磁刺激中脑内感应电场的计算

本研究建立了脑部分层模型，提出了传统感应电场计算方法与时域有限差分法相结合计算磁刺激中脑部各点瞬态感应电场值的方法，对圆形线圈和8字形线圈在头内产生的感应电场进行了理论推导，有助于进一步探索脑部磁刺激最佳刺激方式和作用机理。     

磁刺激中深度感应电场分布的计算

磁刺激是利用变化磁场产生的感应电场作用于可兴奋人体组织的过程.根据磁刺激感应电场理论,计算8字形和四叶形线圈刺激深度感应电场的分布.结果表明通过线圈的电流方向直接影响感应电场的聚焦性.8字形线圈电流方向相反时用于刺激大脑皮层神经效果较好,而四叶形线圈电流方向左右相反,上下相同时,刺激外周神经纤维效果较好.     

脑神经磁刺激技术的研究

生物组织磁刺激技术是一种无创伤生物刺激技术，在脑神经刺激以及深部神经刺激中较之传统电刺激具有明显优势，近１０几年来发展较迅速。本文概述了磁刺激技术的基本原理，介绍了脑部磁刺激常用的球形头模型和计算颅内感应电场分布的数学模型，分析了线圈设计中不同的结构、形状、大小、方向等对感应电场聚焦性的影响，比较了圆形（包括圆形的变形）线圈、八字形线圈、Ｓｌｉｎｋｙ线圈刺激脑部神经的基本特性，此外还简单描述了刺激线圈的内部参数。     

脑神经磁刺激技术的研究

生物组织磁刺激技术是一种无创伤生物刺激技术，在脑神经刺激以及深部神经刺激中较之传统电刺激具有明显优势，近１０几年来发展较迅速，本文概述了磁刺激技术的基本原理，介绍了脑部磁刺激常用的球形头模型和计算颅内感应电场分布的数学模型，分析了线圈设计中不同的结构，形状，大小，方向等对感应电场聚焦性的影响，比较了圆形（包括圆形的变形）线圈，八字形线圈，Ｓｌｉｎｋｙ线圈刺激脑部神经的基本特性，此外还简单描述了刺激     

一种抑制反向感应电场的磁刺激线圈设计方法探讨

在无创性脑神经磁刺激技术中,多采用8字形磁刺激线圈,在线圈周围一定距离的空间中,对应8字线圈中心出现感应电场最大值,对应两个边缘处出现反向感应电场峰值,后者容易在刺激目标处产生副刺激,分析了8字形磁刺激线圈感应电场的分布,针对其反应方向感应电场幅值较大,容易引起副刺激的问题提出了新的磁刺激线圈设计方法,以抑制感应电场副峰,并进行了计算机模拟和验证。     

经颅磁刺激中刺激线圈的仿真研究

目的设计用于经颅磁刺激的线圈,要求能够对大脑皮质进行多点刺激,且具有聚焦性好、制作简单、使用方便等特点。方法利用电磁仿真方法,以圆形线圈和8字形线圈为基础,计算线圈在均匀人体模型中感应电场的分布情况,比较尺寸、绕法对经颅磁刺激线圈的聚焦性和刺激深度的影响。在此基础上设计了一种多圆相切线圈,并计算该线圈在均匀人体和真实头部模型中的电场分布。结果感应电场强度随刺激深度的增加呈指数式衰减。减小圆形线圈的尺寸,会提高聚焦性,同时可减弱感应电场强度。8字形线圈比圆形线圈具有更好的聚焦性,多层绕法综合效果较好。多圆相切线圈具有8字形线圈的优点,且可以进行多点刺激。结论尺寸、绕法等因素对线圈的聚焦性和刺激深度具有重要影响,多圆相切线圈在经颅磁刺激中具有很好的应用前景。真实头部模型仿真,对于线圈的设计和靶区定位具有重要意义。     

