经颅磁刺激的控制制造技术

本发明专利技术涉及一种经颅磁刺激设备，包括：至少两个线圈(130，140)、用于每个线圈(130，140)的输入通道(150，160)、控制单元(170)、存储用于至少两个线圈(130，140)的能量的至少一个储能器(120)，控制单元(170)被配置为：确定至少一个刺激强度；确定存储在至少一个储能器(120)中的能量等级；确定用于每个线圈(130，140)的调制模式；根据所确定的调制模式生成用于控制至少两个线圈(130，140)中的至少一个线圈(130，140)的输入通道的至少一个控制信号，以便控制来自至少一个储能器(120)的每个线圈(130，140)的输入。还公开了一种方法。

Control of transcranial magnetic stimulation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经颅磁刺激的控制
本专利技术总体涉及经颅磁刺激的
更具体地，本专利技术涉及经颅磁刺激的控制。
技术介绍
经颅磁刺激(TMS)是一种用于刺激皮层神经元的无创性工具。TMS例如用于皮层功能区的术前标测、研究皮层的有效连通性，以及治疗重度抑郁症。在TMS中，刺激是通过经由放置在受试者头皮上的线圈的绕组馈送短暂的、强的电流脉冲来实现的。这会引起时变磁场，该时变磁场在皮层中感应电场，导致目标神经元的膜去极化和超极化。在多通道TMS(mTMS)中，刺激器线圈单元由几个可以独立控制的线圈组成。可以通过调整流经每个单独的线圈的绕组的电流来修改在脑中感应的电场(E场)模式。总E场是由各线圈产生的E场的总和，每个E场强度与各线圈的线圈电流的变化率成比例。由于E场确定刺激的部位，因此mTMS允许电子控制刺激位置，而无需移动线圈单元。在mTMS中，可以控制刺激模式(E场)的速度是确定该设备适合哪种用途的关键参数。在一些范例中，需要有在大约一毫秒或几毫秒内改变刺激的可能性。例如，在传统的单通道配对脉冲TMS范例中，具有独立控制强度的两个TMS脉冲仅间隔2至5毫秒传送。优选地，mTMS设备应当能够在不同的位置传送这两个脉冲-或者甚至更好地，能够传送具有期望的时空模式的任意脉冲串(pulsetrain)。与线圈电流的变化率成比例的E场强度与电荷存储电容器(或者由并联和/或串联的电容器组成的电容器组)的电压成比例。因此，为了改变mTMS中的刺激强度或刺激位置，需要快速调整电容器的电压等级。然而，根据电容、电容器充电器或放电机制，电压等级调整可能需要几十毫秒到几秒钟。在传统的单通道配对脉冲TMS设备中，速度问题通常通过具有两个可以在刺激之前独立充电的电容器来克服：一个电容器用于第一脉冲，并且另一个电容器用于第二脉冲。然而，这增加了设备的成本和尺寸。此外，以短间隔传送两个以上的独立脉冲将需要添加甚至更多的电容器。在一些mTMS范例中，例如，当使用反馈控制系统时，刺激位置和强度甚至可能不是预先知道的，使得在脉冲序列之前固定电容器电压是不切实际的。需要快速、不可能预先设计的强度调整的一个简单示例是通过相应地调整线圈电流来补偿线圈和脑的相对运动的情况。此外，传统的解决方案有脉冲持续时间取决于线圈的电感的缺点，这使得单独地适应刺激脉冲具有挑战性。为了解决这个问题，引入了多个解决方案，其中，通过将电流输入到线圈的电源的调制控制信号来控制输入到线圈的电流。以这种方式，可以调整输入到线圈的电流的波形，并且因此调整在脑中感应的E场。这种现有技术的解决方案仍然面临如上所述的缺点，即它们仅基于一个线圈，并且它们还是电容器-线圈专用的，并且因此，TMS设备的成本和尺寸仍然很高。从上面可以看出，现有技术的解决方案有缺点，并且需要通过引入用于控制用于TMS的脉冲的生成的新方法来克服缺点。
技术实现思路
为了提供对各种专利技术实施方式的一些方面的基本理解，以下给出了简化的概要。概要不是本专利技术的广泛概述。它既不旨在识别本专利技术的关键或重要元件，也不旨在描绘本专利技术的范围。以下概要仅以简化形式呈现本专利技术的一些概念，作为对本专利技术的示例性实施方式的更详细描述的前序。本专利技术的目的是呈现一种经颅磁刺激设备和用于控制通过经颅磁刺激设备生成磁场的方法。本专利技术的另一个目的是，经颅磁刺激设备和方法使得能够控制经颅磁刺激设备的线圈的输入。本专利技术的目的是通过相应的独立权利要求限定的经颅磁刺激设备和方法实现的。根据第一方面，一种经颅磁刺激设备，包括：至少两个线圈、用于每个线圈的输入通道、控制单元以及用于存储用于至少两个线圈的能量的至少一个储能器，其中，控制单元被配置为：确定通过由至少两个线圈中的至少一个线圈生成磁场而旨在目标中生成的至少一个刺激强度；确定存储在至少一个储能器中的能量等级；确定每个线圈的调制模式，所述调制模式用于由至少两个线圈中的至少一个线圈生成磁场，由至少一个线圈生成的磁场引起目标中的预期的刺激强度；根据所确定的调制模式生成用于控制至少两个线圈中的至少一个线圈的输入通道的至少一个控制信号，以便控制来自至少一个储能器的每个线圈的输入。