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1、(10)授权公告号 CN 101208132 B (45)授权公告日 2011.12.28 CN 101208132 B *CN101208132B* (21)申请号 200680023271.2 (22)申请日 2006.06.12 200510077042.6 2005.06.15 CN A61N 2/00(2006.01) (73)专利权人 郑云峰 地址 100085 北京市昌平区东小口镇东辰小 区 5-1-506 (72)发明人 郑云峰 王江 徐林 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李德山 杨生平 US 2004078056 A1,2004.04。
2、.22, 全文 . DE 10242542 A1,2004.04.01, 全文 . CN 2629652 Y,2004.08.04, 全文 . CN 2834617 Y,2006.11.08, 权利要求 1-4. CN 1879906 A,2006.06.15, 权利要求 1-4,7-9,10-12. (54) 发明名称 中枢神经系统磁刺激电路和装置 (57) 摘要 本发明涉及一种中枢神经系统磁刺激装置及 其电路。本发明通过控制电路设计并输出波形信 号到驱动电源使驱动电源输出相应波形的电流到 线圈， 通过线圈形状、 匝数、 尺寸、 间距的设计， 在 线圈中间一定区域产生所需的时变磁场， 作用于。
3、 动物或人的大脑， 使中枢神经系统接受精确波形 的、 高频率或多种频率组合的、 广域的协同磁刺 激， 结合行为引导或思维引导或心理引导， 实现神 经精神疾病的治疗或脑功能改善。 (66)本国优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2007.12.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/CN2006/001289 2006.06.12 (87)PCT申请的公布数据 WO2006/133636 ZH 2006.12.21 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 刘渊 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 CN 。
4、101208132 B1/2 页 2 1. 一种中枢神经系统磁刺激电路， 包括顺次连接的控制电路、 驱动电源电路和线圈 ； 其特征在于， 所述驱动电源电路包括驱动电路、 检测电路、 主电路， 所述驱动电路和检测电 路， 都分别与所述控制电路和主电路相连， 所述线圈与主电路相连 ； 所述主电路包括至少一个绝缘栅双极型晶体管， 所述控制电路产生的 PWM 信号， 通过 驱动电路驱动主电路中的绝缘栅双极型晶体管输出时变电流给所述线圈， 产生所需的时变 磁场。 2. 根据权利要求 1 所述的中枢神经系统磁刺激电路， 其特征在于， 所述主电路包括一 个转换电路， 用于控制所述线圈对的电流方向为同向或反向。
5、。 3. 根据权利要求 1 所述的中枢神经系统磁刺激电路， 其特征在于， 所述绝缘栅双极型 晶体管由其他全控型电力半导体器件替代。 4. 根据权利要求 2 所述的中枢神经系统磁刺激电路， 其特征在于， 所述控制电路包括 用作主控芯片的 DSP 芯片， 所述驱动电路包括用于将控制电路发来的控制信号传递给主电 路的光耦合器， 所述控制电路控制驱动电路和主电路使线圈产生所需的磁场， 所述转换电 路包括至少一个继电器。 5. 一种中枢神经系统磁刺激装置， 包括磁刺激电路 ； 所述磁刺激电路包括， 顺次连接 的控制电路、 驱动电源电路和线圈 ； 其特征在于， 所述驱动电源电路包括驱动电路、 检测电 路、。
