[發明專利]一種用于經顱磁刺激的四線圈結構及其應用

有效

• 申請號: 201710817412.8
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107485787B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 王為民;王春忠;張元冬
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61N2/02
• 分類號: A61N2/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 賈曉玲

本發明公開了一種用于經顱磁刺激的四線圈結構及其應用，屬于經顱磁刺激領域。本發明包括呈正方形結構的四個相鄰的小線圈、兩個儲能電容和12個繼電器，每個小線圈獨立引出正、負兩條引線；每個儲能電容的正極引出線分別接一個可控硅作為放電開關；兩個儲能電容控制不同的繼電器或繼電器組合給不同的小線圈或小線圈組合供電。采用本發明可以對人腦的多個部位的磁刺激焦點同時刺激，滿足復雜的磁刺激需要。

技術領域

本發明屬于經顱磁刺激領域，特別涉及一種用于經顱磁刺激的四線圈結構及利用該結構實現的磁刺激焦點控制方法。

背景技術

當前，國內外現有的經顱磁刺激主要采用圓環線圈和“8”字形線圈進行刺激，圓環線圈的生理作用區域為線圈下方的環帶狀區域，“8”字形線圈的生理作用區域為“8”字中心,通常把“8”字中心的作用區域稱為“磁刺激焦點”，所以“8”字形線圈比圓環線圈有更好的聚焦性。在經顱磁刺激的臨床研究中，發現人腦的生理活動由大腦皮層多個區域共同起作用協同完成的，因此在臨床應用上，對某些腦功能疾病治療的磁刺激需要對多個區域刺激，僅僅依靠“8”字線圈對一個腦功能區域進行刺激不能滿足需要。

多焦點經顱磁刺激系統能夠對多個腦功能區同時或者交替進行刺激，需要多通道高壓電源、多焦點刺激的線圈結構和相應的控制軟件共同實現。現有的多通道磁刺激技術，如名稱為多導腦部磁刺激的專利(申請號200510015749.4)，名稱為多個刺激線圈的經顱磁場刺激器的專利(申請號200810046759.8)，以及名稱為用于經顱磁刺激的多路高壓脈沖電源發生器的專利(申請號201510069014.3)中都公開了其工作方式為：n組高壓模塊對n個儲能電容充電；主控模塊控制n組放電開關模塊，使n個儲能電容對外接的n個刺激線圈放電。

目前，本領域缺少實用化的同時實現多焦點經顱磁刺激線圈結構，有以下幾方面原因：一是磁刺激線圈內的瞬態電流很高，峰值電流甚至達到5000安培以上，兼顧發熱和載流，因此線圈導線截面不能太細，也不宜太粗，太粗繞制困難，一般線圈導線在6-12平方毫米為宜；第二，磁刺激線圈的脈沖磁場一般要能到達1.5特斯拉以上，感應電場要能達到60V/m以上，因此需要選擇合適的線圈參數，如果線圈的尺寸太小，不能達到生理閾值要求；而頭部表面積有限，布置的線圈數目不會很多，因此也不宜太大；第三，由于瞬態電流很高，線圈的焦點選通控制電路比較復雜。專利(申請號201220171951.1)提出一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，采用直導線網格作為磁刺激線圈，這樣的線圈電感量太小，很難產生滿足生理閾值刺激強度的脈沖磁場和感應電場。而專利(申請號200510015749.4)公開的多導腦部磁刺激儀則具有128個刺激線圈，每個線圈均為直徑20mm，高20mm的圓柱線圈，線圈由0.58mm的漆包線繞制，繞有324匝，這個方案線圈尺寸太小、電感量太大、電流上升速度不夠，無法產生足夠高的脈沖磁場和感應電場；另外導線太細，難以承載大的瞬態電流。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出一種經顱磁刺激的四線圈結構，可以對人腦的多個部位實現交替或同時刺激。

本發明提供一種用于經顱磁刺激的四線圈結構(參考圖1)，其特征在于，四線圈結構由呈正方形結構的四個獨立的小線圈組成，兩個相鄰的圓線圈的切點區域為磁刺激焦點，每個小線圈獨立引出正、負兩條引線，還有兩個儲能電容和12個繼電器；每個儲能電容的正極引出線分別接一個可控硅作為放電開關；兩個儲能電容控制不同的繼電器或繼電器組合給不同的小線圈或小線圈組合供電。

本發明小線圈是指導線經過盤繞若干匝后呈空心的圓柱狀結構。其中導線的截面積范圍6-12平方毫米。空心的圓柱狀小線圈的內直徑范圍是20-40毫米；外直徑范圍是40-60毫米；高度范圍是6-12毫米。