文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
经颅磁刺激系统磁场分析与线圈阵列优化设计
姓名:侯会娟
申请学位级别:硕士
专业:生物医学工程
指导教师:徐桂芝
20061201
河北工业大学硕士论文
经颅磁刺激系统磁场分析与线圈阵列优化设计

摘要

经颅磁刺激(Transcranial ic Stimulation,TMS)技术是 20 世纪 80 年代中期发展
起来的用于大脑皮层刺激的新方法。磁刺激技术是由随时间变化的磁场无接触的通过空间
耦合进入人体组织内部,产生感应电流刺激组织细胞。与电刺激相比,它具有安全、有效、
无痛、无损伤、易于重复及操作简单等优点,是一种非侵入的刺激方法。磁刺激技术已被
广泛应用于精神疾病的治疗及脑功能研究。
TMS 技术具有自身的优势和潜在的应用价值,但是线圈产生的磁场空间分布很广泛,
聚焦性差,不能很准确的刺激目标区域。在磁刺激应用过程中,只有掌握了各种不同的线
圈产生磁场的聚焦特性,设计和制造出具有良好聚焦性的磁刺激线圈,才能够有效地对单
个或多个目标区域进行准确刺激,而不激活周围组织。
为了解决这些问题,本论文主要进行了以下工作:
1) 根据电磁场基本理论,利用有限元分析软件 ANSYS,对锥形线圈以及“8”字形
线圈的磁场进行研究。
2) 将 MATLAB 软件和 ANSYS 软件相结合,编写线性回归算法和改进的遗传算法程
序,由 ANSYS 平台提供有限元分析结果。经过计算,得出最优的线圈阵列电流组合,并
利用 ANSYS 软件验证结果,得到了聚焦性很好的线圈阵列。

关键词:经颅磁刺激,有限元法,遗传算法,线圈阵列

i
经颅磁刺激系统磁场分析与线圈阵列优化设计
IC FIELD ANALYSIS OF
TRANSCRANIAL IC STIMULATION
AND OPTIMIZATION DESIGN OF COIL ARRAY

ABSTRACT

Transcranial ic stimulation(TMS) is a new method to stimulate cortical which deveoped in
the middle of 80 times in the 20th century. The technique can intactly stimulate excitable tissues with
electric currents induced by time-varying ic fields. Comparing with electric stimulation, it
has the performance of painless, valid, safe and easy to repeat and operate. It is a new method of
non-invasive stimulation. Now it has been widely used in the treatment of psychiatric and brain
research.
Despite TMS has advantages and potential applications, the ic fields generated by
conventional coil design have large spatial extent, leading to excitation of diverse structure with
a lack of localization in the target tissues. In the ic stimulation, we can stimulate single or
multi targets precisely only after we know the focalization of all kinds of coils and after we
design and fabricate coils that can produce extremely localized fields.
To solve these problems, The main research works are as follows:
1) According to elementary ic theory, the ic fields in the cone coil