CN115282491A - 一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统及其实现方式 - Google Patents
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Abstract
一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统及其实现方式，涉及经颅磁刺激领域，包括经颅磁刺激系统，经颅磁刺激系统包括电脑、控制单元和多台独立的磁刺激仪主机；每台磁刺激主机包括信号调理电路、高压电源、储能电容和放电开关组件；放电开关组件采用两个可控硅，反向并联，每台独立的磁刺激主机能够独立地对同一线圈放电，且每台磁刺激主机产生的磁刺激脉冲输出均为双相波；多台磁刺激主机受控于同一控制单元，控制单元按照设定的时间间隔序列产生控制脉冲，控制高压电源对各路储能电容充电，并对同一线圈放电，采用本发明中的实现方式，能够使磁刺激系统实现多脉冲、毫秒级放电。
Description
技术领域
本发明涉及经颅磁刺激领域，具体涉及一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统及其实现方式。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)是利用时变脉冲电磁场产生的感应电场作用于大脑皮层及神经系统，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一种大脑及神经领域的治疗方法。
重复经颅磁刺激(rTMS)是一种诱导神经可塑性的非侵入性脑刺激方法。rTMS主要诱导突触可塑性变化，从而对患有神经或精神疾病的患者起到治疗的目的。多脉冲同步经颅磁刺激是一种新颖的rTMS技术，以极短时间间隔输出多个刺激脉冲，通过调节脉冲间隔时间和脉冲强度，可以显著增加或降低皮质兴奋性，比重复经颅磁刺激更好地诱导生理效应。
最近出现的四脉冲刺激（Quadripulse Transcranial Magnetic Stimulation，QPS）是一种多脉冲同步经颅磁刺激，常规QPS刺激方式：通过统一终端管理4个独立的磁刺激器单元，这4台刺激器会以极短时间间隔（1-100ms）发放4个单相TMS脉冲，每个QPS脉冲串之间有5秒标准脉冲间隔，这4个单相TMS脉冲通过同一个线圈发放，并最终作用于目标区域。
目前的临床研究表明，短间隔QPS增加皮层兴奋性（通常为QPS1.5、QPS5和QPS10），而长间隔QPS会抑制皮层兴奋性（QPS30、QPS50和QPS100）。QPS5在干预后诱导M1增强，也即产生长时程增强（LTP）效应；QPS50能够起到最有效地诱导抑制，即长时程抑制(LTD)效应。特别说明，QPS5指脉冲之间间隔为5ms，QPS10指脉冲之间间隔为10ms，以此类推。QPS的功效近年来在日本和英国得到验证，为全球范围内进一步确认、推广和标准化提供了临床研究生理学基础。
多脉冲同步经颅磁刺激包括目前的配对关联刺激和爆发式刺激（TBS）模式，二者都是在短时间间隔内发出刺激脉冲串，并以此为基础进行重复刺激。目前常规的经颅磁刺激系统，采用单一的电源和储能电容对线圈放电。但是，多脉冲同步经颅磁刺激系统由于放电脉冲之间时间间隔极短，例如刺激间隔1ms重复刺激时，电源无法充满储能电容，或者付出极高功率代价，因此无法采用单一的电源和储能电容实现。
目前四脉冲同步经颅磁刺激系统要在毫秒级的间隔内连续发出四个磁刺激脉冲，为达到这一效果，需要解决的技术问题是：（1）需要四个电源对四个储能电容充电，单电源和储能电容在技术上难以实现，可以利用现有的单路磁刺激系统的电源和储能电容组合；（2）四个储能电容，按照毫秒级的时序，对同一线圈放电，需要设计专门的控制时序，保证脉冲刺激按照设定的时间间隔进行放电。但是目前的难点在于四个储能电容对同一线圈按照时序放电时，如何切换不同的高压回路。例如：由于磁刺激回路的电流很大，脉冲电流峰值达到几千安培，需要大功率器件，而设备的要求体积又不能太大，这与大功率器件的相矛盾。而且不同脉冲的放电时间间隔最小为1毫秒，需要开关的切换速度足够快，目前接触器和继电器开关速度不够。同时四脉冲的回路和控制设计不好，会造成大电流流向不必要的通路。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术中存在的难点，本发明提供一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统及其实现方式。
本发明提供如下技术方案：一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，包括经颅磁刺激系统，经颅磁刺激系统包括电脑、控制单元和多台独立的磁刺激仪主机，每台磁刺激主机包括信号调理电路、高压电源、储能电容和放电开关组件，所述放电开关组件采用两个可控硅，反向并联，所述放电开关组件连接储能电容正端和线圈输出正端，每台独立的磁刺激主机能够独立地对同一线圈放电，且每台磁刺激主机产生的磁刺激脉冲输出均为双相波。
优选地，两个可控硅触发脉冲位于双相波的0和180度相位。
优选地，所述控制单元与所述电脑通过通信端口传输控制和状态信息，控制单元发出控制信号给各个独立的磁刺激仪主机。
优选地，所述通信端口可以采用串口、无线WIFI、蓝牙或CAN总线。
优选地，每台磁刺激主机的高压电源的充电电压单独可调。
另一技术方案：双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统的实现方式，多台所述磁刺激主机受控于同一控制单元，控制单元按照设定的时间间隔序列产生控制脉冲，控制高压电源对各路储能电容充电，并对同一线圈放电。