6、 主电路 ； 所述驱动电路和所述检测电路， 分别与所述控制电路和所述主电路相连 ； 所述 线圈与所述主电路相连 ； 所述主电路包括至少一个绝缘栅双极型晶体管， 所述控制电路产生的 PWM 信号， 通过 驱动电路驱动主电路中的绝缘栅双极型晶体管输出时变电流给所述线圈， 产生所需的时变 磁场。 6. 根据权利要求 5 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 所述线圈为至少一 对同轴、 平行、 对称放置的相同线圈对， 所述每对线圈电流同步同强度， 所述主电路包括一 个转换电路， 用于控制所述线圈对的电流方向为同向或反向。 7. 根据权利要求 5 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 所。
7、述绝缘栅双极型 晶体管由其他全控型电力半导体器件替代。 8. 根据权利要求 6 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 所述控制电路包括 用作主控芯片的 DSP 芯片， 所述驱动电路包括用于将控制电路发来的控制信号传递给主电 路的光耦合器， 所述控制电路控制驱动电路和主电路使线圈产生所需的磁场， 所述转换电 路包括一个继电器。 9. 根据权利要求 5 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 所述时变磁场的适 当参数至少包括与装置中线圈关联的电流波形、 频率、 峰值强度， 对应感生磁场的波形、 频 率和峰值强度的参数。 10. 根据权利要求 9 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征。
8、在于， 所述时变磁场的适 当参数还包括脉冲串列磁刺激时的串内频率和串间频率。 11. 根据权利要求 9 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 所述时变磁场的磁 感应强度的梯度小于 100Gs/cm。 12. 根据权利要求 9 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于 ： 所述磁场磁感应强 度峰值小于 0.1T。 权 利 要 求 书 CN 101208132 B2/2 页 3 13. 根据权利要求 9 所述的中枢神经系统磁刺激装置， 其特征在于， 在磁刺激过程 中， 所述时变磁场为一种波形或至少两种波形的组合， 所述时变磁场频率范围为 0.5Hz 至 2000Hz。 权 利 要 求 书。
9、 CN 101208132 B1/7 页 4 中枢神经系统磁刺激电路和装置 技术领域 0001 本发明涉及一种中枢神经系统磁刺激装置及其电路。 背景技术 0002 中枢神经系统疾病或精神疾病， 被认为是二十一世纪的第一杀手 ： 随着生活节奏 和压力的增大， 越来越多的人患上抑郁症等精神疾病 ； 流行病学调查发现， 精神分裂症和抑 郁症有着很高的患病率， 特别是终身患病率极高， 而且严重者的自杀现象时有发生。90 年 代以后， 一些特殊群体抑郁障碍的调查结果显示患病率多在千分之 10-20， 而国际卫生组织 公布的数据表明 (WHO， 2001)， 我国精神疾病导致的负担占伤残 + 疾病总负担的。
10、 20， 排名 全球第一， 还在不断上升， 导致了沉重的社会和经济负担。可以称为头号致残疾病 ( 病人 终身丧失劳动力和生活自理能力 )。精神疾病是一大类慢性脑疾病， 包括了精神分裂症、 抑 郁症、 强迫症、 幼儿注意缺失多动症、 创伤后应激综合症等。最近科学家们把毒品、 网络和 赌博成瘾等也看作是精神疾病。 其中危害最大、 导致的社会和经济负担最重的是抑郁症， 发 病率占全国人口的 7-8， 而 60 岁以上的老人发病率可高达 20-50。目前， 除了药物和 心理治疗以外， 在物理因子治疗方面， 主要由电刺激或磁刺激来实现。其中， 磁刺激技术以 TMS( 经颅磁刺激 ) 或 rTMS( 重复。
