CN112996558A - 用于多通道同时大功率磁线圈驱动器的方法和装置 - Google Patents
用于多通道同时大功率磁线圈驱动器的方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112996558A CN112996558A CN201980063709.7A CN201980063709A CN112996558A CN 112996558 A CN112996558 A CN 112996558A CN 201980063709 A CN201980063709 A CN 201980063709A CN 112996558 A CN112996558 A CN 112996558A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic coil
- coil
- channel
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 61
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 13
- 238000011491 transcranial magnetic stimulation Methods 0.000 description 13
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 9
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 2
- 208000025978 Athletic injury Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000020339 Spinal injury Diseases 0.000 description 1
- 206010041738 Sports injury Diseases 0.000 description 1
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002653 magnetic therapy Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/064—Circuit arrangements for actuating electromagnets
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N2/00—Magnetotherapy
- A61N2/004—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy
- A61N2/006—Magnetotherapy specially adapted for a specific therapy for magnetic stimulation of nerve tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N2/00—Magnetotherapy
- A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Neurology (AREA)
- Magnetic Treatment Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
一种用于多通道大功率磁线圈驱动器的装置，所述装置包括：多个磁线圈驱动模块，多个磁线圈驱动模块中的每个连接到适于以受控方式产生磁场的磁线圈。
Description
本专利申请要求2018年9月27日提交的第62/737136号美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及大功率磁线圈系统的领域。更特别地，本发明涉及用于产生大功率磁场(例如，用于向人体施加磁场以用于治疗电磁线圈脉冲场)的多通道同时大功率磁线圈驱动器的方法和装置。
背景技术
多通道深度经颅磁刺激(TMS)脑刺激装置提供了多个刺激通道，通过这些刺激通道可以在患者的大脑深处同时传递刺激，每个通道可以具有不同的参数，在使用X轴、Y轴和Z轴上的线圈位于患者头部周围的3个通道的情况下，这使得磁焦点(磁场的最大点)移动到患者大脑体积中的任何三维(3D)点。
具有同时控制的输出磁脉冲的多通道深度TMS脑刺激或高频深脑刺激(DBS)将能够在给定的体积(诸如人脑)中产生3D磁焦点能量，并具有到达大脑体积中的几乎每个点的能力。
多通道深度TMS脑刺激将使得医生能够创建目前不能实现的脑部治疗方法，或者用无创治疗方法替代有创治疗方法。
运动损伤和断骨伤口治疗将具有在3D体积中以高精度到达断骨上的目标的能力，并且将有助于治疗骨骼组织愈合，并可用于脊柱损伤的健康磁疗。
多通道磁线圈驱动器将允许开发新的冲击波治疗系统产品线，以及可以使用该产品线的新的治疗方法。
多通道磁线圈驱动器将允许对可穿戴电池进行多站无线充电，可穿戴电池用于操作消费类电子产品、可穿戴装置、掌上电脑、智能手表、健身追踪器、助听器、耳机、体育用品、医疗设备、大功率电动汽车无线充电和其他设备。
多通道磁线圈驱动器将使反重力板解决方案用于诸如火车和轨道等运输或者需要受控磁场的所有其他用途。
本发明的目的是提供一种系统，该系统能够提供多通道磁线圈驱动器，多通道磁线圈驱动器使得能够将基于这种驱动器的装置和方法获得新的方向。
随着描述的进行，发明的其他目的和优点将变得清楚。
发明内容
一种用于多通道大功率磁线圈驱动器的装置，所述装置包括：多个磁线圈驱动模块，多个磁线圈驱动模块中的每个连接到适于以受控的方式产生磁场的磁线圈。
根据本发明的实施方式，磁线圈驱动器的每个通道适于在主控制器的控制下在同一时间同时工作，同时使磁线圈驱动器通道中的每个能够获得不同的参数组，因此每个磁线圈驱动器通道可以传递不同的输出磁能量。
根据本发明的实施方式，每个磁线圈驱动模块由电容器组供电。
根据本发明的实施方式，一个或更多个电容器由充电器充电，该充电器由电网、电池、可再生能量源或其任何组合供电。
根据本发明的实施方式，每个磁线圈由一个磁线圈或者串联连接和/或并联连接的多个磁线圈组合组装。
根据本发明的实施方式，磁线圈选自空心线圈、特斯拉线圈或者可以串联连接、并联连接或串联和并联两者的组合连接的任何其他类型的线圈。
