CN109260595B - 经颅磁刺激线圈及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种经颅磁刺激线圈，包括两个线圈，两个线圈之间串联而呈蝶形排布，其中一线圈包括靠近另一线圈的第一半线圈和远离另一线圈的第二半线圈，第一半线圈与第二半线圈连接；另一线圈包括靠近第一半线圈的第三半线圈和远离第一半线圈的第四半线圈，第三半线圈与第四半线圈连接；第一半线圈中相邻的两周环的间距小于第二半线圈中相邻的两周环的间距，第三半线圈中相邻的两周环的间距小于第四半线圈中相邻的两周环的间距；且第一半线圈和第三半线圈中相邻的两周环的间距均在6mm～10mm之间，第二半线圈和第四半线圈中相邻的两周环的间距均在10mm～18mm之间。本发明另提供该经颅磁刺激线圈的制作方法。该经颅磁刺激线圈对大脑的刺激深度较深。

Description

经颅磁刺激线圈及其制作方法

技术领域

本发明涉及医疗磁刺激技术领域，特别涉及一种经颅磁刺激线圈及其制作方法。

背景技术

经颅磁刺激(TRanscRanial Magnetic Stimulation，简称TMS)技术是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统，改变大脑皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。因其具有无痛、无损伤和无辐射等优点，在认知神经科学、临床神经精神疾病及康复领域获得越来越多的认可。

经颅磁刺激器主要由高压脉冲电源发生器、刺激线圈和控制器三部分组成。作为TMS设备的关键组成部分，刺激线圈决定了其输出的脉冲磁场特性，也决定了其在大脑神经区域产生的感应电场特性。现有的TMS设备以平面圆形线圈和平面8字型线圈为主，刺激深度普遍在线圈表面以下20mm左右，无法刺激到大脑皮层的沟回部位，更无法刺激到杏仁核、海马体等脑皮层下的组织。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述问题的经颅磁刺激线圈及其制作方法。

本发明提供一种经颅磁刺激线圈，包括两个线圈，所述两个线圈之间串联而呈蝶形排布，其中一所述线圈包括靠近另一所述线圈的第一半线圈和远离另一所述线圈的第二半线圈，所述第一半线圈与所述第二半线圈连接；另一所述线圈包括靠近所述第一半线圈的第三半线圈和远离所述第一半线圈的第四半线圈，所述第三半线圈与所述第四半线圈连接；所述第一半线圈中任意相邻的两周环的间距小于所述第二半线圈中任意相邻的两周环的间距，所述第三半线圈中任意相邻的两周环的间距小于所述第四半线圈中任意相邻的两周环的间距；且所述第一半线圈和所述第三半线圈中任意相邻的两周环的间距均在6mm～10mm之间，所述第二半线圈和所述第四半线圈中任意相邻的两周环的间距均在10mm～18mm之间。

优选地，所述第一半线圈和所述第三半线圈中相邻的两周环的间距由内向外逐渐减小；所述第二半线圈和所述第四半线圈中相邻的两周环的间距由内向外逐渐增大。

优选地，所述线圈的最内周环的内径范围为25～50mm，所述线圈的最外周环的内径范围为100～130mm。

优选地，所述线圈的最内周环的内径为40～45mm，所述线圈的最外周环的内径为110～120mm。

优选地，所述两个线圈分别形成有凹面，所述两个线圈的凹面相对设置。

优选地，所述两个线圈中每一周环由两根在所述线圈的轴向部分重叠的导线绕设形成。

优选地，其中任意一所述线圈的同一环周的两部分重叠的导线中，朝向另一所述线圈的导线绕设形成的直径为R1，远离另一线圈的导线饶设形成的直径为R2，R1>R2。

优选地，所述导线为横截面为圆形的柔性导线。

优选地，其中一所述线圈的最外周环的导线与另一所述线圈的最外周环的导线之间电连接；其中一所述线圈的最内周环的导线向外延伸以形成电流输入端，另一所述线圈的最内周环的导线向外以形成电流输出端。