11、经颅磁刺激 ) 为主要发展领域， 相对于电刺激的疼痛、 抽 搐、 记忆减退等副作用， 由于磁刺激的无痛、 无创伤、 非接触的特性以及在临床治疗中的疗 效被不断发现， 应用领域正在扩大。但是， 因为磁感应强度是随距离的指数量级衰减， 现有 仪器难以有效刺激大脑深部， 或是使大脑表层接受超强刺激换得深部的有效刺激 ； 虽然， 专 利 ： (96180330.4) 等技术有望满足在深部聚焦磁刺激的需要， 但是， 产生高能磁场又难以 同时实现高频率， 目前， rTMS 的工作频率一般最高在 25Hz。另外， 在目前常用于生物医学 应用领域的磁刺激装置， 通常采用一个或多个平面布置的圆形线圈， 使用时是。
12、在需要刺激 的部位上面单侧使用， 因此研究方向都仅局限于磁刺激的聚焦和由此带来的神经电生理意 义。 发明内容 0003 本发明要解决的问题是克服聚焦磁刺激的不足， 提供一种对大脑全域进行磁刺激 的中枢神经系统磁刺激装置。 0004 为解决上述技术问题， 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 ： 一种中枢神经 系统磁刺激电路， 包括顺次连接的控制电路、 驱动电源电路和线圈， 所述驱动电源电路包括 驱动电路、 检测电路、 主电路， 所述驱动电路和检测电路， 都分别与所述控制电路和主电路 相连， 所述线圈与主电路相连。 0005 所述主电路可包括一个转换电路， 用于控制所述线圈对的电流方向为同向或反。
13、 向。 0006 所述主电路可包括至少一个绝缘栅双极型晶体管， 所述控制电路产生的 PWM 信 号， 通过驱动电路驱动主电路中的绝缘栅双极型晶体管输出时变电流给所述线圈， 产生所 说 明 书 CN 101208132 B2/7 页 5 需的时变磁场。 0007 所述绝缘栅双极型晶体管由其他全控型电力半导体器件替代， 驱动电路根据所述 替代器件的技术特性进行相应的修改。 0008 所述控制电路可包括用作主控芯片的 DSP 芯片， 所述驱动电路包括用于将控制电 路发来的控制信号传递给主电路的光耦合器， 所述控制电路控制驱动电路和主电路使线圈 产生所需的磁场， 所述转换电路包括至少一个继电器。 00。
14、09 本发明还提供一种中枢神经系统磁刺激装置， 包括磁刺激电路 ； 所述磁刺激电路 包括顺次连接的控制电路、 驱动电源电路和线圈 ； 所述驱动电源电路包括驱动电路、 检测电 路、 主电路 ； 所述驱动电路和所述检测电路， 都分别与所述控制电路和主电路相连。所述线 圈与所述主电路相连。 0010 所述线圈为至少一对同轴、 平行、 对称放置的相同线圈对， 所述每对线圈电流同步 同强度， 所述主电路包括一个转换电路， 用于控制所述线圈对的电流方向为同向或反向。 0011 所述主电路可包括至少一个绝缘栅双极型晶体管， 所述控制电路产生的 PWM 信 号， 通过驱动电路驱动主电路中的绝缘栅双极型晶体管输。
15、出时变电流给所述线圈， 产生所 需的时变磁场。 0012 所述绝缘栅双极型晶体管可以由其他全控型电力半导体器件替代， 驱动电路根据 所述替代器件的技术特性进行相应的修改。 0013 所述控制电路可包括用作主控芯片的 DSP 芯片， 所述驱动电路包括用于将控制电 路发来的控制信号传递给主电路的光耦合器， 所述控制电路控制驱动电路和主电路使线圈 产生所需的磁场， 所述转换电路包括一个继电器。 0014 所述时变磁场的适当参数至少包括与装置中线圈关联的电流波形、 频率、 峰值强 度， 对应感生磁场的波形、 频率和峰值强度的参数。 0015 所述时变磁场的适当参数还包括脉冲串列磁刺激时的串内频率和串间。
16、频率。 0016 所述磁场的磁感应强度的梯度小于 100Gs/cm。 0017 所述磁场磁感应强度峰值可小于 0.1T。 0018 所述磁刺激过程中， 磁场为一种波形或至少两种波形的组合， 所述时变磁场频率 范围为 0.5Hz 2000Hz。 0019 以上技术方案可以看出， 本发明通过控制电路设计并输出波形信号到驱动电源使 驱动电源输出相应波形的电流到线圈， 通过线圈形状、 匝数、 尺寸、 间距的设计， 在线圈中间 一定区域产生所需的时变磁场， 作用于动物或人的大脑， 使中枢神经系统接受精确波形的、 高频率或多种频率组合的、 广域的协同磁刺激， 结合行为引导或思维引导或心理引导， 实现 神经。
