[发明专利]一种新型双极性电磁激励系统

说明书

一种新型双极性电磁激励系统，包括电源和至少两组电磁激励组，所述电磁激励组包括电子开关K和感性负载，所述电源、电子开关K和感性负载串接；所述电源为电磁激励组供电；通过电子开关K用于实现感性负载中电流变化速率的控制，来忽略电路的充放电参数对电流变化率的影响；所有的电磁激励组的感性负载产生的磁场的NS极方向针对神经的相同目标区域存在相反的两种情况。本方案的主要改进点在两个地方，其一在于本方案放弃了调整充放电路的参数，通过调整电子开关K断开的速率，从而调整感性负载的放电时间和放电速率；其二在于本方案采用了多组电磁激励组，并且这些电磁激励组中的感性负载的NS极方向存在相反的两组情况。

技术领域

本发明涉及电磁激励领域，特别涉及一种新型双极性电磁激励系统。

背景技术

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 (TranscranialMagnetic 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。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，激励系统硬件电路功耗大、实现困难，进而带来多信道的难以实现，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。

针对功耗大和安全性的问题，授权公告号为CN102614592B的发明专利提出了用小电流代替传统大电流的工作方式，此方法虽然克服了功耗和安全的问题，但是对于小电流设计，以电子开关速率来忽略负载参数，对于开关器件，实际使用中的关断时间达不到理想实验条件下的关断时间，同一开关，当带负载电感不一样时，关断时间也就不一样，对于同一负载电感，采用不同的开关，关断时间也不一样。在实际使用中，过快的开通和关断在感性负载情况下反而是不利的。在这种情况下，开关过快的关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压，采用尖峰吸收电路可有效抑制产生的高压脉冲尖峰，达到保护系统的目的，但是基于小电流本身幅值小、脉冲窄，加上开关的过快关断，导致放电时间较短，其产生的瞬变电磁场对大脑皮层的刺激时间不足以引起刺激也不足以产生刺激反馈，这种方案由于存在着刺激时间不足的问题，所以在医用疗效方面又产生了极大的局限性。

并且在现有技术的小电流脉冲进行刺激的方案中，比如在授权公告号为CN102614592B的发明专利的权利要求1中仅提供了下降沿的单方向变化。而现有技术中常规的TMS流经激励线圈的电流波形（如图10）先是由小变大，到达峰值以后，又由大变小的过程。但需要注意的是，由这样的电流形成的（覆盖被激励组织的）磁场的极性，实际上自始至终（只考虑主激励，忽略过零点反向以后的震荡）是没有发生变化的。但其变化率（注意：是变化“率”，也就是幅值变化波形曲线的梯度，也就是说电流变化的方向）是有反向的（峰值以前是向上，峰值以后是向下）。而由磁场感应出的电流只与变化率有关，与静磁场的绝对值无关。

发明内容