经颅磁刺激线圈的磁聚焦优化设计

经颅磁刺激是利用变化磁场产生的感应电场作用于可兴奋人体脑组织的过程,磁聚焦性能是经颅磁刺激线圈设计的一项重要指标。根据磁刺激线圈感应电场理论,我们设计了半圆螺线管用于经颅磁刺激,计算了其载流线圈随刺激深度的感应电场分布,并与传统的经颅磁刺激8字形线圈作比较。结果表明,半圆螺旋管线圈既继承了8字形线圈感应电场的主瓣聚焦性强的优良特性,又摒弃了其相对较大的旁瓣对浅表非靶组织的兴奋刺激的不良影响,完全达到了磁聚焦优化设计的目的,也更利于磁刺激兴奋点的定位。     

磁刺激八字线圈变形对空间磁场与感应电场分布的影响

在经颅磁刺激中,尽管传统八字线圈的聚焦性要优于圆形线圈的聚焦性,但是八字线圈的两侧边缘产生的磁场与感应电场的峰值仍然较高。设计一种基于折叠变形的八字线圈,通过数值计算分析变形八字线圈空间磁场与感应电场的分布,并与传统八字线圈进行对比。结果表明,当变形八字线圈的折叠角度在45°～60°范围内时,其中心位置产生的空间磁场和感应电场占传统八字线圈在中心位置的90%左右,而变形线圈两侧产生的空间磁场与感应电场占传统八字线圈两侧的30%左右。因此,在空间磁场和感应电场的聚焦度方面,折叠变形八字线圈均优于传统八字线圈。所提出的折叠变形八字线圈为设计新型经颅磁刺激线圈提供了新的思路。     

磁刺激8字形线圈的结构对感应电场分布影响

磁刺激是利用变化磁场产生的感应电场作用于可兴奋人体组织的过程.8字形线圈由于结构简单,常用于磁刺激中.故根据磁刺激感应电场理论,对8字形线圈改进了两种空间结构,计算其刺激深度感应电场分布,并与改进前作比较,结果表明扇形空间结构聚焦性好,更利于磁刺激兴奋点定位.     

提高脑神经磁刺激感应电场聚焦性能的线圈参数优化方法的研究

本研究提出一个衡量磁刺激线圈聚焦性的比较系数,比较不同形状线圈的感应电场聚焦性,研究线圈参数的优化方法.我们建立了磁刺激感应电场分布的数学模型,以Matlab作为仿真工具,以能够反映线圈刺激效果的比较系数ξ为指标,分析比较了几种不同线圈的聚焦性,以及成不同角度的线圈聚焦性.结果表明:四叶玫瑰形为刺激聚焦性最好的线圈形状,该线圈半径越小,聚焦性越好,成102°角的四叶玫瑰线形线圈具有最佳聚焦性,而且112°角四叶玫瑰形线圈与89°角线圈组合成的线圈阵列聚焦性最好.由此说明本研究中的比较系数可用于比较线圈聚焦性,对线圈参数的优化设计具有一定的指导意义.     

The effect of head and coil modeling for the calculation of induced electric field during transcranial magnetic stimulation

In the present work we studied some of the features related to transcranial magnetic stimulation (TMS) computational modeling. Particularly we investigated the impact of head model resolution on the estimated distribution of the induced electric field, as well as the role of the stimulating magnetic coil model in TMS. Using the impedance method we calculated the induced electric field inside a realistic numerical phantom of the human head from a commercially available eight-shaped coil, which was modeled in two ways. The results showed that finer resolution of the model has better performance at tissue interfaces eliminating numerical artifacts of local peaks. Furthermore, the geometrical details of a TMS coil must be taken into account since the predicted amount of volume of brain tissue involved can have great variation. Finally, the secondary magnetic field that is generated by the induced eddy currents in the tissues can be neglected.     

