专利名称：双8字形经颅磁刺激线圈的制作方法
双8字形经颅磁刺激线圈
技术领域：
本发明属于经颅磁刺激技术领域，特别涉及一种双8字结构经颅磁刺激线圈。背景技术：
经颉磁刺激(Transcranialmagnetic stimulation,简称TMS)是一种无创生物刺激技术，它利用时变磁场产生感应电场，引起生物电流在组织中传导，进而使得神经纤维、神经元和肌肉去极化，用以改变皮层神经细胞的动作电位，影响脑内代谢和神经电活动，因此可以用以治疗相当一部分神经和精神疾病。目前可以利用TMS进行治疗的疾病包括失语症、耳鸣、帕金森症、肌张力障碍、肌萎缩性(脊髓)侧索硬化、癫痫、偏头痛、言语障碍症、半侧空间忽略、幻肢痛、慢性疼痛、强迫症等。另外它还可以关闭特定皮层区的活动，实现大脑局部功能的虚拟性损毁。经颅磁刺激仪可分为两个部分脉冲电流产生电路和刺激线圈。刺激线圈的各项参数是整个磁刺激装置的核心。为了能准确有效地刺激指定部位，对线圈产生的磁场的强度、刺激深度和聚焦度都提出了很高的要求。另一方面，从研究生理效应的角度来看，也需要准确量化线圈的各项参数。磁刺激的聚焦度决定了磁刺激仪的刺激选择能力。高聚焦度可以缩小刺激范围，增加刺激针对性，减少无关神经组织受到刺激的可能。刺激深度决定了磁刺激仪能够保持一定刺激强度的距离。只有高刺激深度才有可能实现对深颅神经组织的有效刺激。然现有8字形线圈(butterfly coil)聚焦度不足，造成刺激范围大，针对性不强的问题，无关神经组织受到刺激的可能性大。
发明内容本发明的目的在于提供一种具有更高聚焦度的双8字形经颅磁刺激线圈，提升了经颅磁刺激的效果，以解决传统8字形线圈聚焦度不足的问题。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种双8字形经颅磁刺激线圈，由第一 8字形线圈和第二 8字形线圈连接组成，空间上第一 8字形线圈和第二 8字形线圈的中心重合；且第二 8字形线圈的两个半径为Ri的圆形线圈位于对应的第一 8字形线圈的两个半径为Ro的圆形线圈内，其中Ro > Ri。本发明进一步的改进在于Ri Ro= (0. 4 0. 5) :1。本发明进一步的改进在于Ri Ro=0. 5:1。本发明进一步的改进在于第二 8字形线圈的匝数Ni与第一 8字形线圈的匝数No之比为(I 10) :1。本发明进一步的改进在于第一 8字形线圈和第二 8字形线圈位于同一平面内。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明一种双8字形经颅磁刺激线圈，通过在传统8字形线圈内部设置两个半径更小的圆形线圈，并通过布置导体空间位置、内外线圈半径以及内外线圈匝数以提高线圈刺激的聚焦度；刺激范围集中，针对性强，无关神经组织受到刺激的可能性显著降低。
图I是不同刺激深度时的8字形线圈和双8字形线圈(Double-butterfly coil)的HPR比较图；图2是本发明所述双8字形线圈结构图；图3是一种经颅磁刺脉冲激发生电路示意图；图4是双8字线圈在一定深度上产生的感应电场大小分布图；图5是不同刺激深度时，线圈HPR与内外绕组匝数比值的关系图；、
图6是外绕组半径为3. 5cm时，HPR与Ni/No和Ri/Ro的关系图。
具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。请参阅图2所示，本发明一种双8字形经颅磁刺激线圈，由两个不同绕组半径的8字形线圈连接组成，两个不同绕组半径的8字形线圈位于同一平面内，空间上两个8字形线圈的中心重合，两个线圈内流过同一个电流I，电流I方向在中心处同向，起到加强中心处场强的作用。双8字形经颅磁刺激线圈连接在一个脉冲电源之后，在电流作用下产生高聚焦度的交变磁场，可以用于进行经颅磁刺激的实验和治疗。本发明双8字形线圈可以使用各种金属导线绕制而成，采用不屏蔽电磁场的方式使线圈排列成图2结构。本发明双8字形经颅磁刺激线圈与传统8字形线圈相比，通过布置导体空间位置、内外线圈半径以及内外线圈匝数达到提高聚焦度的目的。请参阅图4所示，为本发明双8字线圈在一定深度上产生的感应电场大小分布，可以看出本发明双8字线圈的感应电场分布与8字线圈形状类似，但是主峰更窄，有利于提高聚焦度。双8字形经颅磁刺激线圈内外绕组半径分别为Ri、Ro，内外绕组匝数为Ni、No，为了量化聚焦度，引入半幂值区域(HalfPower Region, HPR)，即电场幅值为最大值衰减_3dB处的所有点组成的区域的面积，HPR越小，则聚焦度越好。比较双8字形经颅磁刺激线圈和8字形线圈的聚焦度，计算不同刺激深度上的HPR值，其中，8字形线圈的半径为3. 5cm,匝数为4匝；双8字形经颅磁刺激线圈选择优化参数，即Ro=3. 5cm, Ri=2cm, No=4, Ni=8,结果如图I所示；刺激深度从Icm到4cm变化时，双8字形经颅磁刺激线圈的HPR始终比8字形的要小，说明双8字形经颅磁刺激线圈的聚焦度要优于8字形线圈的聚焦度。在此给出一些参考，例如取Ro=3. 5cm, Ri=2. 0cm，刺激深度H分别取2. 0cm, 3. Ocm和4.0cm，I=5kA，f=10kHz，Ni/No取I到10。HPR结果如图5所示，可见，刺激深度越深，HPR越大，聚焦度越差；当内外绕组匝数比值增加时，其HPR减小,但减小的速度随匝数增加而放缓，因此，为了尽可能提高双8字形线圈的聚焦度，应使内绕组匝数稍多于外绕组匝数。若取 Ro=3. 5cm, H=3. 0cm, I=5kA，f =IOkHz, Ni/No 取 I 到 10，Ri/Ro 取 0. I 到 0. 9，如图 6 所示，对于一定的Ni/No，当Ri/Ro接近0. 5时，HPR取得最小值。Ni/No接近10时，使HPR取得最优值的Ri/Ro接近0. 4，当Ni/No接近I时，使HPR取得最优值的Ri/Ro接近0. 5。为了达到最好的聚焦度，建议采用Ri/Ro=0. 5。将线圈连接到脉冲发生电路时要注意引线的长度和布置方法，尽量简单，以免影响到线圈效果。在此给出一种脉冲发生电路，如图3所示，L为双8字形线圈；(是充电电容，R是限流电阻，D是整流二极管，这些元件组成了整流充电回路。由控制电路发出的控制 信号触发晶闸管导通，使电容对线圈放电，产生正弦单脉冲电流，用于经颅磁刺激。
权利要求
1.ー种双8字形经颅磁刺激线圈，其特征在干，由第一 8字形线圈和第二 8字形线圈连接组成，空间上第一 8字形线圈和第二 8字形线圈的中心重合；且第二 8字形线圈的两个半径为Ri的圆形线圈位于对应的第一 8字形线圈的两个半径为Ro的圆形线圈内，其中Ro> Ri0
2.根据权利要求I所述的双8字形经颅磁刺激线圈，其特征在干，Ri=Ro= (O. 0.5)Io
3.根据权利要求I所述的双8字形经颅磁刺激线圈，其特征在于，RiRo=0. 5 :1。
4.根据权利要求I所述的双8字形经颅磁刺激线圈，其特征在于，第二8字形线圈的匝数Ni与第一 8字形线圈的匝数No之比为(Γ10) :1。
5.根据权利要求I所述的双8字形经颅磁刺激线圈，其特征在于，第一8字形线圈和第ニ 8字形线圈位于同一平面内。
全文摘要
本发明涉及一种双8字形经颅磁刺激线圈，由第一8字形线圈和第二8字形线圈连接组成，空间上第一8字形线圈和第二8字形线圈的中心重合；且第二8字形线圈的两个半径为Ri的圆形线圈位于对应的第一8字形线圈的两个半径为Ro的圆形线圈内，其中Ro＞Ri。本发明一种双8字形经颅磁刺激线圈，通过在传统8字形线圈内部设置两个半径更小的圆形线圈，并通过布置导体空间位置、内外线圈半径以及内外线圈匝数以提高线圈刺激的聚焦度；刺激范围集中，针对性强，无关神经组织受到刺激的可能性显著降低。
文档编号A61N2/04GK102727997SQ20121021060
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者李江涛, 梁铮, 艾庆遥 申请人:西安交通大学