[发明专利]基于经颅磁刺激仪的大脑组织电磁场分析方法

说明书

本发明涉及生物医学工程领域，公开了一种基于经颅磁刺激仪的大脑组织电磁场分析方法，包括：将经颅磁刺激仪的8字线圈放置在大脑顶部；设定位于8字线圈的中心部位下方的大脑组织为平面分层结构；根据通入8字线圈中的电流以及大脑组织中各层结构的厚度和电导率，分析获得大脑组织中各层结构的电磁场分布。本发明提供的一种基于经颅磁刺激仪的大脑结构电磁场分析方法，建立大脑的平面分层模型，考虑分层结构涡流的影响，通过对各组织中的感应电流和磁场分布进行计算和分析，可更加准确的了解大脑不同层面在受到磁刺激时的感应电流和磁场分布，从而为临床上提供电流作用点的定位指导，提高经颅磁刺激仪的临床使用效果。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，特别是涉及一种基于经颅磁刺激仪的大脑组织电磁场分析方法。

背景技术

重复经颅磁刺激(repeated Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)作用大脑组织产生的感应电流密度和磁场强度分布是决定其刺激疗效的关键因素，临床医生如何快速理解这些原理，掌握rTMS精确定位，是发挥其效能的关键。rTMS精确定位操作中的线圈刺激安全范围和疗效机制是临床教学的重要内容，但传统的理论教学无法形象阐述这一无创技术的优势。

随着磁刺激技术发展以及研究教学与临床应用的不断深入和拓展，已发展成为重要的神经调制与神经刺激技术，应用领域从最初用于中枢神经传导通路功能完整性的检查和评估逐步扩展到各种疾病的治疗，尤其是针对自闭症患者的临床干预研究。近年来，rTMS对脑功能的生理影响越来越受到重视，在治疗瘫痪、帕金森病、精神病、脑血管病等神经系统疾病方面取得了一定的效果。

为了精准地对大脑细胞进行刺激，需对rTMS线圈在大脑内各组织中产生的感应电流进行计算分析。但是rTMS线圈在大脑内产生的感应电流尚无法通过实测获得。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于经颅磁刺激仪的大脑组织电磁场分析方法，用于解决或部分解决目前经颅磁刺激仪在大脑产生的感应电流无法实测获得的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于经颅磁刺激仪的大脑组织电磁场分析方法，包括：将经颅磁刺激仪的8字线圈放置在大脑顶部；设定位于8字线圈的中心部位下方的大脑组织为平面分层结构；根据通入8字线圈中的电流以及大脑组织中各层结构的厚度和电导率，分析获得大脑组织中各层结构的电磁场分布。

在上述方案的基础上，设定位于8字线圈的中心部位下方的大脑组织为平面分层结构具体为：设定位于8字线圈的中心部位下方的大脑组织从大脑表面往下依次包括皮肤层、脂肪层、颅骨层、硬脑膜层和脑脊层。

在上述方案的基础上，通过核磁共振成像获得大脑组织中各层结构的厚度。

在上述方案的基础上，还包括：在大脑表面与8字线圈的中心部位相对应处设置磁场传感器；根据磁场传感器所检测到的大脑表面磁感应强度与分析获得的大脑表面磁感应强度，对大脑组织电磁场分析方法进行验证。

在上述方案的基础上，通过波形发生器和电流功率放大器在8字线圈中通入不同频率的电流，使得8字线圈中电流的形式为：i(t)＝Asin(2πft)；其中，A是功率放大器确定的电流幅值；f是波形发生器确定的电流频率；t是时间变量。

在上述方案的基础上，大脑表面的磁感应强度为：

其中，λ是积分变量；R₁和R₂分别是8字线圈一个线圈的内半径和外半径；a是线圈内外半径的平均值；J₀(λa)是贝塞尔函数；R₀(λ)是反射系数。