【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス電流が給電されることにより、生体に渦電流を誘起させる磁束を発生して尿失禁の磁気治療を行うコイル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気的な尿失禁治療装置として、刺激用電極を患者に装着し、電気的パルスを与えて尿失禁を治療する周知の電気刺激装置に代えて、本願出願人は、先に出願した特願平８−５２３７３号により、磁気刺激による尿失禁治療装置を提案した。 この装置は、室内に据え置かれるコイル据付具に磁気刺激コイルを取り付けられたものであって、そのコイルに繰り返しパルス状の磁束を発生させ、その磁束が患者の腰から下肢に至る範囲の部位に及ぶようにして、骨盤底筋群、陰部神経等に渦電流で刺激を加えるものである。 また、本願出願人は、
同じく先に特開平９−２７６４１８号、特開平１０−２
３４８７０号公報に示すような磁気刺激式尿失禁治療用コイルを提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のコイルは、一般電線あるいは銅製パイプ（ホローコンダクタ）
が用いられてきた。 このため、従来のコイルは交流抵抗が大きく、電流特性が悪く、その結果、治療を続けているうち発熱の程度が大きいという欠点があった。 したがって、従来の装置は大容量の冷却装置が必要であった。
そして、このような装置によれば、消費電力、装置共に大きく、病院等での実用化は難しかった。

【０００４】本発明の目的は、尿失禁治療部位を低消費電力で効率良く刺激することができるコイル装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１のコイル装置は、尿失禁治療用であって、リッツ線のコイルを備えている。 これによれば、コイルにパルス電流を流した場合、表皮効果による実効交流抵抗を小さくすることができる。 このため電気的損失が小さくなり、コイルの発熱も減少する。

【０００６】請求項２のコイル装置は、方向性磁性体のコアと、このコアに巻かれたリッツ線のコイルとを備えている。 これによれば、小さな磁場の強さＨで大きな磁束密度をコアの結合部先端面に生じさせることができ、
表皮効果の影響が少なく、低消費電力で効率良く磁束を発生させることができる。

【０００７】請求項３のコイル装置は、コアは、Ｊ字状またはＵ字状の複数のコア要素がそれぞれの一方の端部をほぼ同一方向に向けられた状態とされて結合されて成り、コイルはその結合部に巻回されていることを特徴とする。 これによれば、磁束は結合部先端面を集中して通過する。

【０００８】請求項４のコイル装置のコアは、それぞれ磁性体の板材が筒状に巻かれて形成され互いに隣接された第１および第２の筒状部材とこれら２つの筒状部材を覆うように磁性体の板材が筒状に巻かれて形成された第３の筒状部材とから成る筒状体をその中心線方向に切断して形成される２つの部材の一方であり、コイルは前記第１および第２の筒状部材の結合部に巻回されていることを特徴とする。 これによれば、Ｅ型のコアを、簡単に、かつ材料を無駄無く使って製造することができる。

【０００９】請求項５のコイル装置は、第３の筒状部材は、反磁性体あるいは方向性磁性体であることを特徴とする。 これにより磁束を効率良く導くことができる。

【００１０】請求項６のコイル装置は、上記の各装置において、結合部の先端には、その基底部面積より先端部面積が小さい凸状であって最大飽和磁束密度が高い磁性体の突起部が設けられていることを特徴とする。 これによって、結合部の先端の磁束を集中させることができ、
磁束が効率よく刺激部位に及ぶコイル装置を低コストで製造することができる。

【００１１】請求項７のコイル装置は、コイルを構成するリッツ線の素線の導体部の直径が０．２〜１．５ｍｍ
であることを特徴とする。 これによれば表皮効果による実効抵抗を効率良く低下させることができる。

【００１２】請求項８のコイル装置は、コイルの断面積は、３０〜８０ｍｍ ²であることを特徴とする。 これによれば、磁束を効率良く患者の治療部位に及ぼすことができる。

【００１３】請求項９のコイル駆動装置は、請求項１乃至８のコイル装置を駆動するコイル駆動装置であって、
前記コイルにパルス幅がほぼ２４０μｓ（交流周波数に換算すると約４ｋＨｚ）のパルス電流を流すことを特徴とする。 これによれば、低消費電力で効率良く治療部位を刺激することができる。