根据本发明的实施方式，每个磁线圈驱动器通道的输出电流和电压被采样并且被发送到主控制器作为监视反馈。
根据本发明的实施方式，由磁线圈施加的磁刺激的信号被采取作为包括具有稳定极限周期的自激振荡系统的常微分方程的解。
根据本发明的实施方式，通过改变微分方程的起始条件来控制输出自激振荡电流和磁场意指在每个脉冲之前对自激振荡电路上的电容器进行充电的受控电压的改变，因此每个磁脉冲可以是由主控制器作为前一脉冲的反馈的结果的改变值，从而充当由反馈控制的经调节的输出能量。
根据本发明的实施方式，所述装置还包括充电终止机制，充电终止机制被配置成在达到目标充电电压时停止无线充电。
附图说明
在附图中：
-图1是根据本发明的实施方式的总体控制框图，其中每个磁驱动模块具有其本地控制；
-图2示意性地示出了根据发明的实施方式的一个充电器和多个磁驱动模块，其中每一个磁驱动模块具有磁驱动模块的线圈；
-图3示意性地示出了根据发明的实施方式的充电器和多个磁驱动模块、不同的线圈组合；
-图4示意性地示出了根据发明的实施方式的具有X轴、Y轴和Z轴线圈组合的三个磁驱动模块；
-图5示意性地示出了根据发明的实施方式的用于汽车和可穿戴装置无线充电的多通道磁驱动器；
-图6示意性地示出了根据发明的实施方式的用于反重力平台的多通道磁驱动器；
-图7示意性地示出了根据发明的实施方式的主电容器组；
-图8示意性地示出了根据发明的实施方式的磁线圈驱动模块的部分，其示出了高压电容器组的可选通道中的一个；
-图9示意性地示出了可以与本发明的磁线圈驱动模块结合使用的双线圈的示例；
-图10示意性地示出了根据发明的实施方式的开关电容器的构思；
-图11是示出根据发明的实施方式的图10的开关电容器构思的电压时间关系的曲线图；
-图12是示出根据发明的实施方式的与平行线圈(诸如图9的双线圈)或任何其他合适的线圈连接的图10的开关电容器的构思的谐振电压和电流的曲线图；
-图13示意性地示出了根据发明的实施方式的每个通道的深度TMS脑部治疗概况的示例；
-图14示意性地示出了根据发明的实施方式的主充电器操作模式；
-图15示意性地示出了根据发明的实施方式的磁线圈驱动模块的通道之一的高压(HV)充电器的操作模式；以及
-图16示意性地示出了根据发明的实施方式的TMS开关模块的实现方式。
具体实施方式
本发明总体上涉及一种具有多通道大功率磁线圈驱动模块的装置，所述多通道大功率磁线圈驱动模块包括从一个通道到多个通道的磁线圈驱动模块，并且每个磁线圈驱动模块包括其磁线圈，所述磁线圈可以由一个磁线圈或者串联或并联连接的多个磁线圈组合组装。
本发明总体上涉及一种使用磁线圈驱动模块及其磁线圈产生大功率磁场的方法。
根据本发明的实施方式，用于装置的电源将来自电网、发电机、电池组、可再生能量源或任何其他能量源。
每个通道的磁线圈驱动模块将从主储能器(主电容器组)供电或者从将为其本地储能器(本地电容器组)充电的多个能量源供电。
每个磁线圈驱动器通道输出将连接到产生磁场的线圈。
所有磁线圈驱动器通道将在主控制器的控制下在同一时间同时工作，但是每个磁线圈驱动器通道可以具有不同的参数组，这意指每个磁线圈驱动器通道可以传递不同的输出磁能量。
根据本发明的实施方式，每个磁线圈驱动器通道可以同时以不同的参数工作。
每个磁线圈驱动器通道可用不同的频率工作，并具有不同的电流输出参数设定，这意指每个通道磁线圈也具有不同的磁场。
根据本发明的实施方式，所有的磁线圈驱动器通道可以连接到结合在其输出上的一个磁线圈，或者连接到其输出上的多个磁线圈或其输出上的单个磁线圈和多个磁线圈的组合。
根据本发明的实施方式，磁线圈可以是空心线圈、特斯拉线圈，或者可通过串联连接或并联连接或两者的组合的任何类型的线圈。
每个磁线圈驱动器通道的输出电流和电压将被采样并被发送到主控制器作为监视反馈。
磁刺激的信号被采取作为包括具有稳定极限周期的自激振荡系统的常微分方程的解。
通过改变微分方程的起始条件来控制输出的自激振荡电流和磁场的方法，意指在每个脉冲之前对自激振荡电路上的高压电容器充电的受控电压的变化导致影响磁线圈驱动模块的每个具体通道的输出电流和磁场。
现在将参考本发明的几个实施方式，其示例在附图中被示出。在可行的地方，相似或同样的附图标记可以在附图中使用，并且可以指示相似或同样的功能。这些附图仅出于说明的目的描绘了本发明的实施方式。本领域技术人员将根据以下描述中容易地认识到，在不脱离在本文中描述的本发明的原理的情况下，可以采用在本文中示出的结构和方法的替代实施方式。
以下讨论旨在提供可以在其中实现本发明的合适的多通道系统配置的简要的、总体的描述。尽管将在与电容器、线圈和开关结合操作的磁线圈驱动模块的一般背景中描述本发明，但是本领域技术人员将认识到的是，本发明也可以与其他磁线圈驱动模块组合来实现。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的总体控制框图10。总体控制框图包括主控制11和如由#01、#02、#03、#04至#nn所示的多个本地控制器，它们各自适于控制相应的磁线圈驱动模块。主控制11和本地控制器可以通过控制总线12进行通信。此外，每个磁线圈驱动器模块的采样输出电流和电压都作为由每个本地控制接收到的监视反馈被提供到主控制器。
图2示意性地示出了根据发明的实施方式的具有单个充电器和多个磁线圈驱动模块的用于产生大功率磁场的多通道系统20。配置20包括充电器21、主电容器组(MCB)22和多个磁线圈驱动模块(如由#01、#02、#03至#nn所示)，其中每个磁线圈驱动模块都包括一个对应的线圈(如由L01、L02、L03至Lnn所示)。充电器21被配置成对MCB 22充电，并且可以通过从电网或合适的电池提供的电力来给充电器21供电。充电器21可以包括使能器(如由EN所示)，使能器使充电器21与电源连接/断开。MCB 22被配置成提供适合于每个磁线圈驱动模块的电压。例如，MCB 22可以从52mF/600V的电容器输出560伏特。
图3示意性地示出了根据发明的实施方式的用于产生大功率磁场的多通道系统30的示例。系统30包括多个充电器201、202、203和204，多个电容器组(CB)#01、#02、#03、#04和#05以及具有不同的线圈组合L01-L05的多个磁线圈驱动模块#01至#05。系统30显示出了一些可能的系统设计配置，如下所示：
-充电器201为CB#01充电，并由12V直流电池供电。CB#01向被配置成至驱动线圈L01的磁线圈驱动模块#01供电；
