文档介绍：北京协和医学院;中国医学科学院
硕士学位论文
磁刺激脑内感应电场聚焦性的仿真研究与线圈优化设计
姓名:蒲莉娜
申请学位级别:硕士
专业:生物医学工程
指导教师:殷涛;刘志朋
20090501
摘要重复性经颅磁刺激在脑功能检查、诊断以及治疗方面的临床效果已经得到了建立磁刺激过程静电场分布的精确数学模型,解决磁刺激过程中感应电场在人体的参数还包括感应电场最大值、半宽度等参数,因此本文提出了比较感应电场聚本论文运用作为仿真工具,在所建立感应电场和静电场数学模型的惺笛椋允匝榻峁头抡娼峁辛吮冉希笛槭萁虾玫牡匮橹ち吮疚电场检测越来越多的验证,且因其无创性等优点受到越来越多的关注,提高磁刺激中脑内电场分布的聚焦性是磁刺激中的一项关键技术,与感应电场分布特性密切相关的激励线圈研究更成为一个热点。目前,大部分针对磁刺激激发感应电场的研究都建立在半无界平面上,少数研究建立在二层球头模型或三层球头模型基础上,而且未考虑球面电荷和电流分布产生的静电场。本论文中,提出运用模拟人体头部结构的五层球模型进行脑神经磁刺激感应电场聚焦性研究,将头部结构近似为由头皮、颅骨、脑脊液、脑灰质和脑白质构成的五层球模型,在该模型的基础上,考虑了人体头部不同组织的电介质成分,结合高斯定理和电流连续性原则,作为拉普拉斯方程中的边界条件,头部各组织不同界面上的电荷分布问题。文中运用软件作为仿真工具,对半无界平面、三层球头模型和五层球头模型的感应电场分布进行计算和比较分析。目前对于感应电场聚焦性的分析基本局限于半宽度和电场最大值这两项参数独立地定性线圈的聚焦性。本文中,考虑到人体头皮分布着大量痛觉神经,而刺激靶位置定位于脑皮质层,因而在脑皮质层要达到刺激强度同时要降低人体头皮处的电场强度,因此提出了衰减度函数。而且,在磁刺激过程中影响聚焦性能焦性能的比较函数毛,用于更加科学统一地比较不同线圈的聚集性能和进一步优化线圈参数。基础上,精确计算磁刺激过程中人体脑部的电场分布,用比较函数毛进行线圈参数仿真优化,基于此得到了最佳聚焦线圈的参数值。在仿真结果的基础上,本文搭建电场检测电路,利用磁刺激器所建数学模型的正确性。无疑,本论文成果将对磁刺激技术发展及线圈研制有理论指导意义。关键词:重复经颅磁刺激,感应电场,球头模型,静电场,拉普拉斯,边界条件,,比较函数,
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第一章引言研究背景问题的提出⑾志菲じ哐沟绱碳と舜竽栽动皮质区可以诱发对应支配区的肌肉收缩U庵旨际鹾罄幢挥美醇觳庹J苁者和评价各种神经系统疾病的中枢运动传导通路。然而,经颅电刺激让人感觉不健康人运动皮质区相应的头皮上,观察到手肌抽动,而且通过表面电极在小指外展肌记录到运动皮质诱发电位,引。这种方法后来被称较轻或无痛、且非接触地刺激人脑和神经【浚朔说绱碳さ娜钡悖芸斐晌R恢=,甚至疼痛难以忍受,故其应用受到限制。辏珺冉矫嫦呷χ糜为经颅磁刺激琓J┘覶时人体疼痛感人体更容易接受的刺激脑部神经的方法,从而使运动控制和皮质功能及脑的生理、病理等方面的研究进入了新时代。目前作为常规手段应用于临床的磁刺激技术是瞬⑷認变化的脉冲高强磁场,最大磁场强度为提高到最高达莆V馗淳糯碳瑀,年代末,美国的臼紫壬隼粗馗淳糯碳て庵执碳て髅棵可以产生个脉冲,并在年出现了第一台高频磁刺激器。有学者认为,该方法有望作为无创手段代替实验,为癫痫病人语言中枢定位【,及治疗包括帕金森病等的运动系统功能障碍【俊>笛橹っ鳌具有一些生物学效应,如影旱槿现9δ堋⒀杂锕δ芗扒樾鞯龋绕涫遣捎酶咂德蕆碳左侧前额叶皮质和低频率刺激右侧前额叶皮质,可以改善抑郁状态⋯:笳咭鹆司窨蒲А⑸窬蒲А⒒∫窖Ш凸ü惨窖ад叨詒男巳ぁ年,美国国立卫生研究所在流行病学责任区对怀赡耆私辛检查,发现抑郁症的终生患病率为%¨制,年后再次检查了位社区人群,发