17、精神疾病的治疗或脑功能改善。 附图说明 0020 图 1 为本发明中实施例 1 的装置电路框图 ； 0021 图 2 为本发明中实施例 1 的线圈结构示意图 ； 0022 图 3 为本发明中实施例 1 的主电路原理图 ； 0023 图 4 为本发明中实施例 1 所采用的波形图 ； 0024 图 5 为实施例 1 中， 线圈通以反向电流所产生磁场的磁力线分布示意图 ； 说 明 书 CN 101208132 B3/7 页 6 0025 图 6 为实施例 1 中， 线圈通以同向电流所产生磁场的磁力线分布示意图 ； 0026 图 7 为本发明中实施例 2 所采用的波形图。 具体实施方式 0027 为更。
18、好地理解本发明中的技术内容， 现对相关技术做简要的介绍 ： 0028 从分子生物学、 神经生物学和精神医学角度， 精确波形的、 可调频 ( 含高频 ) 和多 种波形 / 频率组合的广域协同磁刺激可能具有新的意义 ： 能够调整神经递质和 / 或神经调 质释放， 能够调整受体数量和活性， 能够激活静寂突触， 能够易化神经突触传递的长时程增 强， 能够增强突触可塑性， 能够调整神经内分泌。并且， 结合磁刺激后的行为引导或思维引 导或心理引导， 通过上述作用的协同或因果联系而带来认知能力和学习记忆能力的提高、 精神状态的改善、 神经精神疾病的治疗等效果。原因如下 ： 0029 由于可引起分裂样症状的物。
19、质PCP被发现是兴奋性氨基酸NMDA受体阻滞剂， 精神 分裂症与该受体的联系正受到越来越多的关注。 Kim(1980)首先提出精神分裂症DA释放增 加并非原发， 而是可能继发于谷氨酸机能低下所致。最近 10 年， NMDA 受体和递质功能与精 神分裂症发病机制的研究， 特别是与阴性症状、 认知症状等缺陷性症状的相关性研究取得 了明显进展， 形成了精神分裂症的 NMDA 机能低下假说。 0030 NMDA 受体是镁离子阻断的电压依赖型兴奋性氨基酸递质门控钙离子通道受体， 通 过谷氨酸和甘氨酸 ( 通常作为抑制性神经递质 ) 共同作用， 在神经细胞膜部分去极化状态 下激活， 使钙离子内流， 完成神。
20、经细胞去极化全过程并引起后续级连反应。 在学习记忆的细 胞和分子机制相关研究中， NMDA 受体占有非常重要的位置。特别地， LTP 和 LTD 被认为是突 触修饰的内在机制， NMDA 受体的参与是其前提条件。 0031 徐林等(1997)研究发现应激易化海马LTD， 而Michael T.Rogan等(1997)的研究 表明应激带来杏仁核的 LTP 易化。在控制情绪表现的主要通路 HPA 轴中， 海马与杏仁核互 为负反馈。李拴德等 (2004) 研究表明， 杏仁核摘除后， 神经递质的改变方向与精神病性改 变是反向的， 提示我们， 杏仁核的 LTP 和 / 或海马的 LTD 是否带来神经递质。
21、释放的精神病性 改变？ 0032 许多精神疾病多多少少与应激等生活事件相关， 特别是童年或早期的伤害性经 历， 因而就有素质应激假说。 那么， 为什么是早期或童年的伤害性经历？在此提出一种 设想 ： 早期的伤害性经历形成了联合型记忆 ( 条件化 )， 与环境形成了广泛的联系， 疾病发 生既是对伤害性记忆的再提取和强化。青春期开始， NR2A 逐步取代 NR2B， 与精神疾病一般 的首发年龄相关， 这不是偶然的 ： NR2B 较 NR2A 产生更强的 LTP， 被替代就弱化了海马 LTP。 如果， 替代的过程， 在海马与杏仁核中不同步或不平衡， 海马替代先于杏仁核替代， 就会使 负反馈抑制系统失。
22、衡， 发生精神疾病。 0033 钱卓等 (1999) 的研究表明， NR2B 可以称为聪明基因。在他们的研究中， NR2B 过表 达的大鼠不仅具有更强的学习记忆能力， 也能够更快地适应变化， 对伤害性记忆的消退更 快 ( 称为再学习能力 )。最近， Giovanni Marsicano 等 (2002) 发现， 内源性大麻素系统在 伤害性记忆的消退中起着关键性作用， 加速伤害性记忆的消退 ； 其受体 CB 不足的基因突变 型小鼠的伤害性记忆消退比 CB 过表达的小鼠慢许多， 而 CB 不足的基因突变型和加 CB 抗颉 剂小鼠的杏仁核 LTP 易化， LTD 弱化或不产生。CB1 受体是脑中 G。