至少一个储能器可以以以下方式中的一个布置：用于多个线圈的至少一个公共储能器、用于每个线圈的至少一个专用储能器、用于多个线圈的至少一个公共储能器和用于每个线圈的至少一个专用储能器、用于多个线圈的至少一个公共储能器以及用于至少一个线圈的至少一个专用储能器。至少一个储能器可以包括至少一个电容器。控制单元还可以被配置为通过测量至少一个储能器的电压等级来确定存储在至少一个储能器中的能量等级。控制单元还可以被配置为响应于检测到存储在至少一个储能器中的能量等级低于利用至少一个线圈生成磁场所需的能量等级，启动对至少一个储能器的充电，该至少一个线圈利用所确定的调制模式引起目标中的预期的刺激强度。此外，控制单元可以被配置为确定用于利用至少一个线圈生成多个连续磁场的调制模式。所生成的至少一个控制信号可以被配置为控制至少一个输入通道中的至少一个开关设备的导通状态。例如，开关设备可以是以下中的至少一个：绝缘栅双极晶体管，IGBT；金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET。控制单元可以被配置为利用基于脉宽调制的控制信号来控制每个线圈的输入。控制单元还可以被配置为以阶跃方式来控制每个线圈的输入。根据第二方面，提供了一种用于控制经颅磁刺激设备的多个线圈的输入的方法，该设备包括：至少两个线圈、用于每个线圈的输入通道、控制单元、存储用于至少两个线圈的能量的至少一个储能器，其中，该方法包括：确定通过由至少两个线圈中的至少一个线圈生成磁场而旨在目标中生成的至少一个刺激强度；确定存储在至少一个储能器中的能量等级；确定每个线圈的调制模式，所述调制模式用于由至少两个线圈中的至少一个线圈生成磁场，由至少一个线圈生成的磁场引起目标中的预期的刺激强度；根据所确定的调制模式生成用于控制至少两个线圈中的至少一个线圈的输入通道的至少一个控制信号，以便控制来自至少一个储能器的每个线圈的输入。当结合附图阅读时，从以下具体示例性和非限制性实施方式的描述中将最好地理解本专利技术的关于结构和操作的方法的各种示例性和非限制性实施方式以及其附加目的和优点。动词“包括(tocomprise)”和“包括(toinclude)”在本文档中用作开放式限制，既不排除也不要求未叙述特征的存在。除非另有明确说明，否则从属权利要求中所叙述的特征是相互自由组合的。此外，应当理解，在整个文档中使用“一”或“一个”，即单数形式，并不排除复数形式。附图说明在附图中，本专利技术的实施方式通过示例的方式而不是通过限制的方式示出。图1示意性地示出了本专利技术的原理的至少一些方面。图2示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的解决方案的示例。图3A至图3C示意性地示出了根据本专利技术的用于多通道经颅磁刺激的设备的非限制性示例。图4A至图4C示意性地示出了传统设备的输入和输出信号。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经颅磁刺激设备，包括：/n-至少两个线圈(130，140)，/n-用于每个线圈(130，140)的输入通道(150，160)，/n-控制单元(170)，/n-至少一个储能器(120)，存储用于所述至少两个线圈(130，140)的能量，/n其中，所述控制单元(170)被配置为：/n确定通过由所述至少两个线圈(130，140)中的至少一个线圈(130，140)生成磁场而旨在目标中生成的至少一个刺激强度，/n确定存储在所述至少一个储能器(120)中的能量等级，/n确定每个线圈(130，140)的调制模式，所述调制模式用于通过所述至少两个线圈(130，140)中的所述至少一个线圈(130，140)生成磁场，由所述至少一个线圈(130，140)生成的磁场引起所述目标中的预期的刺激强度，/n根据所确定的调制模式生成用于控制所述至少两个线圈(130，140)中的所述至少一个线圈(130，140)的输入通道的至少一个控制信号，以便控制来自所述至少一个能量存储(120)的每个线圈(130，140)的输入。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170403 FI 201753091.一种经颅磁刺激设备，包括：
-至少两个线圈(130，140)，
-用于每个线圈(130，140)的输入通道(150，160)，
-控制单元(170)，
-至少一个储能器(120)，存储用于所述至少两个线圈(130，140)的能量，
其中，所述控制单元(170)被配置为：
确定通过由所述至少两个线圈(130，140)中的至少一个线圈(130，140)生成磁场而旨在目标中生成的至少一个刺激强度，
确定存储在所述至少一个储能器(120)中的能量等级，
确定每个线圈(130，140)的调制模式，所述调制模式用于通过所述至少两个线圈(130，140)中的所述至少一个线圈(130，140)生成磁场，由所述至少一个线圈(130，140)生成的磁场引起所述目标中的预期的刺激强度，
根据所确定的调制模式生成用于控制所述至少两个线圈(130，140)中的所述至少一个线圈(130，140)的输入通道的至少一个控制信号，以便控制来自所述至少一个能量存储(120)的每个线圈(130，140)的输入。


