[实用新型]一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物电磁学技术领域，特别是一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列及其控制方法。

背景技术

磁场可以几乎无损耗地穿透头颅。经颅磁刺激（TMS）通过在TMS线圈内导入脉冲电流产生交变磁场，磁场穿透头颅（图1.a），在被刺激部位下方的大脑皮层诱导出微弱的感应电流（图1.b, 图1.c）。如果诱导电流与神经纤维相平行，可以诱导较强的膜电位从而引起神经元细胞活动。目前TMS被广泛应用于脑科学、认知科学以及临床医疗领域。

    现有的TMS大都采用单通道o形线圈（如图1.b所示）或8字形线圈（如图1.c所示）施加TMS刺激。 o形线圈可以在脑内产生较大范围的环形磁场；8字形线圈的本质是两个电流方向相反的o形线圈紧密相连，其产生的电场强度虽然不如o形线圈，但在两个o形线圈的连接处可以产生较为集中的电流分布。从而可以产生较为集中的刺激。现有的TMS装置均是采用单通道TMS线圈放置于固定的头皮位置进行刺激。基于脑科学、认知科学以及临床医疗领域的研究需求，在全头范围内实施多通道TMS刺激已成为发展趋势。

    一些研究曾尝试开发多通道TMS线圈，但是这些研究只是将多个单通道TMS线圈简单地配置在头颅表面来实现所谓的多通道TMS刺激（图2）。如J. Ruohonen (Multichannel magnetic stimulation: improved stimulus targeting，1996；Focusing and targeting of magneric brain stimulation using multiple coils，1998；Theory of multichannel magnetic stimulation: toward functional neuromuscular rehabilitation，1999），SL. Ho（Optimization of array magnetic coil design for functional magnetic stimulation based on improved genetic algorithm，2009），BY. Han（Multichannel magnetic stimulation system design considering mutual couplings among the stimulation coils，2004）等人的研究小组提出了将多个单通道o形线圈紧密排列组成线圈阵列的概念（图2.(a)-(c)）。 而XM. Wang（Design of multi-channel brain magnetic stimulator and ANSYS simulation，2005）和CH. Im （Computer-aided performance evaluation of a multichannel transcranial magnetic stimulation system，2006）等人的研究小组则提出了分散排列多个单通道o形线圈构成多通道TMS线圈阵列的概念（图2.(d)(e)）。 GZ. Xu（The optimal design of magnetic coil in transcranial magnetic stimulation，2005）等人的研究则设想将多个单通道o形线圈在空间加以叠加以形成多通道TMS线圈阵列（图2.(f)）。

    以上所列举的方案都没有摆脱在头颅表面配置多个单通道o形线圈来实现多通道TMS刺激的思路。由于线圈本身的形状和尺寸的限制，以及线圈与线圈之间的间隔等制约要素，使得上述方案中线圈阵列中的TMS线圈无法紧密分布，即无法实现高分辨率的线圈配置。

    另一方面，将TMS应用于脑科学研究中，常常需要对同一实验条件进行多次实验，而每一次实验中都需对每个单通道线圈逐个进行精确定位以确保线圈与头颅，及线圈与线圈的相对位置符合预先设定的要求。上述方案中存在众多的单通道线圈，对这些TMS线圈逐一加以定位必将导致实际操作的复杂化。这种操作的复杂化也必将极易诱发定位误差的发生，而这都将大大降低实验的可重复性。

    此外，上述方案中每个单通道TMS线圈都需要专门的控制单元，多通道必然导致控制单元的复杂化，并将加大成本。