经颅磁刺激技术的研究进展

电磁场作用于生物体时会产生一定的生物效应,这是生物电工领域的发展方向之一。经颅磁刺激(TMS)是一种无创生物刺激技术,它利用时变磁场产生感应电场,引起生物电流在组织中传导,改变大脑皮层神经细胞的动作电位,影响脑内代谢和神经电活动。TMS装置主要包括脉冲电流发生回路和磁刺激线圈,改变回路和线圈的参数可以产生不同形式的刺激,满足不同的临床应用需求。TMS技术发展30几a来,已成为神经外科、精神科等临床科室的常用诊断与治疗手段,在脑功能研究方面也展示出巨大的潜力。随着TMS技术的不断发展与临床研究的不断深入,TMS的应用将会越来越广泛。     

研制中的配电网开断及分段设备

1.旋弧式SF_6柱上断路器旋弧式SF_6断路器结构简单,所需操作功率小,所以在国外配电网上广泛使用。(1)原理当分闸时,动—静触头一分离,它们之间就产生电弧,当触头拉开一定距离时,由于磁吹线圈、静触座和圆筒电极相串联,电弧就转移到动触头与圆筒电极之间,磁吹线圈通过电流,它产生一个磁场,电弧在磁场作用下拉长,并作超音速旋转,另外在电弧     

基于皮层神经元模型的经颅磁声电刺激神经网络放电活动仿真分析

基于脑皮层真实神经元模型搭建皮层神经网络,对模型在经颅磁声电刺激下的电活动响应特性进行仿真分析.采用短时傅里叶变换方法对不同刺激方式和经颅磁声电刺激不同刺激参数下神经元局部场电位信号进行时频联合分析.结果显示,经颅磁声电刺激方式可达到与神经元自身突触激活和阶跃电流刺激方式相近的刺激效果;神经元不同位置在经颅磁声电刺激下的电活动响应有所区别,胞体附近膜电压变化最为明显,且局部场电位能量强度最大;随着调制频率和刺激电流两个参数的增大,神经网络的局部场电位信号能量强度均呈现先增强后减弱的趋势.这表明经颅磁声电刺激可对神经电活动产生促进与抑制两种效果,改变刺激参数可以实现对生物体神经活动的调节.研究结果有助于揭示经颅磁声电刺激的神经作用机制,为其应用于神经调节和神经系统疾病治疗提供理论依据和参考.     

三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。     

非均匀外磁场对罗氏线圈的干扰研究

相对现有罗氏线圈磁场分析方法,提出一种新的方法,分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰,根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰,通过仿真实验,得出结论:罗氏线圈结构理想时,外界磁场对罗氏线圈不产生干扰,罗氏线圈性能稳定、能够满足精度要求.     

非均匀外磁场对罗氏线圈的干扰研究

相对现有罗氏线圈磁场分析方法,提出一种新的方法,分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰,根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰,通过仿真实验,得出结论:罗氏线圈结构理想时,外界...     

同步感应线圈炮磁场分布研究

当同步感应线圈炮驱动线圈馈入强脉冲电流时,形成变化的磁场,驱动线圈和弹丸线圈之间将产生强大的磁场力,磁场力使弹丸线圈发射出去.而磁场力的大小和方向是由磁场的大小和分布直接决定,因此,非常有必要对同步感应线圈炮的磁场分布进行研究.文章根据同步感应线圈炮的工作原理,建立其磁场计算模型,通过该模型,利用Matlab编制程序对同步感应线圈炮磁场进行仿真分析,得出其磁场的分布规律,为进一步改善同步感应线圈炮的结构和提高其性能提供可靠的参数.     

外磁场对罗氏线圈的影响分析及验证方法

针对实际电流互感器工作环境,不存在均匀的外界磁场,提出一种分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰的新方法.根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰.针对于干扰情况文中提出两种改进...     

