本发明专利技术公开了一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列及其控制方法，该线圈阵列包括一组S方向等间距的直线导线、一组C方向等间距的直线导线和控制单元；S方向和C方向分别对应于大脑的矢状轴和冠状轴，S方向和C方向的两组导线相互垂直交叉且彼此绝缘构成网状线圈阵列，每根直线导线的输入端或输出端均连接一个独立的控制单元；该线圈阵列在空间上弯曲成球面，球面弧度符合人体头颅曲面形状，整个线圈阵列呈头盔形状并覆盖全头范围。利用本发明专利技术的TMS线圈阵列，可以在全头范围内同时产生多个TMS线圈，还可改变刺激面积大小、强度和刺激方式；该线圈阵列可以实现多通道高空间分辨率的TMS刺激，并且可以实现刺激位置和方式的动态可变。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物电磁学
，特别是。
技术介绍
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I. 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I. b，图I. 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ο形线圈(如图I. b所示)或8字形线圈(如图I. c所示)施加TMS刺激。ο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ο形线圈紧密相连，其产生的电场强度虽然不如ο形线圈，但在两个ο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。ー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 ；Focusingand targeting of magneric brain stimulation using multiple coils，1998;Theory of multichannel magnetic stimulation: toward functional neuromuscularrehabilitation，1999)， SL Ho (Optimization of array magnetic coil design forfunctional magnetic stimulation based on improved genetic algorithm，2009)，BY. Han (Multichannel magnetic stimulation system design considering mutualcouplings among the stimulation coils，2004)等人的研究小组提出了将多个单通道ο形线圈紧密排列组成线圈阵列的概念(图2. (a)-(c))。而XM. Wang (Design ofmulti-channel brain magnetic stimulator and ANSYS simulation，2005)矛ロ CH. Im(しomputer—aided performance evaluation of a multichannel transcranial magneticstimulation system，2006)等人的研究小组则提出了分散排列多个单通道ο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 magneticcoil 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。另ー方面，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。最后，也是最重要的一点，即上述TMS线圈设计方案均无法实现刺激类型的动态可变。上述设计方案都是采用了 ο形线圈的排列从而形成多通道线圈阵列。在实际TMS使用过程中，常常希望根据实际需要选择不同的刺激面积和刺激种类(ο形或8字形)。而上述TMS线圈设计方案中线圈的尺寸规格均为固定不变， 线圈类型固定为ο形线圈，这使得刺激面积和种类都无法根据需求实现动态改变。 综上所述，图2中所示的现有的多通道TMS线圈设计方案均存在着分辨率低、线圈定位难、控制单元多以及系统的不易变通性等问题。这成为导致近年来多通道TMS研究停滞的直接原因。而在实施TMS刺激中，根据需要任意地改变刺激部位、刺激方式和刺激强度等动态的研究更是传统方法所无法实现的。本方案针对这一现状，将提出一种新型动态可变多通道TMS线圈阵列设计方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全新的全头型动态可变多通道TMS线圈阵列设计方法和控制技术，利用本方案设计的新型TMS线圈阵列，可以在全头范围内同时产生多个TMS线圈，还可改变刺激面积大小、强度和刺激方式(选择ο形或8字形)。该线圈阵列可以实现多通道高空间分辨率的TMS刺激，并且可以实现刺激位置和方式的动态可变。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列，该线圈阵列包括一组S方向等间距的直线绝缘铜导线、一组C方向等间距的直线绝缘铜导线和控制单元；S方向和C方向分别对应于大脑的矢状轴和冠状轴，S方向和C方向的两组导线相互垂直交叉且彼此绝缘构成网状线圈阵列，每根直线导线的输入端或输出端均连接一个独立的控制单元；该线圈阵列在空间上弯曲成球面，球面弧度符合人体头颅曲面形状，整个线圈阵列呈头盔形状并覆盖全头范围。所述的控制单元用于控制导线的闭合状态、电流的流入或流出方向以及电流强度。TMS线圈之间没有间隔且呈阵列状紧密排列。一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列的控制方法，通过对各个控制单元的控制，在线圈阵列中产生TMS线圈；通过对各个导线的电流方向的控制，控制TMS线圈的种类、规格、尺寸、位置和数量；通过对导线的电流强度的控制，控制TMS线圈产生的刺激强度；通过对导线接入电流的时间节点的控制，控制何时产生TMS刺激。一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列的控制方法，控制TMS线圈种类的方法如下 a)通过对各个导线的电流方向的控制，可以控制在线圈阵列中构成单通道ο形线圈使S方向2根导线和C方向2根导线接通电流，控制电流方向使这4根导线形成的环状区域内的电流同向，即同为顺时针或同为逆时针方向，则可以在线圈阵列中构成单通道ο形线圈；b)通过对各个导线的电流方向的控制，可以控制在线圈阵列中构成单通道8字形线圈8字形线圈是由相邻的2个电流方向相反的ο形线圈形成，通过对各个导线的电流方向的控制，使S方向3根导线和C方向3根导线接通电流，使这6根导线形成两个相邻的环状区域，并使该两相邻环状区域构成45度或1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列，其特征在于：该线圈阵列包括一组S方向等间距的直线导线、一组C方向等间距的直线导线和控制单元；S方向和C方向分别对应于大脑的矢状轴和冠状轴，S方向和C方向的两组导线相互垂直交叉且彼此绝缘构成网状线圈阵列，每根直线导线的输入端或输出端均连接一个独立的控制单元；该线圈阵列在空间上弯曲成球面，球面弧度符合人体头颅曲面形状，整个线圈阵列呈头盔形状并覆盖全头范围。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：葛盛，陈戟，王建朋，杨国，康炜，吴文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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