의 거리를 최소로 해야만 자극효율이 올라가기 때문이다.이와 같은 이유로 인하여, 종래의 기술에서는 원통형 코일인 경우는 코어를 사용하는 것이 효율적이었지만, 평면형 코일인 경우에는 코어를 사용할 수 없기 때문에, 코어가 없는 평면형 코일만을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명은, 상기와 같은 점을 고려해서 이루어진 것으로, 그 목적은 평면형으로 감은 코일과, 이 코일의 어느 한쪽 면에만 설치되어 코일면과 평행으로 위치하는 자성체 구조(이를 자기거울이라 칭함)를 갖춤으로써, 단위전류당 자극 코일이 만드는 자계 강도를 증대시키면서도 자극 코일이 발생하는 열량을 줄일 수 있는 자극 코일을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자기 거울을 이용한 자극 코일은,

(a) 금속성 전기 도전체로 만들어진 코일과,

(b) 높은 자기투자율(magnetic permeability)을 갖는 자기 거울(magnetic mirror)을 갖추어 구성된 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.

본 발명의 요지는, 인체의 신경, 근육, 뼈 등을 자기적으로 자극하는데 필요한 자극 코일의 성능을 개선하는데 있다.

도 1에 본 발명에서 제안하는 자극 코일의 형태를 나타냈다. 자극 코일은 금속성 전기 도전체로 만들어진 코일부(1)와, 높은 자기투자율을 갖는 물질로 만들어진 자기 거울(2)로 이루어져 있다.

도 1에서, 자기 거울의 형상은 자극 코일과 같은 원판형이지만, 후술하는 원리에 의해 그 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 자기 코일(1)과 자기 거울(2)은 서로 밀착되어 있는 것이 바람직하다. 후술하는 원리에 의해, 자극 코일(1)과 자기 거울(2)이 밀착될수록 자기 거울의 효과가 증대되고, 부수적으로 자극 코일에 발생하는 열을 자기 거울이 냉각시키는 효과도 얻을 수 있다. 종래의 방법에서는 자기 거울 없이 코일부로만 이루어진 자극 코일이 사용되어 왔다.

코일부에는 전류(I)가 외부의 전력공급기로부터 공급된다. 자극 코일로 자극을 하는 경우, 코일부에 공급되는 전류 첨두치의 크기는 일반적으로 수백 내지 수천 A에 이르기 때문에, 고압 캐패시터에 전하를 저장한 뒤 이를 코일부로 일시적으로 방전하는 방법을 사용하고 있다. 이 경우, 캐패시터와 코일부는 LC 공진회로를 이루고, 인체를 자극하는 자극 코일의 경우 그 공진주파수는 수 KHz 정도의 값을 갖는다. 코일부에 전류가 흐르면 코일부 주위에 자계가 형성되는데, 이 자계는 인체에 쉽게 투과된다. 자극 코일로 인체의 특정 부위를 자극하는 경우, 자극 코일의 형상은 여러 가지 모양을 가질 수 있다. 도 1에서는 가장 보편적으로 사용되는 원형 자극 코일을 나타냈지만, 본 발명에서 이루고자 하는 바는 코일부의 형상에 관계없이 임의의 형태의 코일부에 대해서도 적용할 수 있도록 하는 것이다.

도 2에서는 본 발명의 기본 원리를 설명하고 있다. 설명의 편의상, 코일부는 무한히 긴 원형 권선(3)으로 이루어져 있다고 가정한다. 도 2에서, 권선은 지면과 수직한 방향으로 놓여 있다. 권선 주위에는 권선으로부터 거리 d의 위치에 권선과 평행하게 자성체(4)가 놓여 있다. 자성체는 무한히 넓은 반 무한면(semi- infinite) 형태로 되어 있다고 가정한다. 본 발명에서 자성체라 함은 자기투자율이 매우 높은 물질로 이루어진 것을 일컫는 것으로 한다. 즉, 외부에서 자계가 인가되면, 물질의 특성상 물질 내부에 강한 자화 벡터(magnetization vector)가 유도되어 물질 내부의 자속(magnetic flux)이 크게 형성되는 물질로 이루어진 것을 일컫는다. 자성체로는 많은 물질이 있을 수 있다. 예를 들면, 페라이트나 규소강, 퍼말로이, 퍼멘듀어, 메탈유리, 분말철 등 기존에 상용화된 재료를 들 수 있다. 공기의 자기투자율은 4×3.14×10^-7정도이다. 반면에, 페라이트는 공기의 자기투자율에 비해 수백배 정도 큰 자기투자율을, 그리고 규소강은 수천배 내지 수만배 정도 큰 자기투자율을 갖는다.