【００１４】請求項１０のコイル駆動装置は、請求項１
乃至８のコイル装置を駆動するコイル駆動装置であって、切迫性治療モードか腹圧性治療モードかを指示する入力手段と、この入力手段からの指示に応じて前記コイルに流す電流を制御する切替制御部とを備えることを特徴とする。 これによれば、切迫性治療か腹圧性治療かに応じて適切な刺激を患者に与えることができる。

【００１５】請求項１１のコイル駆動装置は、請求項１
乃至８のコイル装置を駆動するコイル駆動装置であって、電源部と、この電源部から充電され、蓄えた電気エネルギーを前記コイルに供給するコンデンサと、前記電源部から前記コンデンサに与えられる電圧が所定未満のときは前記コイルに流れる電流を一相波形となるように制御し、前記電圧が所定以上のときは前記コイルに流れる電流を二相波形となるように制御する相波形制御部とを備えることを特徴とする。 これによれば、患者に与える刺激の強度を徐々に上げていくことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の尿失禁治療用コア付きコイル装置を説明する。 図１に本コイル装置の要部の外観を示す。 この図に示すようにコア８
はＷ型である。 コア８は２つのＵ字状のコア要素８ａ，
８ｂのそれぞれ一方の端部を同じ方向に向けられて相互に固着されている。 コア要素８ａ，８ｂは積鉄心または巻鉄心であり、材料としてはパーメンジュール、方向性珪素鋼板、無方向性珪素鋼板、パーマロイ、センダスト、純鉄あるいはフェライト等が適している。

【００１７】コア要素８ａ，８ｂの相互に固着された部分からなる中心コア部９にリッツ線コイル６が巻回されている。 このコイル装置は、コイル据付具に取り付けられている。 ここでコイル据付具とは例えば椅子である。

【００１８】次にリッツ線コイル６について説明する。
図２にリッツ線コイル６の断面図を示す。 素線１は、導体部２を絶縁層３で被覆されて成るものである。 第１のリッツ線４は、素線１を７本撚り合わせ、その外周を絶縁層１１によって被覆して形成したものである。 第２のリッツ線５は、第１のリッツ線４を７本撚り合わせ、その外周を絶縁層１２によって被覆して形成したものである。 リッツ線コイル６は、第２のリッツ線５を７本撚り合わせ、その外周を絶縁層１３によって被覆して形成したものである。 絶縁層１１、１２、１３は、ガラス繊維のテープ、プラスチックテープあるいはゴム系のテープが用いられる。 また、テープ類の代わりに絶縁性のチューブを採用しても良いし、シリコーン等の柔軟性のある接着剤で形成しても良い。 なお、絶縁層１１および１２
は省略が可能である。

【００１９】リッツ線コイル６の素線１の導体部２の直径は０．２〜１．５ｍｍが適切である。 その理由は以下の通りである。

【００２０】一般に導線は、高周波電流を流したとき、
表皮効果が生じ、電流が表面に集中し、実効抵抗が増大し、電気的損失が増加する。 表皮の深さδは次式で示されるように、電流の周波数で決まり、周波数が大きいほどその深さは小さくなる。 δ＝｛１／（πｆμσ）｝ ^1/2 μ；透磁率、 σ；電気伝導度、 ｆ；周波数

【００２１】実効抵抗は導線の半径がδ以上で甚だしく増大する。 尿失禁治療用に使う磁気刺激のパルス幅は、
１００μｓ〜１０ｍｓである。 したがって、その周波数は１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。 導線を銅とすると、このとき、２δ（直径）は、０．２〜１．５ｍｍとなり、
この間の直径を持つ導線が適している。

