CN219517582U - 一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，涉及经颅磁刺激仪技术领域，包括装置本体，装置本体包括8字形线圈，装置本体还包括设置在8字形线圈前侧的屏蔽板和设置在8字形线圈后侧的软磁铁芯；屏蔽板的中部位置开设有矩形的开窗，开窗的中心正对8字形线圈的中心位置；软磁铁芯由一段长方体硅钢和两段圆柱体硅钢组成，两段圆柱体硅钢的一侧与长方体硅钢的侧面贴合，本实用新型可以增大8字形线圈中心刺激区域的交变磁场，从而增大此区域感生刺激电流，并抑制8字形线圈中心刺激区域外的位移电流，减小对非目标区域的刺激，增强8字形线圈的聚焦性，同时还能达到保持线圈感值，保护仪器安全的作用。

Description

一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置

技术领域

本实用新型涉及经颅磁刺激仪技术领域，尤其涉及一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置。

背景技术

经颅磁刺激采用强交变磁场作用在大脑，起到刺激皮层，调控神经兴奋性的作用。作为一种有效的非侵入性刺激手段，TMS被广泛地应用于对抑郁症、阿尔兹海默症和脑卒中等精神疾病和神经系统疾病的治疗中。

经颅磁刺激技术的原理是通过电容蓄电，刺激时将电容上蓄存的电荷通过刺激线圈释放，在线圈上引发交变电流，交变电流引发交变磁场，在大脑组织引发交变位移电流，从而实现对脑组织的刺激。传统的经颅磁刺激技术一般采用环形或者8字形线圈输出脉冲磁场，其中8字形线圈由两个并在一起的环形线圈组成，在相并部分两个线圈的电流方向相同，从而使得两个线圈引发的位移电流在线圈相并部分重叠，从而实现局部更高强度的刺激，所以可以认为8字形线圈刺激范围更加集中，即具有更好的聚焦性，所以8字形线圈在临床评估与科研中得到更加广泛的应用。但是，8字形线圈的两线圈各自作为环形线圈具有环形的刺激区域，所以在交叠区域(即目标刺激区域)以外具有至少一半的刺激强度，这会导致非目标区域被刺激。此外因为线圈的散热需求，磁刺激线圈都有较大的尺寸。这些因素都导致8字形线圈的聚焦性无法满足精度较高的刺激要求。

由上所述，为此我们设计出了一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置来解决以上问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，包括装置本体，装置本体包括8字形线圈，

装置本体还包括设置在8字形线圈前侧的屏蔽板和设置在8字形线圈后侧的软磁铁芯；

屏蔽板的中部位置开设有矩形的开窗，开窗的中心正对8字形线圈的中心位置；

软磁铁芯由一段长方体硅钢和两段圆柱体硅钢组成，两段圆柱体硅钢的一侧与长方体硅钢的侧面贴合，两段圆柱体硅钢的另一侧延伸至8字形线圈的圈口内侧。

优选的，屏蔽板的材质为工业纯铜，厚度大于1毫米，小于2毫米。

优选的，软磁铁芯材质为硅钢。

优选的，屏蔽板的开窗的长轴方向尺寸大于8字形线圈匝宽度的两倍1厘米，使得开窗与8字形线圈两孔都有5毫米的重合，开窗的短轴方向尺寸决定于短边和8字形线圈两孔的交点。

优选的，长方体硅钢的长度为8字形线圈的孔径两倍和线圈匝宽度两倍的和，其宽度为8字形线圈的孔径，其厚度为5厘米。

优选的，两段圆柱体硅钢的直径为8字形线圈的孔径，厚度为8字形线圈的厚度。

优选的，两段8字形线圈分别放入8字形线圈两孔，与8字形线圈的孔洞紧密贴合。

优选的，长方体硅钢与圆柱体硅钢的侧面紧密贴合，长方体硅钢与8字形线圈背面紧密贴合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型中，通过将根据8字形线圈参数在中央适当位置开窗的铜制屏蔽板置于线圈前，并将软磁铁制成的铁芯置于线圈后，可以增大8字形线圈中心刺激区域的交变磁场，从而增大此区域感生刺激电流，并抑制8字形线圈中心刺激区域外的位移电流，减小对非目标区域的刺激，增强8字形线圈的聚焦性，同时还能达到保持线圈感值，保护仪器安全的作用。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置的竖切剖视图；