-充电器202为CB#02充电，并由24V直流电池供电。CB#02向被配置成至驱动线圈L02的磁线圈驱动模块#02供电。在这个例子中，线圈L02由两个并联线圈组成；
-充电器203为CB#03充电，并由48V直流电池供电。CB#03向被配置成至驱动线圈L03的磁线圈驱动模块#03供电。在这个例子中，线圈L03将两个并联的线圈与第三个线圈串联组合；并且
-充电器204同时为CB#04和CB#05充电，并且充电器204可以由电池或电网(50/60Hz)供电。在此配置中，CB#04向被配置成至驱动线圈L04的磁线圈驱动模块#04供电，而CB#05向被配置成至驱动线圈L05的磁线圈驱动模块#05供电。在该示例中，线圈L04和线圈05分别由两个串联的线圈组成。
系统30示出了诸如充电器、电容器组、磁线圈驱动模块和线圈的元件的可能配置和组合的示例。然而，如本领域技术人员将理解的，可以根据用于产生大功率磁场的每个特定应用的要求来使用包括这种元件的不同配置和组合的其他多通道系统设计。例如，将磁场施加到人体用于治疗电磁线圈脉冲场的多通道系统。
图4示意性地示出了根据发明的实施方式的用于同时产生受控的输出磁脉冲的多通道系统40。系统40包括具有X轴、Y轴和Z轴线圈组合(如由线圈L01至L03所示)的三个磁线圈驱动模块#01至#03。在该配置中，线圈L01至L03中的每个包括两个串联的“浮置”隔离线圈(即，非接地线圈)。CB 42被配置成向三个磁线圈驱动模块#01至#03供电，充电器41适于通过由电网供应的电力为CB 42充电。主控制器43被配置成以与上文关于图1所描述的方式类似的方式控制三个磁线圈驱动模块#01至#03，以及从每个磁线圈驱动模块的输出(即，从X轴、Y轴和Z轴)接收监视反馈。由于监视反馈，可以控制每个充电脉冲，即，可以调整电压以及脉冲之间的其他参数。通过控制高压输出电容器的充电时间，高压输出电容器将被充电到预定的电压值，该充电时间由开关时序控制器(例如，诸如由图10中的SW1所示的IGBT开关)控制。
在系统40的X轴、Y轴和Z轴处的同时控制的输出磁脉冲可以用于不同的应用。例如，它可以用作多通道深度TMS脑刺激装置的部分，该装置提供了多个刺激通道，通过这些刺激通道可以同时在患者的大脑深处传递刺激，每个通道可以具有不同的参数，在使用X轴、Y轴和Z轴上的线圈位于患者头部周围的3个通道的情况下，这使得磁焦点移动到患者大脑体积中的任何3D点。
图5示意性地示出了根据发明的实施方式的用于同时产生无线充电的多信道系统50。系统50包括主控制器51、充电器52(例如2.2Kw)、MCB 54、磁线圈冷却系统53以及一个或更多个磁线圈驱动模块55至57。每个磁线圈驱动模块包括一个发射线圈(Tx线圈)，该发射线圈适于无线产生的受控输出磁脉冲，该输出脉冲适合于由相应的接收线圈(Rx线圈)(如分别由数字55a至57a和数字55b至57b表示的线圈)接收。
接收线圈(Rx线圈)可以被实现为专用装置或物体的部分(诸如汽车、智能手机等的部分)，以能够对该物体或装置进行无线充电。例如，磁线圈驱动模块55可以产生1kw以用于大功率应用(诸如经由汽车充电器551对卡车550的汽车电池552进行无线充电)。类似地，磁线圈驱动模块57可以产生800w以用于大功率应用，诸如以无线方式同时对车辆的电池诸如汽车、电动自行车、电动踏板车等的电池(例如，经由汽车充电器571对汽车570的汽车电池572充电)进行快速充电。根据发明的实施方式，该系统还包括被配置成在达到目标充电电压时停止无线充电的充电结束机制。磁线圈驱动模块56可以产生10w以用于相对低功率的应用，诸如，对智能手机560进行无线快速充电。
图6示意性地示出了根据发明的实施方式的用于同时产生受控输出磁脉冲的多通道系统60，该受控输出磁脉冲形成用于未来的车辆或平台的反重力板。系统60包括由来自电池的12V直流供电的充电器、MCB、主控制和多个磁线圈驱动模块。在该实施方式中，以使得磁脉冲产生朝向车辆/平台下方的表面(例如，朝向道路的表面)的力矢量的方式将线圈部署在车辆/平台的底部处。如图6的图形部分所示，虽然某些线圈处于活动状态(产生脉冲)，但同时其他线圈处于非活动状态(不产生脉冲)。这种结合线圈的形成以及线圈产生的力矢量的交替的操作方式导致了反重力平台的应用。与平台表面成一定角度组装的线圈(如由线圈L01至L04和L13至L16所示)可用于产生功率矢量，该功率矢量将允许平台向后/向前移动。为了实现平台的浮动效果，系统将需要产生将平台质量以及平台可能包含的负载考虑在内的磁场。
图7示意性地示出了根据本发明的多通道同时大功率磁线圈驱动器的可以使用的主电容器组(MCB)。MCB包括多个26mF/300V的具有相似特性的电容器C11至C18，这些电容器C11至C18布置在两个相连的且形成52mF/600V的并联组(第一组C11至C14和第二组C15至C18)中，其中每个组分别包括电阻器R11和R12(100kohm/2w)。MCB的这种布置将允许实现MCB的期望的最大电压和容量。
图8示意性地示出了根据本发明的多通道同时大功率磁线圈驱动器的可以使用的主高压电容器组(MHCB)。MHCB包括多个1900μF/500V的具有相似特性且以形成475μF/2000V的方式布置的电容器C11至C14，其中，每个电容器与150kohm/2w的电阻器(如分别由R11至R14表示)以并联的形式布置。MHCB的这种布置将允许实现MHCB的期望的最大电压和容量。每个电容器具有自己的以单独的充电电压控制的高压(HV)电容器充电器，因此每个HV电容器单元可以充电至不同的电压值，其中，MHCB的输出是所有HV电容器单元的电压的总和(如该图中所示，HV电容器组由4个HV电容器单元组成)。在此示例中，最大可能输出电压为2000V，这是所有4个HV电容器单元的总和(每个HV电容器单元最大为500V)。实际上，为了保持HV电容器的长寿命，每个HV电容器单元将被限制为最大450V(即，小于实际最大值)，因此在这种情况下，最大输出电压将为1800V。
图9示意性地示出了标准双线圈(例如，如在Deep TMS中所使用的，诸如
的D70 Alpha扁平线圈)，该双线圈可以用作本发明的每个磁线圈驱动模块的输出处的线圈，通过该线圈产生电磁脉冲。例如，每个线圈由9匝形成，并且可以由单根铜线(例如2.0×6.2mm)制成。在该实施方式中，双线圈为15μHy，每个线圈的内部尺寸为大约56.2mm，外部尺寸为大约36.1mm，并且平均半径为大约36.1mm。如本领域技术人员将理解的，线圈可以是单线圈、双线圈或线圈的任何其他组合。线圈可以具有任何形状的闭环(圆形、正方形、三角形或任何其他闭环形状)。