【００２２】また、リッツ線コイル６の断面積は３０〜
８０ｍｍ ²が適切である。 その理由は以下の通りである。 図１に示すようにリッツ線コイル６はコア８の中心コア部９に巻かれる。 電気抵抗を少なくするにはリッツ線コイル６は太い程良いが、コア８を構成する２つのコア要素８ａ，８ｂのそれぞれの脚部の間隔は、尿失禁治療用ではほぼ５０〜６０ｍｍが適切である。 このため、
リッツ線コイル６の断面積は３０〜８０ｍｍ ²が適切である。 切迫性尿失禁治療用と腹圧性尿失禁治療用ではそれぞれに適したコイルの断面積があるが、これについては後述する。

【００２３】図３は、図１に示したコイル装置の平面図である。 被験者がこの装置を使用する際、この図３の紙面の右側が前方、紙面の左側が後方となるものである。
中心コア部９は、前後方向に長い形状になっている。 これは、ヒトの刺激部位が骨盤底筋群あるいは陰部神経であるため、前後方向に長い方が刺激効率が良いためである。 このように中心コア部９が長方形であるため、リッツ線コイル６は巻き形状が長円形の方が磁束を集中させやすくなる。 ここでは、リッツ線コイル６の巻き形状を長円形としたが、図４に示すように長方形でも良い。 いずれにしてもリッツ線コイル６の巻数は５〜１２ターンが適している。 これらの例ではリッツ線コイル６は、中心コア部９を中心にして、内側と外側の２段になって巻かれているものである。 リッツ線コイル６のインダクタンスＬは、６〜２０μＨが適している。

【００２４】図５にリッツ線コイル６を駆動する駆動装置の構成を示す。 この駆動装置について説明する。 コンデンサ３１は、励磁電源部３２により充電されるようになっている。 リッツ線コイル６は、サイリスタ３３とダイオード３４が相互に逆方向に向けられて並列接続された回路を介してコンデンサ３１に接続されている。 コンデンサ３１の一端は放電部３５に接続されている。 制御部３６は、励磁電源部３２、サイリスタ３３および放電部３５をそれぞれ制御する回路である。 操作部３７は種々の指示や制御に必要なデータを制御部３６に入力するためのものである。 なお、図示していないが、本装置はリッツ線コイル６を冷却する冷却装置を備えている。

【００２５】次に、このように構成されたコイル装置の動作を説明する。 この例では、最大刺激強度法といって、患者に対する刺激強度を徐々に上げていく方法を説明する。 治療開始となると操作者は操作部３７を操作し、制御部３６を介して、励磁電源部３２からコンデンサ３１に与える電圧を徐々に上げていく。 制御部３６
は、コンデンサ３１に蓄えられるエネルギーがその最大充電エネルギーの４０％までは、リッツ線コイル６に一相波形の電流が繰り返し流れるようにし、４０％を越えると二相波形の電流が繰り返し流れるようにする。

【００２６】一相波形の場合、各部は次のように動作する。 まず、制御部３６は励磁電源部３２からコンデンサ３１に電力を供給し充電させ、次にサイリスタ３３に制御パルスを送出してサイリスタ３３をオンとすると、コンデンサ３１からサイリスタ３３を介してリッツ線コイル６に電流が流れる。 次に制御部３６は、コンデンサ３
１に蓄えられた電気エネルギーを放電部３５により放出する。 次に制御部３６は、サイリスタ３３をオフとする。 以後、上記の動作は繰り返し行われる。

【００２７】二相波形の場合、各部は次のように動作する。 まず、制御部３６は励磁電源部３２からコンデンサ３１に電力を供給し充電させ、次にサイリスタ３３に制御パルスを送出してサイリスタ３３をオンとすると、コンデンサ３１からサイリスタ３３を介してリッツ線コイル６に電流が流れる。 そして、コンデンサ３１には逆極的に再度充電される。 次にコンデンサ３１に蓄えられた電気エネルギーは、放電され、リッツ線コイル６とダイオード３４を通って流れる。 次に制御部３６は、サイリスタ３３をオフとする。 以後、上記の動作は繰り返し行われる。

【００２８】図６に二相波形の場合のリッツ線コイル６
の周辺のある点における電場Ｅの変化を示す。 一相波形の場合のリッツ線コイル６に電流を流す期間は、放電部３５やサイリスタ３３の動作のタイミングを制御することによって、二相波形における周期Ｔの１／４や１／２
とすることができる。

