PDF《经颅磁刺激硬件电路改进研究》

胡俊(

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8 2―) , 男, 四川成都人, 副教授, 博士, 研究方向: 智能交通、 计算机网络等;

张娇(

1 9

8 8―) , 女, 四川苍溪人, 助教, 硕士, 研究方向: 新闻传播学;

刘腊梅(

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9 2―) , 女,四川自贡人, 初级教师, 本科, 研究方向: 小学英语. 图1 圆形线圈磁刺激模型 给激励线圈中通入直流电流 时, 感应磁场对细胞组织的刺激作用由施加的磁场强度决定. 为计算 组织细胞所处空间位置的磁感应强度, 据比奥-萨法尔定律公式, 在空间中点 P处由激励线圈所产生的磁 场如下: (

1 ) 式中: 是线圈的相对磁导率, 是真空的磁导率( ) , 磁导率为 . 为P点磁矢势, 可得出式: (

2 ) 经过矢量变换, 可得出空间中任一点 P的磁场分布公式为: (

3 ) (

4 ) (

5 ) 综上, 总磁感应强度为: (

6 ) 线圈在空间中任一点 P, 产生的磁感应大小 , 可分解为 X、 Y、 Z三个方面的效果叠加.三者叠加决定 了产生的感应磁场的深度和聚焦度, 这为线圈的设计提供了重要理论依据. 据法拉第电磁感应定律公式: (

7 ) 由,交换 与 位置可得到: (

8 ) 在理想实验条件下, 对可兴奋性组织, 忽略表面的电荷密度, 则有: (

9 ) 其中, 为磁导率常量.可兴奋组织细胞的电导率为 , 组织内的感生电流密度可表示为:

8 8 成都师范学院学报

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1 8年7月(10)从物理学角度, 根据时变磁场可以感生出电场的原理, 由比奥-萨法尔定律计算出通电线圈在空间中任 一点处的磁感应强度, 并根据生物电磁学理论, 得出组织细胞内的感生电流密度.为TM S系统的硬件电路 各模块的选择与设计提供理论依据. 3经颅磁刺激改进硬件电路设计 3.

1 硬件系统的总体设计方案 TM S设备最主要的简化电路由主电路部分和刺激线圈构成.目前的经颅磁治疗装置都采用 R L C原理 电路实现[ 9-1 1] , 主电路由直流电源 D C、 储能电容 C、 控制开关 K

1、 K 2以及回路中的电阻 R

1、 R 2, 刺激线圈 则为电感 L.如图2所示. 图2 R L C电路原理图 工作时, 第一步先导通开关 K 1, 断开开关 K 2, 使电容器充电至电源电压 , 电路形成充电回路.第二 步将开关 K 1断开, 连通K2.这时电容器C开始放电, 电路形成放电回路.R L C 二阶电路的的衰减因子,谐振频率 , 品质因数 .根据 的值不同, 对应解的齐次解不同, 即选择 不同的 R、 L、 C参数, 电路工作状态有两种, 一种是过阻尼非震荡状态, 在过阻尼状态下, 电路中电阻值较大, 大部分能量被电阻所消耗.此外回路中电流变化速度缓慢, 对于 TM S需要快速变化的脉冲电流而言, 并非 合适的工作状态.另外一种是欠阻尼减幅震荡状态, 欠阻尼状态下电流、 电压值随指数规律衰减, 此时电路 中电阻较小, 在电阻上消耗的能量较少, 电路中的大部分能量被用作电场能量与磁场能量的相互转换.由于 感应电场的大小与由线圈中电流变化速率成正比, 此时电感中的脉冲电流变化速率最快, 此为最理想的工作 状态. 3.

2 改进硬件电路各模块分析 针对传统经颅磁硬件电路存在的问题[

1 0-1 2] , 本文设计的实际硬件电路设计如图3所示: 图3 实际硬件电路图 将电路分为供电电源模块、 整流滤波模块、 电容充放电模块几部分. 3. 2. 1供电电源模块 经颅磁刺激电路中需往感应线圈中通入快速变化的电流以产生感应磁场, 因而所需达到的电流变化率 阀值较大.为了加快电流变化率, 往往采用提高供电电压, 使线圈中电流的变化幅值增大.本设计使用电网