CN208678174U - 一种用于经颅磁刺激的四线圈结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于经颅磁刺激的四线圈结构，属于经颅磁刺激领域。本实用新型包括呈正方形结构的四个相邻的小线圈、两个储能电容和12个继电器，每个小线圈独立引出正、负两条引线；每个储能电容的正极引出线分别接一个可控硅作为放电开关；两个储能电容控制不同的继电器或继电器组合给不同的小线圈或小线圈组合供电。采用本实用新型可以对人脑的多个部位的磁刺激焦点同时刺激，满足复杂的磁刺激需要。

Description

一种用于经颅磁刺激的四线圈结构

技术领域

本实用新型属于经颅磁刺激领域，特别涉及一种用于经颅磁刺激的四线圈结构。

背景技术

当前，国内外现有的经颅磁刺激主要采用圆环线圈和“8”字形线圈进行刺激，圆环线圈的生理作用区域为线圈下方的环带状区域，“8”字形线圈的生理作用区域为“8”字中心,通常把“8”字中心的作用区域称为“磁刺激焦点”，所以“8”字形线圈比圆环线圈有更好的聚焦性。在经颅磁刺激的临床研究中，发现人脑的生理活动由大脑皮层多个区域共同起作用协同完成的，因此在临床应用上，对某些脑功能疾病治疗的磁刺激需要对多个区域刺激，仅仅依靠“8”字线圈对一个脑功能区域进行刺激不能满足需要。

多焦点经颅磁刺激系统能够对多个脑功能区同时或者交替进行刺激，需要多通道高压电源、多焦点刺激的线圈结构和相应的控制软件共同实现。现有的多通道磁刺激技术，如名称为多导脑部磁刺激的专利(申请号200510015749.4)，名称为多个刺激线圈的经颅磁场刺激器的专利(申请号200810046759.8)，以及名称为用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器的专利(申请号201510069014.3)中都公开了其工作方式为：n组高压模块对n个储能电容充电；主控模块控制n组放电开关模块，使n个储能电容对外接的n个刺激线圈放电。

目前，本领域缺少实用化的同时实现多焦点经颅磁刺激线圈结构，有以下几方面原因：一是磁刺激线圈内的瞬态电流很高，峰值电流甚至达到5000安培以上，兼顾发热和载流，因此线圈导线截面不能太细，也不宜太粗，太粗绕制困难，一般线圈导线在6-12平方毫米为宜；第二，磁刺激线圈的脉冲磁场一般要能到达1.5特斯拉以上，感应电场要能达到60V/m以上，因此需要选择合适的线圈参数，如果线圈的尺寸太小，不能达到生理阈值要求；而头部表面积有限，布置的线圈数目不会很多，因此也不宜太大；第三，由于瞬态电流很高，线圈的焦点选通控制电路比较复杂。专利(申请号201220171951.1)提出一种动态可变多通道经颅磁刺激线圈阵列，采用直导线网格作为磁刺激线圈，这样的线圈电感量太小，很难产生满足生理阈值刺激强度的脉冲磁场和感应电场。而专利(申请号200510015749.4)公开的多导脑部磁刺激仪则具有128个刺激线圈，每个线圈均为直径20mm，高20mm的圆柱线圈，线圈由0.58mm的漆包线绕制，绕有324匝，这个方案线圈尺寸太小、电感量太大、电流上升速度不够，无法产生足够高的脉冲磁场和感应电场；另外导线太细，难以承载大的瞬态电流。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种经颅磁刺激的四线圈结构，可以对人脑的多个部位实现交替或同时刺激。

本实用新型提供一种用于经颅磁刺激的四线圈结构(参考图1)，其特征在于，四线圈结构由呈正方形结构的四个独立的小线圈组成，两个相邻的圆线圈的切点区域为磁刺激焦点，每个小线圈独立引出正、负两条引线，还有两个储能电容和12个继电器；每个储能电容的正极引出线分别接一个可控硅作为放电开关；两个储能电容控制不同的继电器或继电器组合给不同的小线圈或小线圈组合供电。

本实用新型小线圈是指导线经过盘绕若干匝后呈空心的圆柱状结构。其中导线的截面积范围6-12平方毫米。空心的圆柱状小线圈的内直径范围是20-40毫米；外直径范围是40-60毫米；高度范围是6-12毫米。

