具有平面线圈结构的磁刺激装置

摘要

本发明公开一种具有平面线圈结构的磁刺激装置，包括：一电力供应模块、一电流控制模块、多个平面线圈模块及多个电连接模块。本发明的平面线圈模块中，线圈结构为扁薄平面设计且可模块化。相较于现有的磁刺激装置，本发明整体结构轻薄短小，携带使用方便，并且可以装设于服饰上或内建于移动装置中，以提供便利的磁刺激疗程。

说明书

技术领域

本发明关于一种磁刺激装置，特别是一种具有可装设于服饰上或内建于移动装置中的扁平化平面线圈结构，可对人体进行磁刺激以达改善体质的磁刺激装置。

背景技术

近年来由于电磁场技术的发展，许多生物磁场的研究开始引领风潮，生物磁场的研究已经被应用于各个领域，包含促进植物种子生长、生物体的健康研究等。一些研究也说明弱磁场可以促进细胞的分裂与生长(M.E.Maffei,Magnetic field effects on plantgrowth,development,and evolution,Frontiers in plant science.5(2014)445)；在老鼠的研究中，发现磁场的改变可以引起代谢率的差异(A.Lerchl,et al.,Marked rapidalterations in nocturnal pineal serotonin metabolism in mice and rats exposedto weak intermittent magnetic fields,Biochemical and biophysical researchcommunications.169(1)(1990)102-108)；在人体的研究中，也发现低频定磁场可以促进人体的白血球细胞(J.Sabo,et al.,Effects of static magnetic field on humanleukemic cell line HL-60,Bioelectrochemistry.56(1-2)(2002)227-231)。因此，磁场的应用在科学界也掀起了重要的研究方向：磁刺激(Magnetic Stimulation)渐渐为人们所重视。

磁刺激在医学基础研究方面，有着以下的一些成果：在心率异常的病人身上给予内关穴磁性皮内针发现有74％的改善(尚荣等，磁性皮内针内关穴防治室上性心律失常38例，中医研究14(4)(2001)62-63)；使用低脉冲磁场发现可以减低脑部创伤病人的忧郁症情况(L.Baker-Price,M.A.Persinger,Weak,but complex pulsed magnetic fields mayreduce depression following traumatic brain injury,Perceptual and motorskills.83(2)(1996)491-498)；大肠杆菌细胞在地磁的25倍磁场的环境下，其细胞离子通道的敏感度会提升(J.Dobson,et al.,Preliminary evidence for weak magnetic fieldeffects on mechanosensitive ion channel subconducting states in Escherichiacoli,Electromagnetic Biology and Medicine.21(1)(2002)89-95)。在中医的研究中，发现使用磁性中药贴在外敷12周后，可以明显改善免疫细胞的数量(方凤、沈茜，磁性中药贴外敷对易感儿细胞免疫功能的影响，中国针灸17(1)(1997)15-16)。在穴位磁场的研究方面，在男性的内关、足三里、关元穴位放置磁石，发现可以增加精子的量与活性(周传云、张瑞雪、穴位磁疗的作用机制初探，安徽中医学院学报21(3)(2002)8-10)。因此，我们可以知道使用低能量磁场对于生理的调节具有良好的效果。

随着磁刺激的研究成果越来越丰硕，许多的商品化的技术也出现在人们的眼前，比如中国台湾发明专利第I528984号、新型专利第M562133号、发明申请第201922313号等。这些技术有着一些共同的特征：体积大、价格昂贵，从而不易居家或外出时携带使用。此外，现有的技术也大部分关于重复式经颅磁刺激(Repetitive Transcranial MagneticStimulation，rTMS)，泛用性不佳。究其因，主要是考虑到磁场强度控制，磁刺激产生装置的体积无法缩减。如果要将磁刺激产生装置体积缩减，可以参考中国专利公告号第CN105242224号，一种用于复合绝缘子检测的紧贴式双层平面射频线圈的类似线圈结构。然而，该专利适用的对象是射频线圈，属于高频辐射，无法应用于低频电流磁场；而后者是磁刺激技术所必须。

因此，为了将磁刺激研究的成果实作于生活中，改善人们的健康，必须要有微型化的磁刺激装置，使人们能在没有操作压力的情况下使用。最好，这种磁刺激装置的线圈可以是平面化、模块化的，进而装设于服饰上或内建于移动装置中，成为生活的一部分。