도 2에서와 같이 자기투자율이 매우 큰 물체 주위에 권선(3)이 있을 때 권선 주위에 형성되는 자계는 권선 자체에 의해 생기는 성분뿐만 아니라 자성체에 유도된 자화 벡터에 의해 발생되는 성분도 함께 고려해야만 한다. 자성체의 크기가 무한대이고, 자성체의 투자율이 공기에 비해 상대적으로 매우 크면, 도 2에서 나타낸 바와 같이 자성체가 만드는 자계는 자성체 면 뒤로 같은 거리에 또 하나의 가상 권선(5)이 있는 것으로 생각하여 구한 자계와 같아지게 된다. 이와 같은 방법으로 권선과 자성체가 만드는 자계를 구하는 방법을, 영상법(image method) 혹은 거울법(mirror method)이라 하며, 이러한 방법은 일반적인 전자기학 관련 전문서적 등에서 많이 취급되고 있다.

도 3에 거울법의 원리를 도식적으로 나타냈다. 자기투자율이 매우 큰 자성체의 표면에서는 자계의 수직 성분만이 존재한다. 즉, 자속 벡터가 자성체 면에 수직으로 입사하는 모양을 갖는다. 이와 같은 상황을 도 3의 좌측 도면에 자속선(6)으로 나타내고 있다. 자성체 내에서의 자계 분포는 구하지 않고 자성체 밖에서의 자계 분포만을 구하는 경우, 권선 주위에 형성되는 자속 벡터의 모양은 자성체가 없고 권선으로부터 자성체 내부 방향으로 2d 만큼 떨어진 곳에 또 하나의 가상 권선이 있으며, 이 가상 권선에도 원래의 권선에 흐르는 전류와 같은 크기와 방향을 가진 전류가 흐른다고 가정하여 구한 자속 벡터(7)의 모양과 같아지게 된다. 이러한 상황을 도 3의 우측 도면에 나타냈다. 자성체의 자기투자율이 무한대가 아닌 경우에는, 가상 권선의 모양과 위치가 변화하게 된다. 그러나, 페라이트나 규소강의 자기투자율은 공기에 비해 적어도 수백배 이상 크기 때문에, 자기투자율이 무한대라고 가정한 경우와 비교하여 그 오차는 무시할 수 있다. 도 2와 도 3에서의 권선을 자극 코일의 권선이라고 하면, 자성체 내에 가상의 자극 코일이 또 하나 있는 것으로 간주할 수 있다. 만일 자성체와 권선 사이의 거리 d가 0이라면, 자극 코일과 가상의 권선 코일은 겹치게 되고, 이론적으로는 자극 코일이 형성하는 자계와 같은 형태의 자계가 또 하나 형성되는 효과가 나타난다. 즉, 하나의 자극 코일로 2개의 자극 코일이 동시에 존재하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

