CN109200472A - 通过导电块导磁块调控h线圈颅内场分布的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及H线圈颅内场分布领域，尤其涉及通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法及装置。包括：获取包含边缘系统的真实头部模型；根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。本发明可以实现在H线圈固定的情况下，通过调整外部导电块导磁块模型的物理参数，调控颅内感应电场分布情况，为H线圈优化提供一定的参考与思路。

Description

通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法及装置

技术领域

本发明涉及H线圈颅内场分布领域，尤其涉及通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法及装置。

背景技术

经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation ，TMS）是英国谢菲尔大学的Barker等人于1985年首先创立的一种神经系统的磁刺激技术。其基本原理是在刺激线圈中通入时变电流，使线圈周围的空间产生感应磁场，该磁场作用于神经组织产生相应的感应电流，当感应电流超过该区域的神经刺激阈值时，能够使神经细胞去极化，形成诱发电位，从而影响脑内代谢和神经电活动。随着研究的深入和经颅磁刺激技术的发展，用于浅层刺激的圆形线圈、8字线圈已不能满足深部刺激的需求，深部刺激应运而生。H线圈是目前深部刺激线圈研究的一个热点。

H线圈的结构复杂，主要利用感应电场矢量叠加的原理，加强在深部靶组织中的感应电场。其设计原则为：底座为主要刺激部分，需要尽量让电流平行切向头皮，最小化非切向头皮的电流部分，以减少在组织交界面的积累电荷，这些积累电荷阻碍并减少电场的渗透深度；而突出回路和连接部分需远离刺激目标区域，减弱对目标区域的影响。对于当前的H线圈而言，在H线圈固定的情况下，其形成的感应磁场分布固定，只能通过调整输出电流控制强度，无法实现对其形成的感应磁场以及在颅内形成的感应电场的局部控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，包括：

获取包含边缘系统的真实头部模型；

根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

优选的，所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，还包括：

判断所述真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性：

若满足，将所述电场分布作为所述真实头部模型的目标电场分布；

若不满足，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

优选的，获取包含边缘系统的真实头部模型，具体包括：

所述真实头部模型包括真实头部结构模型和真实头部电导率模型；其中，通过磁共振成像或CT数据建立包含边缘系统的所述真实头部结构模型，在有限元分析软件中建立包含边缘系统的所述真实头部电导率模型。

优选的，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布，具体包括：

在有限元软件中通过网格划分，将所述真实头部模型、所述H线圈模型分割成有限个单元，建立可进行数值计算的有限元模型；在所述有限元模型上进行加载求解，得到所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

优选的，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布，还包括：

在所述H线圈模型的回路部分加入所述导电块模型，在底座部分加入所述导磁块模型，进行有限元分析求解，得到不同所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数下所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布；

进行相关性分析，得到所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数与所述真实头部模型的电场分布的内在关系。

通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，包括：

获取模块，获取包含边缘系统的真实头部模型；

第一建立模块，根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

第二建立模块，在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

第三建立模块，在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

计算模块，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

优选的，通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置还包括：

判断模块，判断所述真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性：

若满足，将所述电场分布作为所述真实头部模型的目标电场分布；

若不满足，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

优选的，所述获取模块，具体用于：

所述真实头部模型包括真实头部结构模型和真实头部电导率模型；其中，通过磁共振成像或CT数据建立包含边缘系统的所述真实头部结构模型，在有限元分析软件中建立包含边缘系统的所述真实头部电导率模型。

优选的，所述第三建立模块，具体用于：

在有限元软件中通过网格划分，将所述真实头部模型、所述H线圈模型分割成有限个单元，建立可进行数值计算的有限元模型；在所述有限元模型上进行加载求解，得到所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

优选的，所述第三建立模块，还用于：

在所述H线圈模型的回路部分加入所述导电块模型，在底座部分加入所述导磁块模型，进行有限元分析求解，得到不同所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数下所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布；

进行相关性分析，得到所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数与所述真实头部模型的电场分布的内在关系。