发明内容

为了满足以上需求，本发明的主要目的在于提供一种具有平面线圈结构的磁刺激装置，包括：一电力供应模块，提供电力；一电流控制模块，与该电力供应模块电连接，包括：一讯号产生器，产生一电流波形讯号；及一电流开关，与该讯号产生器电连接，以该电流波形讯号调整来自该电力供应模块电流的波形为一调整输出电流；以及至少一平面线圈模块，包括：一第一绝缘基板；及一平面线圈，形成于该第一绝缘基板上，该平面线圈两端与该电流开关形成回路，接收该调整输出电流以产生对应的变化强度磁场。其中，若该平面线圈模块数量为一个时，平面线圈与该电流开关直接电连接；若该平面线圈模块数量为两个以上时，相邻两个平面线圈模块的平面线圈的端点串接，首尾两个平面线圈模块的平面线圈的未串接端点与该电流开关直接电连接。

本发明公开另一种具有平面线圈结构的磁刺激装置，包括：一电力供应模块，提供电力；一电流控制模块，与该电力供应模块电连接，包括：一讯号产生器，产生一电流波形讯号；及一电流开关，与该讯号产生器电连接，以该电流波形讯号调整来自该电力供应模块电流的波形为一调整输出电流；以及至少一平面线圈模块，包括：至少一第一绝缘基板；及多个平面线圈，彼此平行设置，相邻的两个平面线圈电连接并形成于相同的第一绝缘基板两侧。其中，若该平面线圈模块数量为一个时，最外围的两个平面线圈的端点与该电流开关直接电连接以形成回路；若该平面线圈模块数量为两个以上时，相邻两个平面线圈模块的最外围平面线圈的端点串接，首尾两个平面线圈模块的最外围平面线圈的未串接端点与该电流开关直接电连接；平面线圈接收该调整输出电流以产生对应的变化强度磁场，电流在同一个平面线圈模块中的多个平面线圈间朝同一旋转方向流动，每一平面线圈因电流产生磁场的强度最强处实质对齐。

最好，该平面线圈模块可进一步包括一铁芯，位于该平面线圈模块因电流产生磁场的强度最强处，以增强该平面线圈模块整体的导磁率。

最好，该电流控制模块可进一步包括一电流限制器，电连接于该电力供应模块与该电流开关间以对来自该电力供应模块的电流进行限流。

最好，相邻的两个平面线圈通过该第一绝缘基板上形成的一通孔进行电镀而电连接。

最好，该电力供应模块可包括至少一一次电池、至少一二次电池或一电源供应器。

最好，该讯号产生器为波形产生器、脉冲产生器或时脉产生器。

最好，该电流波形讯号的波形为正弦波、半正弦波、脉冲波或固定波形。

最好，该平面线圈可为金属箔蚀刻、金属线缠绕或导电胶印刷所形成。

最好，该第一绝缘基板材质为电木板、棉纸、环氧树脂、玻璃布、玻璃纤维、酚醛树脂、玻璃、聚亚酰胺或聚酯。

具有平面线圈结构的磁刺激装置可进一步包括多个电连接模块，电连接该平面线圈模块及该电流开关以形成回路，每一电连接模块，包括：一第二绝缘基板；至少一导线，形成于该第二绝缘基板上；及一防水保护层，覆盖于该至少一导线及该第二绝缘基板上以保护该至少一导线，并免受外部水分侵害。

最好，该第二绝缘基板的材料为聚亚酰胺或聚酯。

最好，该防水保护层的材料为聚酰亚胺膜或聚对苯二甲酸乙二酯膜。

依照本发明，该平面线圈是环绕一特定图形而形成。该平面线圈模块受该调整输出电流产生电刺激磁场一般介于0到1000高斯之间。

本发明的线圈结构为扁薄平面设计且可模块化，相较于现有的磁刺激装置，本发明整体结构轻薄短小，携带使用方便，并且可以装设于服饰上或内建于移动装置中，从而满足以上需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：依照本发明实施例的一种具有平面线圈结构的磁刺激装置的系统方框图；