基于电流扰动法阻抗测量的经颅电刺激装置研究

多通道经颅电刺激作为一种非侵入式神经刺激技术,具有更高的聚焦度和灵活度,但电极数的增加也加大了电极故障的风险,对电刺激装置的安全性和可靠性提出了更严格的要求.电极阻抗能反映皮肤接触状态及电极电化学变化,电极阻抗的在线监测有助于提高电刺激期间的安全性.由于多通道电刺激中存在串扰问题,直接测量电极阻抗误差较大,该文提出一种适用于多通道电刺激的新型在线阻抗测量方法,通过在刺激波形上叠加短时、小幅值电流扰动实现串扰解耦,从而测量各电极阻抗,实现对故障电极的定位.在上述方法的基础上,设计复合放大器增强型Howland电流源电路,采用现场可编程门阵列(FPGA)控制器,搭建多通道多模式经颅电刺激装置.最后通过该装置开展一系列人体实验研究,实现基于电流扰动法的电极阻抗在线监测,并在几类常见电极接触不良实验中成功定位故障电极.     

重复经颅磁刺激对认知功能的作用及其分子机理的研究进展

重复经颅磁刺激(rTMS)作为一种非侵入性的物理干预手段,其原理是利用交变磁场在一个局部脑区产生感应电流.目前rTMS已经成为一种选择性改变神经元电活动的方法,并广泛应用于精神类和神经类疾病的临床辅助治疗.认知功能障碍是许多大脑疾病的核心症状,是影响患者生存质量的主要因素.rTMS能够显著改善患者大脑的神经功能网络,有望成为一种改善认知功能障碍的治疗方法.该文主要针对rTMS对正常生理状态以及在精神类疾病、神经类疾病和其他疾病导致的认知功能障碍中作用及其潜在分子机理进行综述.     

多通道经颅磁刺激线圈阵列的驱动与控制

经颅磁刺激是一种无痛、无创的神经刺激技术,近年来在医学上被广泛使用。与传统单通道磁刺激线圈相比,多通道线圈阵列可以实现多点同步刺激、扫描刺激以及刺激模式的灵活切换,因此具有更好的发展前景。但由于线圈阵列驱动电路复杂、线圈间存在电磁耦合等难点,多通道线圈阵列的驱动与控制方法仍需进一步研究。该文基于8路独立导线构成的4×4直导线阵列,设计了一种新颖的多通道线圈阵列的驱动与控制电路。驱动电路主要包括充电电路和8路放电电路,用于在线圈阵列中产生脉冲电流;控制电路则主要用于切换刺激模式和控制脉冲电流的幅值及重复频率。通过仿真计算和实验测量,分析电磁耦合对脉冲电流波形的影响,验证了该驱动与控制电路可以实现线圈阵列在不同重复频率、不同刺激模式下工作,并且在理论上,线圈阵列下方3cm处的刺激强度足够达到脑细胞的兴奋阈值。     

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

基于时控方法的感应线圈发射器研究

基于电磁感应原理和仿真分析结果,设计和制作了感应线圈型电磁发射器模型。该模型利用控制电路放电时间的方法,克服了传统线圈发射器要在线圈内部加装传感器而使结构复杂的弊病。借助SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器进行分析。根据仿真结果所设计的模型,在74V电压下,可把质量40g的铁磁材料弹丸加速到4．67m／s。并对模型实验结果和系统性能进行分析讨论。结果表明该发射器线圈内部磁场分布均匀,可较好地消除弹丸在线圈中抖动的现象,大大提高了系统的稳定性。     

交流磁滞回线的单片测量法

分析了交流磁滞回线两种传统的测量方法（爱波斯坦方圈法和环形样品法）的缺点，阐述了通过B线圈和H线圈来检测磁感应电压，从而得到磁感应强度和磁场强度的单片测量方法与磁通波形的控制方法，并实现了计算机自动测量，此方法较爱波斯坦方圈法和环行样品法更能方便准确地获取交流磁滞董回线。     