本发明另提供所述经颅磁刺激线圈的制作方法，包括以下步骤：

S1.建立头球模型，贴合所述头球模型建立第一碟形线圈模型；

S2.利用所述头球模型和第一碟形线圈模型模拟碟形线圈在人体头球内部的感应电场分布，获得靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度；

S3.调节所述第一碟形线圈模型中相邻的两周环的间距，使得靶区感应电场强度大于患者阈值，头皮表面感应电场强度小于患者耐受值，以及靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度的比值最大，获得第二碟形线圈模型；

S4.根据所述第二碟形线圈模型，采用导线绕制碟形线圈，得到经颅磁刺激线圈。

与现有技术相比，本发明提供的经颅磁刺激线圈包括两个线圈，所述两个线圈之间串联而呈蝶形排布。所述两个线圈中任意相邻的两周环呈间隔分布，能够减小感应电场对头皮的刺激强度，而作用在人体头球深部的感应电场则能有效叠加；所述两个线圈分别包括两个半线圈，远离所述两个线圈连接处的外侧的半线圈属于电流回路部分，与同一线圈内侧的半线圈电流方向相反，为非有效产生磁刺激部分，增大外侧的半线圈中相邻两周环的间距可减少感应电场的反向叠加。该经颅磁刺激线圈对人体头球的刺激深度较深，还能缩小头皮表面感应电场与靶区感应电场的比值，而减小了患者的疼痛感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的经颅磁刺激线圈的结构示意图；

图2为图1所示的经颅磁刺激线圈中的第一半线圈和第二半线圈的示意图；

图3为图1所示的经颅磁刺激线圈中的第三半线圈和第四半线圈的示意图；

图4为图1所示的经颅磁刺激线圈的另一结构示意图；

图5为图1所示的经颅磁刺激线圈放置在人体头球上的位置示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				经颅磁刺激线圈	100	第三半线圈	13
线圈	10	第四半线圈	14
				第一半线圈	11	导线	101
第二半线圈	12

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1所示，本发明的一实施例提供一种经颅磁刺激线圈100。所述经颅磁刺激线圈100包括两个线圈10，所述两个线圈10之间串联而呈蝶形排布。所述两个线圈10呈蝶形排布是指两个类圆形的线圈10连接并呈类似8字型排列，但与现有的平面8字型线圈不同的是，所述两个线圈10呈相对设置并且不位于同一平面上。所述两个线圈10呈蝶形排布，更符合人体头球的形状。

所述两个线圈10中任意相邻的两周环呈间隔分布，如此设置能够减小感应电场对头皮的刺激强度，而作用在人体头球深部的感应电场则能有效叠加。在现有技术中，线圈中任意相邻的两周环往往紧密贴合，会增加感应电场对头皮的刺激，从而增加人体的疼痛感。

请一并参阅图2和图3所示，其中一所述线圈10包括靠近另一所述线圈10的第一半线圈11和远离另一所述线圈10的第二半线圈12。所述第一半线圈11与所述第二半线圈12连接。另一所述线圈10包括靠近所述第一半线圈11的第三半线圈13和远离所述第一半线圈11的第四半线圈14。所述第三半线圈13与所述第四半线圈14连接。所述第一半线圈11中任意相邻的两周环的间距小于所述第二半线圈12中任意相邻的两周环的间距。所述第三半线圈13中任意相邻的两周环的间距小于所述第四半线圈14中任意相邻的两周环的间距。需要说明的是，远离所述两个线圈10连接处的外侧的半线圈属于电流回路部分，与同一线圈内侧的半线圈电流方向相反，为非有效产生磁刺激部分，增大外侧的半线圈中相邻两周环的间距可减少感应电场的反向叠加，进而利于增大感应电场对大脑深部的刺激。

进一步地，所述第一半线圈11和所述第三半线圈13中任意相邻的两周环的间距L1均在6mm～10mm之间。可以理解的是，L1可以为7mm、8mm或9mm等。所述第二半线圈12和所述第四半线圈14中任意相邻的两周环的间距L2均在10mm～18mm之间。同样可以理解的是，L2可以为11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm或17mm等。优选地，所述第一半线圈11和所述第三半线圈13中相邻的两周环的间距由内向外逐渐减小；所述第二半线圈12和所述第四半线圈14中相邻的两周环的间距由内向外逐渐增大。

