针对小动物经颅磁刺激的线圈设计与磁场测量

发布时间：2017-06-06 13:09

  本文关键词：针对小动物经颅磁刺激的线圈设计与磁场测量，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)是一种无创、聚焦的非侵入性脑刺激技术,具有良好的时间分辨率和空间分辨率。多年来,TMS已经广泛应用于临床疾病诊断、治疗以及脑科学研究,并取得了颇多成果。研究显示大部分TMS作用于人脑的实验可以在小动物实验中得以深入,进而从宏观的脑电信号和肌电信号和微观的突触可塑性、细胞膜电位以及神经递质流等两个方面进行对比,对TMS的作用机制进行探讨。然而,由于人脑和实验动物脑在尺寸上的差异,通用型TMS线圈的聚焦性和靶向性已不能满足小动物TMS实验研究。当前小动物TMS实验研究中线圈产生磁场的覆盖区域太大,不能准确作用于特定脑区,这给rTMS机制的研究带来很大不便。因此,设计针对小动物rTMS实验研究的专用线圈对rTMS作用效果以及作用机制的探究都有重要意义。本文以大鼠为例,建立了6层球头模型(头皮、颅骨、脑脊液、灰质、白质与深部组织),建立了八字与夹角为160°、140°、120°、115°、110°、105°和100°的锥形线圈模型以及内半径分别为5mm、8mm和11mm的八字与110。锥形线圈模型,利用有限元仿真软件ANSYS,对不同线圈的感应电场分布进行仿真分析。结果显示：八字线圈的聚焦性较好,锥形线圈的感应电场强度较好,且线圈内半径较小时,聚焦性较好；当综合考虑感应电场强度和聚焦性时,内半径较小的110。锥形线圈具有一定优势,尤其是在深部组织。根据本文的仿真结果确定了锥形线圈的最优角度为1 10。、线圈的最优内半径为5mm。为实现线圈磁场的动态检测,本文搭建了微秒级脉冲弱磁场动态检测平台以及标定装置。磁场检测电路主要包括高速、稳定的信号放大、信号滤波以及信号积分模块。本文也对检测电路的准确性进行了测试,结果表明,测量结果与商用磁通计的检测值基本保持一致。此外,本文依据仿真优化参数制作了线圈并封装,对磁刺激线圈产生的磁场特性进行了测量。本文研究结果为设计小动物TMS专用线圈提供了一定依据,有望促进小动物TMS研究,并对rTMS作用效果以及作用机制的探究有积极的推动作用。
【关键词】：经颅磁刺激 锥形线圈 深部聚焦特性 磁场测量 大鼠头模型
【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】：2016
【分类号】：TM936;R-332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 经颅磁刺激技术及发展现状9-11
• 1.1.1 经颅磁刺激技术9-10
• 1.1.2 经颅磁刺激发展现状10-11
• 1.2 经颅磁刺激的应用现状11-14
• 1.2.1 临床诊断的应用11
• 1.2.2 治疗应用11-12
• 1.2.3 脑科学研究的应用12-13
• 1.2.4 小动物实验研究的应用13-14
• 1.3 问题的提出14-15
• 1.4 论文的主要内容与结构安排15-17
• 1.4.1 研究内容15
• 1.4.2 结构安排15-17
• 第二章 经颅磁刺激基本原理和线圈设计原则17-23
• 2.1 经颅磁刺激的理论基础17-18
• 2.2 经颅磁刺激线圈设计18-22
• 2.2.1 经颅磁刺激线圈设计原则18-21
• 2.2.2 经颅磁刺激线圈设计工艺21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 针对小动物TMS研究的不同参数八字与锥形线圈仿真分析23-38
• 3.1 仿真模型的建立23-26
• 3.1.1 ANSYS仿真功能简介23-24
• 3.1.2 头模型的建立24-26
• 3.2 八字与不同角度锥形线圈仿真分析26-31
• 3.2.1 磁刺激线圈模型的建立26-28
• 3.2.2 激励条件与评价方法28
• 3.2.3 结果对比28-31
• 3.3 不同尺寸八字与锥形线圈仿真分析31-36
• 3.3.1 磁刺激线圈模型的建立31-32
• 3.3.2 激励条件与评价方法32
• 3.3.3 结果对比32-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 线圈磁场平台的搭建与测试38-45
• 4.1 磁场检测方法概述38-39
• 4.2 磁场检测平台的搭建39-43
• 4.2.1 磁场检测原理39
• 4.2.2 磁场检测电路的设计39-42
• 4.2.3 磁场测量电路和探测线圈42-43
• 4.3 磁场检测平台的测试结果43-44
• 4.4 小结44-45
• 第五章 线圈制作与磁场测量45-51
• 5.1 磁刺激线圈的制作45-46
• 5.1.1 小动物8字线圈的制作45-46
• 5.1.2 人体8字线圈的制作46
• 5.2 线圈外壳及磁场检测功能设计46-48
• 5.3 绕制的磁刺激线圈的磁场检测48-50
• 5.4 小结50-51
• 第六章 总结和展望51-53
• 6.1 论文工作总结51-52
• 6.2 问题与展望52-53
• 参考文献53-58
• 研究生期间发表论文58
• 研究生期间参与科研项目58-59
• 致谢59

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