一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法技术

本发明专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，以小电流作为线圈的激励电流，并通过快速切断电流提高电流变化率以降低激励电流幅值从而在线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场，且通过采用多个线圈级联并依次放电的方式延长激励时间，实现激励时间的拓展，所述多个线圈级联并依次放电的方式为多个线圈均充电完成，然后依次放电，或为多个线圈均在充电过程中通过线圈的充放电切换，完成依次循环放电。本发明专利技术使得以小电流作为线圈激励电流的电磁场激励系统，实现单次激励时间的有效拓展，而且实现方法简单易行、便于控制或调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电磁激励方法，具体的说，涉及一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，具体在医学仪器中的应用为基于小电流的经颅磁刺激。
技术介绍
瞬变电磁场在医学领域的典型应用为一种称为经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，缩写：TMS)的技术。TMS是一种无电极刺激形式，它是利用激励线圈产生时变磁场在目标组织中感应出电流，达到刺激可兴奋组织目的。当电流流经TMS激励线圈时，将在其周围产生时变磁场，这个强大且快速变化的磁场可以穿透人体皮肤及头骨等组织发生作用。能够刺激神经是由D’Arsonval在1896年观察到磁致闪光现象时首先发现的，在此后的很长时间内，磁刺激研究仅限于磁致闪光。Brickford等在1965年磁刺激完整的兔、青蛙和人时观察到骨骼肌抽动，但由于没有明确的应用目的，进一步的工作没有开展。1985年，Barker等使用一个小巧磁线圈在低于0.3Hz的脉冲电流驱动下，几乎无痛、非侵入地刺激正常人脑皮质，观察到手肌抽动，用表面电极在小指外展肌记录到运动皮质诱发电位(MEPs)，并在伦敦出席第11届脑电与临床神经生理大会上向世界各地代表做了展示，令人鼓舞的结果引起了极大的轰动，这种方法后称为经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)。1987年Amassian等、1990年Cohen等分别用实验证明了不同方向放置的刺激线圈对大脑皮层的作用引起不同手指活动。上述应用电磁场激励系统通常采用大电流脉冲进行驱动，以获得需要的瞬变电磁场。为了获得足够的电磁场强度，激励系统驱动电流大、脉冲宽度大，激励系统硬件电路功耗大、实现困难，而且存在很大的安全隐患，特别是医学领域的应用安全性更是一个不可忽视的重要问题。针对功耗大和安全性的问题，公开号为102614592A的专利提出了用小电流代替传统大电流的工作方式，此方法虽然克服了功耗和安全的问题，但是小电流放电时间短，其产生的瞬变电磁场往往存在着刺激时间不足，从而可能不足以引发预期神经兴奋的问题，所以在医用疗效方面又产生了极大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足提供一种安全可靠、刺激时间长的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，本专利技术中的瞬变电磁场能够刺激神经等目标介质且有效延长激励时间。本专利技术通过下述技术方案实现：一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，以小电流作为线圈的激励电流，并通过快速切断电流提高电流变化率以降低激励电流幅值从而在线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场，电磁场激励系统通过采用多个线圈级联并依次放电的方式延长激励时间，实现激励时间的拓展。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述多个线圈级联并依次放电的方式是指：充电的多个线圈依次开始放电并等效延长放电结束时间，即多个线圈中第N个线圈其放电开始时刻为tas、放电结束时刻为tae，第N+1个线圈其放电开始时刻为tbs、放电结束时刻为tbe，N为正整数；所述tbs滞后于tas且tbe滞后于tae。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述tab﹥0，即tbs提前于tae。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述tab＝0，即tbs与tae吻合。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述第N个线圈放电产生感应电压在目标介质中自由衰减到零的时间长度为tr，tr﹥0；所述tab﹤0且|tab|≦tr。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述第N个线圈开始放电时正在充电或已完成充电。本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其所述多个线圈级联并依次放电的过程中线圈开始放电前的起始电流和结束放电后的结束电流均为恒定电流。