日本大学生産工学部　生産工学部研究報告A51-2

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─ 16 ─や視床下部などの脳底部を磁気刺激することを目標とする。そのための基礎実験として，口腔内に収まる大きさの励磁コイル（以降，口腔内コイル）を設計製作し，そのコイルにより得られる磁束密度を計測した。また頭部モデルを用いた数値解析を実施し，実験で得た磁束密度と比較することで結果の妥当性を確認した。併せて実験で得るには難しい誘導電流密度（脳の直接の刺激量）を推定した。２．口腔内コイルの設計および製作製作した口腔内コイルの写真をFig.１に，仕様をTable１に示す。コイルのサイズは口腔内に収まるようにするため，外径を50 mm，高さを25 mm以内とした。また，使用する電源装置の仕様上，口腔内コイルのインダクタンスは10～16 μHとなるようにした。以上の条件を満たす口腔内コイルについて，コイルの中心から直上82 mm（脳底部の位置を想定）の位置（r=0，zp=82）で，磁束密度が極力大きくなるように内径および巻き数を決定した。なお，磁束密度Bz（0，zp）の大きさは，Fig.２のように座標を定義して，ビオ・サバールの法則に基づく式（1）から求めた５）。　　　zpp=μ（0, z ）202＋－（）－b1ba2aBr223/2rzzjdr dz{}=（γ＋β）lnμ2α ＋（γ＋β）α＋221＋（γ＋β）1＋2ja1－（γ－β）lnα ＋（γ－β）α＋221＋（γ－β）1＋2（1）ここで，Bzは磁束密度のz方向成分の大きさ，μ0は真空の透磁率，2bはソレノイド高さ，a1は内径，a2は外径，jは平均電流密度の大きさ（＝NI/2b（a2−a1）），Nは巻数，Iは電流の大きさ，zpは磁束密度の計算位置，α＝a2/a1，β＝b/a1，γ＝z/a1である。３．脳底部位置での磁束密度計測実験3.1　磁束密度の計測手法磁束密度は自作したサーチコイルを用いて計測する。口腔内コイルが作るパルス磁場によって，サーチコイルに生じる誘導起電力の大きさVは式（2）の電磁誘導に関するファラデーの法則で表せる。また，本実験で発生させる磁場は正弦波（Fig.３）なので式（3）で表せる。　　　=VNdφdt=NπrdBdt2（2）　　　=sinBBωtpeak（3）ここで，Nは巻数，φは磁束の大きさ，tは時間，rは半径，Bpeakは最大磁束密度の大きさ，ωは角周波数である。式（3）を時間tで微分すると式（4）となるので，その最大値は式（5）となる。　　　=cosωBωtpeakdBdt（4）　　　==ωBpeakBpeakpeakdBdt2πT（5）ここで，Tは周期である。式（2）と式（5）から式（6）が得られる。　　　=×BpeakVpeakT2Nπ r22（6）Fig. 1　Designed intraoral coil.Table 1　Specication of the designed intraoral coil.Fig. 2　Coordinate definition of calculation of magnetic ux density.Fig. 3　Waveform examples of the oscilloscope.