CN101947359A - 一种磁场刺激器及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁场刺激器，包括刺激拍和冷却装置，冷却装置包括内冷线圈、冷却介质和对冷却介质进行冷却的冷却循环单元，内冷线圈具有第一入口和第一出口，并设置于刺激拍中，冷却循环单元设置有第二入口和第二出口，第一出口与第二入口连接，第一入口与第二出口连接，冷却介质在内冷线圈和冷却循环单元构成的通路中流动。本发明还公开了一种磁场刺激器的冷却方法。本发明采用内冷线圈和冷却装置，冷却介质在内冷线圈和冷却装置中循环从而带走热量，使得整个刺激拍能得到持续冷却，提高了刺激拍的工作稳定性，并在实际临床应用中能连续使用，使用中也避免了外置水冷的高压漏电危险，提高了安全性。

Description

一种磁场刺激器及其冷却方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域技术，尤其涉及一种磁场刺激器及其冷却方法。

背景技术

神经系统疾病，特别是神经系统电生理的疾病是目前发病率较高的疾病，如癫痫病等以往人们是凭经验或者用电刺激的方法来检测此类疾病的发病区，但电刺激很疼痛，并有组织损伤。1985年一位叫贝克的科学家在全世界第一次推出了一种新设备一经颅磁场刺激器。它是根据电磁感应的原理，将电容器中的电流释放到一组线圈(刺激线圈)中，通过刺激线圈在人体神经组织中产生感应电场，从而诱发神经反应电位，来检测神经系统的功能。这种经颅磁场刺激器与电刺激相比有很多优点，比如：应用方便、无损伤、无接触、无疼痛。所以这一技术很快地得到了广泛的应用。

现在的经颅磁场刺激是刺激线圈内瞬间(几百微秒)通过数千安培的脉冲电流，根据电磁感应原理，线圈周围产生垂直于线圈平面的脉冲磁场，瞬变的磁场可以无损耗通过头皮和颅骨，在大脑内部产生于刺激线圈相反的感应电流，如果电流的强度达到神经纤维的阈电位，便可引起细胞膜电位的去极化，而引起中枢神经的兴奋。这一现象同样发生在外周神经，由于磁场刺激通过人体无衰减，无损伤，无疼痛，无接触，磁场刺激的本质是体内感应电流的电刺激，但明显优于电刺激。因此广泛应用于神经科学的研究，临床医学的诊断、治疗和康复。磁场刺激的原理是用直流高压电源向储能电容充电，用可控硅作为电子开关向刺激线圈放电，巨大的脉冲电流使线圈产生强大的脉冲磁场，瞬变的磁场接近人体时可以使组织内部产生感应电流，从而引起神经细胞兴奋，肌肉收缩，激素分泌，触突调制等一系列生物效应。

目前人们发现用这一技术可以检测神经的运动控制电生理，还可以找出瘫痪病人及癫痫病人的脑病变部位，还可以让盲人看到光亮，可以让聋哑人听到声音等等。此外，这种技术还可能治疗某些疾病，如癫痫病等。但是目前这种系统的磁场强度范围窄，一般为0～2特斯拉，主要原因是刺激线圈中的电流强度很大，容易产生热的副效应。对设备而言，一个方面，刺激线圈的发热会导致刺激线圈电阻的增大，间接导致了磁场强度的衰减。另一个方面，刺激线圈发热会加速其老化，降低其使用寿命。

所以散热问题是目前急需解决的问题。

现有技术中对于刺激线圈发热的问题处理方式有三种：

(1)采用两个刺激线圈轮流工作，发热即取下，换上另外一个，同时对发热的刺激线圈采用冰水或冰箱强制外冷。此方法缺点明显：刺激线圈发热非常之快，需要轮番拆装，非常之麻烦，而且增加了高压放电接触不良的风险，冷却效果不是很好；

(2)外置风冷，即在刺激线圈的表面安装风扇。该方法也有其缺点：首先，风扇的安装导致其刺激线圈的体积过于庞大、重量过重，在临床中很难做到手控操作；其次，由于刺激线圈的一面安装有散热风扇，只能在刺激线圈的另外一面形成有效刺激，不能做到刺激线圈的双面有效刺激；第三，由于采用的外冷却方式，冷却效果不是很好；

