摘要：基于磁场的叠加与抵消,设计与优化具有特殊结构和电流方向的三层-8字形线圈.利用COMSOL仿真软件,分析三层-8字形线圈尺寸和沿切线旋转角度的改变对刺激性能的影响,优化线圈结构.与8字形线圈相比,优化后的三层-8字形线圈的刺激强度提高33.92%,聚焦性提高25.43%.结果表明,在目标靶点处,优化后三层-8字形线圈具有更强的刺激强度和聚焦性,有效减弱对非目标区域的不良影响,保证TMS治疗的安全性.通过刺激真实头部模型,验证优化后三层-8字形线圈的性能优势.

摘要：为提高经颅磁刺激(TMS)的电流脉冲频率,该文提出一种基于电感-电容-电容-电感谐振变换器(LCCLRC)的电容器充电电源(CCPS)。首先,利用基波分析法推导出LCCLRC恒流输出以及逆变器输出电压与电流零相位条件的近似表达式;其次,对较小物理尺寸和较大电流增益的变换器的设计条件进行分析,根据仿真实验可得,以LCCL RC为充电电源的TMS系统脉冲频率是LCLCRC的1.21倍;最后,设计平均输出电流为1.15A、功率为118.37W的样机原型。结果表明,样机原型的实际电流增益为0.904,将3300μF储能电容从0V充电至100V的时间为315ms。相对于LCLCRC电容器充电电源,其充电时间减少了21.25%。实验结果验证了该理论分析的有效性。

摘要：为优化电阻抗成像（EIT）系统中所使用的电压控制电流源,设计一个单电源差分电流源以简化其中电流源电路的供电方式并提高其输出阻抗。基于差分电流源设计一个能够单电源供电的电流源,并针对该电路采用连入负电容补偿电路的方法进行外部电路补偿。在NI Multisim 10环境下,对单电源差分电流源以及补偿后的单电源差分电流源进行仿真,根据输出阻抗公式计算出仿真环境下单电源差分电流源补偿前后的输出阻抗。通过7280锁相放大器对电路中负载电压幅值的采集,可获得负电容补偿电路中部分参数调整前后对输出电流的影响,并将测试数据根据输出阻抗公式计算出实际电路的输出阻抗。通过NI USB-6281数据采集卡测得补偿后电流源的功率谱,并以一定浓度NaCl溶液作为负载测试其在EIT硬件系统中的稳定性。实验结果表明,负电容补偿电路中部分参数调整后,负载为1和10 kΩ,在1 000 k Hz时,其电压幅值变化率仅为0.32%、0.35%,在不同频率下,负载电压幅值的稳定性有显著提高。单电源差分电流源经过外部电路补偿之后,其输出阻抗在1~100 k Hz范围内均为1 MΩ以上,约为补偿前的5倍,与未补偿时相比有较大提高。在测得的功率谱中,有用信号高出噪声信号70 d B以上,体现该设计较好的抑制噪声能力。计算所得的负载电压幅值相对误差均小于0.0180%,表明该设计具有良好的稳定性。可见,经过外部电路补偿的单电源差分电流源能够适用于一般的EIT系统。

摘要：经颅磁刺激(TMS)是一种无创、无痛激活脑内神经元的技术,用于治疗大脑精神或神经类疾病。TMS系统主要由磁场发生器和刺激线圈组成,两者是影响刺激性能的关键因素。从磁场发生器、刺激线圈和实验系统3个方面概括了TMS的发展与进步,总结了多种类型磁场发生器的特点及主要线圈结构的性能优势,介绍了线圈设计与数值分析的方法,概括了优化线圈参数和目标的相关研究成果,归纳了实验系统的发展现状,并对磁场发生器和刺激线圈研究方向进行了展望。随着相关研究的不断扩展与深入,凭借其独特优势,TMS技术将在脑部疾病的治疗中逐渐发挥重要作用。