如图2所示，本实用新型小线圈产生相同方向的磁场时，流入端的引线定义为A，流出端引线定义为B，四个小线圈对应的引出线分别为1A/1B，2A/2B，3A/3B，4A/4B。当线圈电流从A端流入，从B端流出时，定义为线圈通正向电流；反之，从B流入，A流出时，定义为线圈通反向电流。四线圈结构共有4个磁刺激焦点，选择一个线圈通正向电流，另一个线圈通反向电流，通过继电器组选择不同的回路，产生不同的磁刺激焦点作用。本实用新型至少可以产生七种磁刺激焦点组合，包括四种独立的单个磁刺激焦点作用，两种两个磁刺激焦点同时作用的，一种四个磁刺激焦点同时作用；当相邻的两个小线圈通以相反方向电流，其它两个小线圈不通电，每个独立的单个磁刺激焦点作用；改变不同的小线圈通电组合，可以产生四种单个磁刺激焦点作用；把四个小线圈按照上下或者左右分类，当同一侧通以正方向电流，例如上侧或者左侧，另一侧通以反向电流，如下侧(对应于上侧)或者右侧(对应于左侧)，会产生横向或者竖向的两个磁刺激焦点同时作用；当四个小线圈按照一条对角线上的两个线圈通正向电流，另一条对角线通反向电流，可以实现四个磁刺激焦点同时作用。

本实用新型根据所选择的磁刺激焦点，采用继电器控制电路，确定小线圈之间的连接；采用两个储能电容给线圈供电；由两个独立的可控硅模块分别控制这两个储能电容放电，产生磁刺激焦点作用。若采用多个本实用新型所述的经颅磁刺激的四线圈结构于头部，可以扩大刺激磁刺激焦点的位置，满足更复杂的磁刺激需要。

附图说明

图1为多磁刺激焦点经颅磁刺激的四线圈结构及磁刺激焦点选通控制结构框图；

图2为多磁刺激焦点经颅磁刺激的四线圈引线示意图；

图3为本实用新型小线圈结构的示意图，其中(a)为小线圈的俯视图(b)为小线圈的侧视图；

图4为单个磁刺激焦点1作用的示意图；

图5为单个磁刺激焦点2作用的示意图；

图6为单个磁刺激焦点3作用的示意图；

图7为单个磁刺激焦点4作用的示意图；

图8为两个磁刺激焦点同时作用的示意图；

图9为另一种两个磁刺激焦点同时作用的示意图；

图10为四个磁刺激焦点同时作用的示意图；

图11为四个磁刺激焦点对应的感应电场。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本实用新型。

图1是多磁刺激焦点经颅磁刺激的四线圈结构结构框图，由呈正方形结构的四个独立的小线圈组成，每个小线圈独立引出线，还有两个储能电容；每个储能电容的正极引出线分别接一个可控硅作为放电开关；本实用新型四线圈结构由四个独立的小线圈组成，按照平面布置，四个小线圈分别标记为①，②，③，④。四个小线圈按照直角坐标系布置于四个象限中，小线圈①位于第一象限，小线圈②位于第二象限，小线圈③位于第三象限，小线圈④位于第四象限。该结构共有四个独立的磁刺激焦点，每个小线圈引出正、负两个引线，其中12个继电器分别为：1B&2B为连接线圈的1B端和2B端的继电器；1B&4B为连接线圈的1B端和4B端的继电器；2A&C1-为连接线圈的2A端和电容C1负端的继电器；4A&C1-为连接线圈的4A端和电容C1负端的继电器；2A&C2+为连接线圈的2A端和电容C2正端的继电器；3A&C2+为连接线圈的3A端和电容C2正端的继电器；4A&C2+为连接线圈的4A端和电容C2正端的继电器；3B&2B为连接线圈的3B端和2B端的继电器；3B&4B为连接线圈的3B端和4B端的继电器；2A&C2-为连接线圈的2A端和电容C2负端的继电器；3A&C2-为连接线圈的3A端和电容C2负端的继电器；4A&C2-为连接线圈的4A端和电容C2负端的继电器。

本实用新型的工作过程：采用两个储能电容1和电容2给线圈供电。电容1正端引出线标记为C1+，负端引出线标记为C1-，电容2正端引出线标记为C2+，负端引出线标记为C2-。根据所选择的磁刺激焦点，接通不同的继电器组合，确定小线圈之间的连接。两个独立的放电开关，即可控硅1和可控硅2，分别控制这两个储能电容放电。

图3是经颅磁刺激的小线圈结构。本实用新型具体实施例中小线圈参数为：导线截面参数：4.95mm×1.45mm；小线圈的内直径：28mm；小线圈的外直径：50mm；小线圈的高度：10mm；线圈共14匝呈两层。