如本领域所公知的，使用一个环的平均线圈半径乘以闭环的数量，同时考虑线圈的材料参数，可以通过应用针对一个闭环的磁场的标准数学方程来获得距环表面“r”一定距离处的线圈磁场的计算。
图10示意性地示出了一个实施方式，该实施方式示出了一种开关电容器，因为该开关电容器具有MHCB(即，连接到受控HV充电器的高压电容器组C2(475μF/2000V))并经由开关SW1向谐振电容器C1(175μF/3200V)放电，所以该电容器通常类似于图2中所示的配置，当开关SW2闭合时，该电容器可控制地向谐振线圈L1放电(15μHy)。当SW1(例如，SW1可以是IGBT或其他合适的开关元件)闭合(即，SW1的闭合持续时间充当受控的脉宽长度脉冲)时，C1用作在从电容器组C2进行能量传输期间瞬态地存储能量。
在图10中所示的电路中，充电器连续地向高压电容器组C2供应充电电流，保持其电压接近选定的最大值。谐振电容器C1根据SW1的开关持续时间的功能被充电至所需水平。当开关SW2闭合时，使电流在谐振线圈L1中流动，因此可以通过开关SW2的闭合来传递可控制的脉冲。
在第一曲线图中，t1>5τ(长脉宽脉冲)，其中，C2的电压水平从V1水平显著降低到非常低的电压水平V3。由于这样的长脉冲，导致C2的电压(即，VC2)显著降低，所以C1的电压(即，VC1)从V2水平增大到电压水平V3。
在第二曲线图中，t2＜τ(短脉宽脉冲)，其中，C2的电压水平从V1水平稍微降低到电压水平V4。由于这种短脉冲，C1的电压(即VC1)从V2水平略微增加到电压水平V5。最终电压V4与C1与C2之间的电容比有关。
图11是示出图10中所示的电路的C1和C2上的电压水平的曲线图，其指示开关电容器的电压时间关系。从t0至t1对C2进行充电，在t2与t3之间电容器C1和C2经由开关SW1短路，因此两者在t4时达到相同的最终电压，SW2在t4时闭合并且产生谐振脉冲120，在t6时系统再次开始为C2充电。在谐振脉冲120期间，电容器C1相对于C2上SW1的另一侧(即，如图10中的数字130所示)获得负电压峰值(例如，-1300V)，并且C2上的电压水平为1580V，这导致SW1上的例如2880V的差分电压(即，如图10中所示在点130与点140之间)。在选择开关元件SW1时必须进行这样的考虑。
图12是示出谐振脉冲120的谐振电压和电流的放大的曲线图(大约在如图11中所示的时间t4至t5)。在t＝0时，电容器C1的电压为微分方程的零条件，并且电流为零。闭合SW2引起谐振脉冲120，电流充当正弦波，并且电压相位相对于电流相位偏移90度(如附图中所示)。
通过以下说明性和非限制性示例，将更好地理解上述所有内容。
图13示出了可以由本发明的磁线圈驱动器产生的经颅磁刺激(TMS)治疗脉冲形状的示例。在此示例中，每个脉冲为140焦耳，系统每秒产生20个脉冲(20Hz)，每个“序列”40个脉冲，其中，系统每20秒(活动2秒，不活动18秒)提供“序列”，产生2800KJ/s(即140J X 20)的速度。最上方的曲线图示出了时间刻度上的“序列”，而下面的曲线图则示出了每个序列的40个脉冲的放大图，其中，每个脉冲的脉宽为342μs，而序列中每个脉冲之间的持续时间为50ms。最下面的曲线图以与图12类似的方式示出了谐振电压和电流。这些曲线图反映了每个通道的深度TMS处理曲线(即，本发明的每个磁线圈驱动模块的输出，磁脉冲通过每个磁线圈驱动模块产生并且经由线圈应用)。
图14是示出根据发明的实施方式的MCB的主充电器(例如，深度TMS充电曲线)的操作模式的曲线图。在最上面的部分处，示出了一个20赫兹的40个脉冲的负载充电周期，其中40个脉冲的序列的持续时间为2秒。在中间部分处示出了电容器组(52mF/600V)的充电形状，其中，从0V到520V的充电时间为9.9秒。如所示出的，在MBC的放电期间(即，当产生磁脉冲周期的脉冲序列时，在此示例中为2秒的周期)，电压以指数状方式下降到260V，然后当MBC的放电在脉冲序列结束时停止时，需要5秒钟以上再次“爬升”至520V(即，将MBC充电回520V)。最下面的部分显示禁止充电。
图15是示出根据发明的实施方式的单个HV充电器(例如，如关于图8的HV电容器所描述的，每个磁驱动模块上的四个HV充电器中的一个)的输出脉冲与输入电流的行为的关系的曲线图。单个HV充电器为对应的HV电容器(四个HV电容器中的一个)充电。最上方的曲线图(即，充电周期)示出了输出脉冲周期(即，脉冲序列)。第二个曲线图(即，充电形状)示出了充电周期形状的放大视图，其中，由于恒定的电流，可控制的充电持续时间将设定所需的HV电容器电压。另外，该可控制的持续时间可以在脉冲与另一脉冲之间改变(这可以由主控制器控制)。每个单个HV电容器的充电电压使能够实现MHCB的所需最大电压和容量。如前所述，每个电容器具有其自己的带有独立充电电压控制的高压(HV)电容器充电器，因此每个HV电容器单元可以充电到不同的电压值，其中，MHCB的输出是所有HV电容器单元(如以上相对于图8所描述的，其中，HV电容器组由4个HV电容器单元组成)的电压的总和。
图16示意性地示出了根据发明的实施方式的磁性TMS开关模型70的一个信道的实现方式。TMS开关模型70包括：四个HV充电器#1至#4，四个HV充电器#1至#4由主充电器电容器组(52mF/600V)供电并且具有以在其输入上150V至600V的条件下工作；控制开关模块71；磁线圈驱动模块72；双线圈机头(例如，其包括图9的双线圈)以及用于提供监视反馈的电压和电流感测布置。通过充当SW1的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)和充当SW2的开关组合(例如，SCR+SSR、SCR+SCR、SCR+二极管或其他开关组合)来完成开关(诸如上文描述的关于图10的SW1和SW2描述的开关构思)。控制开关模块71包括用于控制SW1的操作模式的IGBT驱动器和用于控制SW2的操作模式的SCR+SSR驱动器。控制开关模块71还包括适于接收输出电压反馈的电压感测单元和适于从双线圈机头接收输出电流反馈的电流感测单元。为了安全方面的考虑，控制开关模块71还包括充电终止模块，并且还可以包括用于操作HV电容器转储开关的转储控制模块。
本文中所使用的术语“例如”、“如”旨在用于引入非限制性示例。尽管对某些示例系统组件或服务进行了某些引用，但是也可以使用其他组件和服务，和/或示例组件可以组合为更少的组件和/或划分为其他组件。
