经颅磁刺激电磁场分析及线圈设计的研究

论文摘要

经颅磁刺激技术通过将磁场施加于人脑来影响大脑的机能,从而达到诊断或治疗的目的。随着经颅磁刺激技术在各个领域内的广泛应用,研究经颅磁刺激中电磁场便显得尤为必要。针对经颅磁刺激特点,本文主要在经颅磁刺激电磁场环境仿真,线圈不同绕法和参数分析,线圈组电磁场研究三个方面进行了深入研究。首先是模拟电磁场环境。这涉及到3个主要部分的建模问题:人的头部,线圈,电路。利用真人头部核磁共振图像作为原始数据,按照灰度阈值将不同人体组织轮廓提取出来构成真实头模型,再经过后期平滑处理和有限元网格剖分将其转化为头部有限元模型。提出一种螺旋线式建模方法对各种不同绕法线圈进行有限元建模。磁刺激仪电路也被转化为有限元模型,与由头部有限元模型和线圈有限元模型组成的电磁场一起进行电路电磁场耦合分析。其次通过详细分析蚊香型,螺旋线型,混合式线圈,八字形线圈的电磁场表现,总结出它们的相同点和不同点,并得出混合式线圈性能最优且能替代八字形线圈的结论。然后对混合式线圈的各个参数在电磁场的作用进行总结,并以此为理论基础设计出经颅磁刺激电磁场分析系统,实现对经颅磁刺激电磁场的自动分析,并根据使用者的需求自动提供可用于实际制作的线圈参数。最后通过分析线圈组的电磁场,发现线圈组在控制磁刺激范围,提高磁刺激深度方面要优于单线圈系统。119导脑部磁刺激仪的设计便充分利用了线圈组的优势。将119个小线圈按照刺激部位密布于头部周围,通过控制需要的线圈组工作,从而实现不同的功能。线圈磁场检验试验表明:实际测量值与仿真分析值基本吻合,系统提供的线圈参数可靠,能够满足临床线圈设计的需要。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁疗
• 1.2.1 磁疗概念
• 1.2.2 磁疗作用机理
• 1.2.3 磁疗对人体的影响
• 1.3 国内外研究现状与进展
• 1.3.1 经颅磁刺激的现状与进展
• 1.3.2 经颅磁刺激电磁场的研究现状与进展
• 1.4 本文的研究目的和主要工作
• 第二章 磁场和有限元理论
• 2.1 磁场
• 2.1.1 磁场理论基础
• 2.1.2 磁场类型
• 2.2 有限元理论
• 2.2.1 场域剖分与单元分析
• 2.2.2 总体系数矩阵的形式
• 2.2.3 有限元分析工具
• 第三章 大脑和电路有限元模型的建立
• 3.1 大脑模型的建立
• 3.1.1 三维重建头模型
• 3.1.2 头部有限元模型
• 3.2 电路有限元模型
• 3.3 小结
• 第四章 不同绕法线圈的电磁场分析
• 4.1 不同绕法线圈
• 4.1.1 线圈与大脑的摆放位置
• 4.1.2 不同绕法线圈的有限元建模
• 4.1.3 线圈参数的选择
• 4.2 不同绕法线圈电磁场分析
• 4.2.1 蚊香式线圈
• 4.2.2 螺旋管式线圈
• 4.2.3 混合式线圈
• 4.2.4 八字形线圈
• 4.3 不同绕法线圈电磁场比较
• 4.3.1 相同点
• 4.3.2 不同点
• 4.4 小结
• 第五章 经颅磁刺激电磁场分析系统的设计
• 5.1 线圈参数对电磁场的影响
• 5.1.1 电路性质参数
• 5.1.2 几何参数
• 5.1.3 性质参数
• 5.2 磁场检验实验
• 5.3 经颅磁刺激电磁场分析系统的设计
• 5.3.1 分析系统总体设计
• 5.3.2 电磁场自动分析模块设计
• 5.3.3 线圈参数自动获取模块设计
• 5.4 小结
• 第六章 线圈组电磁场分析及其应用
• 6.1 线圈组电磁场分析
• 6.1.1 多线圈
• 6.1.2 多线圈电磁场分析
• 6.1.3 线圈组线圈个数的确定
• 6.2 线圈组的应用
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.1.1 本文主要工作
• 7.1.2 主要成果和创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