摘要：为了提高经颅磁刺激系统中激励源的节能率,该文在脉冲宽度可控经颅磁刺激仪(cTMS1)的基础上,提出一种节能型激励源(EEES),并设计EEES电路拓扑结构和开关控制方法。首先,通过控制开关的导通时间,实现脉冲电流宽度的调节。然后,设计电路拓扑结构,实现能量的回收再利用,提高系统的能量利用率。最后,开发EEES实验平台并对系统性能进行测试。实验结果表明,EEES可以产生幅值高达1058A的脉冲电流,可调脉冲宽度范围为5~160μs。与cTMS1激励源相比,EEES能量自损率明显低于cTMS1,节能率高达62.60%~93.21%。因此,该文提出的EEES系统为TMS激励源的发展提供了重要参考。

摘要：目的设计高效的优化算法,获得最佳聚焦能力的电流组合方式,改善聚焦线圈产生磁场的聚焦性能。方法构建5线圈阵列和7线圈阵列,提出混合粒子群和模拟退火优化算法,对通入线圈的电流组态进行优化求解。利用COMSOL与MATLAB联合仿真计算,对比了优化前后磁场聚焦效果。结果同一聚焦平面磁场分布图表明,所提混合算法能够实现良好聚焦性,利用COMSOL和MATLAB联合仿真,提高了优化准确性。结论本文所提出的混合算法以及联合仿真的方法,可以有效提高线圈阵列的聚焦性,为下一步线圈阵列的设计奠定了基础。

摘要：目的探讨经颅磁刺激中线圈阵列空间位置的排布方法,以实现大脑内任意位置的定点磁聚焦。方法首先,提出了一种线圈阵列设计方法,选择球形大脑内3个不同位置的靶点,经理论计算得到各个阵列结构中每个线圈的空间位置参数。其次,利用ANSYS有限元软件分析了不同的线圈阵列在大脑中的磁场分布。结果利用所提出的线圈阵列设计方法实现了任一靶点处的磁聚焦。同时,随着阵列中线圈尺寸的变化,靶点磁场的聚焦性和刺激强度存在一个平衡关系,需要综合考虑两者来选择合适的线圈尺寸。结论本文提出的线圈阵列设计方法为经颅磁刺激中定点磁聚焦提供了新的方案,而且可以广泛应用于空间中任意位置的定点磁聚焦。

摘要：目的设计了一种新型的反向线圈以提高八字形线圈的聚焦性,同时衰减八字形线圈在头皮处产生的电场强度,减少对人体头部表面的刺激。方法根据反向线圈具有可变的高度和角度的特点,基于真实头部模型,对不同高度、角度和尺寸的反向线圈分别从电场强度、刺激深度及聚焦性3个方面进行分析,并与八字形线圈分析结果进行比较。结果选用合适参数的反向线圈,在头皮处产生的电场强度比八字形线圈减少了34.55%,刺激深度增加了1.6%,聚焦性提高了31.3%。结论使用合适的反向线圈可以减少八字形线圈对头皮处的影响,并提高聚焦性。

摘要：目的基于电磁感应原理,提出一种三维磁场传感器阵列,用于评估经颅磁刺激(TMS)线圈产生的磁场分布。方法将大脑简化为4层的长方体结构,每层放置24、24、20、20个传感器,以此设计三维磁场传感器阵列的结构,并根据法拉第电磁感应定律标定传感器系数。验证三维磁场传感器的精确度和稳定性,并对由88个三维传感器组成的阵列结构实施测试。结果三维磁场传感器测量精度为0.99%;间隔10个月进行4次测量,后3次测量结果与第一次测量结果的相对误差均在0.5%以下,且三维磁场传感器阵列能够准确测出空间磁场的分布情况。88个点的测量结果与有限元分析结果的相对误差平均值约为1%。结论本文设计的三维磁场传感器阵列为评估TMS线圈磁场分布提供了一种切实可行的新方法,有助于提高TMS的安全性。

摘要：为了提高交变磁场发生器的电能利用率,结合单相逆变技术和二阶电路工作原理设计出一款具有节能作用的交变磁场发生器.该磁场发生器利用MOSFET作开关,通过单相逆变电路在磁场发生线圈内产生幅值和频率可调的交变电流,从而在空间感应出交变磁场.交变磁场作用结束后,控制相应MOSFET导通或者关断,该磁场发生器能够将线圈内的电流回馈给储能电容,达到节能再利用的效果.实验结果表明:该磁场发生器的节能率为77.1%~79.6%,节能再利用率为75.6%~80.2%,提高了系统的能量利用率.