经颅直流电刺激人脑中电场分布的聚焦度研究

发布时间：2017-09-08 00:31

  本文关键词：经颅直流电刺激人脑中电场分布的聚焦度研究

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【摘要】：经颅直流电刺激(tDCS)技术,主要是通过在人体头部特定位置放置的电极注入电流的方式,刺激人体脑组织某些神经核团,从而达到治疗某些精神性和神经性疾病的目的。本文通过ANSYS仿真软件,研究三层球头模型大脑中电场的聚焦度与头皮上所放置电极参数的关系。首先,不同的电极面积对大脑模型中空间电场的分布有较大的影响。本文对人体头部建立三层同心球模型,并且在头皮表面经典的tDCS位置上放置电极,通过与参考文献对比,验证了ANSYS进行tDCS仿真研究是可靠的。分别固定阴极和阳极的电极面积为25cm2,分别将相对应的阳极和阴极的电极面积从最小的1cm2变化到45cm2,分别研究电极面积对大脑模型中空间电场分布的影响,并且得到脑模型中靶点位置的电流密度和电场强度与电极面积的关系曲线。其次,选用统一的柱状电极做聚焦度研究,研究电极位置与脑模型中电场分布的关系。选择三个电极,阳极放置一个电极,注入2mA电流,阴极两个电极,分别注入-1mA电流。将旋转角度α从15度依次递增15度变化至75度,研究电场在球头模型大脑中的分布情况。研究表明,α越小,靶点位置处的电流密度和电场强度越大,刺激到的靶区体积越大;反之,α越大,靶点位置的电流密度和电场强度越小,刺激到的靶区体积越小。最后,通过多电极组合,提高靶区电场的聚焦度。在头皮表面放置5个电极,1个阳极,4个阴极,分别组合旋转角度α都为45度的情况,以及α为30度和60度的情况作对比,同样在阳极加载2mA电流,在四个阴极分别加载-0.5mA电流,研究电场在大脑模型中的分布情况。结果表明,第二种组合情况下,聚焦的效果比较理想,受到有效刺激的区域所占的百分比RA(ratio of the stimulated brain volume to the whole brain model volume)仅为8.59%,比经典刺激方式下减小了4.19%,运动皮层靶点处的电流密度为0.239A/m2,电场强度为0.531V/m,靶点M1apb处的电流密度为0.133A/m2,电场强度为0.296V/m,比经典刺激方式有所提高。第一种情况的刺激效果,稍微逊色于第二种情况。本文所研究的结果,为聚焦度的研究提供了一种新的方法,通过多电极组合加载电流的方式,最终在大脑靶区获得比较理想的效果,为后面聚焦度的深入研究提供一定的参考和帮助。
【关键词】：经颅直流电刺激 ANSYS 电极面积 电流密度 聚焦度
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R741.044
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 论文的选题背景与研究意义9-10
• 1.2 论文的国内外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11
• 1.3 论文主要研究内容11-13
• 2 电磁场基础及ANSYS软件13-16
• 2.1 电磁场基础13-14
• 2.2 ANSYS简介14-15
• 2.3 本章小结15-16
• 3 经典位置经颅直流电刺激研究16-32
• 3.1 三层球头模型16-20
• 3.1.1 头模型的建立16-17
• 3.1.2 电极的选择17-18
• 3.1.3 结果与讨论18-20
• 3.2 电极面积对空间电场分布的影响20-31
• 3.2.1 阳极电极面积对空间电场分布的影响20-26
• 3.2.2 阴极电极面积对空间电场分布的影响26-30
• 3.2.3 结果与讨论30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 经颅直流电刺激聚焦度研究32-46
• 4.1 聚焦度研究中的参数分析32
• 4.2 聚焦度优化试验32-40
• 4.2.1 旋转角度α为15度33-34
• 4.2.2 旋转角度α为30度34-36
• 4.2.3 旋转角度α为45度36-37
• 4.2.4 旋转角度α为60度37-38
• 4.2.5 旋转角度α为75度38-40
• 4.3 聚焦度效果评价40-45
• 4.4 本章小结45-46
• 结论46-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-53
• 攻读学位期间的研究成果53

【参考文献】

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本文编号：810820