如本领域技术人员将理解的，在附图中描述的布置导致一种系统，该系统能够提供多通道磁线圈驱动器，该多通道磁线圈驱动器能够在将基于这种驱动器(特别地，那些需要同时控制输出磁脉冲的驱动器)的装置和方法上实现新的方向。
应该理解的是，除非另外指出，否则仅出于方便和清楚的目的已经选择了如由框表示的操作的示出的顺序。可以修改所示出的操作的执行顺序，或者可以并发地执行所示出的方法的操作，从而得到等同的结果。
出于说明的目的已经给出了所有上面的描述和示例，并且这些描述和示例不旨在以任何方式限制本发明。可以采用许多不同的机制、分析方法、电子和逻辑元素，所有这些都不超出本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用于多通道大功率磁线圈驱动器的装置，包括：多个磁线圈驱动模块，所述多个磁线圈驱动模块中的每个连接到适于以受控的方式产生磁场的磁线圈。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，磁线圈驱动器的每个通道适于在主控制器的控制下在同一时间同时工作，同时使磁线圈驱动器通道的每个能够获得不同的参数组，因此每个磁线圈驱动器通道能够传递不同的输出磁能量。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，每个磁线圈驱动模块由电容器组供电。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，一个或更多个电容器由充电器充电，所述充电器由电网、电池、可再生能量源或其任意组合供电。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，每个磁线圈由一个磁线圈或串联和/或并联连接的多个磁线圈组合组装。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁线圈选自空心线圈、特斯拉线圈或者能够串联连接、并联连接或者串联和并联的组合连接的任何其他类型的线圈。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，每个磁线圈驱动器通道的输出电流和电压被采样并发送到主控制器作为监视反馈。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，由所述磁线圈施加的磁刺激的信号被采取作为包括具有稳定极限周期的自激振荡系统的常微分方程的解。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，通过改变微分方程的起始条件来控制输出的自激振荡电流和磁场意指在每个脉冲之前对自激振荡电路上的电容器充电的受控电压的改变，因此每个磁脉冲能够是由主控制器作为前一脉冲的反馈的结果的改变值，从而充当由反馈控制的经调节的输出能量。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括充电终止机制，所述充电终止机制被配置成在达到目标充电电压时停止无线充电。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862737136P | 2018-09-27 | 2018-09-27 | |
| US62/737,136 | 2018-09-27 | ||
| PCT/IL2019/051062 WO2020065651A1 (en) | 2018-09-27 | 2019-09-26 | Method and apparatus for multi-channel simultaneously high power magnetic coil driver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112996558A true CN112996558A (zh) | 2021-06-18 |
Family
ID=69953010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980063709.7A Pending CN112996558A (zh) | 2018-09-27 | 2019-09-26 | 用于多通道同时大功率磁线圈驱动器的方法和装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11890487B2 (zh) |
| EP (1) | EP3856334A4 (zh) |
| CN (1) | CN112996558A (zh) |
| IL (1) | IL281162B (zh) |
| WO (1) | WO2020065651A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180001107A1 (en) | 2016-07-01 | 2018-01-04 | Btl Holdings Limited | Aesthetic method of biological structure treatment by magnetic field |
| US11534619B2 (en) | 2016-05-10 | 2022-12-27 | Btl Medical Solutions A.S. | Aesthetic method of biological structure treatment by magnetic field |
| EP3721939B1 (en) | 2019-04-11 | 2022-07-06 | BTL Healthcare Technologies a.s. | Device for aesthetic treatment of biological structures by radiofrequency and magnetic energy |
| US11878167B2 (en) | 2020-05-04 | 2024-01-23 | Btl Healthcare Technologies A.S. | Device and method for unattended treatment of a patient |
