多导脑部磁刺激仪的设计与仿真

　　磁刺激技术指变化的磁场通过空间藕合人人体组织内部，形成感应电流，刺激组织细胞.其刺激机理与传统电刺激相同，最终都是通过外加电场来改变细胞膜电位差，达到激活可兴奋性组织的目的，但是，磁刺激更具有无创、无痛等特点.自1985年Baker等人利用磁刺激在人体上实现大脑运动皮层的刺激以来[1]，磁刺激技术已经得到了快速发展，并广泛应用于对大脑和周围神经系统的研究、诊断领域[2-6]

　　磁刺激设备一般使用圆形或“8”字形的刺激线圈.这种磁刺激设备有其固有的不足之处。首先是聚焦性不理想，要使磁刺激聚焦于所要激活的点上比较困难，减小线圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的线圈作用深度浅;其次是操作不方便，操作时要人工移动线圈至刺激靶组织上方;另外，人类的行为和思想都不是由单一脑区的活性引起，但是单线圈磁刺激设备并不能对人脑的多个部位进行同时刺激，也不能进行无间断地多部位交替磁刺激.Jarmo Ruohonen等提出用多个小线圈代替大的单线圈对神经系统进行刺激，从而在一定程度上改善了磁刺激装置的性能[7-8]失文献[9]中设计了由4个线圈组成的4通道外周磁刺激仪，并提出在各线圈中存在的互感问题.这种多导磁刺激仪无需移动线圈便可快速扫描刺激区，并有效地控制线圈的刺激位置.

　　笔者设计了一种119导头部刺激仪，利用有限元分析软件ANSYS对几种不同组合状态下线圈产生的磁场进行仿真，最后将仿真结果与实验结果进行对比.

　　1多导磁刺激仪的软、硬件实现

　　1.1 119导磁刺激仪的结构

　　多导磁刺激仪的刺激部分由多个大小一致的小线圈组成(直径20 mm，高20mm)，线圈采用弹性支撑，放置于一个半径为80~的球状头罩内侧.

　　图1为多导磁刺激仪的线圈位置示意图.考虑到应使刺激线圈广泛地分布于人头部的可磁刺激区域，根据头罩与线圈的尺寸，选择了119个线圈，其摆放位置根据人头部的空间映象，夜盖了前额部到后枕部、左颜部到右颜部的整个可刺激区域.这样的设计可将线圈的位置控制精细化和完整化.

　　1.2磁刺激仪的电路控制

　　磁刺激仪中的每个线圈都有其单独的驱动模块，有利于对各个线圈进行独立的控制.驱动模块的电路原理如图2所示.

　　图2中C2为大容量电解电容，作为储能元件对A,B之间的线圈放电，C1,D1和D2组成倍压整流部分，给C2提供稳定的直流电压U0.电路中SCR为可控硅，作为放电开关，控制C2的放电过程.SCR的T端通过光电藕合器件与计算机的I/O口相连，由计算机控制光电祸合器件的输出为高或低，实现对C2放电过程的控制.