시변 자계를 이용하여 비접촉적인 방법으로 신경을 자극하기 위해서는 신경자극코일에 대용량 전류 펄스를 순시적으로 인가해야만 한다. 신경자극코일에 인가하는 전류 펄스의 주파수를 증가할수록 신경자극코일에 전력을 공급하는 전력공급기의 용량이 커지게 되고 신경자극코일에 발생하는 열량도 커지는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 완화하기 위해 새로운 형태의 신경자극코일을 제안하였다. 신경자극코일에 강자성체 구조물을 부착하여 자계 거울 효과를 내게 하면 신경자극코일의 효율이 증가하게 된다. 다양한 형태의 신경자극코일에 대해 자계 거울 효과를 유한요소법으로 분석하였고 몇 종류의 신경자극코일에 대해 실험한 결과를 제시하였다.
A simple method for measuring magnetic flux and induced current in magnetic nerve stimulation for urinary incontinence treatment is proposed. Unlike electric nerve stimulation, direct measurement of the induced current in magnetic nerve stimulation is impossible. Since induced currents stimulate nerves or muscles in magnetic nerve stimulation, measuring induced current is very important in validating stimulation efficacy and securing safety. The magnetic flux measuring system is composed of 6 layers with pick-up coils of 7 by 7 in each layer, and the induced current measuring system is composed of 6 layers with 7 concentric circular coils in each layer. The proposed method can be used in the design or performance test of a magnetic nerve stimulator for many clinical applications such as urinary incontinence treatment, activation of peripheral nerves, and transcranial magnetic stimulation.
In this study, we have been proposed the new type of a transcranial magnetic stimulation adopted a variable voltage capacitor with Cockcroft-Walton circuit and constant-frequency current resonant half-bridge inverter. This a transcranial magnetic stimulation has some merits compared with the conventional one. First, it doesn't require the high voltage transformer. And second, it has less switching losses, compact size and capability in adjusting the transcranial magnetic stimulation output energy precisely. In this paper, we have performed the output characteristics of a transcranial magnetic stimulation system which is well known as magnetic stimulation. The tested results are described as a function of pulse repetition rate and switching numbers of the half-bridge inverter.
A power supply for magnetic-stimulation devices was designed via a control algorithm that involved a start current application based on a resonant converter. In this study, a new power supply for magnetic-stimulation devices was designed by controlling the pulse repetition frequency and pulse width. The power density could be controlled using the start-current-compensation and ZCS (zero-current switching) resonant converter. The results revealed a high-repetition-frequency, high-power magnetic-stimulation device. It was found that the stimulation coil current pulse width and that pulse repetition frequency could be controlled within the range of 200-450 ${\mu}S$ and 200-900 pps, respectively. The magnetic-stimulation device in this study consisted of a stimulation coil device and a power supply system. The maximum power of the stimulation coil from one discharge was 130 W, which was increased to 260 W using an additional reciprocating discharge. The output voltage was kept stable in a sinusoidal waveform regardless of the load fluctuations by forming voltage and current control using a deadbeat controller without increasing the current rating at the starting time. This paper describes this magnetic-stimulation device to which the start current was applied.
This study examined effect of a transcranial magnetic stimulation device with a commercial-frequency approach on the neuronal cell death caused ischemia. For a simple transcranial magnetic stimulation device, the experiment was conducted on an ischemia induced rat by transcranial magnetic stimulation of a commercial-frequency approach, controlling the firing angle using a Triac power device. The transcranial magnetic stimulation device was controlled at a voltage of 220 V 60 Hz and the trigger of the Triac gate was varied from $45^{\circ}$ up to $135^{\circ}$. Cerebral ischemia was caused by ligating the common carotid artery of male SD rats and reperfusion was performed again to blood after 5 minutes. Protein Expression was examined by Western blotting and the immune response cells reacting to the antibodies of Poly ADP ribose polymerase in the cerebral nerve cells. As a result, for the immune response cells of Poly ADP ribose polymerase related to necrosis, the transcranial magnetic stimulation device suppressed necrosis and had a protective effect on nerve cells. The effect was greatest within 12 hours after ischemia. Therefore, it is believed that in the case of brain damage caused by ischemia, the function of brain cells can be restored and the impairment can be improved by the application of transcranial magnetic stimulation.
Transcranial magnetic stimulation utilizes the method of controlling applied time and changing pulse by output pulse through power density control for diagnosis purposes. Transcranial magnetic stimulation can also be used in cases where diagnosis and treatment are difficult since output pulse shape can be changed. As intensity, pulse range, and pulse shape of the stimulation pulse must be changed according to lesion, the existing sine wave-shaped stimulation treatment pulse poses limitations in achieving various treatments and diagnosis. This study actualized a new method of transcranial magnetic stimulation that applies a 3 Stage 2 Switch( power semiconductor 2EA) for controlling pulse repetition rate by achieving numerous switching control of stimulation coil. Intensity, pulse range, and pulse shape of output can be freely changed to transform various treatment pulses in order to overcome limitations in stimulation treatment presented by the previous sine wave pulse shape. The method of freely changing pulse range by using 3 Stage 2 Switch discharge method is proposed. Pulse shape, composed of various pulse ranges, was created by grafting PFN (Pulsed Forming Network) through AVR AT80S8535 one-chip microprocessor technology, and application in transcranial magnetic stimulation was achieved to study the output characteristics of stimulation treatment pulse according to delaying time of the trigger signal applied in section switch.
