八字线圈激励下五层球头模型感应电场能量的分布

研究经颅磁刺激(TMS)下人体头部组织内感应电场能量的分布状况,即组织内焦耳热能损耗情况。提出通过感应电能分配率及感应电能集中性两方面因素,研究蚊香型八字线圈激励下头部模型感应电场能量分布情况。利用ANSYS有限元方法建立蚊香型八字线圈,及包含了头皮、头骨、脑脊液、脑灰质和脑白质的五层球头模型,用瞬态分析方法研究感应电场能量分布。仿真结果表明,对线圈施以8 000 A交流电流时,感应电场能量的63.37%消耗于头皮层,其次是脑脊液层上的30.82%,而脑灰质层仅分配了2.6%,而该层能量集中度为15.72%。运用所建立的方法,可为建立逼近于真实条件的头部模型,提高脑神经磁刺激技术聚焦性能和定位性能,提供更加精确的仿真研究结果。

磁刺激八字线圈变形对空间磁场与感应电场分布的影响

在经颅磁刺激中,尽管传统八字线圈的聚焦性要优于圆形线圈的聚焦性,但是八字线圈的两侧边缘产生的磁场与感应电场的峰值仍然较高.设计一种基于折叠变形的八字线圈,通过数值计算分析变形八字线圈空间磁场与感应电场的分布,并与传统八字线圈进行对比.结果表明,当变形八字线圈的折叠角度在45° ～60°范围内时,其中心位置产生的空间磁场和感应电场占传统八字线圈在中心位置的90％左右,而变形线圈两侧产生的空间磁场与感应电场占传统八字线圈两侧的30％左右.因此,在空间磁场和感应电场的聚焦度方面,折叠变形八字线圈均优于传统八字线圈.所提出的折叠变形八字线圈为设计新型经颅磁刺激线圈提供了新的思路.

适用于临床及动物试验的高频重复经颅磁刺激系统设计及其应用

为开展电磁刺激技术在神经调控及神经修复中的应用研究,研制了一种适用于临床及动物试验研究的高频重复经颅磁刺激(rTMS)系统,并利用该系统研究了rTMS对神经递质的影响及对脊髓损伤修复的作用。高频rTMS系统的参数由相关理论分析和仿真计算确定。系统完成后,使用慢性rTMS对SD大鼠进行15d刺激,考察其对大鼠谷氨酸和γ-氨基丁酸能系统的作用。最后,将rTMS系统与踏车训练机同步,研究rTMS对临床脊髓损伤患者康复治疗的作用。测试结果表明:研制的rTMS系统频率为0～15Hz可调,八字(figure-eight)线圈最高磁感应强度为2.5T。动物试验结果表明:慢性rTMS能选择性地调节不同脑区谷氨酸和γ-氨基丁酸含量。临床试验结果表明,rTMS同步踏车训练治疗6周后,训练组患者的运动评分(ASIA)和脊髓损伤步行指数Ⅱ(WISCIⅡ)相比对照组高,两者具有显著性差异。由上述试验结果可知:1)研制的rTMS系统的刺激频率和磁感应强度满足设计要求;2)慢性低频经颅磁刺激可以在某些神经精神疾病类疾病治疗中发挥作用;3)不完全性胸腰段脊髓损伤患者通过经颅磁刺激同步踏车训练后,运动功能恢复可得到一定程度的促进。

基于低温氦气循环换热的TMS内冷系统设计研究

经颅磁刺激线圈工作中伴随大量交流热损耗,文章提出了一种基于低温氦气循环换热设计,以应对TMS线圈应用中不断提高的脉冲电流幅值和频率。本文设计了一种由中空铜线绕制而成的TMS八字形线圈,采用液氮预冷及低温氦气协同冷却的机制实现线圈高效换热,并通过构建传热平衡方程及电磁热流多物理场耦合仿真对TMS线圈的刺激过程进行了分析研究。结果表明,与未加换热时相比,经由氦气换热后的刺激线圈整体热损耗降低了70%,实现了TMS线圈的低损耗与高效换热,验证了基于低温氦气循环换热设计可以在TMS系统中应用。