通过导磁块、导电块调控H线圈颅内电场分布的仿真研究与线圈研制
发布时间：2020-07-31 12:00
【摘要】：经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是脑科学研究和临床治疗中的主流神经刺激技术之一,主要原理为借助高压脉冲电流产生感应磁场在颅内诱发感应电场,进而刺激神经细胞以达到神经调控的目的。H线圈是经颅磁刺激深部线圈中的一种典型代表,主要利用矢量叠加的原理达到刺激大脑深部组织的目的。当前的H线圈研制成本高,设计难度大,且主要依据标准头模型设计H线圈的轮廓,在线圈结构固定的情况下所形成的感应磁场固定。但是因每个受试者的头部轮廓存在差异,且不同疾病的病变靶区也各不相同,因此,探究如何在线圈结构和机器输出不变的情况下调控H线圈在颅内诱发的感应电场的聚焦性能和刺激强度具有重要意义。本文借助ANSYS有限元分析软件,建立了基于真实头部电导率模型的H线圈模型,并在不同位置建立了高磁导率模型、高电导率模型以及导磁块导电块综合模型,通过仿真结果对比分析了不同模型的聚焦体积、聚焦位置、刺激强度和深度特性等参数。结果表明,在不同位置增加导磁块或者导电块模型后,可以显著提高或者降低模型下方颅内的感应电场强度,而对其他位置影响较小,降低H线圈在浅层皮质的聚焦体积,对深度特性影响不大,基于该结果建立导磁块导电块综合模型后,可以同时发挥导磁块和导电块各自的优势,显著提高“窗口”所在位置的感应电场强度,同时降低其他区域的感应电场强度,进一步提高H线圈的聚焦特性,同时减少对大脑浅层皮质的损伤,但会略微降低H线圈的深度特性,影响不明显。此外,本文还进行了线圈绕制的物理参数、加工工艺、外壳和模具设计等方面的探索,进行了 8字、锥形和H线圈绕制,搭建了磁场测试平台,对绕制的三种线圈进行了三维磁场测试和对比分析。结果表明,8字线圈可以聚焦于线圈中心较小区域,聚焦性能好,但深度特性较差,锥形线圈的聚焦区域大于8字线圈,但深度特性要优于8字线圈,H线圈在头部两侧和前额部分都会出现聚焦区域,聚焦性较差,但是深度特性最好。综上所述,本文提出了一种在H线圈结构固定且不增加机器输出的情况下调控H线圈在颅内诱发感应电场的聚焦特性和刺激强度的方案,并探索了线圈的绕制工艺,为经颅磁刺激H线圈颅内电场调控和研制提供依据。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R741.05;TM15
【图文】：
逦中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文逦逡逑第二章经颅磁刺激原理与有限元分析方法逡逑２．１经颅磁刺激理论基础逡逑２．１．１经颅磁刺激神经电生理基础逡逑从微观层面来说，自然界中的一切生命体都是由分子和原子构成的，原子和逡逑分子间通过电磁作用相互组合，因此生命体内的各种相互作用具有电磁特征。神逡逑经细胞中包含运动电荷，其细胞膜内所含有的糖、蛋白、脂等生物分子均带电，逡逑在细胞膜的内外表面存在Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＇邋Ｃｒ等大量离子，以及Ｋ＋、Ｎａ＋、逡逑Ｃａ：Ｔ的离子通道和水通道，具有复杂的电磁特性。在细胞静息状态下常见离子的逡逑通透性如图２－１所示。逡逑
作电位产生的时间非常短暂，通常只有１？２ｍｓ，Ｎａ＋离子通道迅速关闭，Ｋ＋离子逡逑通道打开，极短的作用时间也保证了动作电位无法进行逆向传导。神经冲动的传逡逑导过程如图２－２所示。逡逑第一个动作电位逡逑－逦－逦＋逦＋逦＋逦＋逡逑＾＾＇逦＂逦＝逦：￣逡逑—逦—逦—逦—逡逑－逦＇逦－逦＋逦攀＂＂＂＋逦＋逦＋逡逑第二个动诈电位逡逑：下．上逢丨；＇逡逑＋邋？．．逦－？逦＋逦－逦＇逦－逦＋逦＋逡逑等逡逑Ｔ逦第三P櫟缥诲义希危危掊澹村五危垮澹五危危危义希卞危澹薄邋危铡觥义希澹澹澹煎澹薄哄澹у澹哄义贤迹玻蚕赴つ谕舛鞯缥淮煎义希稿义
本文编号：2776445
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R741.05;TM15
【图文】：
逦中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文逦逡逑第二章经颅磁刺激原理与有限元分析方法逡逑２．１经颅磁刺激理论基础逡逑２．１．１经颅磁刺激神经电生理基础逡逑从微观层面来说，自然界中的一切生命体都是由分子和原子构成的，原子和逡逑分子间通过电磁作用相互组合，因此生命体内的各种相互作用具有电磁特征。神逡逑经细胞中包含运动电荷，其细胞膜内所含有的糖、蛋白、脂等生物分子均带电，逡逑在细胞膜的内外表面存在Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＇邋Ｃｒ等大量离子，以及Ｋ＋、Ｎａ＋、逡逑Ｃａ：Ｔ的离子通道和水通道，具有复杂的电磁特性。在细胞静息状态下常见离子的逡逑通透性如图２－１所示。逡逑
作电位产生的时间非常短暂，通常只有１？２ｍｓ，Ｎａ＋离子通道迅速关闭，Ｋ＋离子逡逑通道打开，极短的作用时间也保证了动作电位无法进行逆向传导。神经冲动的传逡逑导过程如图２－２所示。逡逑第一个动作电位逡逑－逦－逦＋逦＋逦＋逦＋逡逑＾＾＇逦＂逦＝逦：￣逡逑—逦—逦—逦—逡逑－逦＇逦－逦＋逦攀＂＂＂＋逦＋逦＋逡逑第二个动诈电位逡逑：下．上逢丨；＇逡逑＋邋？．．逦－？逦＋逦－逦＇逦－逦＋逦＋逡逑等逡逑Ｔ逦第三P櫟缥诲义希危危掊澹村五危垮澹五危危危义希卞危澹薄邋危铡觥义希澹澹澹煎澹薄哄澹у澹哄义贤迹玻蚕赴つ谕舛鞯缥淮煎义希稿义
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