[發明專利]一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列及其控制方法

有效

• 申請號: 201210119722.X
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102847231A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 葛盛;陳戟;王建朋;楊國;康煒;吳文
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61N2/04
• 分類號: A61N2/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及生物電磁學技術領域，特別是一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列及其控制方法。

背景技術

磁場可以幾乎無損耗地穿透頭顱。經顱磁刺激（TMS）通過在TMS線圈內導入脈沖電流產生交變磁場，磁場穿透頭顱（圖1.a），在被刺激部位下方的大腦皮層誘導出微弱的感應電流（圖1.b,?圖1.c）。如果誘導電流與神經纖維相平行，可以誘導較強的膜電位從而引起神經元細胞活動。目前TMS被廣泛應用于腦科學、認知科學以及臨床醫療領域。

????現有的TMS大都采用單通道o形線圈（如圖1.b所示）或8字形線圈（如圖1.c所示）施加TMS刺激。?o形線圈可以在腦內產生較大范圍的環形磁場；8字形線圈的本質是兩個電流方向相反的o形線圈緊密相連，其產生的電場強度雖然不如o形線圈，但在兩個o形線圈的連接處可以產生較為集中的電流分布。從而可以產生較為集中的刺激。現有的TMS裝置均是采用單通道TMS線圈放置于固定的頭皮位置進行刺激。基于腦科學、認知科學以及臨床醫療領域的研究需求，在全頭范圍內實施多通道TMS刺激已成為發展趨勢。

????一些研究曾嘗試開發多通道TMS線圈，但是這些研究只是將多個單通道TMS線圈簡單地配置在頭顱表面來實現所謂的多通道TMS刺激（圖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）等人的研究小組提出了將多個單通道o形線圈緊密排列組成線圈陣列的概念（圖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）等人的研究小組則提出了分散排列多個單通道o形線圈構成多通道TMS線圈陣列的概念（圖2.(d)(e)）。?GZ.?Xu（The?optimal?design?of?magnetic?coil?in?transcranial?magnetic?stimulation，2005）等人的研究則設想將多個單通道o形線圈在空間加以疊加以形成多通道TMS線圈陣列（圖2.(f)）。

????以上所列舉的方案都沒有擺脫在頭顱表面配置多個單通道o形線圈來實現多通道TMS刺激的思路。由于線圈本身的形狀和尺寸的限制，以及線圈與線圈之間的間隔等制約要素，使得上述方案中線圈陣列中的TMS線圈無法緊密分布，即無法實現高分辨率的線圈配置。

????另一方面，將TMS應用于腦科學研究中，常常需要對同一實驗條件進行多次實驗，而每一次實驗中都需對每個單通道線圈逐個進行精確定位以確保線圈與頭顱，及線圈與線圈的相對位置符合預先設定的要求。上述方案中存在眾多的單通道線圈，對這些TMS線圈逐一加以定位必將導致實際操作的復雜化。這種操作的復雜化也必將極易誘發定位誤差的發生，而這都將大大降低實驗的可重復性。

????此外，上述方案中每個單通道TMS線圈都需要專門的控制單元，多通道必然導致控制單元的復雜化，并將加大成本。