2.根据权利要求1所述的经颅磁刺激设备，其中，所述至少一个储能器(120)以以下方式中的一个布置：用于多个线圈(130，140)的至少一个公共储能器(120)、用于每个线圈(130，140)的至少一个专用储能器(120)、用于多个线圈(130，140)的至少一个公共储能器(120)和用于每个线圈(130，140)的至少一个专用储能器(120)、用于多个线圈(130，140)的至少一个公共储能器(120)以及用于至少一个线圈(130，140)的至少一个专用储能器(120)。


3.根据前述权利要求中任一项所述的经颅磁刺激设备，其中，所述至少一个储能器(120)包括至少一个电容器。


4.根据前述权利要求中任一项所述的经颅磁刺激设备，其中，所述控制单元(170)还被配置为通过测量所述至少一个储能器(120)的电压等级来确定存储在所述至少一个储能器(120)中的能量等级。


5.根据前述权利要求中任一项所述的经颅磁刺激设备，其中，所述控制单元(170)被配置为响应于检测到存储在所述至少一个储能器(120)中的所述能量等级低于利用所述至少一个线圈(130，140)生...

【专利技术属性】
技术研发人员：里斯托·伊尔莫涅米，亚科·涅米宁，拉里·科波宁，
申请(专利权)人：阿尔托大学理工学院，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI