经颅磁刺激理论研究及磁诱导睡眠仪刺激线圈设计

论文摘要

经颅磁刺激技术是一种无创、无痛地刺激人体中枢及周围神经组织的新技术。它利用低频的时变磁场将体外的能量间接传输到人体内的神经系统。在过去几十年的发展过程中,经颅磁刺激已经广泛应用到众多医学和临床研究中。本文首先以人体头部球状模型为基础,分别在球坐标和柱坐标系下对任意位置磁刺激线圈在头部的感应电场理论计算公式进行了推导,为以后的仿真研究奠定了基础。利用ANSYS有限元分析软件,由核磁共振成像获得的头部断层图片构造了真实头部三维有限元电磁场数值计算模型,在此基础上对磁刺激时头部磁场和感应电场的分布情况进行了研究。对常用的圆形、8字形线圈,圆形阵列线圈这三种类型线圈在磁刺激头部时的磁场和感应电场分布和影响进行了求解和分析。根据睡眠调节机理,确定磁诱导睡眠仪线圈刺激部位,以此确定所需要的磁场强度和分布形式。结合第三章有限元分析结果选定线圈形状。应用有限元分析软件ANSYS,在二维状态下对线圈的尺寸进行分析,确定线圈的几何参数。根据临床需要确定工艺指标,结合电路和磁场理论计算,设计了磁刺激睡眠诱导仪的刺激线圈。最后利用数字特斯拉计,测量设计线圈空间各点的磁感应强度,以获得的真实的磁场分布,与理论计算值作对比,验证设计的正确性。通过简单的临床试验,证明了磁诱导睡眠仪的疗效,反映了刺激线圈设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 经颅磁刺激技术的研究意义及研究现状
• 1.2.1 磁刺激技术的作用原理
• 1.2.2 经颅磁刺激技术的研究意义
• 1.2.3 经颅磁刺激感应电场的研究现状
• 1.3 经颅磁刺激技术的应用
• 1.3.1 经颅磁刺激技术的发展
• 1.3.2 经颅磁刺激技术应用于失眠治疗的必要性和发展
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 经颅磁刺激理论基础与感应电场计算
• 2.1 引言
• 2.2 生物电磁场研究理论基础
• 2.3 经颅磁刺激感应电场的计算
• 2.3.1 球坐标系下求解
• 2.3.2 柱坐标系下感应电场求解
• 2.4 计算结果与分析
• 第三章 大脑真实头模型下对不同形状线圈的仿真分析
• 3.1 ANSYS工作原理
• 3.1.1 ANSYS操作模式选择
• 3.1.2 ANSYS分析方法选择和操作流程
• 3.2 真实头模型的建立
• 3.3 真实头模型下不同形状的线圈仿真分析
• 3.3.1 圆形线圈仿真分析
• 3.3.2 8 字形线圈仿真分析
• 3.3.3 圆形阵列线圈仿真分析
• 3.3.4 不同形状线圈仿真结果对比分析
• 第四章 磁诱导睡眠仪线圈设计
• 4.1 磁诱导睡眠仪作用机理
• 4.1.1 睡眠的神经调节机制
• 4.1.2 磁诱导睡眠仪刺激位置的选择
• 4.2 磁诱导睡眠仪线圈参数设计
• 4.2.1 线圈形状的选择
• 4.2.2 线圈直径的选取
• 4.2.3 线圈工艺的选择
• 4.2.4 线圈匝数的计算
• 4.2.5 刺激线圈电路参数计算
• 4.3 小结
• 第五章 实验与结论
• 5.1 磁场测量实验
• 5.1.1 实验设备
• 5.1.2 实验方法设计
• 5.1.3 实验结果
• 5.2 初步临床实验
• 5.2.1 材料与方法
• 5.2.2 实验结果
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