23、 蛋白耦联受体中最多的一 说 明 书 CN 101208132 B4/7 页 7 类， 其天然配体尚不确定。 0034 神经肽， 特别是内源性阿片肽与情绪之间有着极大的相关性。韩济生等研究了不 同频率电刺激与神经肽释放的相关性 (2004)， 发现 ： 电针刺提高内源性阿片肽的释放， 不 同频率引起不同种类阿片肽释放增加， 既 ； 阿片肽释放具有频率依赖性。还发现 (2004) ： NMDAR 抗颉剂克他命在伏隔核注射改善吗啡戒断症状。韩济生在 2002 年， 关于不同频率电 刺激对神经肽释放的影响作过系统的论述。 0035 在更早的研究中， 许多人针对磁刺激影响神经再生所作的研究表明 ： 磁。
24、刺激促 神经再生的作用是频率依赖性的 (RUSOVAN， 等， 1992)， 而即便是较强的静磁场也不起作 用 (Cordeiro PG 等， 1989) ； 电磁场刺激神经对提高神经生长因子 NGF 的活性和水平有 益 (Longo FM 等， 1999)， 钙络合剂 MD600 阻断磁刺激神经再生作用 (Rusovan A， Kanje M.1992) ； 电刺激神经促释放脑源性神经营养因子BDNF与刺激频率/波形组合以及NMDA受 体关联， 高频多串列小间隔脉冲波形 (0.5ms 平台的方波， 100HZ， 4 个波一串， 间隔 200ms， 共 75 串 300 个脉冲 ) 而不是持续。
25、低频 (1HZ， 480 个脉冲 ) 或高频少串列长间隔 (100HZ， 100 个波一串， 10S 间隔， 共 3 或 6 串 ) 促释放 BDNF， 但被 NMDA 抗颉剂 D-AP-5 抑制 (Isobel J.Lever 等， 2001)。这些， 都在不断提示 ： 钙离子、 NGF、 BDNF、 LTP(LTD)、 NMDA 受体、 电、 磁场 的频率等因素之间存在某种关联。 0036 在精神疾病临床研究中， Rohan M(2004) 等偶然发现 MRSI 的某一序列改善躁郁症 患者的情绪， 且有非常显著的统计学意义， 并且， 在此基础上的动物实验验证了这种磁刺激 所具有的 “抗抑郁。
26、药样” 作用 (2005)。 0037 我们发现， 在强迫游泳 ( 一种习得性无助的动物模型， 一般可以用来筛选或验证 抗抑郁药物效果)实验中， 磁刺激后结合行为引导(开放场15分钟)， 极其显著地改善了模 型动物的抑郁样行为， 而单纯的行为引导或是单纯的磁刺激没有显著的效果。 0038 我们还发现， 在条件性恐惧记忆消退的实验中 ( 声光提示的足部电击后， 记录实 验动物对单纯声光刺激的条件反射 )， 不同参数的磁刺激带来不同的结果， 增强或减弱已经 建立的恐惧条件反射， 提示 ： 适当的单纯磁刺激可能有利于负性事件记忆的干预。 0039 以上的综合与分析， 得出两点提示， 其一 ： 精确波。
27、形高频或多种频率组合的磁刺激 也许可以成为安全的 NMDA 受体激动手段， 高频磁刺激可能通过 NMDA 相关 LTP 途径带来中 枢神经系统多方面的深刻改变， 影响记忆的获得、 提取、 修饰、 巩固等过程并因此而提高再 学习能力， 从而在一定条件下 ( 比如磁刺激后的行为引导 ) 治疗一些神经精神疾病 ； 这一 点， 促使我们开发一种适合于临床应用的， 可以产生精确波形的高频率或多种频率 / 波形 组合的广域协同磁刺激仪， 克服 rTMS 存在的不足和电刺激的不足， 为神经精神疾病的治疗 乃至预防提供新的选择。其二 ： 综合研究高频磁刺激和多种波形 / 频率组合在 LTP， 学习 记忆， 神。
