[发明专利]用于医学领域TMS的瞬变电磁场激励系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学仪器，特别涉及一种利用瞬变电磁场进行神经刺激的电磁场经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)技术。

背景技术

瞬变电磁场是一种变化的电磁场，其在工业领域的应用非常广泛，如用于金属探测和矿物资源探测等。他们都是利用激励线圈中电流的瞬间变化产生脉冲电磁波(称为一次电磁场，或一次场)，在一次电磁场的激励下，被测物体内部由于电磁感应将产生随时间变化的感应电流，该感应电流又在周围空间激发二次电磁场(或二次场)，此二次电磁场与被探测的金属导体的内部结构状态和参数相关。利用二次电磁场感应线圈接收该二次电磁场，分析并研究其与时间的变化关系，就可以对目标的当前状态进行定量和定性评估。

瞬变电磁场在医学领域的典型应用为一种称为经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，缩写：TMS)的技术。TMS是一种无电极刺激形式，它是利用激励线圈产生时变磁场在目标组织中感应出电流，达到刺激可兴奋组织目的。当电流流经TMS激励线圈时，将在其周围产生时变磁场，这个强大且快速变化的磁场可以穿透人体皮肤及头骨等组织发生作用。

时变磁场能够刺激神经是由D’Arsonval在1896年观察到磁致闪光现象时首先发现的，在此后的很长时间内，磁刺激研究仅限于磁致闪光。Brickford等在1965年磁刺激完整的兔、青蛙和人时观察到骨骼肌抽动，但由于没有明确的应用目的，进一步的工作没有开展。1985年，Barker等使用一个小巧磁线圈在低于0.3Hz的脉冲电流驱动下，几乎无痛、非侵入地刺激正常人脑皮质，观察到手肌抽动，用表面电极在小指外展肌记录到运动皮质诱发电位(MEPs)，并在伦敦出席第11届脑电与临床神经生理大会上向世界各地代表做了展示，令人鼓舞的结果引起了极大的轰动，这种方法后称为经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)。1987年Amassian等、1990年Cohen等分别用实验证明了不同方向放置的刺激线圈对大脑皮层的作用引起不同手指活动。

上述应用电磁场激励系统通常采用大电流脉冲进行驱动，以获得需要的瞬变电磁场。为了获得足够的电磁场强度，激励系统驱动电流大、脉冲宽度大，激励系统硬件电路实现困难，而且存在很大的安全隐患，特别是医学领域的应用安全性更是一个不可忽视的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种用于医学领域TMS的瞬变电磁场激励系统，克服现有技术的缺点，提高系统的安全性。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，用于医学领域TMS的瞬变电磁场激励系统，包括电源装置、激励线圈、充电电路、放电电路和控制装置，所述电源装置与所述充电电路连接，为所述充电电路提供充电电流，所述放电电路与所述激励线圈连接，为所述激励线圈提供放电路径，所述控制装置用于控制充电电路和放电电路的开通与关断，其特征在于，通过提高电流变化率来降低电流幅值，在激励线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场。

本发明的技术方案，通过电路参数的调整，使激励线圈的激励电流变化率(di/dt)得到提高，从而可以降低电流幅值，并在激励线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场。由于激励线圈的激发电流变化非常快(即变化率高)，激励线圈中流过的电流幅值可以降低许多，而该激励电流产生的瞬变电磁场对神经组织的刺激，与大电流宽脉冲激励电流产生的刺激效果基本相同。激励电流幅值的降低，可以降低系统结构复杂程度，提高系统安全性。根据试验结果，电流幅值的降低对神经刺激作用的减少，可以通过提高电流变化率得到补偿，并且产生基本相同的刺激效果。

进一步的，通过调整充电电路参数和/或放电电路参数提高电流变化率。

具体的，所述充电电路参数为充电电压和充电时间，所述放电电路参数为放电电路电阻、激励线圈电感和放电时间。

进一步的，通过增加电感、电容或电阻调整所述充电时间和放电时间。

优选的，所述充电电路包括与激励线圈串联的充电开关，所述放电电路包括并联在激励线圈两端的放电二极管与放电电阻的串联电路。

具体的，所述充电开关采用半导体开关器件，所述半导体开关器件控制极与所述控制装置连接。

进一步的，所述激励线圈两端并联有尖峰吸收电路，用于抑制激励线圈放电时产生的尖峰脉冲对电路的影响。

具体的，所述尖峰吸收电路由串联的吸收电阻、吸收电容和阻断二极管构成，所述吸收电容两端并联有旁路电阻。