基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及經(jīng)顱磁刺激技術(shù)，特別是一種基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)顏磁刺激（Transcranialmagneticsimulation，TMS)是一種新的無(wú)創(chuàng)式精神 疾病的檢測(cè)和治療方法，其利用置于頭皮上方的磁性線圈產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)在 大腦皮層以及腦內(nèi)部的神經(jīng)組織感生出感應(yīng)電場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而改變細(xì)胞的動(dòng)作電 位，影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)活動(dòng)。與電刺激相比，磁刺激只會(huì)在腦部感應(yīng)出微小電流，不會(huì)產(chǎn) 生劇烈疼痛，基本沒(méi)有不適感，而且它比電刺激技術(shù)更加安全方便，更易為病人接受。這些 優(yōu)點(diǎn)使得經(jīng)顱磁刺激技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用：在臨床應(yīng)用方面，補(bǔ)充了CT和MRI所不能獲 得的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)缺陷的客觀證據(jù)，還可以為腦手術(shù)患者提供快速、低廉的功能定位重要皮質(zhì) 區(qū)的方法。在腦基礎(chǔ)研究方面，使用TMS可以非侵入地關(guān)閉特定皮質(zhì)區(qū)功能以辨識(shí)參與給 定任務(wù)的重要大腦區(qū)；在治療應(yīng)用方面，對(duì)于一些由于神經(jīng)細(xì)胞興奮閾值的改變或異常的 精神疾病，如抑郁癥，精神分裂癥，癲癇等的治療具有顯著效果。
[0003] 然而，該技術(shù)目前還存在一些問(wèn)題，一般的TMS線圈，其刺激的聚焦性，刺激強(qiáng)度 以及刺激效率還存在有待改進(jìn)的問(wèn)題。線圈的聚焦度決定了磁刺激作用的范圍，增強(qiáng)線圈 的聚焦性可以降低無(wú)關(guān)神經(jīng)組織受到刺激的可能。刺激的強(qiáng)度會(huì)影響磁刺激的深度，高的 刺激深度才有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)深顱神經(jīng)組織的有效刺激。同時(shí)，為了提高線圈的刺激強(qiáng)度，需要 加大線圈的充電電流，這樣就會(huì)產(chǎn)生大電流高功率損耗，進(jìn)而限制其走向家用市場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于磁耦合諧振原理的經(jīng)顱磁刺激 系統(tǒng)。其目的之一是利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聚焦性更強(qiáng)的電磁刺激，其目的之二是利用該系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)腦部的深度電磁刺激，其目的之三是實(shí)現(xiàn)高效率的腦部電磁刺激。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，其中： 該系統(tǒng)包括有電路拓?fù)洹⒕€圈拓?fù)?，所述的電路拓?fù)浒ㄓ邢嗷ミB接的源線圈電路單元、刺 激線圈電路單元、調(diào)節(jié)線圈電路單元，所述的線圈拓?fù)浒ㄓ邢嗷ヱ詈系脑淳€圈、刺激線 圈、調(diào)節(jié)線圈。
[0006] 所述的電路拓?fù)涓麟娐穯卧须姼蠶、L2、L3分別與線圈拓?fù)渲械脑淳€圈、刺激線 圈、調(diào)節(jié)線圈相對(duì)應(yīng)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是該基于磁耦合諧振原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)與傳統(tǒng)單線圈經(jīng) 顱磁刺激設(shè)備相比，以某一相對(duì)閾值的表面刺激面積為聚焦性參數(shù)，其聚焦性提高了一半 左右，以所選弧線路徑的最大感應(yīng)電流密度為刺激強(qiáng)度參數(shù)，則其刺激強(qiáng)度提高了 9倍左 右，同時(shí)仿真表明刺激效率提高了 150%。總之，本發(fā)明提出的基于磁耦合諧振原理的經(jīng)顱 磁刺激系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確的靶位刺激，并且刺激深度可以明顯加強(qiáng)，與此同時(shí)保證更 高刺激效率的要求，降低激勵(lì)電流的要求，可推進(jìn)經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的家用化進(jìn)程。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的電路拓?fù)鋱D；
