針對小動物經(jīng)顱磁刺激的線圈設(shè)計與磁場測量.pdf

1、經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）是一種無創(chuàng)、聚焦的非侵入性腦刺激技術(shù)，具有良好的時間分辨率和空間分辨率。多年來，TMS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床疾病診斷、治療以及腦科學(xué)研究，并取得了頗多成果。研究顯示大部分TMS作用于人腦的實驗可以在小動物實驗中得以深入，進(jìn)而從宏觀的腦電信號和肌電信號和微觀的突觸可塑性、細(xì)胞膜電位以及神經(jīng)遞質(zhì)流等兩個方面進(jìn)行對比，對TMS的作用機(jī)制進(jìn)行探討。然而，由于人腦

2、和實驗動物腦在尺寸上的差異，通用型TMS線圈的聚焦性和靶向性已不能滿足小動物TMS實驗研究。當(dāng)前小動物TMS實驗研究中線圈產(chǎn)生磁場的覆蓋區(qū)域太大，不能準(zhǔn)確作用于特定腦區(qū)，這給rTMS機(jī)制的研究帶來很大不便。因此，設(shè)計針對小動物rTMS實驗研究的專用線圈對rTMS作用效果以及作用機(jī)制的探究都有重要意義。
　　本文以大鼠為例，建立了6層球頭模型（頭皮、顱骨、腦脊液、灰質(zhì)、白質(zhì)與深部組織），建立了八字與夾角為160°、140°、120°

3、、115°、110°、105°和100°的錐形線圈模型以及內(nèi)半徑分別為5mm、8mm和11mm的八字與110°錐形線圈模型，利用有限元仿真軟件ANSYS，對不同線圈的感應(yīng)電場分布進(jìn)行仿真分析。結(jié)果顯示:八字線圈的聚焦性較好，錐形線圈的感應(yīng)電場強(qiáng)度較好，且線圈內(nèi)半徑較小時，聚焦性較好;當(dāng)綜合考慮感應(yīng)電場強(qiáng)度和聚焦性時，內(nèi)半徑較小的110°錐形線圈具有一定優(yōu)勢，尤其是在深部組織。根據(jù)本文的仿真結(jié)果確定了錐形線圈的最優(yōu)角度為110°、線圈的最

4、優(yōu)內(nèi)半徑為5mm。
　　為實現(xiàn)線圈磁場的動態(tài)檢測，本文搭建了微秒級脈沖弱磁場動態(tài)檢測平臺以及標(biāo)定裝置。磁場檢測電路主要包括高速、穩(wěn)定的信號放大、信號濾波以及信號積分模塊。本文也對檢測電路的準(zhǔn)確性進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，測量結(jié)果與商用磁通計的檢測值基本保持一致。
　　此外，本文依據(jù)仿真優(yōu)化參數(shù)制作了線圈并封裝，對磁刺激線圈產(chǎn)生的磁場特性進(jìn)行了測量。本文研究結(jié)果為設(shè)計小動物TMS專用線圈提供了一定依據(jù)，有望促進(jìn)小動物TMS研究，并