【摘要】：經(jīng)顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是腦科學(xué)研究和臨床治療中的主流神經(jīng)刺激技術(shù)之一,主要原理為借助高壓脈沖電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場在顱內(nèi)誘發(fā)感應(yīng)電場,進而刺激神經(jīng)細(xì)胞以達到神經(jīng)調(diào)控的目的。H線圈是經(jīng)顱磁刺激深部線圈中的一種典型代表,主要利用矢量疊加的原理達到刺激大腦深部組織的目的。當(dāng)前的H線圈研制成本高,設(shè)計難度大,且主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)頭模型設(shè)計H線圈的輪廓,在線圈結(jié)構(gòu)固定的情況下所形成的感應(yīng)磁場固定。但是因每個受試者的頭部輪廓存在差異,且不同疾病的病變靶區(qū)也各不相同,因此,探究如何在線圈結(jié)構(gòu)和機器輸出不變的情況下調(diào)控H線圈在顱內(nèi)誘發(fā)的感應(yīng)電場的聚焦性能和刺激強度具有重要意義。本文借助ANSYS有限元分析軟件,建立了基于真實頭部電導(dǎo)率模型的H線圈模型,并在不同位置建立了高磁導(dǎo)率模型、高電導(dǎo)率模型以及導(dǎo)磁塊導(dǎo)電塊綜合模型,通過仿真結(jié)果對比分析了不同模型的聚焦體積、聚焦位置、刺激強度和深度特性等參數(shù)。結(jié)果表明,在不同位置增加導(dǎo)磁塊或者導(dǎo)電塊模型后,可以顯著提高或者降低模型下方顱內(nèi)的感應(yīng)電場強度,而對其他位置影響較小,降低H線圈在淺層皮質(zhì)的聚焦體積,對深度特性影響不大,基于該結(jié)果建立導(dǎo)磁塊導(dǎo)電塊綜合模型后,可以同時發(fā)揮導(dǎo)磁塊和導(dǎo)電塊各自的優(yōu)勢,顯著提高“窗口”所在位置的感應(yīng)電場強度,同時降低其他區(qū)域的感應(yīng)電場強度,進一步提高H線圈的聚焦特性,同時減少對大腦淺層皮質(zhì)的損傷,但會略微降低H線圈的深度特性,影響不明顯。此外,本文還進行了線圈繞制的物理參數(shù)、加工工藝、外殼和模具設(shè)計等方面的探索,進行了 8字、錐形和H線圈繞制,搭建了磁場測試平臺,對繞制的三種線圈進行了三維磁場測試和對比分析。結(jié)果表明,8字線圈可以聚焦于線圈中心較小區(qū)域,聚焦性能好,但深度特性較差,錐形線圈的聚焦區(qū)域大于8字線圈,但深度特性要優(yōu)于8字線圈,H線圈在頭部兩側(cè)和前額部分都會出現(xiàn)聚焦區(qū)域,聚焦性較差,但是深度特性最好。綜上所述,本文提出了一種在H線圈結(jié)構(gòu)固定且不增加機器輸出的情況下調(diào)控H線圈在顱內(nèi)誘發(fā)感應(yīng)電場的聚焦特性和刺激強度的方案,并探索了線圈的繞制工藝,為經(jīng)顱磁刺激H線圈顱內(nèi)電場調(diào)控和研制提供依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R741.05;TM15
【圖文】：

邐中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院碩士學(xué)位論文邐逡逑第二章經(jīng)顱磁刺激原理與有限元分析方法逡逑２．１經(jīng)顱磁刺激理論基礎(chǔ)逡逑２．１．１經(jīng)顱磁刺激神經(jīng)電生理基礎(chǔ)逡逑從微觀層面來說，自然界中的一切生命體都是由分子和原子構(gòu)成的，原子和逡逑分子間通過電磁作用相互組合，因此生命體內(nèi)的各種相互作用具有電磁特征。神逡逑經(jīng)細(xì)胞中包含運動電荷，其細(xì)胞膜內(nèi)所含有的糖、蛋白、脂等生物分子均帶電，逡逑在細(xì)胞膜的內(nèi)外表面存在Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＇邋Ｃｒ等大量離子，以及Ｋ＋、Ｎａ＋、逡逑Ｃａ：Ｔ的離子通道和水通道，具有復(fù)雜的電磁特性。在細(xì)胞靜息狀態(tài)下常見離子的逡逑通透性如圖２－１所示。逡逑

作電位產(chǎn)生的時間非常短暫，通常只有１？２ｍｓ，Ｎａ＋離子通道迅速關(guān)閉，Ｋ＋離子逡逑通道打開，極短的作用時間也保證了動作電位無法進行逆向傳導(dǎo)。神經(jīng)沖動的傳逡逑導(dǎo)過程如圖２－２所示。逡逑第一個動作電位逡逑－邐－邐＋邐＋邐＋邐＋逡逑＾＾＇邐＂邐＝邐：￣逡逑—邐—邐—邐—逡逑－邐＇邐－邐＋邐攀＂＂＂＋邐＋邐＋逡逑第二個動詐電位逡逑：下．上逢丨；＇逡逑＋邋？．．邐－？邐＋邐－邐＇邐－邐＋邐＋逡逑等逡逑Ｔ邐第三P櫟縹誨義希危危掊澹村五�？邋＋逦逦－逦｜逦￣辶x希卞危澹薄邋危鍘觥義希澹澹澹煎澹薄哄澹у澹哄義賢跡玻蠶赴つ諭舛韉縹淮煎義希稿義

本文編號：2776445