适用于本专利技术所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法的电磁场激励系统，其所述电磁场激励系统包括相互连接的线圈、线圈驱动电路，线圈驱动电路包括分别与线圈连接的充电电路、放电电路。充电电路与线圈串联，放电电路与线圈并联。具体的，所述充电电路包括与线圈依次串联的充电二极管、充电电阻、充电开关，所述放电电路包括并联在线圈两端的放电电阻与放电二极管的串联电路。优选的，所述充电开关采用半导体开关器件，所述半导体开关器件的控制极与控制信号电路连接，所述尖峰吸收电路并联于充电开关两端，用于抑制尖峰脉冲对电路的影响。本专利技术所述电磁场激励方法通过调整线圈的电感值及放电电路中的电阻值即可调整放电时间，通过调整放电电路中放电持续时间的参数调整电流变化率。进一步的，所述线圈驱动电路还包括与线圈连接的尖峰吸收电路。进一步的，所述电磁场激励系统还包括分别与线圈驱动电路连接的控制信号电路、系统保护电路、供电系统，所述线圈驱动电路、线圈、控制信号电路、系统保护电路、供电系统均设有一个以上，且与线圈一一对应连接的控制信号电路还与控制芯片连接，控制芯片通过控制信号电路向对应的线圈分别发出控制信号，控制信号的时序由计算机软件中的延时程序控制。多个控制信号电路可共用一个控制芯片。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术采用小电流代替了传统的大电流，在安全性能方面得到保证；(2)本专利技术采用线圈级联的方式，解决了时间拓展问题，使得对目标介质的刺激时间充足；(3)由于本专利技术中各个线圈的放电持续时间可以不同，各个线圈的起始电流虽然都为恒定电流但电流值可以不同，各个线圈的结束电流虽然都为恒定电流但电流值可以不同，所以本专利技术实现激励时间拓展的具体操作非常灵活、限定因素少、便于实现；(4)本专利技术涉及的电磁场激励系统其装置结构简单、轻巧便携。附图说明图1为模拟刺激神经示意图。图2为A状态时相邻两个线圈中电流衰减的时序示意图。图3为B状态时相邻两个线圈中电流衰减的时序示意图。图4为C状态时相邻两个线圈中电流衰减的时序示意图。图5为本专利技术的系统整体结构示意图。图6为本专利技术核心电路示意图。图7为本专利技术的系统程序流程图。其中：1—神经，2—第N个线圈，3—第N+1个线圈，4—线圈驱动电路，5—线圈，6—控制信号电路，7—系统保护电路，8—供电系统，9—控制信号。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。为了提高电流经颅磁刺激的安全性，本专利技术摒弃了传统技术通常采用的大电流宽脉冲激励方案，转而以小电流作为激励线圈的激励电流。根据电磁感应的基本原理，变化电流产生变化的磁场，变化磁场在目标介质中激发的电流刺激与激励线圈电流变化率正相关。本专利技术正是利用了该原理，用变化率大、幅值小的脉冲电流代替变化率小、幅值大的脉冲电流，达到相同的刺激效果。在实际应用中，小电流通过线圈往往存在刺激时间不足的问题，本专利技术解决方案是通过采用多个线圈级联并依次放电的方式延长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，以小电流作为线圈的激励电流，并通过快速切断电流提高电流变化率以降低所需要的激励电流幅值，从而在线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场，其特征在于：电磁场激励系统通过采用多个线圈级联并依次放电的方式延长激励时间，实现激励时间的拓展。

【技术特征摘要】
1.一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，以小电流作为线圈的激励电流，并通过快速切断电流提高电流变化率以降低所需要的激励电流幅值，从而在线圈周围产生符合要求的瞬变电磁场，其特征在于：电磁场激励系统通过采用多个线圈级联并依次放电的方式延长激励时间，实现激励时间的拓展。2.根据权利要求1所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其特征在于：所述多个线圈级联并依次放电的方式是指：充电的多个线圈依次开始放电并等效延长放电结束时间，即多个线圈中第N个线圈其放电开始时刻为tas、放电结束时刻为tae，第N+1个线圈其放电开始时刻为tbs、放电结束时刻为tbe，N为正整数；所述tbs滞后于tas且tbe滞后于tae。3.根据权利要求2所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其特征在于：所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述tab﹥0，即tbs提前于tae。4.根据权利要求2所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其特征在于：所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述tab＝0，即tbs与tae吻合。5.根据权利要求2所述的一种以多激励源级联实现时间拓展的电磁激励方法，其特征在于：所述第N个线圈放电持续时间与第N+1个线圈放电持续时间的交叠时间为tab，tab＝tbs-tae；所述第N个线圈放电产生感应电压在目标介质中自由衰减到零的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冀成，胡雅毅，刘子菡，陆继庆，牟翔永，张岗，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51