一种超低频经颅磁刺激用装置及其制备方法.pdf

本发明公开了一种超低频经颅磁刺激用装置，该装置包括一个或者一个以上叠加在一起的中空线圈，所述中空线圈由导线绕制而成，中空线圈的中空部分能够容纳人或动物的部分或全部头部；所述中空线圈的内径为30-500mm，电阻为1-30欧姆，导线线径为0.1-5mm。相应地，本发明还公开了制备超低频经颅磁刺激用装置的方法。本发明的超低频经颅磁刺激用装置，用于使超低频电流产生超低频时变磁场，其所产生的刺激磁场能够覆盖大脑全域，且能够在大脑全域产生足够强度的磁场，线圈中心点处磁场的强度能够达到800高斯，可以保证疗效。

1、  一种超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：该装置包括一个或者一个以上叠加在一起的中空线圈，所述中空线圈由导线绕制而成，中空线圈的中空部分能够容纳人或动物的部分或全部头部；所述中空线圈的内径为30-500mm，电阻为1-30欧姆，导线线径为0.1-5mm。

2、  根据权利要求1所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：所述中空线圈沿中空线圈的中轴线或者中轴线附近叠加。

3、  根据权利要求1所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：还配置有线圈骨架以作为中空线圈的支撑。

4、  根据权利要求2所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：
所述线圈骨架设置为中空结构，该中空结构用于在治疗时放置人或动物的头部；
所述导线环行缠绕于所述线圈骨架。

5、  根据权利要求2或3所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：
所述线圈骨架外侧设置有至少一个线圈槽；
所述线圈槽以所述线圈骨架的中轴线为轴，环绕设置于所述线圈骨架上；
所述导线缠绕于所述线圈槽中。

6、  根据权利要求4所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：
所述线圈槽设置为多个，所述导线分别缠绕于所述线圈槽中，并通过线圈槽之间的槽缘隔开。

7、  根据权利要求4所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：所述线圈槽的内径能够根据具体情况进行调整。

8、  根据权利要求2所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：所述线圈骨架设置为仿人脑的半球形中空壳体或圆柱状中空壳体。

9、  根据权利要求2所述的超低频经颅磁刺激用装置，其特征在于：其采用的线圈骨架使用磁场低损耗材料加工而成。

10、  一种制备如权利要求1所述的超低频经颅磁刺激用装置的方法，包括：
(1)根据“毕奥-萨伐尔定律”，为满足所要求的磁场强度，采用有限元仿真分析方法，能够得出线圈的参数，这些参数包括线圈的内径，厚度，高度，匝数，电阻，以及漆包线的线径。然后根据参数设计出可满足不同治疗要求的经颅磁刺激用线圈，或者可以通过调整线圈参数，改变刺激磁场的强度和分布，以满足不同的治疗要求。
(2)在具体绕制线圈时，可根据导线的电阻、导线的线径、比重，计算出所需导线的重量；绕制时用控制线圈的重量代替控制匝数，这样制作起来较方便。
(3)需要在多个线圈槽中绕制线圈时，可以先将全部线圈槽的导线绕制完成，再整体浸漆固定。