图3为单纯线圈的位移电流分布图；

图4为带屏蔽板的线圈的位移电流分布图。

图中：1 8字形线圈、2屏蔽铜板、201开窗、3软磁铁芯、301长方体硅钢、302圆柱体硅钢。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

图中：1 8字形线圈、2屏蔽铜板、201开窗、3软磁铁芯、301长方体硅钢、302圆柱体硅钢。

实施例一

参照图1-4，一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，包括装置本体，装置本体包括8字形线圈1，装置本体还包括设置在8字形线圈1前侧的屏蔽板2和设置在8字形线圈1后侧的软磁铁芯3；

图1为8字形线圈1、屏蔽铜板2和软磁铁芯3摆放方式的正视图，其中软磁铁芯3用虚线表示；图2中为该装置经过线圈长轴的剖面图。图1-2中标记2为屏蔽板2，标记1为8字形线圈1，标记3为软磁铁芯。

屏蔽板2的中部位置开设有矩形的开窗201，开窗201的中心正对8字形线圈1的中心位置；软磁铁芯3由一段长方体硅钢301和两段圆柱体硅钢302组成，两段圆柱体硅钢302的一侧与长方体硅钢301的侧面贴合，两段圆柱体硅钢302的另一侧延伸至8字形线圈1的圈口内侧。

其中，屏蔽板2的材质为工业纯铜，厚度大于1毫米，小于2毫米，软磁铁芯3材质为硅钢；

更加具体的是，屏蔽板2的开窗201的长轴方向尺寸大于8字形线圈1匝宽度的两倍1厘米，使得开窗201与8字形线圈1两孔都有5毫米的重合，开窗201的短轴方向尺寸决定于短边和8字形线圈1两孔的交点，长方体硅钢301的长度为8字形线圈1的孔径两倍和线圈匝宽度两倍的和，其宽度为8字形线圈1的孔径，其厚度为5厘米，两段圆柱体硅钢302的直径为8字形线圈1的孔径，厚度为8字形线圈1的厚度；

其中，两段8字形线圈1分别放入8字形线圈1两孔，与8字形线圈1的孔洞紧密贴合，长方体硅钢301与圆柱体硅钢302的侧面紧密贴合，长方体硅钢301与8字形线圈1背面紧密贴合。

经颅磁刺激仪工作时，8字形线圈1内存在1kHz～10kHz的交变电流，从而产生对应的交变磁场。根据电磁感应定律，将导体构成的回路置于变化磁场中时，导体回路内会产生涡旋电流，以产生和外界磁场变化方向相反的磁场，抑制回路内磁通量回路内磁场的积分的变化。如果将一个良导体构成的屏蔽板2放置于TMS线圈一侧，屏蔽板2会产生涡旋电流，抑制磁场的变化。如果屏蔽板2的电导足够大，对于金属板来说，也就是材料电导率足够高，板的厚度足够大，就可以足够好地抵消线圈产生的交变磁场，达到屏蔽的效果。如果在屏蔽板2的适当位置留孔，使一部分磁感线到达屏蔽板2外侧，则可以达到缩小刺激范围，即聚焦的效果。同时，由于屏蔽板2电导率低，所以内部的涡旋电流分布较分散，这使得加装了屏蔽板2后，线圈在脑组织内引发的位移电流在窗口位置外分布分散，从而降低了非目标区域的位移电流强度，进一步增大了刺激的聚焦性。

可以通过三组数据评估线圈刺激强度和聚焦性，它们分别为：最大位移电流密度中心位置与单纯线圈不含屏蔽板和磁芯最大位移电流密度的比值，即归一化峰值电流密度；刺激面积电流密度大于中心峰值的倍的面积与单纯线圈刺激面积的比值，即归一化刺激面积；非目标区域最大电流密度与中心位置最大电流密度的比值，即归一化非目标电流密度。

屏蔽板2的中央窗口201的长边8字形线圈1长轴方向越长，归一化峰值电流密度越大，归一化刺激面积越大，归一化非目标电流密度越大。因为8字形线圈1孔内大多数磁通量分布在8字形线圈1内缘附近，当窗口201开始包括线圈孔，窗口长度增加带来的磁通量增加开始减缓，归一化峰值电流密度的增加速度下降，归一化刺激面积的增加速度上升，所以窗口长轴不宜和线圈内两孔有过大重叠。

同样地，屏蔽板2的中央窗口21的短边8字形线圈1短轴方向越长，归一化峰值电流密度越大，归一化刺激面积越大，归一化非目标电流密度越大。因为8字形线圈1孔内大多数磁通量分布在8字形线圈1内缘附近，当窗口201短边超过线圈内缘，窗口长度增加带来的磁通量增加开始减缓，归一化峰值电流密度的增加速度下降，归一化刺激面积的增加速度上升，所以窗口短边以内接8字形线圈1孔內缘为宜。

当窗口201的长轴与8字形线圈1两孔都有5毫米的重叠，窗口201的四个顶点位于8字形线圈1孔內缘上时，不带磁芯归一化峰值电流密度为0.5，归一化刺激面积为0.45，归一化非目标电流密度为0.25，兼顾了刺激强度和聚焦度。图3为单纯线圈的位移电流分布，图4为带上述尺寸的屏蔽板2时的位移电流分布，颜色越亮，表示位移电流强度越大，可见明显降低了非目标区域刺激强度，明显缩小了刺激面积，提高了聚焦性。

根据磁路欧姆定律：Φ＝F/R_m，其中Φ为磁通量，决定线圈的电感值，同一点的磁场强度B与磁路的磁通量成正比，F为磁动势，只取决于线圈电流与匝数，R_m为磁路的磁阻。当在8字形线圈的一侧与孔内加入磁导率远大于空气磁导率的软磁材料，可以大致认为R_m降低到略小于原来的50％且与材料形状无关，故线圈内交变电流相同时，Φ变为无铁芯时的约200％，故电感值与磁感应强度B也为无铁芯时的约200％。8字形线圈1前置的屏蔽板2会导致8字形线圈1等效电感减小，改变8字形线圈1内交变电流的大小，威胁仪器安全性。软磁铁芯3的加入能够补偿电感值，使8字形线圈1内交变电流大致不变，保护仪器安全，同时磁阻的减小也使得交变磁场增大，补偿屏蔽板2带来的峰值位移电流的下降。

带屏蔽板2的线圈，其电感值为单纯线圈电感值的约0.52倍，而图1所示的软磁铁芯3的加入使得电感值变为了单纯线圈电感值的0.9倍。通过如前，带屏蔽板2的线圈归一化峰值电流密度为0.5，归一化刺激面积为0.45，归一化非目标电流密度为0.25，而加入硅钢磁芯后归一化峰值电流变为1.05，同时归一化刺激面积和归一化非目标电流密度大致不变。所以软磁铁芯3的加入可以提高刺激强度，同时补偿线圈电感的减小，保证仪器安全。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，包括装置本体，所述装置本体包括8字形线圈(1)，其特征在于，

所述装置本体还包括设置在8字形线圈(1)前侧的屏蔽板(2)和设置在8字形线圈(1)后侧的软磁铁芯(3)；

所述屏蔽板(2)的中部位置开设有矩形的开窗(201)，所述开窗(201)的中心正对8字形线圈(1)的中心位置；

所述软磁铁芯(3)由一段长方体硅钢(301)和两段圆柱体硅钢(302)组成，两段所述圆柱体硅钢(302)的一侧与长方体硅钢(301)的侧面贴合，两段所述圆柱体硅钢(302)的另一侧延伸至8字形线圈(1)的圈口内侧。

2.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，所述屏蔽板(2)的材质为工业纯铜，厚度大于1毫米，小于2毫米。

3.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，所述软磁铁芯(3)材质为硅钢。

4.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，所述屏蔽板(2)的开窗(201)的长轴方向尺寸大于8字形线圈(1)匝宽度的两倍1厘米，使得开窗(201)与8字形线圈(1)两孔都有5毫米的重合。

5.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，所述长方体硅钢(301)的长度为8字形线圈(1)的孔径两倍和线圈匝宽度两倍的和，其宽度为8字形线圈(1)的孔径，其厚度为5厘米。

6.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，两段所述圆柱体硅钢(302)的直径为8字形线圈(1)的孔径，厚度为8字形线圈(1)的厚度。

7.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，两段所述8字形线圈(1)分别放入8字形线圈(1)两孔，与8字形线圈(1)的孔洞紧密贴合。

8.根据权利要求1所述的一种经颅磁刺激仪8字形线圈聚焦性增强装置，其特征在于，所述长方体硅钢(301)与圆柱体硅钢(302)的侧面紧密贴合，所述长方体硅钢(301)与8字形线圈(1)背面紧密贴合。