本文關鍵詞：深部經顱磁刺激腦內感應電場分布的仿真研究與線圈設計

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【摘要】：經顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)是一種無創(chuàng)的神經刺激技術,已應用于多種精神類疾病和神經系統疾病的診斷與治療。研究表明,抑郁癥、自閉癥、精神分裂等精神障礙或疾病的發(fā)病機制與深部腦組織功能異常有關,但是目前的磁刺激技術和線圈僅適合對淺層皮質的刺激,難以對深部組織形成有效的刺激。本文研究的深部經顱磁刺激技術旨在增加刺激深度,同時盡量避免對淺層皮質產生影響。本文首先提出了一種基于MRI數據建立真實頭部模型的方法,在此基礎上建立了平行頭部外輪廓的H型線圈模型。通過H型線圈的仿真研究,分析頭皮、大腦深部邊緣系統的電場分布,結果顯示H型線圈產生的電場在頭皮不聚焦,但在邊緣系統的前部,即前扣帶回區(qū)域聚焦。為評估H型線圈的刺激深度,定義頭皮-邊緣系統感應電場峰值之比作為評估參數。通過優(yōu)化H型線圈導線的間隔,提高其深部特性。優(yōu)化結果顯示前額葉前面導線數量為4,間隔為前面導線分布范圍的三分之一時；前額葉側面導線數量為7,間隔為側面導線分布范圍六分之一時；前額葉上面導線間隔為5-6mm時,取得較好深部特性。在此基礎上,本文還對8字線圈、H型線圈、雙錐線圈、Halo線圈,以及H-Halo組合線圈的深度特性進行了比較,其中Halo線圈和H-Halo組合線圈還比較了電流方向對引起的電場分布和刺激深度特性的影響。結果發(fā)現Halo線圈(電流同向)、H型線圈、H-Halo組合線圈(電流同向)的深部特性較好。Halo線圈和H-Halo組合線圈電流同向時,同時增強頭皮電場和邊緣系統電場強度,但邊緣系統電場強度增加較多；Halo線圈和H-Halo線圈電流反向時,同時減弱頭皮電場和邊緣系統電場強度,邊緣系統電場強度減弱較多,但是Halo線圈和H-Halo組合線圈的反向電流可以明顯減弱眼眶附近的電場強度,減弱了電場對眼部和面部組織影響。最后,本文分別采用電感系數法和能量法計算了線圈的電感。對于規(guī)則線圈,直接通過解析函數進行線圈電感的計算；對于非規(guī)則線圈,由能量法計算出線圈產生的磁場能量,再得到線圈電感。本文制作了一款與磁刺激儀匹配的刺激線圈,檢測結果表明利用此方法設計的線圈電感的理論值和測量值基本一致。綜上所述,本文提出了一種深部磁刺激中真實頭模型的建模方法,提出了H型線圈優(yōu)化方案,為深部磁刺激仿真研究及線圈設計提供了有益思路。與此同時,本文還提出了一種針對復雜結構的線圈的電感計算方法,并進行了相應的仿真和制作,為磁刺激線圈產品化提供了理論支撐。
【關鍵詞】：深部經顱磁刺激 真實頭模型 H型線圈 線圈電感
【學位授予單位】：北京協和醫(yī)學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441;R741
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-15
• 1.1 深部經顱磁刺激研究背景9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-12
• 1.3 問題提出12-13
• 1.4 研究目的與研究內容13-15
• 1.4.1 研究目的13
• 1.4.2 研究內容13-15
• 第二章 深部經顱磁刺激基本原理15-23
• 2.1 經顱磁刺激的神經電生理基礎15-17
• 2.1.1 神經細胞結構基礎15-16
• 2.1.2 動作電位的產生機制16-17
• 2.1.3 動作電位的傳導17
• 2.2 深部經顱磁刺激的理論基礎17-22
• 2.2.1 深部經顱磁刺激基本原理17-20
• 2.2.2 深部經顱磁刺激線圈設計原則20-21
• 2.2.3 電磁場數值計算方法和過程21-22
• 2.3 小結22-23
• 第三章 基于真實頭部的H型線圈模型研究23-37
• 3.1 真實頭部電導率模型的建立23-30
• 3.1.1 頭部生理結構基礎23-24
• 3.1.2 真實頭部電導率模型的建模方法24-30
• 3.2 基于真實頭部電導率模型的H型深部磁刺激線圈建立30-35
• 3.2.1 H型線圈的結構特點30-31
• 3.2.2 Ansys建模方法簡介31-32
• 3.2.3 H型線圈建模步驟32-35
• 3.3 有限元模型的建立與優(yōu)化35-36
• 3.4 小結36-37
• 第四章 H型線圈在腦內的感應電場分布及線圈優(yōu)化37-54
• 4.1 H型線圈在顱內電場分布特點37-39
• 4.1.1 單匝H型線圈在顱內的電場分布37-38
• 4.1.2 完整H型線圈在顱內的電場分布38-39
• 4.2 H型線圈的結構優(yōu)化39-44
• 4.2.1 比較函數建立40
• 4.2.3 導線間隔優(yōu)化40-44
• 4.3 深部線圈電場分布的比較44-53
• 4.3.1 線圈的建模44-45
• 4.3.2 線圈在頭部產生的電場分布45-52
• 4.3.3 線圈的深度特性比較52-53
• 4.4 小結53-54
• 第五章 經顱磁刺激線圈電感的計算方法54-62
• 5.1 計算線圈電感方法54-55
• 5.2 圓形線圈的電感計算55-57
• 5.3 8字線圈的電感計算57-61
• 5.3.1 能量法求解線圈電感的理論分析57-58
• 5.3.2 8字線圈設計58
• 5.3.3 能量法計算電感的影響因素58-60
• 5.3.4 8字線圈參數設計60-61
• 5.4 小結61-62
• 第六章 總結和展望62-64
• 6.1 論文工作總結62-63
• 6.2 問題與展望63-64
• 參考文獻64-69
• 發(fā)表文章69-70
• 致謝70

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 李錦彪,王健,任玉民,劉永勝;干式空心電抗器阻抗參數計算的能量法[J];變壓器;1998年06期

2 李金山,陳喬夫;箔式空心電抗器電感及損耗計算[J];變壓器;1998年08期

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本文編號：944325