一种超低频经颅磁刺激用装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及经颅磁刺激技术领域，尤其涉及一种超低频经颅磁刺激用装置及其制备方法。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)是一种利用磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑)，在大脑产生感应电流而刺激神经细胞产生动作电位，引起一系列的生理化学反应从而影响大脑功能的技术。经颅磁刺激技术(TMS)作为一种用于治疗中枢神经系统疾病的重要方法，其具有明显优于电刺激的好处，原因在于电刺激会在传导到被刺激部位过程中迅速衰减，而采用经颅磁刺激技术(TMS)，磁信号可以几乎不衰减低地透过颅骨而刺激大脑皮层，而在实际应用中经颅磁刺激技术(TMS)并不局限于对大脑的刺激，外周神经肌肉同样也可以接受经颅磁刺激技术(TMS)的磁刺激。
目前，现有技术的经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)产品主要是脉冲磁刺激，有单脉冲磁刺激仪、双脉冲磁刺激仪和连续脉冲刺激仪三类。其在神经研究诊断领域和中枢神经系统疾病的治疗领域内均有非常广泛的应用，但疗效有较多争议。
现有的经颅磁刺激仪多采用脉冲电流产生刺激，由于脉冲电流的频率是随机的、高频的，产生的磁场也是高频的，空间穿透力强。因此，现有的经颅磁刺激仪通常采用一个或多个平面布置的圆形线圈，使用时是线圈的侧面对着需要刺激的部位。由于磁刺激线圈侧对着大脑，如果磁场的频率很低时，由于有很严重的空间衰减，到达大脑的磁场强度会很低，严重影响治疗效果。
中国专利CN200520109760公开了一种中枢神经系统磁刺激装置，该装置虽然可以实现对大脑全域进行磁刺激，但其采用的经颅磁刺激线圈是针对于脉冲电流设计，由于线圈半径过小，线圈不能产生足够大的刺激磁场，如果将该发明中的线圈，用于由频率小于0.2Hz的超低频电流产生超低频时变磁场，此时产生的超低频率磁场的空间衰减的特性明显，线圈根本无法满足对大脑全域的磁刺激要求，严重影响治疗效果。
发明内容
有鉴于此，本发明所解决的技术问题在于，提供一种超低频经颅磁刺激用装置，采用中空结构，优选仿人脑半球形中空设计，治疗时，人或动物的头部放置于线圈中空部分，能够在保证磁场强度要求的前提下，对大脑全域进行磁刺激。
本发明所解决的技术问题还在于，提供一种超低频经颅磁刺激用装置，能够在保证磁场强度要求的前提下，适用于采用超低频电流产生超低频时变磁场的经颅磁刺激仪中。
为了解决以上技术问题，本发明的实施例提供了一种超低频经颅磁刺激用装置，包括一个或者一个以上叠加在一起的中空线圈，所述中空线圈由导线绕制而成，中空线圈的中空部分能够容纳人或动物的部分或全部头部；所述中空线圈的内径为30-500mm，电阻为1-30欧姆，导线线径为0.1-5mm。
由于本发明的超低频经颅磁刺激用线圈采用仿人脑半球形设计，线圈缠绕在仿人脑的半球形线圈骨架上，所产生的刺激磁场覆盖大脑全域，能够有效刺激大脑深部，使大脑表层接受有效的强刺激，适用于采用超低频电流产生超低频时变磁场的经颅磁刺激仪中。
作为对上述技术方案的改进，本发明实施例提供的一种超低频经颅磁刺激用装置，进一步包括以下技术特征中的部分或者全部：
其中，所述中空线圈沿中空线圈的中轴线或者中轴线附近叠加。
优选地，该超低频经颅磁刺激用装置还配置有线圈骨架以作为中空线圈的支撑，以使其能够有效合理的安装于相应地医疗器械中。
进一步优选地，所述线圈骨架设置为中空结构，该中空结构用于在治疗时放置人或动物的头部；与所述中空线圈相对应地，所述线圈骨架上设置的中空结构也采用防人脑半球设计。所述导线环行缠绕于所述线圈骨架。
优选地，为了有效、方便地缠绕所述线圈，所述线圈骨架外侧设置有至少一个线圈槽；