图2：平面线圈模块的剖面示意图；

图3：平面线圈内部产生的磁刺激区域；

图4：因固定波形电流产生的磁场强度随时间的变化；

图5：因正弦波电流产生的磁场强度随时间的变化；

图6：因脉冲波电流产生的磁场强度随时间的变化；

图7：因脉冲波调变高频波电流产生的磁场强度随时间的变化；

图8：电连接模块的剖面图；

图9：依照本发明另一实施例的一种具有平面线圈结构的磁刺激装置的系统方框图；

图10：另一实施例的平面线圈模块的剖面图；

图11：第一平面线圈与第二平面线圈由图10中箭头方向看过去的示意图；

图12：在图1的具有平面线圈结构的磁刺激装置的结构下，不同的平面线圈模块的构造的剖面图；

图13：图12实施例的平面线圈的示意图；

图14：3种不同形状的平面线圈电连接。

附图标记说明

100 电力供应模块

200 电流控制模块

210 讯号产生器

220 电流开关

230 电流限制器

300 平面线圈模块

310 第一绝缘基板

311 第一绝缘基板

3111 通孔

312 上层第一绝缘基板

3121 通孔

313 中层第一绝缘基板

3131 通孔

314 下层第一绝缘基板

3141 通孔

320 平面线圈

3221 内端点

321 第一平面线圈

3211 内端点

322 第二平面线圈

3221 内端点

323 第一平面线圈

3231 内端点

324 第二平面线圈

3241 内端点

3242 外端点

325 第三平面线圈

3251 内端点

3252 外端点

326 第四平面线圈

3261 内端点

330 防水保护层

331 第一防水保护层

332 第二防水保护层

333 第一防水保护层

334 第二防水保护层

340 电镀料

350 因电流产生磁场的强度最强处

360 磁刺激区域

370 铁芯

400 电连接模块

410 第二绝缘基板

420 导线

430 防水保护层。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1所示，该图为依照本发明一实施例的一种具有平面线圈结构的磁刺激装置的系统方框图。该具有平面线圈结构的磁刺激装置，包括：一电力供应模块100、一电流控制模块200、2个平面线圈模块300及3个电连接模块400。以下详细说明各模块的组成、功能及相互的运作。

电力供应模块100是提供电力的主要元件。依照本发明的精神，电力供应模块100提供的电力可以是直流电，也可以是交流电。型态上，电力供应模块100可以是包括至少一个一次电池(比如碱性电池、水银电池)或至少一个二次电池(比如锂电池)的电池盒，两个以上的电池可以并联或串联的方式来提供电力。电力供应模块100也可以是电源供应器，以变压器将市电转换成直流电，甚至直接提供降压的交流电。

电流控制模块200与电力供应模块100电连接，包括了：一讯号产生器210、一电流开关220与一电流限制器230。讯号产生器210的功能是产生一电流波形讯号。电流波形讯号的波形可以是周期性波形，比如正弦波、半正弦波或脉冲波，电流波形讯号的波形也可以是固定波形，在一段时间内波形实质不变。在某些实施例中，还可在前述的基本波形上调变更高频(比如1MHz)的周期波或非周期波。依照本发明，讯号产生器210可以是个波形产生器、脉冲产生器或时脉产生器。本实施例中，电流控制模块200是个波形产生器。型态上，电流控制模块200可以是单晶片微电脑，依照预设程序或是接收外来的可编程脉冲或波形设定，可编程波形产生器可控制电流开关220产生所想要的电流波形。

如上所述，电流开关220与讯号产生器210电连接，以该电流波形讯号调整来自电力供应模块100电流的波形为一调整输出电流。也就是说，调整输出电流本身会有随时间而变化的波形(如正弦波、半正弦波或脉冲波)，或是在一个时间内固定的电流。

电流限制器230，电连接于电力供应模块100与电流开关220间，以对来自该电力供应模块100的电流进行限流。电流限制器230是一个保护电路，容许一定量的电流进入电流控制模块200中，其目的是保护使用者安全。但是，在其它的实施例中，由于电力供应模块100的电流量小，电流限制器230也可以不设置，直接使电力供应模块100电连接电流开关220。

请见图2，该图为一平面线圈模块300的剖面示意图。平面线圈模块300包括了一第一绝缘基板310、一平面线圈320及覆盖在平面线圈320及部分第一绝缘基板310上的防水保护层330。平面线圈320形成于第一绝缘基板310上，受防水保护层330保护而免于锈蚀。依照本发明的精神，平面线圈模块300可以是一个印刷电路板的形态(软式硬式皆可)。因此，平面线圈320可以是金属箔蚀刻或导电胶印刷所形成，第一绝缘基板材质可以是但不限定为电木板、棉纸、环氧树脂、玻璃布、玻璃纤维、酚醛树脂、玻璃、聚亚酰胺或聚酯。此外，平面线圈模块300也可以不是印刷电路板的形态，平面线圈320以金属线缠绕方式形成，固定于第一绝缘基板310上。此时，第一绝缘基板310的材质就不限于前述诸项，而可广泛包括非金属且电绝缘的材料。