(3)外置水冷，其特点跟外置风冷类似，即在刺激线圈的一个面安装有水冷循环系统。其缺点跟风冷一样。另外外置水冷增加了高压漏电的风险。

现有技术需要改进和提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全可靠、冷却效率高、能连续使用的磁场刺激器。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述磁场刺激器的冷却方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种磁场刺激器，包括刺激拍和冷却装置，所述冷却装置包括内冷线圈、冷却介质和对所述冷却介质进行冷却的冷却循环单元，所述内冷线圈具有第一入口和第一出口，并设置于所述刺激拍中，所述冷却循环单元设置有第二入口和第二出口，所述第一出口与所述第二入口连接，所述第一入口与所述第二出口连接，所述冷却介质在所述内冷线圈和所述冷却循环单元构成的通路中流动。

其中所述内冷线圈为单根管材绕制的单层或多层螺旋线圈。

其中所述单根管材的截面为圆形、椭圆形、正方形或长方形中的任意一种。

其中所述冷却介质为液体或气体。所述液体包括酒精、蒸馏水、去离子水、变压器油或柴油中的任意一种，所述气体包括空气、液氮或干冰中的任意一种。

其中所述冷却循环单元包括用于对所述冷却介质进行冷却的冷却器和用于泵出所述冷却介质的冷却泵，所述冷却器的入口与所述第二入口连接、出口与所述冷却泵的入口相连接，所述冷却泵的出口与所述第二出口连接。

其中所述冷却循环单元还包括容纳所述冷却介质的第一容器，所述冷却器的出口与所述第一容器的入口连接，所述第一容器的出口与所述冷却泵的入口连接。

其中所述冷却泵的出口还设置有监测压力的第一监测仪；所述冷却循环单元还包括用于监测流量的第二监测仪，所述冷却器的出口通过所述第二监测仪与所述第一容器的入口连接。

其中所述冷却循环单元还包括气泵和单向阀，所述气泵通过所述单向阀分别与所述第二出口和所述冷却泵的出口连接。

其中所述冷却装置还包括用于探测所述内冷线圈温度并控制所述冷却循环系统工作的温度控制单元，所述温度控制单元的一端与所述第一出口连接，另一端与所述冷却循环单元连接。

一种磁场刺激器的冷却方法，包括：使冷却介质在预设压力和预设流量的控制下在内冷线圈和冷却装置中循环往复地流动，所述预设压力包括不超过10个大气压的压力，所述预设流量包括不超过3升/分的流量。上述方法还包括：通过温度传感器监测温度，当温度超过预设温度时，通过温度控制器启动冷却装置工作或增大流量。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

(1)本发明采用内冷线圈和冷却装置，冷却介质在内冷线圈和冷却装置中循环从而带走热量，使得整个刺激拍能得到持续冷却，提高了刺激拍的工作稳定性，并在实际临床应用中能连续使用，使用中也避免了外置水冷的高压漏电危险，提高了安全性；

(2)本发明的内冷线圈采用单根管材绕制成螺旋形，既增大了内冷线圈与刺激拍的接触面积而使冷却效果得以提高，又简化了绕制加工的难度；

(3)本发明的冷却介质可以使用液体或气体，使得冷却装置存在选择的多样性；

(4)本发明的冷却装置设置了第一容器以容纳冷却介质，使得系统在运输前可以将冷却介质存储在该容器中，从而降低了冷却介质泄漏的风险，进一步提高了安全性和便利性；

(5)本发明的冷却泵出口设置有第一监测仪以监测管道中的压力，防止系统过压和失压，确保系统正常工作，提高了系统工作的稳定性；

(6)本发明的冷却循环单元设置了监测流量的第二监测仪，能够监测管道中的冷却介质流量，保证其流动畅通、稳定，防止堵塞，进一步提高了系统稳定性；

(7)本发明的冷却循环系统还设置了气泵和单向阀，在系统需要运输和转移时，通过气泵将内冷线圈中的冷却介质驱赶到第一容器中，多余的气体通过第一出气口排出，提高系统维护和运输的适应性；

(8)本发明通过温度控制单元对温度进行探测并对冷却循环系统进行控制，使得刺激器工作在设定的温度范围中，进一步提高了系统工作的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为根据本发明磁场刺激器的一个实施例的结构示意图；

图2a为根据本发明磁场刺激器的另一个实施例的内冷线圈的结构示意图；

图2b为根据本发明磁场刺激器的另一个实施例的内冷线圈的结构示意图；

图3为根据本发明磁场刺激器的再一个实施例的结构原理图；

图4为根据本发明磁场刺激器冷却方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合示出本发明原理的附图提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。