| EP4415812A1 (en) | 2021-10-13 | 2024-08-21 | BTL Medical Solutions a.s. | Devices for aesthetic treatment of biological structures by radiofrequency and magnetic energy |
| US11896816B2 (en) | 2021-11-03 | 2024-02-13 | Btl Healthcare Technologies A.S. | Device and method for unattended treatment of a patient |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1105787A (zh) * | 1994-01-22 | 1995-07-26 | 内蒙古新优佳企业联合总公司 | 用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统 |
| CN1122067A (zh) * | 1994-04-15 | 1996-05-08 | 内蒙古新优佳企业联合总公司 | 用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统 |
| CN1137017A (zh) * | 1995-03-29 | 1996-12-04 | 神钢电机株式会社 | 电磁铁励振式自激振荡型振动装置 |
| CN2429839Y (zh) * | 2000-09-19 | 2001-05-09 | 任顺平 | 无移动部件差分电容式电场仪 |
| CN1511370A (zh) * | 2001-05-22 | 2004-07-07 | ���µ繤��ʽ���� | 用于驱动振荡激励器的双边自激振荡电路 |
| CN1745857A (zh) * | 2005-10-28 | 2006-03-15 | 清华大学 | 一种植入式神经电脉冲刺激系统 |
| WO2008005386A2 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-10 | Cvdevices, Llc | Devices, systems and methods for pacing, resynchronization and defibrillation therapy |
| CN101208132A (zh) * | 2005-06-15 | 2008-06-25 | 郑云峰 | 中枢神经系统磁刺激电路、装置、用途及其使用方法 |
| CN101234231A (zh) * | 2008-01-24 | 2008-08-06 | 武汉依瑞德医疗设备新技术有限公司 | 多个刺激线圈的经颅磁场刺激器 |
| US20100256438A1 (en) * | 2007-08-20 | 2010-10-07 | Mishelevich David J | Firing patterns for deep brain transcranial magnetic stimulation |
| CN103944215A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-07-23 | 天津工业大学 | 基于电流反馈的谐振式充电控制系统及其控制方法 |
| CN104158269A (zh) * | 2014-08-11 | 2014-11-19 | 长城信息产业股份有限公司 | 一种无线充电发射器、接收器、充电装置及无线充电方法 |
| CN104297706A (zh) * | 2014-10-17 | 2015-01-21 | 华中科技大学 | 一种基于谐振的磁场发生装置及其设计方法 |
| CN105406552A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-16 | 昆山维信诺科技有限公司 | 无线充电装置及其充电设备和受电设备 |
| CN105451814A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-03-30 | 慕尼黑工业大学 | 用于通过磁场刺激组织的磁刺激器 |
| CN105879219A (zh) * | 2015-02-10 | 2016-08-24 | 北京大学 | 用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器 |
| US20170189692A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-06 | Syntilla Medical LLC | Charging system incorporating data communication and power transmission using opposite polarity half-wave rectified signals received by implanted device |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2912902A (en) * | 2000-10-20 | 2002-04-29 | Us Gov Health & Human Serv | Coil for magnetic stimulation and methods for using the same |
| US7976451B2 (en) * | 2005-06-16 | 2011-07-12 | The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services | Transcranial magnetic stimulation system and methods |
| US9352167B2 (en) | 2006-05-05 | 2016-05-31 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Enhanced spatial summation for deep-brain transcranial magnetic stimulation |