[0009] 圖2為本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的線圈拓?fù)鋱D；
[0010] 圖3為本發(fā)明所提出的磁刺激系統(tǒng)與傳統(tǒng)單線圈經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的刺激聚焦性 的仿真對(duì)比圖；
[0011] 圖4-U4-2為本發(fā)明所提出的磁刺激系統(tǒng)與傳統(tǒng)單線圈經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的刺激 強(qiáng)度的仿真對(duì)比圖。
[0012] 圖中：
[0013] 1、電路拓?fù)?、源線圈電路單元3、刺激線圈電路單元
[0014] 4、調(diào)節(jié)線圈電路單元5、線圈拓?fù)?、源線圈7、刺激線圈
[0015] 8、調(diào)節(jié)線圈11、交流電源
【具體實(shí)施方式】
[0016] 結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
[0017] 本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用磁諧振耦合 系統(tǒng)的頻率敏感性，改進(jìn)傳統(tǒng)經(jīng)顱磁刺激技術(shù)的電路拓?fù)湟约熬€圈拓?fù)?，?shí)現(xiàn)刺激強(qiáng)度、刺 激深度以及刺激效率均滿足要求的靶位刺激。
[0018] 如圖1和圖2所示的本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)的電路拓?fù)?結(jié)構(gòu)和線圈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)包括由源線圈電路 單元2、刺激線圈電路單元3以及調(diào)節(jié)線圈電路單元4組成的電路拓?fù)?和由源線圈6、刺 激線圈7以及調(diào)節(jié)線圈8組成的線圈拓?fù)?。
[0019] 本發(fā)明的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)依賴于磁諧振耦合原理。源線圈 電路單元2、刺激線圈電路單元3以及調(diào)節(jié)線圈電路單元4構(gòu)成了基于磁諧振耦合原理的經(jīng) 顱磁刺激系統(tǒng)的整體電路，它們之間通過(guò)電磁感應(yīng)的原理實(shí)現(xiàn)電能的傳遞。源線圈電路單 元2為源線圈6提供交變的激勵(lì)電流，刺激線圈電路單元3為刺激線圈7提供激勵(lì)電流，調(diào) 節(jié)線圈電路單元4為調(diào)節(jié)線圈8提供激勵(lì)電流。電路拓?fù)?的各電路單元中電感 分別與線圈拓?fù)?中的源線圈6、刺激線圈7、調(diào)節(jié)線圈8相對(duì)應(yīng)。
[0020] 通過(guò)設(shè)計(jì)電路拓?fù)?中源線圈電路單元2、刺激線圈電路單元3以及調(diào)節(jié)線圈電路 單元4的電路參數(shù)，使每個(gè)電路單元都構(gòu)成諧振電路，滿足諧振特性，BP
[0022] 因此，各個(gè)電路單元在工作過(guò)程中同時(shí)發(fā)生諧振，其諧振頻率為交流電源11的供 電頻率ω。。與此同時(shí)源線圈6、刺激線圈7以及調(diào)節(jié)線圈8都可以獲得最大電流值，諧振 電路中無(wú)功功率消耗為零，這樣有益于提高刺激效率。
[0023] 源線圈6、刺激線圈7以及調(diào)節(jié)線圈8為同軸排列，并且源線圈6與刺激線圈7位 于空間同一平面內(nèi)，這種空間結(jié)構(gòu)使得源線圈6與刺激線圈7的耦合系數(shù)較其它排列結(jié)構(gòu) 的耦合系數(shù)大，源線圈6與刺激線圈7的強(qiáng)耦合關(guān)系，保證了刺激線圈7通過(guò)電磁感應(yīng)從源 線圈6獲得較高的能量。刺激線圈7的尺寸較傳統(tǒng)的單線圈大，從而提高刺激深度。圖3 為仿真實(shí)驗(yàn)所得的刺激強(qiáng)度對(duì)比圖，所選弧度路徑為位于線圈平面正交面的頭部模型表面 的弧線，可見基于MRC的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)較傳統(tǒng)單線圈經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)存在明顯的刺激強(qiáng) 度的優(yōu)勢(shì)。