请参阅图4所示，所述线圈10的最内周环的内径L3范围为25～50mm，所述线圈10的最外周环的内径L4范围为100～130mm。优选地，所述线圈10的最内周环的内径L3为40～45mm，所述线圈10的最外周环的内径L4为110～120mm。可以理解的是，L3可以为41mm、42mm、43mm或44mm等，L4可以为111mm、112mm、113mm、114mm或115mm等，。

所述两个线圈10分别形成有凹面，所述两个线圈10的凹面相对设置。所述两个线圈10采用凹面结构，符合人体头球的形状。请参阅图5所示，图3为经颅磁刺激线圈100放置在人体头球上的位置示意图。所述两个线圈10的凹面相对设置，所述两个线圈10呈适合人体头球的夹角排列，并与人体头球充分贴合。

进一步地，所述两个线圈10中每一周环由两根在所述线圈10的轴向部分重叠的导线101绕设形成。其中任意一所述线圈10的同一环周的两部分重叠的导线101中，朝向另一所述线圈10的导线101绕设形成的直径为R1，远离另一线圈10的导线101饶设形成的直径为R2，R1>R2。需要说明的是，所述线圈10中任意一周环由两根导线101构成，可以增强线圈10产生的磁场强度。每一周环中的导线101在所述线圈10的轴向仅部分重叠，能够使两根导线101都能更好的与头皮相切，从而避免感应电场的不必要衰减。因为一线圈10中任意一周环中的两根导线101在所述线圈10的轴向完全重叠时，仅有朝向另一所述线圈10的一导线101与头皮相切，而远离另一线圈10的另一导线101却不与头皮相切。此时，线圈10中的电流就会存在垂直于头皮的分量时，将在头皮表面产生积累电荷，积累电荷产生的静电场会抵消线圈10产生的部分感应电场，

进一步地，所述两个线圈10由表面绝缘的柔性导线101绕制而成。所述导线101内含多股用于导电的金属线，比如铜线、银线等。优选地，所述导线101的横截面为圆形。现有的经颅磁刺激线圈采用的是较硬的扁平的导线绕制而成，导线与导线之间扁平面紧密贴合，刺激线圈放置在人体头球上时，未能充分与人体头球贴合。而本发明采用横截面为圆形的柔性导线，可以使所述线圈10与人体头球充分贴合，可在物理上最大程度缩小无效衰减距离，大脑刺激深度更深。

进一步地，其中一所述线圈10的最外周环的导线101与另一所述线圈10的最外周环的导线101之间电连接；其中一所述线圈10的最内周环的导线101向外延伸以形成电流输入端，另一所述线圈10的最内周环的导线101向外以形成电流输出端。

进一步地，所述经颅磁刺激线圈100还包括导线固定件(图未示)、温度检测单元(图未示)、头皮隔离层(图未示)和外壳(图未示)。可以理解的是，由于经颅磁刺激线圈100在工作过程中会发热，采用温度检测器可以对线圈的温度进行实时监测。另外，可以通过冷风压缩机对经颅磁刺激线圈100进行风冷冷却，避免线圈温度过高烫伤人体头部。

本实施例还提供所述经颅磁刺激线圈100的制作方法，包括以下步骤：

S101.按人体头颅形状建立头球模型，贴合所述头球模型建立第一碟形线圈模型。

S102.利用所述头球模型和第一碟形线圈模型模拟实际碟形线圈在实际头球内部的感应电场分布，获得靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度。

优选地，通过计算机运用有限元方法计算和模拟碟形线圈在人体头球内部的感应电场分布。具体的，首先设置材料属性，然后设立边界条件和添加激励源，接下来是进行网格划分，最后通过有限元计算及后期数据处理，获得靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度。

S103.调节所述第一碟形线圈模型中相邻导线的间距，使靶区感应电场强度大于患者阈值，头皮表面感应电场强度小于患者耐受值。进一步地，调节所述第一碟形线圈模型中相邻导线的间距，使靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度的比值最大，获得第二碟形线圈模型。需要说明的是，当大脑深部病灶区的感应电场强度(即靶区感应电场强度)大于患者阈值，并且头皮表面感应电场强度小于患者耐受值时才能满足临床要求。本发明将靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度的比值作为线圈深部刺激的性能指标，比值越大性能越优。