图1示出根据本发明磁场刺激器的一个实施例的结构示意图，包括：刺激拍10和冷却装置20。该冷却装置20包括内冷线圈21、冷却介质22和对该冷却介质22进行冷却的冷却循环单元23，该内冷线圈21具有第一入口211和第一出口212，并设置于刺激拍10中。该冷却循环单元23设置有第二入口231和第二出口232，第一出口212与第二入口231连接，第一入口211与第二出口232连接，冷却介质22在内冷线圈21和冷却循环单元23构成的通路中流动。

图2a、图2b示出根据本发明磁场刺激器的另一个实施例的内冷线圈的结构示意图。内冷线圈21可以为单根管材绕制的单层或多层螺旋线圈。单根管材的截面可以为圆形、椭圆形、正方形或长方形中的任意一种。内冷线圈21的绕制中，选用充当导线的管状型材，然后采用特殊夹具将管状型材绕制成图2a所示的自由形状，然后再对图2a所示形状的线圈施加外力，将图2a所示形状的线圈压平成图2b所示形状。本实施例中，内冷线圈21为双层螺旋结构，其优点是增大了线圈的散热面积。内冷线圈21的管形为圆形，圆形的优点是：成型简单，冷却介质流动阻力小。也可以采用椭圆形、正方形或长方形，椭圆形优点是：成型简单，线圈整体尺寸容易控制，冷却介质22流动阻力小。正方形或长方形优点是：成型较简单，线圈整体尺寸容易控制。

冷却介质22流过内冷线圈21时带走管材内壁的热量，给内冷线圈21降温，内冷线圈21又与刺激拍10进行热交换，从而最终达到冷却刺激拍10的目的。根据本发明的一种实现方式，冷却介质22可以为液体或气体。液体包括酒精、蒸馏水、去离子水、变压器油或柴油中的任意一种。气体包括空气、液氮或干冰中的任意一种。若选用液体作为冷却介质22，则可采用封闭系统，液体介质可以循环使用。若采用气体作为冷却介质22，则需要采用流量控制阀控制高压气体流经内冷线圈21的流量，气体最终排入大气，因为是开放系统，气体介质需要补充。

在相同的条件下，采用外冷方式其冷却面积约为刺激拍10非工作面的面积，而采用内冷方式其冷却面积约为线圈的管材截面内周长与螺旋线长度的乘积。经过比较，内冷方式的冷却面积约为外冷方式的冷却面积的4倍。其冷却效果大大提高。

图3示出根据本发明磁场刺激器的再一个实施例的结构原理图，包括：包括刺激拍10、内冷线圈21、冷却介质22、对冷却介质22进行冷却的冷却循环单元23、温度控制单元24、快速接头25和软管26，内冷线圈21设置于刺激拍10内部，设置有第一入口211和第一出口212，冷却循环单元23设置有第二入口231和第二出口232，第一出口212与第二入口231通过软管26和快速接头25连接，第一入口211与第二出口232通过软管26和快速接头25连接，冷却介质22在内冷线圈21和冷却循环单元23构成的通路中流动，本实施例中冷却介质22为液体。温度控制单元24的一端与第一出口212连接，另一端与冷却循环单元23控制连接。

一种实施方式，内冷线圈21为图2a、图2b示出的多层螺旋线圈。

冷却循环单元23包括用于对冷却介质22进行冷却的冷却器233、用于泵出冷却介质22的冷却泵234、第一监测仪235、第一容器236、第二监测仪237、气泵238和单向阀239。冷却器233的入口与第二入口231连接、出口通过第二监测仪237与第一容器236的入口连接，冷却器233可以采用现有技术中的热交换冷却装置，如冷凝器等，本实施例采用散热片和风扇的实施方式。第二监测仪237用于监测系统冷却介质22的流量，保证冷却介质22在冷却通路中流动畅通、稳定，防止堵塞。第一容器236的出口与冷却泵234的入口连接，其出口处设置有第一过滤器，第一容器236上还设置有第一出气口。该第一容器236用于密封储存冷却介质22，防止冷却介质22在运输、系统工作时溢出，一种实施方式，容器体积控制在4升以内，第一出气口的孔径设置在2毫米以下，供更换刺激拍10时排空冷却介质22时使用。冷却泵234的出口与第二出口232连接，其出口处设置第一监测仪235，进行压力监测和控制，防止系统过压和失压，确保系统正常工作。气泵238和单向阀239连接在冷却泵234和第二出口232之间，用于防止更换刺激拍10时冷却介质22流失，使用时停止冷却泵234并启动气泵238工作，压缩充气将刺激拍10和管道中的冷却介质22排空至第一容器236中，密封容器236上开有的第一出气口，方便将多余气体排出。