[0024]實(shí)施刺激時(shí)，調(diào)節(jié)線圈8置于刺激靶位的頭皮表面，利用調(diào)節(jié)線圈8的尺寸較傳統(tǒng) 單線圈大的優(yōu)勢(shì)，從而提高了刺激聚焦性。圖4-U4-2為仿真實(shí)驗(yàn)所得的刺激聚焦性對(duì)比 圖，深色部分為超出各自75%最大感應(yīng)電流密度的部分，可見基于MRC的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng) 較傳統(tǒng)單線圈經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)存有明顯的聚焦性優(yōu)勢(shì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，其特征是：該系統(tǒng)包括有電路拓?fù)? (1)、線圈拓?fù)洌?)，所述的電路拓?fù)洌?)包括有相互連接的源線圈電路單元（2)、刺激線圈 電路單元（3)、調(diào)節(jié)線圈電路單元（4)，所述的線圈拓?fù)洌?)包括有相互耦合的源線圈（6)、 刺激線圈（7)、調(diào)節(jié)線圈（8); 所述的電路拓?fù)洌?)各電路單元中電感Q丄2丄3分別與線圈拓?fù)洌?)中的源線圈（6)、 刺激線圈（7)、調(diào)節(jié)線圈（8)相對(duì)應(yīng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，其特征是：所述 的電路拓?fù)洌?)中的源線圈電路單元（2)、刺激線圈電路單元（3)以及調(diào)節(jié)線圈電路單元 (4)，通過(guò)所述每個(gè)電路單元的電路參數(shù)，使每個(gè)電路單元都構(gòu)成諧振電路，工作運(yùn)行時(shí)，源 線圈電路單元（2)、刺激線圈電路單元（3)以及調(diào)節(jié)線圈電路單元（4)同時(shí)發(fā)生諧振，并且 諧振頻率為交流電源（11)的供電頻率ω。，與此同時(shí)源線圈（6)、刺激線圈（7)、調(diào)節(jié)線圈 (8)均能夠獲得最大電流值，諧振電路中無(wú)功功率損耗為零。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，其特征是：所述線 圈拓?fù)洌?)中的源線圈（6)、刺激線圈（7)以及調(diào)節(jié)線圈⑶為同軸排列，源線圈（6)與刺 激線圈（7)位于空間同一平面內(nèi)，并且源線圈（6)套在刺激線圈（7)之中，在實(shí)施刺激時(shí)， 調(diào)節(jié)線圈（8)置于刺激靶位的頭皮表面，對(duì)源線圈（6)通以激勵(lì)電流，實(shí)現(xiàn)經(jīng)顱磁刺激。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于磁諧振耦合原理的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電路拓?fù)浒ㄓ邢嗷ミB接的源線圈電路單元、刺激線圈電路單元、調(diào)節(jié)線圈電路單元，線圈拓?fù)浒ㄓ邢嗷ヱ詈系脑淳€圈、刺激線圈、調(diào)節(jié)線圈。電路拓?fù)涓麟娐穯卧须姼蠰1、L2、L3分別與線圈拓?fù)渲械脑淳€圈、刺激線圈、調(diào)節(jié)線圈相對(duì)應(yīng)本發(fā)明的有益效果是該系統(tǒng)與傳統(tǒng)單線圈經(jīng)顱磁刺激設(shè)備相比，以某一相對(duì)閾值的表面刺激面積為聚焦性參數(shù)，其聚焦性提高了一半左右。以所選弧線路徑的最大感應(yīng)電流密度為刺激強(qiáng)度參數(shù)，則其刺激強(qiáng)度提高了9倍左右，同時(shí)仿真表明刺激效率提高了150％。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確的靶位刺激，并且刺激深度可以明顯加強(qiáng)，與此同時(shí)保證更高刺激效率與降低激勵(lì)電流的要求。
【IPC分類】A61N2/04
【公開號(hào)】CN105251124
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510548177
【發(fā)明人】張鎮(zhèn), 李帥, 李彬, 王江, 鄧斌, 魏熙樂(lè), 于海濤
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日