PDF《经颅磁刺激硬件电路改进研究》

经颅磁刺激硬件电路改进研究 杨龙成1 , 孙连海1 , 胡俊1 , 张娇1 , 刘腊梅2 ( 1.

成都师范学院 计算机科学学院, 成都

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3 0;

2. 永宁小学, 成都

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3 0 ) * 摘要:文章对影响感应磁场强度大小的因素进行剖析, 在传统经颅磁刺激电路的设计基础上, 对于系统安全 的提升供电电压、 实现长期稳定工作、 缓解电路发热等指标进行优化.给储能电容分步充电的创新式设计, 提高了 磁刺激的频率.经过调试, 最终达到在5

0 0 V 高压供电情况下, 刺激线圈中产生频率为1

0 0 H z的脉冲电流. 关键词:磁感应强度, 经颅磁刺激, 优化, 频率 d o i :

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6 9 / j . i s s n .

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9 5-5

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7 中图分类号: T N

9 1 1. 7;

R

3 1 8.

0 2 文献标志码: A 文章编号:

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0 7 1引言 自1

9 8 5年B a r k e r等人研制出第一台经颅磁刺激( T r a n s c r a n i a lM a g n e t i cS t i m u l a t i o n , 简称 TM S ) 仪, 七 年后第一台重复磁刺激仪问世.至今, 经颅磁刺激已经广泛应用于各个神经科领域, 其应用效果也已得到国 内外证实[ 1, 2] .2

0 0 5年我国自主研制的经颅磁刺激仪填补了该领域的技术空白.但是, 我国的经颅磁刺激 技术还处于早期阶段, 对于 TM S的硬件还有很多方面需要提高[ 3-5] .很多文献都表明[ 6-8] , 在磁刺激电 路的设计上, 对提升电路供电电压、 提高刺激频率存在难度, 以及回路发热量大也是影响经颅磁刺激设备使 用安全性的重要因素.所以对传统经颅磁刺激设备进行改进就显得较为重要, 从设备的性能方面出发, 应该 向高压大脉冲电流、 较快的刺激频率以及较小的电路发热量几方面改进. 本文对于传统的经颅磁刺激仪的硬件电路进行改进, 对电路各元器件进行耐压耐流的性能优化, 提升电 路供电电压, 实现在交流电压有效值达5

0 0 V 的高压下的稳定运作;

设计整流滤波电路模块, 优化滤波效果, 缓解整流桥的发热;

设计对储能电容分步充电的控制电路, 增加开关控制管, 提高磁刺激的工作频率. 2硬件电路选择与设计的理论依据 经颅磁刺激技术是对大容量的电容进行充电, 利用开关器件迅速动作来控制电容器向刺激线圈放电, 在 刺激线圈表面产生1到4T( t e s l a , 特斯拉) 的脉冲磁场.脉冲磁场在人体组织细胞内会引发感应电场, 当感 生电流大于组织的兴奋阀值时, 会引起细胞膜去极化, 使组织兴奋. TM S利用刺激线圈中快速变化的电流产生时变磁场刺激可兴奋细胞.其最根本的物理学原理是电磁 感应.为计算感应线圈周围的电场分布, 将圆环线圈的中心设为坐标原点进行计算, 线圈所在平面为 X OY 平面, 线圈的轴作为Z坐标轴, 设线圈半径为a , 如图1所示.

7 8 第3 4卷第7期Vol.34成都师范学院学报 J OUR NA LO FCHE N G DU NO RMA LUN I V E R S I T Y

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1 8年7月Jul.2018*收稿日期:

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0 7 基金项目: 四川省教育厅科研项目 计算智能 (

1 5 T D

0 0

3 8 ) 作者简介: 杨龙成(

1 9

8 8―) , 男, 四川剑阁人, 助教, 硕士, 研究方向: 计算电磁学、 计算机技术应用等;

孙连海(

1 9

7 4―) , 男, 山西临县人, 实验师, 硕士, 研究方向: 计算机技术应用;