자기 거울의 재료를 선정할 때 고려해야 할 사항은 높은 투자율과 와전류를 어떻게 억제하는가 하는 것이다. 학술적으로 자성체 내에 가상의 권선이 형성된다고 가정할 수 있는 것은, 자성체의 전기전도도가 0인 경우이거나, 혹은 권선에 직류전류가 흐르는 경우이다. 인체를 자극하는 용도의 자극 코일에는 일반적으로 펄스 폭이 수백 usec 정도의 펄스형 전류가 인가된다. 이 때문에, 자성체의 전기전도도가 0이 아닌 경우에는, 자성체에 와전류(eddy current)가 형성된다. 이 와전류는 권선에 흐르는 전류와 반대 방향으로 형성되기 때문에, 가상의 권선이 만드는 자계를 감소시키는 역할을 한다. 페라이트는 전기전도도가 매우 낮은 특성을 가지고 있으나, 포화자속밀도가 높지 않은 문제가 있다. 일반적인 페라이트의 경우는 0.4∼0.5Tesla의 포화자속밀도를 갖는데 반해, 인체 자극용 자극 코일의 경우는 1∼2Tesla 정도의 자속밀도를 형성하기 때문에, 페라이트는 이 용도에 효과는 있으나 그다지 높지는 않다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 페라이트를 사용하지 않고 규소강을 사용했다. 규소강은 여타의 자성체에 비해 가격이 저렴하고, 포화자속밀도도 2.0Tesla 이상이 되는 등, 좋은 특성을 가지고 있다.

그러나, 규소강은 높은 전기전도도를 가지고 있기 때문에, 덩어리 형태로 사용할 경우 와전류 발생이 많아진다. 따라서, 본 발명에서는 도 4에서와 같이 얇은 규소 강판(8)을 수직 방향으로 적층한 형태로 하여 사용했다. 규소 강판의 표면은 절연체로 코팅이 되어 있기 때문에, 규소 강판 사이를 관통하는 와전류는 발생하지 않고 규소 강판 내에서만 맴도는 와전류만 발생한다. 따라서, 와전류의 발생이 매우 제한되어 가상의 권선이 형성하는 자계를 감소시키는 정도가 매우 약해지게 된다.

도 2 및 도 3에서는 자성체의 크기가 무한대라고 가정했다. 유한한 크기의 자성체로 만들어진 자기 거울의 영향을 분석하기 위해, 도 5와 같은 모형을 만들었다. 도 5에서, 도면의 참조부호 10은 원형 코일을 나타내고, 11은 자기 거울인 원판형 자성체를 나타낸다. 자성체의 크기는 원형 코일보다 약간 큰 것이 바람직하다. 원형 코일은 에나멜 권선 등을 사용하여 제작할 수 있다. 도 5의 모형에 대해 유한요소법을 이용하여 자속 벡터를 구하는 모의실험을 해 보았다. 유한요소법에 의한 전자기 해석을 위해, 벡터 필드사(Vector field Corporation)의 시뮬레이션 프로그램을 사용했다.

도 6에는 이 모의 실험의 결과를 나타냈다. 도 6에서, 실선은 자기 거울을 사용한 경우의 자속밀도의 크기, 점선은 자기 거울을 사용하지 않은 경우의 자속밀도의 크기를 나타낸다. 도 6의 결과는, 도 5에서 코일 권선의 폭 W₁=5mm, 자기 거울의 두께 W₂=15mm, 코일의 내측 반경 R₁=10mm, 코일의 외측 반경 R₂=55mm, 자기 거울의 외측 반경 R₃=75mm로 하여 얻은 것이다. 전술한 바와 같이, 자성체는 규소강으로 만들어진 것이다. 이 경우, 자극 코일의 인덕턴스 값은 50μH로 계산했다. 자극 코일의 성능 비교는 인덕턴스 값이 같은 상황에서 이루어져야 한다. 자극 코일에 흐르는 전류는 감쇄 정현파 모양이 되고, 감쇄 정현파의 주파수는 코일의 인덕턴스 값에 따라 변화한다. 자기 거울이 없는 경우, 자극 코일의 인덕턴스는 최대 2배까지 줄어들게 된다. 따라서, 자기 거울이 없는 경우 자극 코일의 인덕턴스가 같은 값인 50μH로 되도록 설계하여 모의실험을 행했다. 코일 권선에 흐르는 전류의 크기는 2,000A로 했다.

도 6의 결과는, 코일 하측 면으로부터 5mm 떨어진 평행면 위의 중심축 상의 값을 나타낸 것이다. 이 결과는 코일 중심부에서의 자속밀도가 자기 거울이 없는 경우에서의 0.92Telsa로부터 자기 거울이 있는 경우에서의 1.36Tesla로 상승한 것을 보여주고 있다. 이 경우, 자계의 상승률은 약 48%에 이른다.