A transcranial magnetic stimulation device is a complicated appliance that employs a switching power device designed for discharging and charging a capacitor to more than 1 kV. For a simple transcranial magnetic stimulation device, this study used commercial power and controlled the firing angle using a Triac power device. AC 220V 60 Hz, the power device was used directly on the tanscranial magnetic stimulation device. The power supply device does not require a current limiting resistance in the rectifying device, energy storage capacitor or discharge circuit. To control the output power of the tanscranial magnetic stimulation device, the pulse repetition rate was regulated at 60 Hz. The change trigger of the Triac gate could be varied from $45^{\circ}$ to $135^{\circ}$. The AVR 182 (Zero Cross Detector) Chip and AVR one chip microprocessor could control the gate signal of the Triac precisely. The stimulation frequency of 50 Hz could be implemented when the initial charging voltage Vi was 1,000 V. The amplitude, pulse duration, frequency stimulation, train duration and power consumption was 0.1-2.2T, $250{\sim}300{\mu}s$, 0.1-60 Hz, 1-100 Sec and < 1 kW, respectively. Based on the results of this study, TMS can be an effective method of treating dysfunction and improving function of brain cells in brain damage caused by ischemia.
Purpose: The purpose of this study was to determine the effect of direct functional magnetic stimulation (FMS) of affected spinal cord on motor recovery following spinal cord injury in rats. Methods: After a contusion injury at the spinal level T9 using an NYU Impactor, functional magnetic stimulation was delivered by a magnetic stimulator through a round prototype coil (7 cm in diameter). Stimulation parameters were set as follows: repetition rate = 50 Hz (stimulus intensity 100% = 0.18 T), stimulation time = 20 min. Functional magnetic stimulation was administered twice a day, 5 days per week for 8 weeks starting 4 days after spinal cord injury. Functional magnetic stimulationwas delivered directly to the affected spinal cord. Outcomes of locomotor performance were assessed by the Basso Beattie Bresnahan (BBB) locomotor rating scale and by an inclined plane test weekly for 8 weeks. Results: In the BBB test, hindlimb motor function in the Functional magnetic stimulation group improved significantly more compared to the control group at 3, 4, 6, 7, and 8 weeks (p<0.05). In the inclined plane test, the angle of the plane in the functional magnetic stimulation group increased significantly more compared to the control group at 4, 5, 7, and 8 weeks (p<0.05). Conclusion: Our results demonstrate that direct Functional magnetic stimulation of the lesional site may have beneficial effects on motor improvement after spinal cord injury.
본 논문에서는 쥐 뇌의 감각 피질을 자극하기 위해 변조신호를 이용하여 경두개 자기자극(TMS) 동물실험을 수행하였다. 제안한 TMS 시스템은 인버터, 변압기, 커패시터, 가변 인덕터, 자극 코일로 구성되어 쥐 뇌의 감각피질에 약 1.5 mT의 자기장이 생기도록 시스템을 설계하였다. 자극 신호는 구형파 변조되었으며, 반송 주파수는 85~91 kHz의 범위로 변화시키며, 자극 효과를 관찰하였다. 자극 결과 반송 주파수가 89 kHz 미만일 때에는 자극의 효과를 볼 수 없었고, 반송 주파수가 89 kHz 이상일 때에는 압력 자극에 반응하는 역치 값이 낮아지는 효과를 볼 수 있었다.
Ha, Dong-Ho;Kim, Jun-Il;Lee, Sun-Min;Bo, Gak-Hwang;Kim, Whi-Young;Choi, Sun-Seob
Journal of Magnetics
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제17권1호
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pp.36-41
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2012
The transcranial magnetic stimulation recharges the energy storing condenser, and sends the stored energy in the condenser to the pulse shaping circuit, which then delivers it to the stimulating coil. The previous types of transcranial magnetic stimulation required a booster transformer, secondary rectifier for high voltages and a condenser for smooth type. The energy storing condenser is recharged by switching the high-voltage direct current power. Loss occurs due to the resistance in the recharging circuit, and the single-pulse output energy in the transcranial magnetic stimulation can be changed because the recharging voltage cannot be adjusted. In this study a booster transformer, which decreases the volume and weight, was not used. Instead, a current resonance inverter was applied to cut down the switching loss. A transcranial magnetic stimulation, which can simultaneously alter the recharging voltage and pulse repeats, was used to examine the output characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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