Electric field induced in a spherical volume conductor from arbitrary coils: application to magnetic stimulation and MEG

A mathematical method is presented that allows fast and simple computation of the electric field and current density induced inside a homogeneous spherical volume conductor by current flowing in a coil. The total electric field inside the sphere is computed entirely from a set of line integrals performed along the coil current path. Coils of any closed shape are easily accommodated by the method. The technique can be applied to magnetic brain stimulation and to magnetoencephalography. For magnetic brain stimulation, the total electric field anywhere inside the head can be easily computed for any coil shape and placement. The reciprocity theorem may be applied so that the electric field represents the lead field of a magnetometer. The finite coil area and gradiometer loop spacing can be precisely accounted for without any surface integration by using this method. The theory shows that the steady-state, radially oriented induced electric field is zero everywhere inside the sphere for ramping coil current and highly attenuated for sinusoidal coil current. This allows the model to be extended to concentric spheres which have different electrical properties.     

脑磁刺激空间感应电场分布的数学模型与计算机仿真

本研究建立了脑神经磁刺激研究中较常用的八字线圈感应电场分布的半无界空间数学模型 ,应用数值积分和图形旋转与消隐技术建立了计算机仿真方法 ,据此分析了八字线圈感应电场空间分布的特性 ,为设计具有更好空间定位性和矢量选择性的脑神经磁刺激线圈提供了有效的仿真手段和研究方法。     

Magnetic stimulation of the nervous system: Induced electric field in unbounded,semi-infinite,spherical, and cylindrical media

Knowledge of the electric field that is induced in the brain or the limbs is of importance in magnetic stimulation of the nervous system. Here, an analytical model based on the reciprocity theorem is used to compare the induced electric field in unbounded, semi-infinite, spherical, and cylinder-like volume conductors. Typical stimulation coil arrangements are considered, including the double coil and various orientations of the single coil. The results can be used to determine when the influence of the boundaries is negligible enough to allow the use of more simplified geometries.     

经颅磁刺激和脑电联合作用时电磁场分布的仿真研究

目的：研究分析经颅磁刺激和脑电（TMS-EEG）联合作用时磁感应强度和感应电场强度的分布情况。方法：利用有限元多物理场仿真软件COMSOL，搭建3层同心球人头模型、TMS线圈模型和EEG电极模型，在TMS线圈的作用下，对比分析了有无脑电极时，人头模型当中磁感应强度和感应电场强度的不同。结果：取头部组织几个特殊位置点，放置脑电极后，各点处磁感应强度和感应电场强度均发生变化，磁感应强度最大变化达19.19%，感应电场强度最大变化达75.33%。添加脑电极后，人体头部组织YZ纵切面的最大磁感应强度降低7 mT，最大感应电场强度值降低0.6 V/m。大脑处的三维磁感应强度和感应电场强度均随着深度的增加而逐渐减小，放置脑电极后，脑组织中的最大磁感应强度值减少1.4 mT，最大感应电场强度值减少0.13 V/m。结论：经TMS-EEG联合作用时，在人头皮处放置脑电极会对电磁场的分布产生影响，间接影响TMS的治疗作用。     

经颅磁刺激电场分析研究进展

经颅磁刺激是一种利用通电线圈在脑部的诱发电场来调节皮质兴奋性的技术,广泛应用于神经病学、康复学等领域。经颅磁刺激诱发电场分析与安全性、刺激效果密切相关,在优化刺激方案、线圈设计方面具有重要意义,成为相关领域的研究重点。首先介绍经颅磁刺激3种常见的临床副作用,然后阐述经颅磁刺激现有研究中的常规电场分析方法,包括解析法和数值分析法及其应用场景,并讨论与电场分析密切相关的生物模型建模方法。此外,由于磁刺激线圈与组织中电场分布的密切相关性,介绍常规的刺激线圈结构类型,并结合磁刺激线圈的7种典型设计,分析基于有限元分析的球模型下的电场分布特征。最后,展望经颅磁刺激电场分析研究未来的发展趋势。