다른 한편으로, 전술한 모의 실험의 내용을 실제 실험을 통해 검증해 보았다. 사용된 자극 코일의 인덕턴스는 모두 50μH로 맞추었다. 코일의 내측 반경은 10mm이고, 외측반경은 약 60mm 정도이다. 그리고, 자기 거울의 두께는 15mm이고, 반경은 75mm이다. 자기 거울의 재료로는 규소 강판을 사용했다. 규소 강판의 두께는 1mm로 했고, 이를 절단하고 적층하여 자기 거울을 만들었다. 자극 코일에 2,000A의 전류를 인가하고 자극 코일의 중심부에서 자속밀도 값을 측정한 결과, 자속밀도는 자기 거울이 있는 경우에 자기 거울이 없는 경우보다 약 33% 증가했다. 모의실험에서는 약 48% 증가하였으나 실험적으로는 33%밖에 증가하지 않은 이유는, 자기 거울 내에 형성되는 와전류의 영향 때문이라고 생각된다. 자기 거울의 전기전도도는 0인 것이 이상적이지만, 규소강판의 전기전도도는 매우 크다. 따라서, 박판을 적층하여 자기 거울을 만들더라도, 박판 내에 형성되는 와전류를 완전히 억제할 수는 없다. 다만, 이 와전류의 영향을 줄이기 위해서는, 박판의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.

또 다른 모의 실험을 통하여 자기 거울의 두께에 따른 영향을 분석했다. 실험 결과, 자기 거울의 두께를 15mm에서 20mm, 25mm로 증가시키더라도 자기 거울의 효과는 거의 같았다. 이는, 자기 거울을 만들기 위한 자성체의 두께가 일정치 이상으로 되면 그 효과가 포화되는 것을 의미한다. 반대로, 일정두께 이하로 되면 자기 거울 내에서 자속밀도의 포화가 발생할 수 있고, 그 결과 자기 거울의 효과가 감소한다. 그러나, 응용예에 따라서 자기 거울의 두께를 얇게 하지 않으면 안되는 경우에는, 자기 거울의 효과감소를 감수하고 사용할 수 밖에 없다.

자기 거울을 사용하여 얻을 수 있는 또 하나의 장점은 자극 코일에서 발생하는 열량을 줄일 수 있다는 것이다. 자극 코일의 권선수가 증가하면 자극 코일의 저항값도 증가하는데, 자기 거울을 사용하면 권선수를 줄일 수 있고, 이에 따라 저항값도 비례하여 줄어든다. 따라서, 자극 코일에서 발생하는 열량도 줄어 든다. 전술한 실험에서 사용한 자극 코일에 50Hz의 주파수로 약 500μsec의 펄스 폭을 갖는 2,000A 바이폴라 펄스(bipolar pulse) 전류를 인가할 때, 자극 코일 표면의 온도를 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타냈다.

표 1. 자극 코일의 표면 온도

	초기 온도	1분후온도	2분후온도	3분후온도	4분후온도	5분후온도	6분후온도
자기 거울이 없는 경우	21.2^oC	59.8^oC	87.8^oC	98.4^oC	98.2^oC	100.2^oC	114.2^oC
자기 거울이 있는 경우	21.2^oC	34.2^oC	47.2^oC	52.4^oC	67.2^oC	77.8^oC	80.8^oC

실험 결과, 자기 거울을 사용하면 자극 코일의 표면 온도가 대폭 하강함을 알 수 있다. 자극 코일의 온도 상승이 줄어 들면, 자극 코일을 보다 높은 주파수로 자극할 수 있게 되며, 자극 코일을 냉각시키기 위한 냉각 장치의 용량도 줄일 수 있다.

자극 코일의 형상은 꼭 원판형일 필요는 없다.

