CN113679949A - 一种h型经颅磁刺激线圈、磁刺激装置及磁刺激系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种H型经颅磁刺激线圈、磁刺激装置及磁刺激系统，其中经颅磁刺激线圈包括：H型TMS线圈，包括H线圈部分和底座线圈部分，所述底座线圈部分上设有凹槽，以使所述底座线圈部分套于头部；磁屏蔽层，设置在所述凹槽内，所述磁屏蔽层采用柔性材料制成，以使所述磁屏蔽层与头部贴合。本发明通过增加磁屏蔽层，改变H形线圈周围的磁感应强度分布，达到降低H形TMS线圈在刺激目标区域之外产生的感应电场强度，改善H形TMS线圈的刺激精度。本发明可广泛应用于医疗设备技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种H型经颅磁刺激线圈、磁刺激装置及磁刺激系统。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation,TMS)是在神经科学领域用于研究大脑功能的一种有力的工具。临床结果也表明，TMS对神经疾病、精神疾病、神经性疼痛和抑郁症有治疗作用。TMS的工作原理可以用电磁感应现象来解释，利用外部的磁刺激线圈在颅内需要刺激的部位产生足以使神经元去极化的电场，引起神经细胞层面和行为层面的变化。TMS在实施刺激后的一段时间仍能产生影响，因此具有重要的的医疗价值。
H形线圈是一种进行深部脑组织刺激的TMS线圈，其设计思路是将线圈尽可能的与头部贴近，并且使线圈回路部分尽可能地远离头部，减小线圈回路对颅内感应电场的影响。H形线圈刺激的目标区域通常位于颅内的前方位置，同时，由于H形线圈尺寸较大，可以在线圈周围较大的范围内产生强度变化不大的磁感应场，因此可以刺激到颅内较深的位置。但在经颅刺激过程中，TMS线圈会在线圈周围产生一个较大的磁场，不仅对需要刺激的区域产生效果，也会影响到不需要刺激的区域。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种H型经颅磁刺激线圈、磁刺激装置及磁刺激系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种H型经颅磁刺激线圈，包括：
H型TMS线圈，包括H线圈部分和底座线圈部分，所述底座线圈部分上设有凹槽，以使所述底座线圈部分套于头部；
磁屏蔽层，设置在所述凹槽内，所述磁屏蔽层采用柔性材料制成，以使所述磁屏蔽层与头部贴合。
进一步地，所述磁屏蔽层的面积可调。
进一步地，所述磁屏蔽层的形状如下：
以弧度为θs的弧线为母线，绕着旋转轴旋转γs角度形成的面，作为所述磁屏蔽层的表面；
通过调整γs角度的大小，调节所述磁屏蔽层与头部的接触面积。
进一步地，所述底座线圈部分采用柔性结构，以使底座线圈部分与头部紧贴在一起。
进一步地，所述磁屏蔽层采用铁氧体、铁基软磁材料、非晶纳米晶软磁材料或软磁复合材料制成。
进一步地，所述磁屏蔽层安置在所述底座线圈部分和头部之间，且所述磁屏蔽层的位置与所述头部正上方靠后侧的位置对应。
进一步地，当γs＝90°时，所述磁屏蔽层的前端覆盖到头部正上方，随着γs继续增大，所述磁屏蔽层越靠近头部的前额。
进一步地，所述γs≥110°。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种经颅磁刺激装置，包括：
经颅磁刺激线圈，采用上所述的一种H型经颅磁刺激线圈来实现；
电源，为所述经颅磁刺激线圈提供预设频率的交变电流。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种经颅磁刺激系统，包括箱体以及放置于所述箱体内的若干如上所述的一种经颅磁刺激装置。
本发明的有益效果是：本发明通过增加磁屏蔽层，改变H形线圈周围的磁感应强度分布，达到降低H形TMS线圈在刺激目标区域之外产生的感应电场强度，改善H形TMS线圈的刺激精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中一种H型经颅磁刺激线圈对刺激效果影响的模型图；