所述线圈槽以所述线圈骨架的中轴线为轴，环绕设置于所述线圈骨架上；
所述导线缠绕于所述线圈槽中。
优选地，所述线圈槽设置为多个，所述导线分别缠绕于所述线圈槽中，并通过线圈槽之间的槽缘隔开。更优地，所述线圈槽设置为四个。
进一步地，根据治疗的需要，所需的磁刺激磁场强度和分布会做出相应地调整，因此所述线圈槽的内径能够根据具体情况进行调整。
为了达到良好的疗效并且方便使用，所述线圈骨架设置为仿人脑的半球形中空壳体或圆柱状中空壳体。
进一步地，为了减少磁场强度损耗，本发明的超低频经颅磁刺激用装置采用的线圈骨架使用磁场低损耗材料加工而成。
相应地，本发明还公开了一种制备超低频经颅磁刺激用装置的方法，其包括如下步骤：
(1)根据“毕奥一萨伐尔定律”，为满足所要求的磁场强度，采用有限元仿真分析方法，能够得出线圈的参数，这些参数包括线圈的内径，厚度，高度，匝数，电阻，以及漆包线的线径。然后根据参数设计出可满足不同治疗要求的经颅磁刺激用线圈，或者可以通过调整线圈参数，改变刺激磁场的强度和分布，以满足不同的治疗要求。
(2)在具体绕制线圈时，可根据导线的电阻、导线的线径、比重，计算出所需导线的重量；绕制时用控制线圈的重量代替控制匝数，这样制作起来较方便。
(3)需要在多个线圈槽中绕制线圈时，可以先将全部线圈槽的导线绕制完成，再整体浸漆固定。
根据上述制备方法，为了使本发明的超低频经颅磁刺激用装置所产生的刺激磁场达到强度要求，根据“毕奥-萨伐尔定律”
B=μ04π∫Idl×r→r2]]>
从式中可以看出，为满足所要求的磁场强度B，采用有限元仿真分析方法，能够得出线圈的参数，这些参数包括线圈的内径，厚度，高度，匝数，电阻，以及漆包线的线径。然后根据参数设计出可满足不同治疗要求的经颅磁刺激用线圈，或者可以通过调整线圈参数，改变刺激磁场的强度和分布，以满足不同的治疗要求。
采用本发明的实施例提供的一种经颅磁刺激用线圈，至少具有如下有益效果：
由于本发明的经颅磁刺激用线圈采用仿人脑半球形设计，线圈缠绕在仿人脑的半球形线圈骨架上，所产生的刺激磁场覆盖大脑全域，能够有效刺激大脑深部，或是使大脑表层接受有效的强刺激；适用于采用超低频电流产生超低频时变磁场的经颅磁刺激仪中。
本发明超低频经颅磁刺激用装置，可以用于使超低频电流产生超低频时变磁场，且能够在大脑全域产生足够强度的磁场，线圈中心点处磁场的强度能够达到800高斯，可以保证疗效。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种超低频经颅磁刺激用装置的结构图；
图2是本发明实施例二提供的一种超低频经颅磁刺激用装置的结构图；
图3是本发明实施例二提供的一种超低频经颅磁刺激用装置的磁场强度分布图；
图4是本发明实施例二提供的一种超低频经颅磁刺激用装置的磁感应线分布图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例一提供的一种超低频经颅磁刺激用装置，包括中空线圈12和作为中空线圈支撑的线圈骨架11，中空线圈12由导线绕制而成，中空线圈12的中空部分能够容纳人或动物的部分或全部头部，线圈骨架11设置为仿人脑的半球形中空壳体，导线12环行缠绕于半球中空形壳体。
在本发明实施例一中，线圈骨架上设置有一个线圈槽111，线圈槽111两侧设置有槽缘115。具体实现时，线圈槽111以半球形壳体的中轴线为轴，环绕设置于半球形壳体上，导线缠绕于线圈槽111中。本实施例中，将导线均匀缠绕在线圈槽111内，可以使线圈产生的刺激磁场分布均匀，提高磁刺激的疗效。槽缘115能够将线圈12限制在固定的缠绕范围，防止线圈发生脱落和偏移等现象。当然在其他实施例中，线圈槽及其中设置的中空线圈也可以半球形壳体的中轴线附近位置为轴，环绕设置于半球形壳体上。
半球形壳体顶部的正中央区域设置有开口一112，开口一112周围设置有一凸起部位，形成一线圈冠盖114；线圈冠盖114上设置有螺孔114，螺孔114用于固定线圈骨架11，或者将外围设备固定在线圈骨架11上。半球形壳体底部的正中央区域设置有开口二113，线圈槽111以半球形壳体的中轴线为轴环行设置于开口一112与开口二113之间的线圈骨架11上，而基于此，线圈12也缠绕在开口一112与开口二113之间的线圈骨架11上，通过这种缠绕方式不但能够使线圈的内径足够大，能够允许较大体积的头部进入，而且使产生的磁场可以覆盖大脑全域以实现良好的磁刺激效果。
采用本发明实施例一的经颅磁刺激用线圈，中空线圈12缠绕在仿人脑的半球形线圈骨架11上，所产生的刺激磁场覆盖大脑全域，能够有效刺激大脑深部，或是使大脑表层接受有效的强刺激；并且可以能够中空线圈12有足够大的半径，适用于采用超低频电流产生超低频时变磁场的经颅磁刺激仪中。
如图2所示，作为对本发明实施例一的一种优选技术方案，本发明实施例二提供的一种超低频经颅磁刺激用装置，中空线圈22和作为中空线圈支撑的线圈骨架21，中空线圈22由导线绕制而成，中空线圈22的中空部分能够容纳人或动物的部分或全部头部，线圈骨架21设置为仿人脑的半球形中空壳体，导线22环行缠绕于半球中空形壳体。
与实施例一不同的是，实施例中，线圈骨架上设置有四个线圈槽211，导线22分别缠绕于线圈槽211中，并通过线圈槽之间的槽缘215隔开。具体实现时，线圈槽211以半球形壳体的中轴线为轴，环绕设置于半球形壳体上，导线缠绕于线圈槽211中，而槽缘215之间的间隔相同，将导线均匀缠绕在间隔相同的线圈槽211中，可以使经颅磁刺激用装置产生的刺激磁场分布均匀，提高磁刺激的疗效。另外，导线分别缠绕于线圈槽211中，可以通过分别调整各个槽内的线圈参数，调整刺激磁场的分布和强度，使用和设计均非常方便，并且能满足不同的治疗要求。
半球形壳体顶部的正中央区域设置有开口一212，开口一212周围设置有一凸起部位，形成一线圈冠盖214；线圈冠盖114上设置有螺孔214，螺孔214用于固定线圈骨架21，或者将外围设备固定在线圈骨架21上。半球形壳体底部的正中央区域设置有开口二213，线圈槽211以半球形壳体的中轴线为轴环行设置于开口一212与开口二213之间的线圈骨架21上，在本实施例中，由于槽缘215之间的间隔相同，四个线圈槽211均匀分布在开口一212与开口二213之间的线圈骨架21上。
另外，为了进一步降低线圈所产生的磁刺激磁场的损耗，本发明实施例一和实施例二中提供的经颅磁刺激用线圈，其采用的线圈骨架使用磁场低损耗材料加工而成。
如图3所示，当将实施例二的经颅磁刺激用线圈用于超低频磁刺激系统时，图3中，31表示四个刺激线圈，32表示磁刺激区域，在治疗过程中，大脑置于磁刺激区域。由图中还可以看出磁场的分布情况，35为强磁场区域，33为弱磁场区域，34为磁场强度介于两者之间的中度强磁场区域，磁刺激区域32基本处于强磁场和中度强磁场区域34范围内，大脑在该区域内接受线圈磁刺激，治疗效果良好。
如图4所示，41表示4个刺激线圈，42表示磁刺激区域，在治疗过程中，大脑置于磁刺激区域，从图中可以看出，磁刺激区域42的磁场强度是比较均匀的，达到设计要求。
本发明实施例一和实施例二中提供的超低频经颅磁刺激用装置，其设计原理都是基于“毕奥-萨伐尔定律”来实现的，如式一：
式一：
B=μ04π∫Idl×r→r2]]>
为了使本发明的超低频经颅磁刺激用装置所产生的刺激磁场达到强度要求，在已知磁场强度B的条件下，采用有限元仿真分析方法，能够得出线圈的参数，这些参数包括中空线圈的内径，厚度，高度，匝数，电阻，以及漆包线的线径。然后根据参数设计出可满足不同治疗要求的经颅磁刺激用线圈，或者可以通过调整线圈参数，改变刺激磁场的强度和分布，以满足不同的治疗要求。
以下结合实施例说明本发明的超低频经颅磁刺激用装置的线圈的内径、电阻为、厚度，导线线径的可调整范围，以进一步揭示本发明。
实施例三
当超低频经颅磁刺激用装置仅设置有一个线圈时，导线均匀缠绕于线圈槽中，为了达到设计要求的磁场，可以按照表1中的参数设计线圈。
表1