도 7에는 자기자극에서 많이 사용되는 8자형 코일(14)을 나타냈다. 이 8자형 코일은 두 개의 원판형 코일로 만들어지며, 두 원판이 만나는 지점에서 자속이 집속되는 효과가 있어 인체의 특정 부위만을 선택적으로 자극하고자 할 때 널리 사용되는 자극 코일이다. 이 자극 코일의 형상에 대해서도 자극 코일이 형성되는 면과 평행하게 자기 거울(15)을 놓으면 전술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 자기 거울의 모양은 반드시 원판형일 필요는 없고, 8자형 코일보다 약간 크게 만들면 좋다. 자기 거울의 형상은 자극 코일의 형상에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 원판형 자극 코일의 경우는, 원판형 자기 거울을 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 가공상의 문제를 고려하여 원판형 코일보다는 외형이 큰 사각형 등, 다각형의 형상을 갖게 할 수도 있다. 또한, 자극 코일의 형상이 평면이 아니라 곡면인 경우에도, 자기 거울을 사용할 수 있다. 이 경우, 자기 거울의 형상은 자극 코일이 만드는 곡면과 평행한 곡면의 형태로 하는 것이 이상적이다.

도 8에는 인체의 뇌를 자극하기에 적합한 형상을 가진 곡면형 자극 코일(16)에 대한 곡면형 자기 거울(17)의 형상을 나타냈다.

또한, 자극 코일과 자기 거울에 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키기 위해, 자극 코일이 부착되는 반대쪽의 자기 거울면을 요철 형태로 할 수도 있다. 도 9에는 서로 다른 폭을 가진 자성체 박판(18, 19)을 적층하여 만든 요철형 자기 거울(20)의 형상을 나타냈다. 이는 자기 거울을 효과적으로 방열시키기 위한 구조이다.

도 10에는 요실금 치료장치에 적용될 수 있는 자극 코일 및 자기 거울의 형상을 나타냈다. 자기자극을 이용한 요실금치료는, 대부분 의자에 앉아서 진행되기 때문에, 자극 코일(21)과 자기 거울(22)이 의자(23) 내에 함몰되어 설치되는 것이 일반적이다.

도 11에는 물리치료장치에 적용될 수 있는 자극 코일 및 자기 거울의 형상을 나타냈다. 자기자극을 이용한 물리치료장치에서는 자극 코일이 인공팔과 같은 구조물에 부착되어 있는 것이 일반적이기 때문에, 자극 코일(25)과 자기 거울(26)이 인공팔(24)에 함께 부착되는 것이 바람직하다.

자극 코일과 자기 거울의 밀착고정은, 전기적 비전도성 접착제나 실 또는 리본 등을 이용하여 갖가지 방법으로 행할 수 있다. 또한, 자극 코일에서 발생하는 열을 자기 거울을 통하여 냉각시키기 위해 자극 코일과 자기 거울 사이에 열전도성이 높은 물질을 삽입하는 것도 가능하다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 인체를 자기적으로 자극하여 신경이나 근육의 기능 진단, 요실금치료, 물리치료, 통증 완화 등 각종 질환의 치료, 그리고 비만 관리 등 인체 기능의 향상을 목적으로 사용되는 자극 코일의 효율을 향상시킴으로써, 사용되는 전력을 감소시키고, 발생하는 열량을 줄일 수 있는 자기 거울을 이용한 자극 코일을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 여러 가지로 변형이 가능하다.

＜참고문헌＞

1. A. T. Barker 등, "Magnetic stimulation of the human brain", Journal of physiology, 369권, 3페이지, 1985년

2. R. Jalinous, "Technical and practical aspects of magnetic nerve stimulation", Journal of Clinical Neurophysiology, 제8권, 제1호, 10쪽∼25쪽, 1991년

3. N. Ishikawa 등, "Non-invasive treatment system for urinary incontinence using a continuous magnetic stimulation", Proceeding 19th Int. Conference IEEE / EMBS 2096쪽∼2099쪽, 1997년 10월

4. 미국특허 5,766,124, "Magnetic stimulator for neuro-muscular tissue"

5. 미국특허 5,769,778, "Medical magnetic non-convulsive stimulation therapy"

6. 미국특허 6,179,769, "Magnetic stimulus type urinary incontinence treatment apparatus"

7. 미국특허 5,725,471, "Magnetic nerve stimulator for exciting peripheral nerves"