图2是本发明实施例中屏蔽层尺寸变化对颅内组织表面弧线上电场强度的影响示意图；
图3是本发明实施例的分析模型中磁屏蔽层的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种H型经颅磁刺激线圈，包括：
H型TMS线圈1，包括H线圈部分和底座线圈部分，底座线圈部分上设有凹槽，以使底座线圈部分套于头部；
磁屏蔽层2，设置在凹槽内，磁屏蔽层采用柔性材料制成，以使磁屏蔽层与头部贴合。
为了验证磁屏蔽层对H形TMS线圈刺激效果的影响，使用了球形模拟头部组织，代表颅内组织的球形半径为95mm，电导率为4S/m，相对磁导率为1；球体表面有一个厚度为5mm的壳体代表颅骨，电导率为0.01S/m，相对磁导率为0.99。使用颅内组织表面的电场强度不评判不同TMS线圈的刺激效果，根据H形线圈在颅内产生的电场分布特征，增加磁屏蔽层对目标区域的感应电场强度影响不大，因此只需要对比目标区域外电场强度即可以判断磁屏蔽层对H形TMS线圈刺激效果的影响。
图1展示了用于分析磁屏蔽层对颅内电场分布的模型示意图，示意图中对H形TMS线圈1的结构进行了简化。磁屏蔽层2位于H形线圈(即H型TMS线圈，简称H形线圈)与头部模型3之间，模型中磁屏蔽层为一个位于头部模型正后方的180圆弧绕y轴扫掠γs形成的一个壳层，通过改变γs可以改变磁屏蔽层的大小，分析不同尺寸磁屏蔽层对颅内电场分布的影响。使用弧线4上的电场强度分析颅内电场分布，由于H形线圈刺激的目标区域通常位于颅内前侧，因此磁屏蔽层2位于头部模型3的后方，影响的也是弧线在头部后方位置上的电场强度。
图2为磁屏蔽层对H形线圈在弧线4上产生的电场强度，通过改变γs分析了不同尺寸的磁屏蔽层对弧线4上电场强度的影响。由图可知，随着γs的增大，磁屏蔽层覆盖的范围增大但对H形线圈刺激的目标区域电场强度没有明显的影响。目标区域之外最大的电场强度随着γs的增大而减小，因此通过设计一定尺寸的磁屏蔽层，可以有效降低H形线圈在目标区域之外产生的感应电场强度，提高H形线圈刺激的安全性。
在一些可选的实施例中，H形TMS线圈中线圈的截面不限形状，如矩形、椭圆形、多股线圈等。
在一些可选的实施例中，H形TMS线圈中线圈的具体绕线方式不限，线圈的尺寸、线圈形状、线圈不同位置的弧度、长度等。
在一些可选的实施例中，H形TMS线圈中线圈的具体形状不限，包括现有的商业H形线圈、基于现有H形线圈的结构基础对线圈形状进行改动的线圈等。
在一些可选的实施例中，磁屏蔽层的材料不限。在实际应用中，如果屏蔽层选用的是绝缘材料，如铁氧体等，可以直接与线圈接触；若为导体，如非晶、纳米晶软磁等，可以在线圈与屏蔽层之间加入不导电且无磁性的绝缘层。
在一些可选的实施例中，磁屏蔽层的结构不限，如匀质的薄层、多层复合屏蔽层、编织状的屏蔽层等。
在一些可选的实施例中，磁屏蔽层的具体形状不限，如1/4的球面形、弧面形、多个小的环状组成的屏蔽层等。
以下结合附图对磁屏蔽层的形状结构及位置进行说明。
(1)磁屏蔽层的形状
在一些可选的实施例中，磁屏蔽层的形状如图3所示。磁屏蔽层为一个弧度为θs的弧线沿轴线1扫过γs形成的面，当弧线为具有一定宽度的扇面形时，扫过的路径形成一个壳层，即为此本实施例中的磁屏蔽层。通过改变θs和γs，可以形成不同形状的磁屏蔽层，达到不同的屏蔽效果。
本实施例中为了证明磁屏蔽层的效果，使用简化的头部模型，因此磁屏蔽层为一个规则的壳层，但具体到实际应用中，由于人的头部形状不规则，且不同人头部形状不同，因此为了使磁屏蔽层贴合头部，应选择柔性的磁屏蔽材料，以达到贴合头部的目的。
(2)磁屏蔽层的位置
磁屏蔽层安放在H形线圈与头部之间，由于H形线圈刺激的目标区域通常位于颅内前侧，因此，磁屏蔽层放置在头部正上方靠后侧的位置，用来降低相应位置的感应电场强度。
(3)磁屏蔽层与线圈结合