28、经递质， 记忆消退， 神经肽释放， 突触可塑性等多方面的影响， 也许会对人类提高智 力， 预防精神系统疾病， 乃至戒毒等等产生深远的影响。 0040 现以具体实施例对本发明内容进行详细的描述。 0041 如图 1 所示， 本发明中的装置包括控制电路、 驱动电源电路、 线圈， 所述驱动电源 电路包括驱动电路、 检测电路、 主电路， 所述控制电路包括上位机和下位机， 所述上位机为 通用 PC 机或工控机， 便于实际应用中的操作， 并通过 RS232 接口与所述下位机进行连接和 通讯， 发送命令和参数， 所述下位机采用 DSP 芯片作为主控芯片， 接收来自上位机的命令和 说 明 书 CN 10120。
29、8132 B5/7 页 8 参数后， 产生相应的 PWM 信号， 再传送给所述驱动电路， 所述驱动电路和检测电路， 都分别 与所述下位机和主电路相连， 所述线圈与主电路相连， 所述控制电路产生 PWM 信号， 通过驱 动电路驱动主电路工作， 由主电路中的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 输出时变电流激励所 述线圈对， 并激励产生时变磁场。同时， 所述检测电路采样主电路中的电压与电流值， 实时 监控主电路的工作状态， 并根据需要调节输出的 PWM 信号， 或在过电流产生时及时切断线 圈电路， 防止线圈损坏。 0042 所述驱动电路包括一个光耦合器， 连接在所述下位机与主电路之间， 其主要作用 是。
30、隔离干扰信号和驱动主电路的工作 ( 此部分电路未在图中表示 )。 0043 所述主电路如图3所示， 包括一个整流桥BR1和五个IGBT Q1Q5、 两个电解电容 C2、 C3， 所述电解电容 C2、 C3 并联连接到所述整流桥 BR1 的输出端， 所述 IGBT Q1 串接在电 解电容 C2 的负极端和整流桥 BR1 之间， 触发端与所述驱动电路的一个脉宽调制端 PWM1 端 相连， 所述 IGBT Q4 和 Q5 串接在电解电容 C3 的负极端和整流桥 BR1 之间， 两个触发端也与 所述驱动电路的另两个 PWM1 端相连 ( 以上所述三个 PWM1 端是各自独立的 )， 所述电容 C2、 。
31、C3 还与另两个 IGBT Q2、 Q3 两端并联， 两 IGBT Q2、 Q3 的触发端分别与所述驱动电路的另两 个脉宽调制端 PWM2 和 PWM3 端相连。所述线圈 L2 连接在所述 IGBT Q2 的发射极和 IGBT Q3 的集电极之间。所述转换电路由一个双刀双掷继电器 K1 构成， 所述继电器 K1 的两公共端 与所述线圈 L2 的两端并联连接， 一路常开端与另一路常闭端相连， 另一路常闭端与前一路 的常开端相连， 所述线圈 L3 分别连接在所述两连接端上所述继电器 K1 的线圈与所述下位 机的两个控制端相连。所述 IGBT 可以是分立的 IGBT 元件， 也可以是集成的 IGBT。
32、 模块， 所 述驱动电路中光耦合器的功能也可以通过集成有驱动功能的的 IGBT 模块来实现。 0044 所述检测电路采用 LEM 电压传感器和电流传感器， 检测出电路中电容 C2、 C3 两端 的电压和流过两线圈 L2、 L3 的电流， 并将检测信号进行滤波、 放大、 AD 转换后传送到下位机 中。( 此部分电路， 图中未作标示 ) 0045 所述线圈为一对同轴对称平行放置的相同圆形线圈对， 所述其结构如图 2 所示， 取半径为 R、 间距即构成麦克斯维线圈对， 并通以反向电流， 使所述两线圈之间的 目标区域内产生线性梯度的磁场， 在通以同向电流时在目标区域产生近似均匀的磁场， 所 述目标区域。
33、的大小与人头部的尺寸相适应。所述线圈通以反向电流时， 在原点为 O， 半径为 0.5a 的球形区域产生线性梯度的磁场， 尽量使人脑处于该球形区域内， 而线圈半径和匝数 尽量小以使电感小， 从而对驱动电源的硬件难度要求和功率降低、 容易实现， 使线圈发热也 降低， 从而适应高频电流产生高频磁场。取 R 180mm 时， 牺牲一点磁场梯度的线性度要求 但可以基本得到近似均匀的磁场区域并满足人体工学的要求， 因此， 这一尺寸作为一种优 选实施例。这时， 线圈匝数取 40， 单匝峰值电流取 5A， 就可以得到中心区域内 0.5Gs/cm 的 磁场梯度。实际应用时， 线圈匝数取 40， 单匝电流可以达到。