【００２９】このように、リッツ線コイル６に流す電流を初めは一相波形とし、次に所定以上の刺激強度とするためにその電流を二相波形とする。 このようにすると、
一相波形期間に患者が刺激に慣れるので、患者に急激な刺激を与えないで治療を行うことができる。

【００３０】なお、コイル駆動装置は、リッツ線コイル６に流す電流のパルス幅を、２４０μｓとして駆動する。 パルス幅を２４０μｓとした理由を以下に述べる。

【００３１】従来より磁気刺激式の尿失禁治療装置のパルス幅は、およそ１００μｓ〜１ｍｓである。 実際には７２０μｓあるいは４００μｓが用いられている。 同一刺激強度とした場合、パルス幅を大きくした方が磁気刺激効果は大きいが、消費電力も大きくなる。 パルス幅が７２０μｓの場合、消費電力は３ｋＶＡ以上となる。 しかし、商用電源で実用可能な装置を作るためには、低消費電力化が必要になる。 低消費電力化の一つの方法として、パルス幅の短縮がある。 そこで、治療効果が得られる範囲を可能な限り小さくしたパルス幅を選定した。 図７にパルス幅と消費電力の関係を示す。 斜線の領域は効果があることを示している。 パルス幅が２７０μｓ、２
４０μｓ、２１０μｓのとき消費電力はそれぞれ、１．
８ｋＶＡ、１．４ｋＶＡ、１．０ｋＶＡとなった。 これによれば、パルス幅が２７０μｓのときは消費電力が１．８ｋＶＡとなり、１．５ｋＶＡを超える。 またパルス幅が２１０μｓのときは消費電力が１．０ｋＶＡとなり、１．５ｋＶＡ未満となったが十分な治療効果は得られなかった。 そこで、治療効果が得られ、消費電力が１．５ｋＶＡ未満となるパルス幅２４０μｓを選定した。 これによれば、消費電力は従来の７２０μｓの場合に比べ半分以下となる。 なお、パルス幅は、Ｔ＝２π
（ＬＣ） ^1/2で求めることができる。

【００３２】なお、切迫性尿失禁治療には、繰り返し周波数が２〜１４Ｈｚ、パルス幅が１００〜８００μｓであれば効果があり、腹圧性尿失禁治療には、繰り返し周波数が１５〜５０Ｈｚ、パルス幅が２００〜４００μｓ
であれば効果がある。 そこで、本実施の形態の装置では、操作部３７の操作により、切迫性治療か腹圧性治療かのいずれかを指示すると、制御部３６は、それに応じた制御を行うようになっている。 すなわち、切迫性治療モードのときはリッツ線コイル６に周波数が２〜１０Ｈ
ｚのうち予め設定された周波数のパルス電流が流れるようにし、腹圧性治療モードのときはリッツ線コイル６に周波数が２０〜５０Ｈｚのうち予め設定された周波数のパルス電流が流れるようにする。 なお、パルス幅は、いずれも２４０μｓに設定されている。 しかし、このパルス幅も、前述の周波数も操作部３７の操作により所望の値に設定することができるようになっている。

【００３３】本コイル装置の使用に際しては、患者は着衣のまま図８に示す体勢でコイル据付具２０に着座する。 このとき、本コイル装置は、コア８から発生する磁束が、尿道口２１の前側に位置する前面領域から肛門２
２の後ろ側に位置する後面領域に至る範囲に及ぶように位置付けておく。 そしてリッツ線コイル６が駆動されると、膀胱２３の下方の骨盤底筋群２４あるいは陰部神経２５の双方もしくは前者を流れる渦電流が、磁気刺激部位に近い位置で誘起され、尿失禁治療が行われる。 この例では患者は女性であり、ちなみに、子宮２６の配置も示しておく。

【００３４】本実施の形態ではコイルにリッツ線コイル６を用いているので、パルス電流を流した場合、表皮効果による実効交流抵抗の増大を抑えることができる。 このため電気的損失が小さく、コイルの発熱も減少する。
この結果、必要なコイル冷却能力を低く抑えることができ、装置の小型化を図ることができる。