8. 미국특허 4,994,015, "Magnetic stimulator coils"

9. 미국특허 4,056,097, "Contactless stimulus transducer"

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 자기 거울을 이용한 자극 코일의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 도 1에 나타낸 자기 거울의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1에 나타낸 자기 거울의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 4는 와전류 발생을 억제하기 위해 적층에 의해 만든 자기 거울을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 자기 거울을 이용한 자극 코일의 성능을 설명하기 위한 도면,

도 6은 도 5에 나타낸 자극 코일의 성능을 기존 방법으로 설계한 자극 코일의 성능과 비교하여 나타낸 도면,

도 7은 8자형 자극 코일에 사용될 수 있는 자기 거울을 나타낸 도면,

도 8은 곡면형 자극 코일에 사용될 수 있는 자기 거울을 나타낸 도면,

도 9는 자기 거울에 발생한 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 방법을 설명하기 위한 도면,

도 10은 요실금치료기에 적용될 수 있는 자기 거울 및 자극 코일을 나타낸 도면,

도 11은 물리치료기에 적용될 수 있는 자기 거울 및 자극 코일을 나타낸 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 자극 코일 2 : 자기 거울

3 : 무한히 긴 권선 4 : 무한히 넓은 자성체

5 : 자기 거울 효과를 나타내는 가상의 권선

6 : 권선과 자기 거울이 형성하는 자속선(magnetic flux line)

7 : 권선과 가상의 권선이 형성하는 자속선

10 : 자극 코일 11: 원판형 자성체

12 : 자기 거울이 있는 자극 코일이 형성하는 자속밀도

13 : 자기 거울이 없는 자극 코일이 형성하는 자속밀도

12 : y방향 안테나 배열 14 : 8자형 자극 코일

15 : 8자형 자극 코일에 적용될 수 있는 자기 거울

16 : 곡면형 자극 코일

17 : 곡면형 자극 코일에 적용될 수 있는 자기 거울

18 : 자기 거울 적층판중 날개 높이가 높은 판

19 : 자기 거울 적층판중 날개 높이가 낮은 판

20 : 자기 거울의 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 요철형 자기 거울 구조

21 : 자극 코일 22 : 자기 거울

23 : 요실금치료기에 사용되는 의자

24 : 물리치료기에 사용되는 인공팔

25 : 자극 코일 26 : 자기 거울

Claims

(a) 금속성 전기 도전체로 만들어지고, 평면형으로 감겨 외부의 전력공급기로부터 전류를 공급받아 자계를 형성하는 코일과,

(b) 자성체로 만들어지고, 상기 코일의 어느 한쪽 면에만 설치되어 코일면과 평행으로 위치하여 상기 코일이 만드는 자계를 강화하도록 된 자기 거울을 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 자극 코일.
제1항에 있어서, 상기 자기 거울이, 그 자기 거울에서 발생하는 와전류와 열을 억제하기 위해, 얇은 자성체 판을 적층하여 만들어진 것을 특징으로 하는 자극 코일.
제1항에 있어서, 상기 자기 거울이, 그 거울에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시키기 위해, 그 거울이 코일과 맞닿는 면의 반대쪽 면을 요철 형태로 하고 있는 것을 특징으로 하는 자극 코일.
제1항에 있어서, 상기 자기 거울은 상기 코일과 마주보는 면적이 상기 코일의 면적의 1/10보다 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 자극 코일.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 자극 코일을 구비하여 구성되어 인체를 자기적으로 자극하여 진단, 치료 및 기능 향상을 행하는 것을 특징으로 하는 자기자극장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 자극 코일을 구비하여 구성되어 인체의 골반 근처의 근육 및 신경을 자기적으로 자극하여 요실금을 치료하는 것을 특징으로 하는 요실금치료장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 자극 코일을 구비하여 구성되어 인체의 근육 및 신경을 자기적으로 자극하여 통증을 완화하는 것을 특징으로 하는 물리치료장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 자극 코일을 구비하여 구성되어 인체의 근육 및 신경을 자기적으로 자극하여 비만을 치료하는 것을 특징으로 하는 비만치료장치.