本发明通过增加导电块导磁块调控H线圈颅内场分布分布的方法，运用有限元的方法模拟H线圈在真实头模型中产生的颅内场分布情况和深度特性，在H线圈底座部分增加导磁块，在H线圈回路部分增加导电块，通过调整导电块导磁块的电阻率、相对磁导率、厚度、截面积、位置等物理参数，增大颅内对应区域的感应电场强度，并调控聚焦区域；从而实现在H线圈固定的情况下，通过调整外部导电块导磁块模型的物理参数，调控颅内感应电场分布情况，为H线圈优化提供一定的参考与思路。

附图说明

图1示出了本发明实施例1中的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法的具体流程图；

图2示出了本发明实施例2中的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法的具体流程图；

图3示出了本发明实施例3中通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置的具体结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例提供通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，用于调控H线圈颅内场分布的装置中。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：获取包含边缘系统的真实头部模型；

进一步地，真实头部模型包括真实头部结构模型和真实头部电导率模型；其中，通过磁共振成像或CT数据建立包含边缘系统的所述真实头部结构模型，在有限元分析软件中建立包含边缘系统的所述真实头部电导率模型。

S102：根据真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

进一步地，根据真实头部结构模型的外轮廓，建立与真实头部结构模型的外轮廓契合的H线圈模型；

其中，该H线圈模型依据真实头部结构模型的外轮廓建立曲线后拖拽形成，截面为边长1mm的正方形，导线与头部结构模型表面距离为5mm。

S103：在H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

进一步地，在H线圈回路部分内侧，按照H线圈分布走向，建立具有不同物理参数的导电块模型；

其中，该导电块模型依据H线圈回路部分位置与尺寸建立曲线后拖拽建立的，距离H线圈表面10mm，截面为矩形，电阻率、厚度、截面积和位置等参数可依据实际的电场分布需求进行调整。

S104：在H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

其中，该导磁块模型是依据H线圈底座部分导线的位置、曲率等参数建立曲线后拖拽建立的，其内表面平行于对应的H线圈导线表面，距离H线圈模型表面10mm，相对磁导率、厚度、截面积和位置等参数可依据实际的电场分布需求进行调整。

S105：运用有限元方法模拟导电块模型与导磁块模型结合下的H线圈模型在真实头部模型的电场分布；

进一步地，在有限元软件中通过网格划分，将真实头模型、H线圈模型分割成有限个四面体或六面体单元，建立可进行数值计算的有限元模型；在有限元模型上进行加载求解，得到H线圈在真实头模型上的电场分布。

实施例2

本实施例提供一种调控H线圈颅内场分布，用于调控H线圈颅内场分布装置中。如图2所示，该方法包括以下步骤：

S201：获取真实头部模型；

S202：建立H线圈模型；

S203：建立导电块模型、导磁块模型；

S204：得到H线圈模型在真实头部模型的电场分布；

上述步骤相关内容已在实施例1中得到详细体现和说明，在此不再赘述。

S205：得到不同导电块模型、导磁块模型的物理参数下H线圈模型在真实头部模型的电场分布；

进一步地，在H线圈的回路部分加入导电块模型，在底座部分加入导磁块模型。设置导电块模型电阻率区间为1.6E-8Ω·m-2.9E-8Ω·m，厚度区间为10mm~20mm，截面积区间为线圈回路部分所覆盖区域面积的20%~100%，位置为线圈回路部分下沿到上沿之间可调；设置导磁块模型相对磁导率区间为1000~10000，厚度区间为10mm~50mm，截面积区间为线圈底座部分所覆盖区域面积的10%~100%，位置为线圈底座部分下沿到上沿之间可调。进行有限元分析求解，得到不同导电块导磁块模型物理参数下H线圈在真实头模型上的电场分布。