磁屏蔽层与H形线圈之间做好绝缘即可，通过调节磁屏蔽层的尺寸、位置等，可以达到不同的刺激效果。在实际应用中，如果磁屏蔽层选用的是绝缘材料，如铁氧体等，可以直接与线圈接触；若为导体，如非晶、纳米晶软磁等，可以在线圈与磁屏蔽层之间加入不导电且无磁性的绝缘层。
H形线圈通常为柔性结构，即通过外加一定的压力，将线圈与头部紧贴在一起。基于此原理，磁屏蔽层材料也应选取柔性材料，如使用铁氧体和高分子的复合材料，非晶、纳米晶与高分子的复合材料或细的硅钢丝编织形成的磁屏蔽层。
(4)最佳效果的选择
磁屏蔽层从正后方向正前方扫过γs形成磁屏蔽层，γs＝90°时，磁屏蔽层前端正好覆盖到头部正上方，随着γs继续增大，磁屏蔽层在靠近前侧覆盖的区域也逐渐增大。如交底书附图2所示，当磁屏蔽层扫过的角度γs≥110°，即可以保证H形线圈在刺激区域外(θ≤30°)产生的感应电场强度足够低。对交底书中分析的模型，γs≥110°即可以满足最佳的刺激效果，但由于头部模型不规则，实际的磁屏蔽层尺寸需要结合真实头部的模型确定。
本实施例还提供一种经颅磁刺激装置，包括：
经颅磁刺激线圈，采用上所述的一种H型经颅磁刺激线圈来实现；
电源，为所述经颅磁刺激线圈提供预设频率的交变电流。
本实施例的经颅磁刺激装置与上述的一种H型经颅磁刺激线圈具有对应的关系，因此具备一种H型经颅磁刺激线圈中的功能与效果。
本实施例还提供一种经颅磁刺激系统，包括箱体以及放置于所述箱体内的若干如上所述的一种经颅磁刺激装置。
本实施例的经颅磁刺激系统与上述的一种H型经颅磁刺激线圈具有对应的关系，因此具备一种H型经颅磁刺激线圈中的功能与效果。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，包括：
H型TMS线圈，包括H线圈部分和底座线圈部分，所述底座线圈部分上设有凹槽，以使所述底座线圈部分套于头部；
磁屏蔽层，设置在所述凹槽内，所述磁屏蔽层采用柔性材料制成，以使所述磁屏蔽层与头部贴合。
2.根据权利要求1所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述磁屏蔽层的面积可调。
3.根据权利要求1所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述磁屏蔽层的形状如下：
以弧度为θs的弧线为母线，绕着旋转轴旋转γs角度形成的面，作为所述磁屏蔽层的表面；通过调整γs角度的大小，调节所述磁屏蔽层与头部的接触面积。
4.根据权利要求1所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述底座线圈部分采用柔性结构，以使底座线圈部分与头部紧贴在一起。
5.根据权利要求1所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述磁屏蔽层采用铁氧体、铁基软磁材料、非晶纳米晶软磁材料或软磁复合材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述磁屏蔽层安置在所述底座线圈部分和头部之间，且所述磁屏蔽层的位置与所述头部正上方靠后侧的位置对应。
7.根据权利要求3所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，当γs＝90°时，所述磁屏蔽层的前端覆盖到头部正上方，随着γs继续增大，所述磁屏蔽层越靠近头部的前额。
8.根据权利要求7所述的一种H型经颅磁刺激线圈，其特征在于，所述γs≥110°。
9.一种经颅磁刺激装置，其特征在于，包括：
经颅磁刺激线圈，采用如权利要求1-8任一项所述的一种H型经颅磁刺激线圈来实现；电源，为所述经颅磁刺激线圈提供预设频率的交变电流。
10.一种经颅磁刺激系统，其特征在于，包括箱体以及放置于所述箱体内的若干如权利要求9所述的一种经颅磁刺激装置。
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