基于TMS的头部模型的建立及仿真研究
发布时间：2022-10-17 13:51
经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation,TMS）是一种治疗神经疾病和精神疾病的绿色治疗手段。头部数值模型的建立在TMS仿真实验研究中占有重要的地位。以往的头部模型都是采用简单的球形头部模型进行仿真分析,事实上,球形头部模型和真实头部模型之间具有很大的差距。为使整个实验更具有准确性和真实性,本文中使用核磁共振图像来完成头部数值模型的三维重建,使头部模型更接近实际情况。首先,本文提出一种新的真实头部数值模型重建方法。头部组织的分割方法主要包括灰度阈值分割、形态学操作、区域增长、手动编辑和非流行装配等。在组织分割过程中,采用自动和手动相结合的分割方式,从而更加灵活方便地建立出一个较为精确的真实头部数值模型。重建后的模型包含头皮颅骨、脑脊液、灰质和白质四层组织结构。其次,对重构的头部数值模型进行质量检查和正确性验证实验。在静态实验中,仿真结果和理论结果的相对误差在工程误差允许范围内,该实验结果证明了模型建立方法的正确性及有限元计算方法的正确性。最后,对数值头部模型进行TMS脉冲磁场仿真实验。头部各部分组织的场量分布结果可通过有限元计算得到,根据各部分组织...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文的主要创新点
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 经颅磁刺激作用机理
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.3 本课题研究的目的和意义
1.4 本文的主要内容和难点
1.5 本章小结
第二章 理论基础
2.1 物理基础
2.1.1 电磁场的基本原理
2.1.2 人体头部组织内部的感应电场
2.2 生物医学基础
2.2.1 大脑皮质
2.2.2 神经系统
2.2.3 电磁场的生物磁效应
2.3 图像基础
2.3.1 图像格式
2.3.2 核磁共振图像
2.3.3 像素的邻域和邻接
2.4 软件基础
2.4.1 MIMICS医学图像处理软件
2.4.2 ANSYS有限元分析软件
2.5 本章小结
第三章 头部数值模型的三维重建
3.1 TMS系统仿真模型
3.1.1 模型建立方案
3.1.2 头部MRI图像
3.2 头部组织分割过程
3.2.1 白质组织
3.2.2 灰质组织
3.2.3 脑脊液组织
3.2.4 头皮和颅骨组织
3.2.5 非流行装配
3.3 有限元体网格的建立
3.3.1 体网格的建立过程
3.3.2 模型的重构结果
3.4 本章小结
第四章 静态实验模型验证
4.1 静态磁场有限元计算
4.1.1 棱边单元法
4.1.2 TMS刺激线圈
4.2 静态实验结果
4.2.1 解析法求解结果
4.2.2 有限元方法求解结果
4.2.3 各部分组织磁场分布结果
4.3 本章小结
第五章 TMS瞬态实验
5.1 实验整体概述
5.2 瞬态磁场求解过程
5.2.1 组织介电参数
5.2.2 刺激线圈
5.2.3 载荷步加载
5.3 TMS瞬态仿真实验结果
5.3.1 单元电磁场场强
5.3.2 剖面电磁场分布
5.3.3 各部分组织电磁场分布
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]重复经颅磁刺激治疗抑郁症的疗效分析及相关机制[J]. 高慧,吴悦娟. 中国健康心理学杂志. 2017(05)
[2]生物组织介电特性测量研究进展[J]. 曾海萍,韩继钧,辛学刚. 中国医疗设备. 2016(05)
[3]基于脑电和磁刺激的脑功能网络研究[J]. 付灵弟,徐桂芝,郭苗苗,尹宁,于洪丽. 纳米技术与精密工程. 2015(05)
[4]经颅磁刺激:前景与挑战[J]. 郭铁成. 中国康复. 2015(03)
[5]抑郁症及焦虑障碍的磁共振影像学研究进展[J]. 吴秀勇,吴效明,彭红军,宁玉萍,吴凯. 航天医学与医学工程. 2015(03)
[6]磁刺激八字线圈变形对空间磁场与感应电场分布的影响[J]. 魏孔炳,逯迈,董绪伟,陈小强,潘强强. 中国生物医学工程学报. 2014(04)
[7]基于混合遗传算法的经颅磁刺激线圈阵列优化设计[J]. 杨龙成,陆继庆,张帅. 航天医学与医学工程. 2014(01)