【００３５】この装置ではリッツ線コイル６の断面積は４３ｍｍ ²とした。 この数値は素線１の直径（絶縁層３
は極めて薄い層なので導体部２の直径と同じと見做す）
を０．４ｍｍとした場合であって、全体が図２に示した構成の場合である。 すなわち、１本の素線１の断面積S1
は、S1=3.14 ×(0.4/2) ² =0.126mm ²であるから、図２
に示したリッツ線コイル６の素線１の断面積を全部合わせたものは、0.126× 7 ³ ＝43.61 mm ²となる。 なお、
図２はリッツ線コイル６の断面を模式的に示したもので、実際には第１のリッツ線４、第２のリッツ線５はそれぞれにおいて撚り合わされるので、絶縁層１１、１
２、１３相互の間の空間はこの図に示す程広くはないものである。 断面積が４３ｍｍ ²のように比較的小さい場合、リッツ線コイル６は、中心コア部９の回りに集中して巻き回すことができる。 そこで、断面積４３ｍｍ ²のコイルは刺激部位を主に陰部神経２５とする切迫性尿失禁治療用として使用される。

【００３６】一方、リッツ線コイル６の断面積を７１ｍ
ｍ ²と大きくした場合、リッツ線コイル６は図９に示すように、中心コア部９から端コア部１０ａ，１０ｂ付近まで広く巻き回されることになる。 このため、同じコアの場合、断面積を７１ｍｍ ²とした場合の方が、断面積を４３ｍｍ ²とした場合より、広範囲を刺激することができる。 そこで、断面積７１ｍｍ ²のコイルは刺激部位を主に骨盤底筋群２４とする腹圧性尿失禁治療用として使用される。 この断面積７１ｍｍ ²のコイルの代わりに断面積４３ｍｍ ²のコイルを巻数を増やして骨盤底筋群２４を刺激する腹圧性尿失禁治療用とするならば、インダクタンスＬが大きくなりすぎる、あるいは、直流抵抗が大きくなりすぎるといった不具合が生じる。

【００３７】図１０には、リッツ線コイル６を、間隔を空けて巻き回した状態のコイル装置を示す。 この間隔はスペーサ３０によって保たれている。 このようにリッツ線コイル６に間隔を設けるならば、リッツ線コイル６の空冷が容易となると共に、近接効果によるエネルギ損失を低減させることができる。

【００３８】次に、第２の実施の形態を説明する。 上記の例では、コア８はＷ型としたが、ここでは巻鉄心のＥ
型とする。 図１１に示すように、このコイル装置のコア８０は、３つのＵ字状コア要素８０ａ，８０ｂ，８０ｃ
から成っている。

【００３９】このコア８０の作り方は次の通りである。
図１２に示すように、２つの鋼板Ａ，Ｂを巻いた筒状のものを２つ作り、それらを並べ、さらにそれらを囲むように鋼板Ｃで巻く。 そして、全体を絶縁性樹脂（例えばエポキシ樹脂）で硬化させる。 次に、それらの中心線を通る平面Ｐでカットする。 カット面は研磨した後、防錆処理をする。 これにより、図１１に示したコア８０が２
つ作られる。

【００４０】ここで、鋼板Ａ，Ｂ，Ｃは０．０５〜０．
１ｍｍの方向性珪素鋼板が適している。 また、図１２に示すように、２つの鋼板Ａ，Ｂによる筒状の厚さｄ１に対し、鋼板Ｃによる筒状の厚さｄ２は小さくしている。
ｄ１に対し、ｄ２は３／４以下で良い。

【００４１】図１１に示すように、このコア８０の中央コア部９０には第１の実施の形態で説明したリッツ線コイル６が巻かれている。

【００４２】従来のＥ型コアは積鉄心型であった。 これに比べ、本実施の形態によれば、板材を多数の部材にカットする工程が不要となり、また材料の無駄が無くなる。 また、０．０５〜０．１ｍｍの方向性珪素鋼板を用いると、コイルに流すパルス電流の周波数を１．０〜１
０ｋＨｚ（尿失禁治療に用いられる周波数）としてもコア端面に発生する渦電流を小さくすることができ、発熱を抑えることができる。