Controlled<Emphasis Type="Bold"> E</Emphasis>-field gradient coils

Peripheral neural stimulation is a major problem in current gradient coil designs. Induced current problems in patients relate directly to gradient strength and modulation frequency. Current designs of gradient coil tend to limit ultra-high-speed imaging methods such as echo-planar imaging through the effect of induced currents which produce tingling sensations and involuntary muscle twitch. Neural stimulation could also trigger epileptic fits and/or cardiac fibrillation. For reduction of induced currents, an important aspect is the coil geometry. It is desirable to design the gradient coil in such a way as to prevent closed loop circulating currents within the body. Preliminary results using a four-sector gradient coil with rectangular geometry, operating in a low mutual coupling mode, indicate significant reduction in the E-field within the subject volume of the coil. Reduction in induced currents in the patient allows safer operation at higher magnetic field strengths together with faster scans currently prohibited through neural stimulation effects in standard coil geometries.     

Design of a coil geometry for generating magnetic field to evaluate biological effects at 85 kHz

In recent years, the use of induction‐heating systems has increased and wireless power transmission (WPT) systems have been discussed. These applications are installed close to a human body. Therefore, it is important to discuss the effects of alternating magnetic fields and to evaluate electromagnetic interference. This paper discusses the design procedure of a magnetic field generator to evaluate the electromagnetic interference at 85 kHz that is being studied in WPT systems for EV and HEV. The magnetic field generator presented in this paper consists of a single‐phase inverter circuit that uses SiC‐MOSFETs and an air–core inductor that is used as the coil for generating a magnetic field. In particular, this paper shows that the coil used for generating magnetic field needs to reduce the winding voltage to generate higher magnetic flux. In addition, this paper presents the design procedure of the proposed coil structure that can satisfy some limited conditions. The experimental results of the proposed system rated at 82 kHz and 100 A are presented.     

基于响应面法的瞬变电磁法聚焦线圈优化设计

针对瞬变电磁法激励线圈参数开展研究,根据磁感应强度矢量叠加原理,设计几种结构简单具有聚焦特性的激励线圈结构,通过比较聚焦效果、互感大小及制做难度等综合考虑择优选出（矩形面阵列）,通过响应面法对具有磁聚焦特性的线圈进行参数优化,然后利用电磁仿真软件进行模拟仿真,与传统单线圈进行对比,该激励线圈使磁场的主要能量聚焦在半径小于0．3m,且该目标区域内磁感应强度增强了33％,为下一步实际应用奠定基础,改变矩形阵列的重合面积实现不同埋深的磁聚焦,良好的聚焦效果提高瞬变电磁法的局部缺陷检出率,实现并行和重叠埋地金属管道剩余壁厚的精确检测。     

宽频带感应式磁传感器线圈电感的研究

大地电磁测深需要较宽频率范围的感应式磁传感器来探测大深度范围。感应线圈做为感应式磁传感器最前端的磁敏感部分,线圈的电感值较大程度上决定了传感器的上限频率。通过对不同参数线圈的电感值进行有限元仿真、测量,总结提出新的电感计算公式,计算值相对误差最大为5.5%。根据电感计算公式,对线圈优化设计后传感器高频段灵敏度可提高38%,频带扩展1.3倍。根据灵敏度标定与野外实验结果,自制传感器可满足大深度范围探测的需要。     

Phase Correction for High Precision Measurement of Iron Loss Using H‐coil Method

The accurate magnetic properties of electrical steel sheets are important for the development of high‐efficiency electromagnetic devices. In particular, the H‐coil method is a useful technique for accurately measuring magnetic field strength in a single sheet tester. Therefore, we developed a tester for magnetic field properties using the H‐coil method, referred to as the stress load type single sheet tester (S‐SST), and a problem was found in iron loss measurement at a high flux density of 1.6 T or more. In this paper, it is shown that the cause of this problem is the phase difference between the induced voltage in the H‐coil and the B‐coil. Because the phase difference makes the B–H loop slightly twisted near the tip point, the iron losses are evaluated low. Thus, we propose a method of determining the phase correction values. These values are measured in the absence of a specimen in the S‐SST measurement system, and the phase correction method for induced voltage in a coil is investigated. Finally, ideal results for the correction of iron loss in nonoriented electrical steel sheets are shown. The proposed method is effective for the calibration of a single sheet tester using the H‐coil method.