[8]一种基于MATLAB的快速MRI图像三维重建方法[J]. 王军,王昕. 泰山医学院学报. 2012(07)
[9]经颅磁刺激感应外电场作用下最小神经元模型放电起始动态机理分析[J]. 金淇涛,王江,伊国胜,李会艳,邓斌,魏熙乐,车艳秋. 物理学报. 2012(11)
[10]高压输变电设施工频电磁场对生物体的影响[J]. 罗超,查智明. 安徽电力. 2010 (04)
博士论文
[1]基于真实颅脑结构建模的经颅磁刺激仿真分析[D]. 赵琛.北京协和医学院 2017
本文编号：3692188
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文的主要创新点
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 经颅磁刺激作用机理
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.3 本课题研究的目的和意义
1.4 本文的主要内容和难点
1.5 本章小结
第二章 理论基础
2.1 物理基础
2.1.1 电磁场的基本原理
2.1.2 人体头部组织内部的感应电场
2.2 生物医学基础
2.2.1 大脑皮质
2.2.2 神经系统
2.2.3 电磁场的生物磁效应
2.3 图像基础
2.3.1 图像格式
2.3.2 核磁共振图像
2.3.3 像素的邻域和邻接
2.4 软件基础
2.4.1 MIMICS医学图像处理软件
2.4.2 ANSYS有限元分析软件
2.5 本章小结
第三章 头部数值模型的三维重建
3.1 TMS系统仿真模型
3.1.1 模型建立方案
3.1.2 头部MRI图像
3.2 头部组织分割过程
3.2.1 白质组织
3.2.2 灰质组织
3.2.3 脑脊液组织
3.2.4 头皮和颅骨组织
3.2.5 非流行装配
3.3 有限元体网格的建立
3.3.1 体网格的建立过程
3.3.2 模型的重构结果
3.4 本章小结
第四章 静态实验模型验证
4.1 静态磁场有限元计算
4.1.1 棱边单元法
4.1.2 TMS刺激线圈
4.2 静态实验结果
4.2.1 解析法求解结果
4.2.2 有限元方法求解结果
4.2.3 各部分组织磁场分布结果
4.3 本章小结
第五章 TMS瞬态实验
5.1 实验整体概述
5.2 瞬态磁场求解过程
5.2.1 组织介电参数
5.2.2 刺激线圈
5.2.3 载荷步加载
5.3 TMS瞬态仿真实验结果
5.3.1 单元电磁场场强
5.3.2 剖面电磁场分布
5.3.3 各部分组织电磁场分布
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]重复经颅磁刺激治疗抑郁症的疗效分析及相关机制[J]. 高慧,吴悦娟. 中国健康心理学杂志. 2017(05)
[2]生物组织介电特性测量研究进展[J]. 曾海萍,韩继钧,辛学刚. 中国医疗设备. 2016(05)
[3]基于脑电和磁刺激的脑功能网络研究[J]. 付灵弟,徐桂芝,郭苗苗,尹宁,于洪丽. 纳米技术与精密工程. 2015(05)
[4]经颅磁刺激:前景与挑战[J]. 郭铁成. 中国康复. 2015(03)
[5]抑郁症及焦虑障碍的磁共振影像学研究进展[J]. 吴秀勇,吴效明,彭红军,宁玉萍,吴凯. 航天医学与医学工程. 2015(03)
[6]磁刺激八字线圈变形对空间磁场与感应电场分布的影响[J]. 魏孔炳,逯迈,董绪伟,陈小强,潘强强. 中国生物医学工程学报. 2014(04)
[7]基于混合遗传算法的经颅磁刺激线圈阵列优化设计[J]. 杨龙成,陆继庆,张帅. 航天医学与医学工程. 2014(01)
[8]一种基于MATLAB的快速MRI图像三维重建方法[J]. 王军,王昕. 泰山医学院学报. 2012(07)
[9]经颅磁刺激感应外电场作用下最小神经元模型放电起始动态机理分析[J]. 金淇涛,王江,伊国胜,李会艳,邓斌,魏熙乐,车艳秋. 物理学报. 2012(11)
[10]高压输变电设施工频电磁场对生物体的影响[J]. 罗超,查智明. 安徽电力. 2010 (04)
博士论文
[1]基于真实颅脑结构建模的经颅磁刺激仿真分析[D]. 赵琛.北京协和医学院 2017
本文编号：3692188
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