平面线圈320的两端与电流开关220形成回路，接收调整输出电流以产生对应的变化强度磁场(产生感应磁场)。请参阅图3，该图绘示平面线圈320内部产生的磁刺激区域360。该区域面对的人体部分即是接受磁刺激的区域。因线圈缠绕形状不同，磁刺激区域360中有一因电流产生磁场的强度最强处350(如图1所示)，该处的磁场强度可参照螺线管磁场公式B＝μ0·N·I，其中μ0是空气导磁率(4π×10

依照本发明，平面线圈模块300的数量可以是至少一个。若平面线圈模块300数量为一个时，平面线圈320与电流开关220直接电连接；若平面线圈模块数量为两个以上时(如图1)，相邻两个平面线圈模块300的平面线圈320的端点串接，首尾两个平面线圈模块300的平面线圈320的未串接端点与电流开关220直接电连接，从而形成回路。

此外，平面线圈模块300可包括一铁芯370，位于平面线圈模块300的因电流产生磁场的强度最强处350，以增强平面线圈模块300整体的导磁率，从而增强磁场强度。铁芯370依照实际需求，可选择性地安装于任一个平面线圈模块300中。

依照本发明，电连接模块400的数量不限，跟着平面线圈模块300的数量而变。电连接模块400电连接平面线圈模块300及电流开关220以形成回路。实作上，电连接模块400最基本的型态为一条电线，更佳的方式是采用类似软式印刷电路板的做法。因此，请参阅图8(该图为一电连接模块的剖面图)，在本实施例中每一电连接模块400包括一第二绝缘基板410、至少一导线420与一防水保护层430。导线420形成于第二绝缘基板410上，和平面线圈320类似，可以金属箔蚀刻或导电胶印刷形成于第二绝缘基板410上。第二绝缘基板410的材料可以是但不限于聚亚酰胺或聚酯。防水保护层430(如图1中的虚线部分绘示)，覆盖于导线420及第二绝缘基板410上以保护该至少一导线420，并免受外部水分侵害。该防水保护层430的材料可为聚酰亚胺膜或聚对苯二甲酸乙二酯膜。型态上来说，如果将所有平面线圈模块300与电连接模块400都做在同一个第二绝缘基板410上，以铜箔形成彼此连接的电路是可行的，此时电连接模块400数量可以称为一个。但考虑到实用性，平面线圈模块300需要位于一些特定位置，比如穴位，能提供改善身体健康的疗效，因此平面线圈模块300间、平面线圈模块300与电流控制模块200间，甚至是电流控制模块200与电力供应模块100间的电连接，都是用电连接模块400各自连接。

在前面的实施例中，平面线圈模块具有的平面线圈的数量只有一个。但是依照本发明的精神，平面线圈模块具有的平面线圈数量可以是2个以上，彼此以平行方式层叠形成。这样的好处是在有限的平面线圈模块面积中，以立体方式形成更多圈的平面线圈，以加强平面线圈模块产生的磁场强度。请见图9，现以另一种具有平面线圈结构的磁刺激装置的实施例来说明。

图9中的具有平面线圈结构的磁刺激装置和前一实施例中的结构类似，差别在于本实施例使用的平面线圈模块300具有2个平面线圈，平面线圈模块300的数量也只有一个(从而电连接模块400的数量变成2个)。为了简化说明，电力供应模块100、电流控制模块200与电连接模块400的型态与功能如前所述，此处不再赘述，但须强调，平面线圈模块300的数量为至少一个，不限于本实施例中的一个。请见图10，该图为本实施例的平面线圈模块300的剖面图。平面线圈模块300包括了一第一绝缘基板311、一第一平面线圈321、一第二平面线圈322、一第一防水保护层331及一第二防水保护层332。第一平面线圈321与第二平面线圈322彼此平行设置，相邻地电连接并形成于第一绝缘基板311两侧。电连接的方式为通过第一绝缘基板311上形成的一通孔3111使用电镀料340进行电镀而电连接。