图4是单个磁刺激焦点1的产生，电容C1放电，线圈①产生正向磁场，线圈②产生反向磁场，线圈③和④无电流通过。可以看到磁刺激焦点位于两个线圈相交中心。电流流经的路径是：C1+→可控硅1→1A→1B&2B→2A&C1→C1-。图4中的等高线是计算得到的线圈表面以下20mm处感应电场分布，磁刺激焦点处感应电场值最大，为83.5V/m(伏特/米)。计算参数选择为，储能电容值为250uF，线圈电流的变化率5.65×10⁷A/s(安培/秒)，以下计算均采用此参数计算得到的，不在赘述。

图5是单个磁刺激焦点2的产生，电容C2放电，线圈②产生正向磁场，线圈③产生反向磁场，线圈①和④无电流通过。电流流经的路径是：C2+→可控硅2→2A&C2+→3B&2B→3A&C2→C2-。

图6是单个磁刺激焦点3的产生，电容C2放电，线圈③产生正向磁场，线圈④产生反向磁场，线圈①和②无电流通过。电流流经的路径是：C2+→可控硅2→3A&C2+→3B&4B→4A&C2→C2-。

图7是单个磁刺激焦点4的产生，电容C1放电，线圈①产生正向磁场，线圈④产生反向磁场，线圈②和③无电流通过。电流流经的路径是：C1+→可控硅1→1A→1B&4B→4A&C1→C1-。

图8是两个磁刺激焦点的同时产生，电容C1放电，线圈①产生正向磁场，线圈④产生反向磁场；电容C2放电，线圈②产生正向磁场，线圈③产生反向磁场。可以看到，最高感应电场的分布在四个线圈中心沿水平位置分布。电流分别流经两条独立的路径：C1+→可控硅1→1A→1B&4B→4A&C1→C1-；C2+→可控硅2→2A&C2+→3B&2B→3A&C2→C2-。从等高线图可以看出，磁刺激焦点区域感应电场为108V/m，高于单个磁刺激焦点的情况。

图9是另一种两个磁刺激焦点的同时产生，电容C1放电，线圈①产生正向磁场，线圈②产生反向磁场；电容C2放电，线圈④产生正向磁场，线圈③产生反向磁场。产生的磁刺激焦点为两个竖直的位置。电流分别流经两条独立的路径：C1+→可控硅1→1A→1B&2B→2A&C1→C1-；C2+→可控硅2→4A&C2+→3B&4B→3A&C2→C2-。

图10是四个磁刺激焦点的同时产生，电容C1放电，线圈①产生正向磁场，线圈②产生反向磁场；电容C2放电，线圈③产生正向磁场，线圈④产生反向磁场。产生的磁刺激焦点位于线圈两两相交处。电流分别流经两条独立的路径：C1+→可控硅1→1A→1B&2B→2A&C1→C1-；C2+→可控硅2→3A&C2+→3B&4B→4A&C2→C2-。从等高线图可以看出，磁刺激焦点区域感应电场为66.7V/m，低于单个磁刺激焦点的情况。

图11为四个磁刺激焦点对应的感应电场的分布，可以看到是线圈两两相交处的四个峰值。

本实用新型可以将一个或若干个四线圈结构安装在头盔上，可以实现在头部产生更多的磁刺激焦点，满足更复杂的磁刺激治疗的临床需求。

上面描述的实施例并非用于限定本实用新型，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，因此本实用新型的保护范围视权利要求范围所界定。

Claims (5)

1.一种用于经颅磁刺激的四线圈结构，其特征在于，包括呈正方形结构的四个相邻的小线圈、两个储能电容和12个继电器，每个小线圈独立引出正、负两条引线；每个储能电容的正极引出线分别接一个可控硅作为放电开关；两个储能电容控制不同的继电器或继电器组合给不同的小线圈或小线圈组合供电。

2.根据权利要求1所述的用于经颅磁刺激的四线圈结构，其特征在于，所述小线圈是指导线经过盘绕若干匝后呈空心的圆柱状结构。

3.根据权利要求2所述的用于经颅磁刺激的四线圈结构，其特征在于，所述导线的截面积范围6-12平方毫米。

4.根据权利要求2所述的用于经颅磁刺激的四线圈结构，其特征在于，所述空心的圆柱状结构的内直径范围是20-40毫米；外直径范围是40-60毫米；高度范围是6-12毫米。

5.根据权利要求1所述的用于经颅磁刺激的四线圈结构，其特征在于，所述储能电容值的范围140-300uF。