便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计

发布时间：2017-08-06 00:23

  本文关键词：便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计

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【摘要】：由于可以无创性改变大脑中目标区域的神经活动,经颅磁刺激技术成为一种越来越流行神经科学工具。但是目前,经颅磁刺激系统依然主要面临两个问题:一方面,刺激线圈的聚焦性和刺激深度仍需要进一步的优化,并且其能耗和发热量仍然很大;另一方面,现有的经颅磁刺激系统控制系统的控制流程繁琐、工作电压较高、体积庞大、价格昂贵,导致应用场景有限。本文针对这几个问题进行深入研究。首先,实现了经颅磁刺激系统刺激线圈电磁场仿真分析与优化设计。对不同类型的刺激线圈进行电磁场仿真,分析了不同线圈的特性,并且为了提高刺激线圈的开发质量与效率,进一步实现了基于VB与Ansoft Maxwell混合编程的经颅磁刺激线圈参数化设计,最终在参数化设计的基础上实现了对线圈在聚焦性、刺激深度、能耗和发热量等方面的优化设计。其次,设计并实现了便携式经颅磁刺激系统控制电路。在对经颅磁刺激系统控制电路的基本原理分析的基础上分析了储能电容和刺激线圈等关键性元件的参数变化对系统性能的影响。控制系统电路采用双电源供电,提高了便携式经颅磁刺激系统应用场景的灵活性,电压源模块采用双升压电路方案,保证电路的稳定性。并且最终实现了通过手机对刺激模式、刺激频率和刺激强度的调控。最后,设计并搭建了便携式经颅磁刺激系统测试环境。对便携式经颅磁刺激系统进行输出电压、磁场强度和电场强度的空间分布、刺激强度等方面的测试,并进行人体初步实验,并且利用测试结果与有限元仿真结果进行对比分析。实验结果表明:测试结果与仿真结果基本一致,整个系统在实验室环境下达到了预期效果。
【关键词】：经颅磁刺激 刺激线圈 仿真分析 参数化设计 控制电路 系统测试
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN702;R741
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11-14
• 1.3 本文的主要内容及组织结构14-15
• 第2章 经颅磁刺激系统线圈电磁场分析与优化设计15-35
• 2.1 经颅磁刺激系统理论基础15-20
• 2.1.1 经颅磁刺激系统生理学原理15-18
• 2.1.2 经颅磁刺激系统数学物理基础18-20
• 2.2 经颅刺激系统线圈电磁场仿真与分析20-25
• 2.2.1 线圈仿真模型建立20-22
• 2.2.2 线圈仿真环境及条件假设22
• 2.2.3 线圈聚焦性与刺激深度22
• 2.2.4 线圈电磁场仿真结果与分析22-25
• 2.3 便携式经颅磁刺激系统线圈优化设计25-34
• 2.3.1 经颅磁刺激系统8字形线圈电感值计算25-27
• 2.3.2 经颅磁刺激系统线圈参数化设计27-30
• 2.3.3 便携式经颅磁刺激系统线圈优化30-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 便携式经颅磁刺激系统控制电路设计35-47
• 3.1 便携式经颅磁刺激系统控制电路总体设计思想35-39
• 3.1.1 系统控制电路基本原理分析35-36
• 3.1.2 系统控制电路参数选择36-38
• 3.1.3 系统控制电路设计方案38-39
• 3.2 便携式经颅磁刺激系统控制电路电压源模块设计39-43
• 3.2.1 供电电源电路模块设计39-40
• 3.2.2 升压电路模块设计40-43
• 3.3 便携式经颅磁刺激系统电路控制模块设计43-46
• 3.3.1 控制模块电路设计43-44
• 3.3.2 控制模块程序设计44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 便携式经颅磁刺激系统测试与分析47-56
• 4.1 便携式经颅磁刺激系统测试实验设计与测试环境搭建47-50
• 4.1.1 系统测试装置设计47-49
• 4.1.2 系统测试方法分析49-50
• 4.2 便携式经颅磁刺激系统测试50-55
• 4.2.1 系统电容充放电过程电压测试50-52
• 4.2.2 系统磁场强度测试52-54
• 4.2.3 系统感应电场强度测试54
• 4.2.4 系统人体初步实验54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-66
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果66-67
• 致谢67

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本文编号：627614