S104.根据所述第二碟形线圈模型的形状，采用导线绕制碟形线圈，得到经颅磁刺激线圈。

优选地，采用横截面为圆形的柔性导线绕制碟形线圈。将所述绕制得到的蝶形线圈、导线固定件、温度检测单元、头皮隔离层和外壳进行组装，得到经颅磁刺激线圈。

与现有技术相比，本实施例提供的经颅磁刺激线圈中的两个线圈之间串联并呈蝶形排布。所述两个线圈中任意相邻的两周环呈间隔分布，能够减小感应电场对头皮的刺激强度，而作用在人体头球深部的感应电场则能有效叠加；所述两个线圈分别包括两个半线圈，远离所述两个线圈连接处的外侧的半线圈属于电流回路部分，与同一线圈内侧的半线圈电流方向相反，为非有效产生磁刺激部分，增大外侧的半线圈中相邻两周环的间距可减少感应电场的反向叠加。该经颅磁刺激线圈对人体头球的刺激深度较深，还能缩小头皮表面感应电场与靶区感应电场的比值，从而减小了患者的疼痛感。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种经颅磁刺激线圈，其特征在于，包括两个线圈，所述两个线圈之间串联而呈蝶形排布，其中一所述线圈包括靠近另一所述线圈的第一半线圈和远离另一所述线圈的第二半线圈，所述第一半线圈与所述第二半线圈连接；另一所述线圈包括靠近所述第一半线圈的第三半线圈和远离所述第一半线圈的第四半线圈，所述第三半线圈与所述第四半线圈连接；所述第一半线圈中任意相邻的两周环的间距小于所述第二半线圈中任意相邻的两周环的间距，所述第三半线圈中任意相邻的两周环的间距小于所述第四半线圈中任意相邻的两周环的间距；且所述第一半线圈和所述第三半线圈中任意相邻的两周环的间距均在6mm～10mm之间，所述第二半线圈和所述第四半线圈中任意相邻的两周环的间距均在10mm～18mm之间；

所述第一半线圈和所述第三半线圈中相邻的两周环的间距由内向外逐渐减小；所述第二半线圈和所述第四半线圈中相邻的两周环的间距由内向外逐渐增大；

所述线圈的最内周环的内径范围为25～50mm，所述线圈的最外周环的内径范围为100～130mm；

所述线圈的最内周环的内径为40～45mm，所述线圈的最外周环的内径为110～120mm；

其中任意一所述线圈的同一环周的两部分重叠的导线中，朝向另一所述线圈的导线绕设形成的直径为R1，远离另一线圈的导线饶设形成的直径为R2，R1>R2。

2.如权利要求1所述的经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述两个线圈分别形成有凹面，所述两个线圈的凹面相对设置。

3.如权利要求2所述的经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述两个线圈中每一周环由两根在所述线圈的轴向部分重叠的导线绕设形成。

4.如权利要求3所述的经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述导线为横截面为圆形的柔性导线。

5.如权利要求4所述的经颅磁刺激线圈，其特征在于，其中一所述线圈的最外周环的导线与另一所述线圈的最外周环的导线之间电连接；其中一所述线圈的最内周环的导线向外延伸以形成电流输入端，另一所述线圈的最内周环的导线向外以形成电流输出端。

6.一种如权利要求1所述的经颅磁刺激线圈的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.建立头球模型，贴合所述头球模型建立第一碟形线圈模型；

S2.利用所述头球模型和第一碟形线圈模型模拟碟形线圈在人体头球内部的感应电场分布，获得靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度；

S3.调节所述第一碟形线圈模型中相邻的两周环的间距，使得靶区感应电场强度大于患者阈值，头皮表面感应电场强度小于患者耐受值，以及靶区感应电场强度与头皮表面感应电场强度的比值最大，获得第二碟形线圈模型；

S4.根据所述第二碟形线圈模型，采用导线绕制碟形线圈，得到经颅磁刺激线圈。