快速接头25是为了使刺激拍10装卸方便而设计的，其为复合式，其中可包括冷却介质22的流动管道(2道)和控制导线(4道)的快速连接。

温度控制单元24包括相互连接的温度传感器241和温度控制器242，温度传感器241与第一出口212连接以探测温度，温度控制器242与冷却循环单元23连接。温度控制单元24还可显示系统冷却介质22的温度，同时控制冷却器233工况，保证冷却器233最佳冷却效果，确保冷却介质22温度不超过预设温度。预设温度可根据实际需要来设定，在本实施例中，预设温度可以为45℃，当然该预设温度也可根据需要设定为其他值。

图4示出根据本发明磁场刺激器冷却方法的一个实施例的流程图，其采用图3示出的磁场刺激器的冷却装置20，包括：

步骤402：冷却泵234从第一容器236中泵出冷却介质22；

步骤404：冷却介质22压力由第一监测仪235进行压力监测和控制；

步骤406：冷却介质22经过快速接头25、软管26、第一入口211而进入刺激拍10；

步骤408：冷却介质22在刺激拍10内吸收热量由第一出口212流出，再通过软管26、快速接头25经过冷却器233冷却后回至第一容器236中。

本实施例中预设压力包括不超过10个大气压(1MPa)的压力，预设流量控制在不超过3升/分的范围内，在第一出口212处冷却介质的温度控制在摄氏45度以下。

该冷却方法工作可靠，可以很好地解决刺激拍10中因电流强度很大容易产生热的副效应的问题，使其可以长时间稳定的工作。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁场刺激器，包括刺激拍(10)和冷却装置(20)，其特征在于，所述冷却装置(20)包括内冷线圈(21)、冷却介质(22)和对所述冷却介质(22)进行冷却的冷却循环单元(23)，所述内冷线圈(21)具有第一入口(211)和第一出口(212)，并设置于所述刺激拍(10)中，所述冷却循环单元(23)设置有第二入口(231)和第二出口(232)，所述第一出口(212)与所述第二入口(231)连接，所述第一入口(211)与所述第二出口(232)连接，所述冷却介质(22)在所述内冷线圈(21)和所述冷却循环单元(23)构成的通路中流动。

2.如权利要求1所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却循环单元(23)包括用于对所述冷却介质(22)进行冷却的冷却器(233)和用于泵出所述冷却介质(22)的冷却泵(234)，所述冷却器(233)的入口与所述第二入口(231)连接、出口与所述冷却泵(234)的入口相连接，所述冷却泵(234)的出口与所述第二出口(232)连接。

3.如权利要求2所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却循环单元(23)还包括容纳所述冷却介质(22)的第一容器(236)，所述冷却器(233)的出口与所述第一容器(236)的入口连接，所述第一容器(236)的出口与所述冷却泵(234)的入口连接。

4.如权利要求3所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却泵(234)的出口还设置有监测压力的第一监测仪(235)；所述冷却循环单元(23)还包括用于监测流量的第二监测仪(237)，所述冷却器(233)的出口通过所述第二监测仪(237)与所述第一容器(236)的入口连接。

5.如权利要求4所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却循环单元(23)还包括气泵(238)和单向阀(239)，所述气泵(238)通过所述单向阀(239)分别与所述第二出口(232)和所述冷却泵(234)的出口连接。

6.如权利要求1所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却装置(20)还包括用于探测所述内冷线圈(21)温度并控制所述冷却循环系统(23)工作的温度控制单元(24)，所述温度控制单元(24)的一端与所述第一出口(212)连接，另一端与所述冷却循环单元(23)连接。

7.如权利要求1所述磁场刺激器，其特征在于，其中所述内冷线圈(21)为单根管材绕制的单层或多层螺旋线圈。

8.如权利要求7所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述单根管材的截面为圆形、椭圆形、正方形或长方形中的任意一种。

9.如权利要求1所述的磁场刺激器，其特征在于，其中所述冷却介质(22)为液体或气体；所述液体包括酒精、蒸馏水、去离子水、变压器油或柴油中的任意一种；所述气体包括空气、液氮或干冰中的任意一种。

10.一种使用如权利要求1至9任一所述的磁场刺激器的冷却方法，其特征在于，包括：使冷却介质在预设压力和预设流量的控制下在内冷线圈和冷却装置中循环往复地流动，所述预设压力包括不超过10个大气压的压力；所述预设流量包括不超过3升/分的流量；还包括：通过温度传感器监测温度，当温度超过预设温度时，通过温度控制器启动冷却装置工作或增大流量，所述预设温度为摄氏45度。

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