在本实施例中，平面线圈模块数量为一个，第一平面线圈321与第二平面线圈322的端点与电流开关220直接电连接以形成回路。第一平面线圈321及第二平面线圈322的功能都是接收该调整输出电流以产生对应的变化强度磁场。要注意的是，本发明的一个技术特征是电流在同一个平面线圈模块中的多个平面线圈间朝同一旋转方向流动，每一平面线圈因电流产生磁场的强度最强处实质对齐。为了对该技术特征有较佳的理解，请见图11，该图为第一平面线圈321与第二平面线圈322由图10中箭头方向看过去的示意图。电流由第一平面线圈321左侧箭头方向的端点流入，依顺时针方向由第一平面线圈321的一内端点3211流出。由于内端点3211与第二平面线圈322的一内端点3221电连接，电流顺势再流入内端点3221，依顺时针方向由第二平面线圈322的右侧箭头方向的端点流出。各平面线圈接收该调整输出电流以产生对应的变化强度磁场。由于上下两个平面线圈间的电流方向一致，从而磁场强度是两者的相加。又因为因电流产生磁场的强度最强处350实质对齐(上下方向)，磁力线不会彼此干扰而减少整体磁场强度。最好，因电流产生磁场的强度最强处350也可以设置一个铁芯，以增强平面线圈模块300整体的导磁率。

在前面的实施例中，平面线圈模块具有的平面线圈的数量有一个或两个的。但在实作中，还可以有更多平面线圈。这样的例子将通过以下的实施例来说明。

请见图12与图13，图12为在图1的具有平面线圈结构的磁刺激装置的结构下，不同的平面线圈模块的构造，图13为本实施例的平面线圈模块300的剖面图。平面线圈模块300包括了一第一平面线圈323、一第二平面线圈324、第三平面线圈325、一第四平面线圈326、一上层第一绝缘基板312、一中层第一绝缘基板313、一下层第一绝缘基板314、一第一防水保护层333及一第二防水保护层334。平面线圈间彼此平行设置，相邻的两个平面线圈电连接并形成于相同的第一绝缘基板两侧。比如第一平面线圈323与第二平面线圈324电连接(通过上层第一绝缘基板312上形成的一通孔3121使用电镀料340进行电镀而电连接)并形成于上层第一绝缘基板312的两侧；第二平面线圈324与第三平面线圈325电连接(通过中层第一绝缘基板313上形成的一通孔3131使用电镀料340进行电镀而电连接)并形成于中层第一绝缘基板313的两侧；第三平面线圈325与第四平面线圈326电连接(通过下层第一绝缘基板314上形成的一通孔3141使用电镀料340进行电镀而电连接)并形成于下层第一绝缘基板314的两侧。同前所述，本发明的技术特征是电流在同一个平面线圈模块中的多个平面线圈间朝同一旋转方向流动，每一平面线圈因电流产生磁场的强度最强处实质对齐。为了对该技术特征有较佳的理解，请复见图13，该图为第一平面线圈323、第二平面线圈324、第三平面线圈325及第四平面线圈326由图12中箭头方向看过去的示意图。电流由第一平面线圈323左侧箭头方向的端点流入，依顺时针方向由第一平面线圈323的一内端点3231流出。由于内端点3231与第二平面线圈324的一内端点3241电连接，电流顺势再流入内端点3241，依顺时针方向由第二平面线圈324的一外端点3242流出。接着，外端点3242与第三平面线圈325的一外端点3252电连接，所以电流继续以顺时针方向流向第三平面线圈325的一内端点3251。最后，由于内端点3251与第四平面线圈326的一内端点3261电连接，电流顺势再流入内端点3261，依顺时针方向由第四平面线圈326的上侧箭头方向的端点流出。各平面线圈接收该调整输出电流以产生对应的变化强度磁场，电流在4个平面线圈间的电流方向一致，从而磁场强度是4者的相加。又因为因电流产生磁场的强度最强处350实质对齐(上下方向)，磁力线不会彼此干扰而减少整体磁场强度。整体而言，增加了立体结构以提升磁场强度。

在其它实施例中，若平面线圈模块300的数量为两个以上时，相邻两个平面线圈模块300的最外围平面线圈(第一平面线圈323与第四平面线圈326)的端点串接，首尾两个平面线圈模块300的最外围平面线圈的未串接端点与电流开关220直接电连接。

依照本发明，其中平面线圈的形状不限于方形，而是可环绕一特定图形而形成，该特定图形为方形、圆形、星形或心形。如图14所绘示，平面线圈模块300可包括3种不同形状的平面线圈电连接。在本例中，3个平面线圈的外形分别为圆形、星形及心形。但要注意的是，各平面线圈因电流产生磁场的强度最强处350要实质对齐。

虽然本发明以人体为受磁刺激标的，但应用上来说，也可以扩展到所有的生物体(动物与植物)，以进行广泛的医疗及生物运作研究。

以上说明内容仅为本发明较佳实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。