| US8267850B2 (en) | 2007-11-27 | 2012-09-18 | Cervel Neurotech, Inc. | Transcranial magnet stimulation of deep brain targets |
| US20100185042A1 (en) | 2007-08-05 | 2010-07-22 | Schneider M Bret | Control and coordination of transcranial magnetic stimulation electromagnets for modulation of deep brain targets |
| US20110213194A1 (en) * | 2009-01-28 | 2011-09-01 | Fischell Robert E | Means and method for applying magnetic pulses to prevent the occurrence of neurological disorders |
| US9283111B2 (en) * | 2010-12-16 | 2016-03-15 | Scion Neurostim, Llc | Systems, methods and apparatus for bilateral caloric vestibular stimulation |
| FI129532B (en) * | 2017-04-03 | 2022-04-14 | Aalto Korkeakoulusaeaetioe | Control of transcranial magnetic stimulation |
-
2019
- 2019-09-26 US US17/276,504 patent/US11890487B2/en active Active
- 2019-09-26 WO PCT/IL2019/051062 patent/WO2020065651A1/en active Search and Examination
- 2019-09-26 EP EP19865818.9A patent/EP3856334A4/en active Pending
- 2019-09-26 CN CN201980063709.7A patent/CN112996558A/zh active Pending
-
2021
- 2021-03-01 IL IL281162A patent/IL281162B/en unknown
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1105787A (zh) * | 1994-01-22 | 1995-07-26 | 内蒙古新优佳企业联合总公司 | 用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统 |
| CN1122067A (zh) * | 1994-04-15 | 1996-05-08 | 内蒙古新优佳企业联合总公司 | 用于磁场扫描理疗机的直线电机及其电气控制系统 |
| CN1137017A (zh) * | 1995-03-29 | 1996-12-04 | 神钢电机株式会社 | 电磁铁励振式自激振荡型振动装置 |
| CN2429839Y (zh) * | 2000-09-19 | 2001-05-09 | 任顺平 | 无移动部件差分电容式电场仪 |
| CN1511370A (zh) * | 2001-05-22 | 2004-07-07 | ���µ繤��ʽ���� | 用于驱动振荡激励器的双边自激振荡电路 |
| CN101208132A (zh) * | 2005-06-15 | 2008-06-25 | 郑云峰 | 中枢神经系统磁刺激电路、装置、用途及其使用方法 |
| CN1745857A (zh) * | 2005-10-28 | 2006-03-15 | 清华大学 | 一种植入式神经电脉冲刺激系统 |
| WO2008005386A2 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-10 | Cvdevices, Llc | Devices, systems and methods for pacing, resynchronization and defibrillation therapy |
| US20100256438A1 (en) * | 2007-08-20 | 2010-10-07 | Mishelevich David J | Firing patterns for deep brain transcranial magnetic stimulation |
| CN101234231A (zh) * | 2008-01-24 | 2008-08-06 | 武汉依瑞德医疗设备新技术有限公司 | 多个刺激线圈的经颅磁场刺激器 |
| CN105451814A (zh) * | 2013-06-21 | 2016-03-30 | 慕尼黑工业大学 | 用于通过磁场刺激组织的磁刺激器 |
| CN103944215A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-07-23 | 天津工业大学 | 基于电流反馈的谐振式充电控制系统及其控制方法 |
| CN104158269A (zh) * | 2014-08-11 | 2014-11-19 | 长城信息产业股份有限公司 | 一种无线充电发射器、接收器、充电装置及无线充电方法 |
| CN104297706A (zh) * | 2014-10-17 | 2015-01-21 | 华中科技大学 | 一种基于谐振的磁场发生装置及其设计方法 |
| CN105879219A (zh) * | 2015-02-10 | 2016-08-24 | 北京大学 | 用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器 |
| CN105406552A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-16 | 昆山维信诺科技有限公司 | 无线充电装置及其充电设备和受电设备 |