优选地，控制高压电源的充电脉冲和控制放电开关组件的脉冲波形为互补脉冲，并有死区时间，死区时间设定为500us～1ms。
优选地，多路放电同步脉冲间隔最小可设置为1ms。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）：采用本发明提供的实现方式克服了现有技术中存在的难点，能够使磁刺激系统实现多脉冲、毫秒级放电；
（2）：本发明采用可控硅作为开关件，可控硅容量大、体积小，可实现无触点式开关，确保了切换速度能达毫秒级；
（3）：本发明设置放电开关组件，能够保证大电流只会回流到控制脉冲开通的磁刺激子系统，而不会在不同系统之间产生杂乱的电流回路。
附图说明
图1 本发明提供四脉冲同步磁刺激系统图。
图2 本发明提供四脉冲同步充放电控制时序。
图3 本发明提供四脉冲双相波可控硅控制时序。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例：一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统的实现方式，包括经颅磁刺激系统，如图1所示，经颅磁刺激系统包括电脑、控制单元和多台独立的磁刺激仪主机。
每台磁刺激主机包括信号调理电路、高压电源、储能电容和放电开关组件，每台磁刺激主机内部的放电开关组件采用两个可控硅，反向并联，放电开关组件连接储能电容正端和线圈输出正端，四台独立的磁刺激主机能够独立地对同一线圈放电。即由上位机电脑作为人机交互的界面发出控制指令给控制单元，控制单元进一步控制各个独立的磁刺激主机，使每台独立的磁刺激主机能够独立地对同一线圈放电。
如图3所示，每台磁刺激主机产生的磁刺激脉冲输出均为双相波，为了产生双相波，放电开关组件的两个可控硅触发脉冲间隔为磁场脉冲的半周期，当双相波的0和180度相位时，分别发出触发脉冲。
本发明通过设置放电开关组件，能够保证大电流只会回流到控制脉冲开通的磁刺激子系统，而不会在不同系统之间产生杂乱的电流回路。
图1中，对可控硅scr1发出触发脉冲，第一路电容放电；电流流过线圈，此时，可控硅scr2~scr8均不开通，电流只能回流到储能电容1；放电脉冲半个周期以后，此时放电电容和线圈组成的放电回路，产生反向电流，scr1截止；可控硅scr2发出触发脉冲，scr2打开；线圈流过反向电流，对储能电容1反向充电，从而线圈产生完整的双相波刺激脉冲。其余的可控硅的控制方式与此过程相同。
如图2所示，多台磁刺激主机受控于同一控制单元，控制单元按照设定的时间间隔序列产生控制脉冲，控制高压电源对各路储能电容充电，并对同一线圈放电。控制高压电源的充电脉冲和控制放电开关组件的脉冲波形为互补脉冲，并有死区时间，保证充放电不会同时发生，死区时间设定为500us～1ms。多路放电同步脉冲间隔最小可设置为1ms。
每一路高压电源的充电电压可调，使每路刺激输出不同的强度。
控制单元与所述电脑通过通信端口传输控制和状态信息，控制单元发出控制信号给各个独立的磁刺激仪主机。本发明不限定特定的通信方式，通信端口可以采用串口、无线WIFI、蓝牙或CAN总线等进行通信。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，包括经颅磁刺激系统，经颅磁刺激系统包括电脑、控制单元和多台独立的磁刺激仪主机，每台磁刺激主机包括信号调理电路、高压电源、储能电容和放电开关组件，其特征在于，所述放电开关组件采用两个可控硅，反向并联，所述放电开关组件连接储能电容正端和线圈输出正端，每台独立的磁刺激主机能够独立地对同一线圈放电，且每台磁刺激主机产生的磁刺激脉冲输出均为双相波。
2.根据权利要求1所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，其特征在于，两个可控硅触发脉冲位于双相波的0和180度相位。
3.根据权利要求1所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，其特征在于，所述控制单元与所述电脑通过通信端口传输控制和状态信息，控制单元发出控制信号给各个独立的磁刺激仪主机。
4.根据权利要求1所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，其特征在于，所述通信端口可以采用串口、无线WIFI、蓝牙或CAN总线。
5.根据权利要求1所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统，其特征在于，每台磁刺激主机的高压电源的充电电压单独可调。
6.权利要求1所述的双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统的实现方式，其特征在于，多台所述磁刺激主机受控于同一控制单元，控制单元按照设定的时间间隔序列产生控制脉冲，控制高压电源对各路储能电容充电，并对同一线圈放电。
7.根据权利要求6所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统的实现方式，其特征在于，控制高压电源的充电脉冲和控制放电开关组件的脉冲波形为互补脉冲，并有死区时间，死区时间设定为500us～1ms。
8.根据权利要求6所述双相波多脉冲同步经颅磁刺激系统的实现方式，其特征在于，其特征在于，多路放电同步脉冲间隔最小可设置为1ms。
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