【００４３】上記の例では２つのコア要素８０ａ，８０
ｂはＵ字状であるが、これらをＪ字状として中央コア部を低くしたもの、あるいはその逆に両端部より中央コア部を高くしたものであっても良い。 これらの構成は、患者の刺激部位に応じて適宜選択するものである。 ただ、
これらの構成のコア部を、図１２で説明した製造方法により作成する場合は、カット面が異なってくる。

【００４４】次に、第３の実施の形態を説明する。 図１
３に示すコイル装置は、図１１に示した第２の実施の形態の中央コア部９０の先端に、最大飽和磁束密度が高い磁性材料から形成される突起部９１を固着したものである。 突起部９１は、基底部が中央コア部９０の端面と同じで、その先端面はそれよりも小く形成されている截頭錐体である。 突起部９１の材料はバナジウムパーメンジュールである。 他の要素は図１１に示した装置と同じであり、同一の番号を付している。 ただし、コア要素８０
ａ，８０ｂには方向性珪素鋼板が用いられ、コア要素８
０ｃには例えば銅、黄銅などの反磁性体または方向性磁性体が用いられている。

【００４５】本実施の形態によれば、中央コア部９０の先端にバナジウムパーメンジュールの突起部９１を固着したので、すなわち、磁束が外部に向けて発生する箇所で、最大飽和磁束密度が高い磁性材料を先細りの形状にして用いているので、中央コア部９０から発生する磁束を絞ることができ、患者の刺激部位を効率良く刺激することができる。 一般にバナジウムパーメンジュールは高価であるが、この材料はコア全体からすれば僅かな部分に使用されているので、材料コストの低下を図りながら効率の良いコイル装置を実現することができる。

【００４６】なお、この例では、図１１に示したＥ型コアに、突起部を設けた例であるが、このような突起部を図１に示したＷ型コアに適用しても同様の効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、尿失禁治療用のコイル装置のコイルにリッツ線のコイルを用いたので、表皮効果による実効交流抵抗を小さくすることができ、電力消費効率を高めることができる。 また、コイルの発熱が減少するので、必要な冷却能力の低減化、ひいては装置の小型化を図ることができる。

【００４８】請求項２乃至４の発明によれば、コアに方向性磁性体を用い、このコアに巻かれたコイルをリッツ線としたので、電力消費効率が良く、発熱の少ないコイル装置が実現される。

【００４９】請求項４および請求項５の発明のコイル装置によれば、Ｅ型コアを簡単かつ低コストで製造することができる。

【００５０】請求項６の発明によれば、磁束が効率よく刺激部位におよぶコイル装置を低コストで製造することができる。

【００５１】請求項７乃至１１の発明によれば、必要な磁束を効率良く発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のコイル装置の外観を示す図。

【図２】図１に示した装置のリッツ線コイル６の断面を示す図。

【図３】図１に示した装置の平面図。

【図４】図１に示した装置のリッツ線コイル６の巻き形状の他の例を示す図。

【図５】図１に示した装置の駆動装置の構成を示す図。

【図６】図１に示した装置のリッツ線コイル６周辺のある点の電場Ｅを示す図。

【図７】コイル装置のコイルに流す電流のパルス幅と消費電力との関係を示す図。

【図８】図１に示した装置の使用の状態を示す図。

【図９】図１に示した装置のリッツ線コイル６の他の例を示す図。

【図１０】図１に示した装置のリッツ線コイル６の巻き形状の他の例を示す図。

【図１１】第２の実施の形態の構成を示す図。

【図１２】図９に示した装置のコアの作り方を説明するための図。

【図１３】第３の実施の形態の構成を示す図。

【符号の説明】

１ 素線 ２ 導体部 ３ 絶縁層 ４ 第１のリッツ線 ５ 第２のリッツ線 ６ リッツ線コイル ８、８０ コア ９、９０ 中央コア部 ９１ 突起部 ３１ コンデンサ ３２ 励磁電源部 ３３ サイリスタ ３４ ダイオード ３５ 放電部 ３６ 制御部 ３７ 操作部