| US20170189692A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-06 | Syntilla Medical LLC | Charging system incorporating data communication and power transmission using opposite polarity half-wave rectified signals received by implanted device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KAI-HSIUNG HSU ET AL.: "A 3-D Differential Coil Design for Localized Magnetic Stimulation", IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, vol. 48, no. 10, 1 October 2001 (2001-10-01), pages 1163 - 1168, XP011007147 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3856334A1 (en) | 2021-08-04 |
| US11890487B2 (en) | 2024-02-06 |
| IL281162A (en) | 2021-04-29 |
| IL281162B (en) | 2022-01-01 |
| US20210268300A1 (en) | 2021-09-02 |
| EP3856334A4 (en) | 2022-06-29 |
| WO2020065651A1 (en) | 2020-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112996558A (zh) | 用于多通道同时大功率磁线圈驱动器的方法和装置 | |
| US20090018384A1 (en) | Portable, Modular Transcranial Magnetic Stimulation Device | |
| ES2619170T3 (es) | Circuito controlador para estimulación magnética | |
| Zhang et al. | In vitro and in vivo studies on wireless powering of medical sensors and implantable devices | |
| JP5771261B2 (ja) | 医療用連発磁気パルス発生装置 | |
| US7982529B2 (en) | Pulse generator having an efficient fractional voltage converter and method of use | |
| US20200030622A1 (en) | Pulse source and method for magnetically inductive nerve stimulation | |
| Goetz et al. | Circuit topology and control principle for a first magnetic stimulator with fully controllable waveform | |
| US8029432B2 (en) | Magnetic system for treatment of cellular dysfunction of a tissue or an extracellular matrix disruption of a tissue | |
| WO2003090863A1 (en) | A stimulation coil using magnetic mirror and use thereof | |
| JP2012511387A (ja) | 経頭蓋磁気刺激を用いた電界パルスパラメータの制御のためのシステムおよび方法 | |
| JP2001520094A (ja) | 磁場療法用機器 | |
| JPH11329785A (ja) | Ｘ線システム | |
| Gore et al. | Wireless power transfer technology for medical applications | |
| CN109756208A (zh) | 一种多电容串联的经颅磁刺激系统及其电容充电管理方法 | |
| EP3003477B1 (en) | Dual battery fast charging defibrillator | |
| CN101530650B (zh) | 降低功耗的磁刺激仪及其控制方法 | |
| DE602007004301D1 (de) | Magnetisches Pulssystem zur Leitung elektrischer Ströme in einen menschlichen Körper | |
| Dinis et al. | Thermal modeling of an implantable brain focal cooling device | |
| Lohse et al. | The Modular Multilevel Magnetic Stimulator: Energy-Efficiency, Pre-Charging and Overlap Protection | |
| NL194859C (nl) | Haargroeiherstelwerkwijze en -inrichting. | |
| Song et al. | Design of a new sandwiched wireless charging system for micro medical robotics on cardiac pacemaker | |
| CN210250881U (zh) | 一种经颅磁刺激装置 | |
| JP2024530474A (ja) | シナジーパルス発生回路、発生装置及びその発生方法 | |
| Goetz et al. | Magnetic stimulation with arbitrary waveform shapes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |