基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及经颅磁刺激技术，特别是一种基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系 统。
【背景技术】
[0002] 经颜磁刺激（Transcranialmagneticsimulation，TMS)是一种新的无创式精神 疾病的检测和治疗方法，其利用置于头皮上方的磁性线圈产生时变磁场，通过电磁感应在 大脑皮层以及脑内部的神经组织感生出感应电场，产生感应电流，从而改变细胞的动作电 位，影响脑内代谢和神经活动。与电刺激相比，磁刺激只会在脑部感应出微小电流，不会产 生剧烈疼痛，基本没有不适感，而且它比电刺激技术更加安全方便，更易为病人接受。这些 优点使得经颅磁刺激技术得到了广泛的应用：在临床应用方面，补充了CT和MRI所不能获 得的运动神经缺陷的客观证据，还可以为脑手术患者提供快速、低廉的功能定位重要皮质 区的方法。在脑基础研究方面，使用TMS可以非侵入地关闭特定皮质区功能以辨识参与给 定任务的重要大脑区；在治疗应用方面，对于一些由于神经细胞兴奋阈值的改变或异常的 精神疾病，如抑郁症，精神分裂症，癫痫等的治疗具有显著效果。
[0003] 然而，该技术目前还存在一些问题，一般的TMS线圈，其刺激的聚焦性，刺激强度 以及刺激效率还存在有待改进的问题。线圈的聚焦度决定了磁刺激作用的范围，增强线圈 的聚焦性可以降低无关神经组织受到刺激的可能。刺激的强度会影响磁刺激的深度，高的 刺激深度才有可能实现对深颅神经组织的有效刺激。同时，为了提高线圈的刺激强度，需要 加大线圈的充电电流，这样就会产生大电流高功率损耗，进而限制其走向家用市场。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的存在的问题，本发明提供一种基于磁耦合谐振原理的经颅磁刺激 系统。其目的之一是利用该系统实现聚焦性更强的电磁刺激，其目的之二是利用该系统实 现脑部的深度电磁刺激，其目的之三是实现高效率的脑部电磁刺激。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统，其中： 该系统包括有电路拓扑、线圈拓扑，所述的电路拓扑包括有相互连接的源线圈电路单元、刺 激线圈电路单元、调节线圈电路单元，所述的线圈拓扑包括有相互耦合的源线圈、刺激线 圈、调节线圈。
[0006] 所述的电路拓扑各电路单元中电感Q、L2、L3分别与线圈拓扑中的源线圈、刺激线 圈、调节线圈相对应。
[0007] 本发明的有益效果是该基于磁耦合谐振原理的经颅磁刺激系统与传统单线圈经 颅磁刺激设备相比，以某一相对阈值的表面刺激面积为聚焦性参数，其聚焦性提高了一半 左右，以所选弧线路径的最大感应电流密度为刺激强度参数，则其刺激强度提高了 9倍左 右，同时仿真表明刺激效率提高了 150%。总之，本发明提出的基于磁耦合谐振原理的经颅 磁刺激系统能够实现更加准确的靶位刺激，并且刺激深度可以明显加强，与此同时保证更 高刺激效率的要求，降低激励电流的要求，可推进经颅磁刺激系统的家用化进程。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的电路拓扑图；
[0009] 图2为本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的线圈拓扑图；
[0010] 图3为本发明所提出的磁刺激系统与传统单线圈经颅磁刺激系统的刺激聚焦性 的仿真对比图；
[0011] 图4-U4-2为本发明所提出的磁刺激系统与传统单线圈经颅磁刺激系统的刺激 强度的仿真对比图。
[0012] 图中：
[0013] 1、电路拓扑2、源线圈电路单元3、刺激线圈电路单元
[0014] 4、调节线圈电路单元5、线圈拓扑6、源线圈7、刺激线圈
[0015] 8、调节线圈11、交流电源
【具体实施方式】
[0016] 结合附图对本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的结构进行描述。
[0017] 本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的创新点在于利用磁谐振耦合 系统的频率敏感性，改进传统经颅磁刺激技术的电路拓扑以及线圈拓扑，实现刺激强度、刺 激深度以及刺激效率均满足要求的靶位刺激。
[0018] 如图1和图2所示的本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统的电路拓扑 结构和线圈拓扑结构。本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统包括由源线圈电路 单元2、刺激线圈电路单元3以及调节线圈电路单元4组成的电路拓扑1和由源线圈6、刺 激线圈7以及调节线圈8组成的线圈拓扑5。
[0019] 本发明的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统依赖于磁谐振耦合原理。源线圈 电路单元2、刺激线圈电路单元3以及调节线圈电路单元4构成了基于磁谐振耦合原理的经 颅磁刺激系统的整体电路，它们之间通过电磁感应的原理实现电能的传递。源线圈电路单 元2为源线圈6提供交变的激励电流，刺激线圈电路单元3为刺激线圈7提供激励电流，调 节线圈电路单元4为调节线圈8提供激励电流。电路拓扑1的各电路单元中电感 分别与线圈拓扑5中的源线圈6、刺激线圈7、调节线圈8相对应。
[0020] 通过设计电路拓扑1中源线圈电路单元2、刺激线圈电路单元3以及调节线圈电路 单元4的电路参数，使每个电路单元都构成谐振电路，满足谐振特性，BP
[0022] 因此，各个电路单元在工作过程中同时发生谐振，其谐振频率为交流电源11的供 电频率ω。。与此同时源线圈6、刺激线圈7以及调节线圈8都可以获得最大电流值，谐振 电路中无功功率消耗为零，这样有益于提高刺激效率。
[0023] 源线圈6、刺激线圈7以及调节线圈8为同轴排列，并且源线圈6与刺激线圈7位 于空间同一平面内，这种空间结构使得源线圈6与刺激线圈7的耦合系数较其它排列结构 的耦合系数大，源线圈6与刺激线圈7的强耦合关系，保证了刺激线圈7通过电磁感应从源 线圈6获得较高的能量。刺激线圈7的尺寸较传统的单线圈大，从而提高刺激深度。图3 为仿真实验所得的刺激强度对比图，所选弧度路径为位于线圈平面正交面的头部模型表面 的弧线，可见基于MRC的经颅磁刺激系统较传统单线圈经颅磁刺激系统存在明显的刺激强 度的优势。
[0024]实施刺激时，调节线圈8置于刺激靶位的头皮表面，利用调节线圈8的尺寸较传统 单线圈大的优势，从而提高了刺激聚焦性。图4-U4-2为仿真实验所得的刺激聚焦性对比 图，深色部分为超出各自75%最大感应电流密度的部分，可见基于MRC的经颅磁刺激系统 较传统单线圈经颅磁刺激系统存有明显的聚焦性优势。
【主权项】
1. 一种基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统，其特征是：该系统包括有电路拓扑 (1)、线圈拓扑（5)，所述的电路拓扑（1)包括有相互连接的源线圈电路单元（2)、刺激线圈 电路单元（3)、调节线圈电路单元（4)，所述的线圈拓扑（5)包括有相互耦合的源线圈（6)、 刺激线圈（7)、调节线圈（8); 所述的电路拓扑（1)各电路单元中电感Q丄2丄3分别与线圈拓扑（5)中的源线圈（6)、 刺激线圈（7)、调节线圈（8)相对应。2. 根据权利要求1所述的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统，其特征是：所述 的电路拓扑（1)中的源线圈电路单元（2)、刺激线圈电路单元（3)以及调节线圈电路单元 (4)，通过所述每个电路单元的电路参数，使每个电路单元都构成谐振电路，工作运行时，源 线圈电路单元（2)、刺激线圈电路单元（3)以及调节线圈电路单元（4)同时发生谐振，并且 谐振频率为交流电源（11)的供电频率ω。，与此同时源线圈（6)、刺激线圈（7)、调节线圈 (8)均能够获得最大电流值，谐振电路中无功功率损耗为零。3. 根据权利要求1所述的基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统，其特征是：所述线 圈拓扑（5)中的源线圈（6)、刺激线圈（7)以及调节线圈⑶为同轴排列，源线圈（6)与刺 激线圈（7)位于空间同一平面内，并且源线圈（6)套在刺激线圈（7)之中，在实施刺激时， 调节线圈（8)置于刺激靶位的头皮表面，对源线圈（6)通以激励电流，实现经颅磁刺激。
【专利摘要】本发明提供一种基于磁谐振耦合原理的经颅磁刺激系统，该系统的电路拓扑包括有相互连接的源线圈电路单元、刺激线圈电路单元、调节线圈电路单元，线圈拓扑包括有相互耦合的源线圈、刺激线圈、调节线圈。电路拓扑各电路单元中电感L1、L2、L3分别与线圈拓扑中的源线圈、刺激线圈、调节线圈相对应本发明的有益效果是该系统与传统单线圈经颅磁刺激设备相比，以某一相对阈值的表面刺激面积为聚焦性参数，其聚焦性提高了一半左右。以所选弧线路径的最大感应电流密度为刺激强度参数，则其刺激强度提高了9倍左右，同时仿真表明刺激效率提高了150％。该系统能够实现更加准确的靶位刺激，并且刺激深度可以明显加强，与此同时保证更高刺激效率与降低激励电流的要求。
【IPC分类】A61N2/04
【公开号】CN105251124
【申请号】CN201510548177
【发明人】张镇, 李帅, 李彬, 王江, 邓斌, 魏熙乐, 于海涛
【申请人】天津大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月31日