34、 40A， 磁场梯度就可以达到 4Gs/ cm， 会有较好的治疗效果。 同时， 通过下位机的控制所述继电器K1， 将所述线圈L3的连接方 向转换为与原方向相反方向， 从而实现改变线圈电流方向的作用， 切换线圈电流的方向为 同向电流， 会在中心区域产生更大的磁场强度， 而磁场均匀性提高， 梯度降低， 能够在实际 应用中取得不同于反向电流的效果。 0046 工作过程中， 使用者通过上位机设定系统运行的各项参数， 并通过串行口传送到 下位机， 下位机接收到运行命令后， 首先发送 PWM 信号控制主电路 Q1 和 Q4 使电容 C2 和 C3 说 明 书 CN 101208132 B6/7 页 9 上。
35、的电压达到计算出的需求值， 电容 C2 和 C3 上的电压通过检测电路由下位机的 AD 转换部 分得到。当电容 C2 和 C3 上的电压达到要求后， 下位机通过给 Q2、 Q3 发送不同的 PWM 信号 控制其通断以在 L2、 L3 上产生各种电流波形， 从而生成相应的各种时变磁场。主电路的控 制可分为三个阶段， 即电流的上升阶段、 保持阶段和下降阶段。 首先是电流的上升阶段， Q2、 Q3均一直导通， L2、 L3上加上固定不变的电压(其等于C2上的电压)， 其电流呈现线性上升 的趋势， 改变 C2 上的电压即可改变电流的上升斜率， 改变阶段的时间即可改变线圈电流的 最大值 ； 接着是保持阶。
36、段， Q3 仍然保持一直导通， Q2 则断续的导通和截止， 从而使 L2、 L3 的 电流基本保持稳定 ； 最后阶段为下降阶段， Q2、 Q3 均保持截止， 电感线圈 L2、 L3 的电流只能 通过 D2 和 D3 给电容 C3 充电， 电感线圈 L2、 L3 两端相当于加上一个等于电容 C3 电压的反 向电压， 电感线圈 L2、 L3 的电流线性下降直到其值等于零， 改变 C3 上的电压即可改变电流 的下降斜率。下降阶段后经过一个零电流间隔又从新开始一个新的上升阶段， 如此周而复 始产生一个固定周期精确波形的时变电流， 从而产生了一个周期的精确波形的时变磁场。 0047 在使用过程中， 通过。
37、对控制电路的设定和控制， 产生如图 4 所示的等腰梯形波， 并 施加在所述线圈对上， 产生相应的时变磁场， 通过等腰梯形波的上升沿和下降沿， 在目标区 域感生出正负方波脉冲电场， 从而满足治疗的需要。例如 128 微秒的上升沿接 768 微秒平 台再接128微秒的下降沿和768微秒的零电流平台， 周期1792微秒(高频)， 线圈对的电流 方向相反， 单匝峰值电流 20 安培 ( 对应 2Gs/cm 的磁场梯度值 )， 还可以实现多种波形和频 率的组合， 通过设计一种波形的输出和停止的周期个数， 构成磁刺激串列， 包含串内频率和 串间频率的参数。例如 ： 上述波形输出 10 个周期停止 27 个。
38、周期组成一个串周期， 感生电场 脉冲串内频率约 558Hz( 不考虑电场方向约为 1116Hz)， 串间频率约 15Hz( 节律 ) ； 或者， 同样波形每连续刺激 20 个周期后停止 90 个周期， 串间频率约 5Hz( 节律 )。使用者可以 通过上位机， 根据治疗的需要设定不同的磁刺激参数。作为神经精神疾病治疗或脑功能改 善的用途， 对需要者 ( 比如抑郁症患者 ) 大脑全域施加上述磁刺激， 持续适当时间。对于连 续的磁刺激， 每一次不间断的刺激不可持续太长时间， 以免带来 NMDA 受体过度激活可能引 起的副作用， 而串列形式的磁刺激却能够持续更长的时间， 比如 20 分钟 ； 串列形式。
39、的磁刺 激也可以间断进行， 比如每 10 秒中输出 2 秒串列停止 8 秒串列， 循环进行。对于正在接受 或已经接受了磁刺激者， 进行行为引导或思维引导或心理引导， 完成疾病治疗或脑功能改 善的全过程。例如 ： 使接受了磁刺激者经过或处于新奇的环境 ； 或者通过智力游戏或问题 解答引导其进行思考， 所谓问题可以具体为标准化的题库， 问题的类型可以是自然科学或 社会科学或生活常识的问题， 根据病人的受教育程度和智力水平选取其中的一些组合， 由 接受了磁刺激者进行解答。或者还可以通过具体音乐或影像使其感受良性刺激 ； 或者通过 心理辅导使大脑良性兴奋。这些行为引导或思维引导或心理引导， 重要的特征。