S206：得到导电块模型、导磁块模型的物理参数与真实头部模型的电场分布的内在关系；

进一步地，进行相关性分析，得到导电块导磁块模型物理参数与颅内电场分布的内在关系。

S207：判断是否满足目标电场分布；

进一步地，判断真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性；

若满足 S2071：将电场分布作为目标电场分布；

若不满足 S2072：调整导电块模型、导磁块模型的物理参数；

进一步地，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

实施例3

本实施例提供通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置。如图3所示，该装置包括：

S301：获取模块，获取包含边缘系统的真实头部模型；

S302：第一建立模块，根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

S303：第二建立模块，在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

S304：第三建立模块，在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

S305：计算模块，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布

S306：判断模块，判断所述真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性：

若满足，将所述电场分布作为所述真实头部模型的目标电场分布；

若不满足，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存，储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1-3中任一项调控H线圈颅内场分布方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（HardDisk Drive，HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD）等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（ROM）或随机存储记忆体（RAM）等。

以上所述，仅为本发明较佳的一部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以组合、等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取包含边缘系统的真实头部模型；

根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

2.根据权利要求1所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，还包括：

判断所述真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性：

若满足，将所述电场分布作为所述真实头部模型的目标电场分布；

若不满足，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

3.根据权利要求1所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，其特征在于，获取包含边缘系统的真实头部模型，具体包括：

所述真实头部模型包括真实头部结构模型和真实头部电导率模型；其中，通过磁共振成像或CT数据建立包含边缘系统的所述真实头部结构模型，在有限元分析软件中建立包含边缘系统的所述真实头部电导率模型。

4.根据权利要求1所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，其特征在于，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布，具体包括：

在有限元软件中通过网格划分，将所述真实头部模型、所述H线圈模型分割成有限个单元，建立可进行数值计算的有限元模型；在所述有限元模型上进行加载求解，得到所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

5.根据权利要求1或4所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的方法，其特征在于，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布，还包括：

在所述H线圈模型的回路部分加入所述导电块模型，在底座部分加入所述导磁块模型，进行有限元分析求解，得到不同所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数下所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布；

进行相关性分析，得到所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数与所述真实头部模型的电场分布的内在关系。

6.通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，其特征在于，包括：

获取模块，获取包含边缘系统的真实头部模型；

第一建立模块，根据所述真实头部模型的外轮廓，建立H线圈模型；

第二建立模块，在所述H线圈模型的回路部分内侧，建立具有不同物理参数的导电块模型；

第三建立模块，在所述H线圈模型的底座部分，头部前侧及左右两侧，建立具有不同物理参数的导磁块模型；

计算模块，运用有限元方法模拟所述导电块模型与所述导磁块模型结合下的所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

7.根据权利要求6所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，还包括：

判断模块，判断所述真实头部模型的电场分布是否满足所需要刺激深度、聚焦区域或其他特性：

若满足，将所述电场分布作为所述真实头部模型的目标电场分布；

若不满足，根据所述导电块模型的物理参数与所述导磁块模型的物理参数同所述真实头部模型的电场分布的内在关系，调整所述导电块模块及所述导磁块模型的相应物理参数，获得所述目标电场分布。

8.根据权利要求6所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：

所述真实头部模型包括真实头部结构模型和真实头部电导率模型；其中，通过磁共振成像或CT数据建立包含边缘系统的所述真实头部结构模型，在有限元分析软件中建立包含边缘系统的所述真实头部电导率模型。

9.根据权利要求6所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，其特征在于，所述第三建立模块，具体用于：

在有限元软件中通过网格划分，将所述真实头部模型、所述H线圈模型分割成有限个单元，建立可进行数值计算的有限元模型；在所述有限元模型上进行加载求解，得到所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布。

10.根据权利要求6或9所述的通过导电块导磁块调控H线圈颅内场分布的装置，其特征在于所述第三建立模块，还用于：

在所述H线圈模型的回路部分加入所述导电块模型，在底座部分加入所述导磁块模型，进行有限元分析求解，得到不同所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数下所述H线圈模型在所述真实头部模型的电场分布；

进行相关性分析，得到所述导电块模型、所述导磁块模型的物理参数与所述真实头部模型的电场分布的内在关系。