40、是应该既使 患者感觉有难度又能使其成功地结束。 0048 图 5 为本发明在线圈对通以反向电流时， 产生磁场的磁力线分布图， ( 图中仅为半 侧 ) 其中可以看出， 在目标区域内磁力线分布为线性梯度， 其中 501 为线圈， 502 为磁力线， 503 内的区域为所述目标区域， 也就是在治疗过程中， 将人脑置于其中的区域。 0049 图 6 为本发明在线圈对通以同向电流时， 产生磁场的磁力线分布图， 其中， 可以看 出在目标区域内， 磁力线分布为近似均匀。其中 601 为线圈， 602 为磁力线， 603 为所述目标 区域， 也就是在治疗过程中， 将人脑置于其中的区域。 说 明 书 CN 10。
41、1208132 B7/7 页 10 0050 本发明的另一种实施例2， 其结构与实施例1完全相同。 通过对控制电路的设定和 控制， 产生另两种波形的组合， 使所述线圈对产生相应的磁场， 如图7所示， 其中A波形为连 续的锯齿波， 频率为 1000Hz， 持续 3 分钟， B 波形为间歇的三角波， 频率为 2Hz， 持续时间为 3 分钟， 这两种波形交替进行 3 个循环， 共进行 18 分钟， 构成一次磁刺激过程。磁刺激过程 结束后， 进行前述的行为引导或思维引导或心理引导， 完成神经精神疾病的治疗或脑功能 的改善。 0051 作为神经精神疾病治疗或脑功能改善的用途， 使用方法还可以包括在磁刺激。
42、之前 进行行为引导或思维引导或心理引导， 这种磁刺激前的引导可以不同于磁刺激之后的引 导， 目的是通过引导， 提取大脑中存留的负性记忆并使其表达 ； 而磁刺激后引导的目的是通 过对应激的 “抗拒成功” 来修饰负性记忆， 重塑 HPA 轴的负反馈通路或提高抗应激能力。 0052 除此两种优选实施例外， 本发明中所述的线圈还可以采用椭圆形、 矩形或包括立 体形状在内的其他合理形状的线圈， 改变线圈间距、 匝数等参数， 采用两对或更多对线圈的 组合， 也可以是一个较大尺寸的线圈， 也可以是螺线管 ； 还可以通过控制电路和驱动电路 的控制， 实现更多种波形、 频率、 强度的组合， 完成一个磁刺激过程，。
43、 例如包括等腰梯形在内 的更多的电流波形感生的磁场波形， 包括不等腰梯形， 等腰三角形， 不等腰三角形等等 ； 输 出电流的频率一般在 1000Hz 以内， 可以多种波形和多种频率组合完成一个磁刺激过程， 也 可以使高频配合反向电流， 低频配合同向电流， 还可以用其他全控型电力半导体器件、 比如 GRT 或功率 MOSFET 或 GTO 等替代主电路中的 IGBT， 驱动电路也根据器件的技术特性进行相 应的修改， 实现主电路功能。主电路还可以增加两个 IGBT 或其他电力半导体器件以及相应 的驱动电路和控制电路， 使线圈电流能够双向流动。 0053 以上对本发明所提供的中枢神经系统磁刺激方法及。
44、其装置进行了详细介绍， 本文 中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮 助理解本发明的方法及其核心思想 ； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思 想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。 说 明 书 CN 101208132 B1/4 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 101208132 B2/4 页 12 说 明 书 附 图 CN 101208132 B3/4 页 13 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 101208132 B4/4 页 14 图 6 图 7 说 明 书 附 图 。