一种新型双极性电磁激励系统技术方案

一种新型双极性电磁激励系统，包括电源和至少两组电磁激励组，所述电磁激励组包括电子开关K和感性负载，所述电源、电子开关K和感性负载串接；所述电源为电磁激励组供电；通过电子开关K用于实现感性负载中电流变化速率的控制，来忽略电路的充放电参数对电流变化率的影响；所有的电磁激励组的感性负载产生的磁场的NS极方向针对神经的相同目标区域存在相反的两种情况。本方案的主要改进点在两个地方，其一在于本方案放弃了调整充放电路的参数，通过调整电子开关K断开的速率，从而调整感性负载的放电时间和放电速率；其二在于本方案采用了多组电磁激励组，并且这些电磁激励组中的感性负载的NS极方向存在相反的两组情况。

【技术实现步骤摘要】
一种新型双极性电磁激励系统
本专利技术涉及电磁激励领域，特别涉及一种新型双极性电磁激励系统。
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(TranscranialMagneticStimulation，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(TranscranialMagneticStimulation，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，进而带来多信道的难以实现，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，授权公告号为CN102614592B的专利技术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，但是对于小电流设计，以电子开关速率来忽略负载参数，对于开关器件，实际使用中的关断时间达不到理想实验条件下的关断时间，同一开关，当带负载电感不一样时，关断时间也就不一样，对于同一负载电感，采用不同的开关，关断时间也不一样。在实际使用中，过快的开通和关断在感性负载情况下反而是不利的。在这种情况下，开关过快的关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压，采用尖峰吸收电路可有效抑制产生的高压脉冲尖峰，达到保护系统的目的，但是基于小电流本身幅值小、脉冲窄，加上开关的过快关断，导致放电时间较短，其产生的瞬变电磁场对大脑皮层的刺激时间不足以引起刺激也不足以产生刺激反馈，这种方案由于存在着刺激时间不足的问题，所以在医用疗效方面又产生了极大的局限性。并且在现有技术的小电流脉冲进行刺激的方案中，比如在授权公告号为CN102614592B的专利技术专利的权利要求1中仅提供了下降沿的单方向变化。而现有技术中常规的TMS流经激励线圈的电流波形（如图10）先是由小变大，到达峰值以后，又由大变小的过程。但需要注意的是，由这样的电流形成的（覆盖被激励组织的）磁场的极性，实际上自始至终（只考虑主激励，忽略过零点反向以后的震荡）是没有发生变化的。但其变化率（注意：是变化“率”，也就是幅值变化波形曲线的梯度，也就是说电流变化的方向）是有反向的（峰值以前是向上，峰值以后是向下）。而由磁场感应出的电流只与变化率有关，与静磁场的绝对值无关。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种新型双极性电磁激励系统，设置至少两组电磁激励组，电磁激励组中的感性负载产生的磁场的NS极方向有正反两种情况，通过控制不同电磁激励组的电子开关K的关断时间，使得正反两种磁场NS极方向的感性负载依次交替放电，进而依次交替产生正反两个方向依次减小的磁场对大脑皮层的神经进行刺激，使得被刺激神经上的感应电流交替上升和下降，仅需要控制开关的关断，仅利用感性负载上电流的减小，而产生对大脑皮层的神经的感应电流进行增大和减小两种刺激，能实现对完整TMS的模拟。本专利技术采用的技术方案如下：一种新型双极性电磁激励系统，包括电源和至少两组电磁激励组，所述电磁激励组包括电子开关K和感性负载，所述电源、电子开关K和感性负载串接形成一个回路；所述电源为电磁激励组供电；这里的每组电磁激励组可以独立设置一个电源，各个电源分别对各个电磁激励组供电，也可以设置一个电源，将所有的电磁激励组并联，由一个电源给所有电磁激励组供电，也可以设置多个电源，每个电源并联数个电磁激励组，由多个电源共同对所有的电磁激励组进行供电。通过电子开关K用于实现感性负载中电流变化速率的控制，来忽略电路的充放电参数对电流变化率的影响；所有的电磁激励组的感性负载产生的磁场的NS极方向针对神经的相同目标区域存在相反的两种情况。为了更好地实现本方案，进一步地，对神经的相同目标区域进行电磁激励的不同电磁激励组中的感性负载在神经的该目标区域的形成的磁场在神经的该目标区域的法平面的法向分量至少有两个的夹角大于90°以实现NS极方向相反。为了更好地实现本方案，进一步地，所述NS极方向相反的电磁激励组的感性负载在对神经的相同目标区域进行电磁激励时，NS极方向相反的电磁激励组的感性负载在神经的该目标区域对称设置。为了更好地实现本方案，进一步地，所述电子开关K的控制极上串联一个可调电阻，通过调节可调电阻的阻值，调节电子开关K的断开速率。为了更好地实现本方案，进一步地，所述系统还包括控制组件，使用控制组件控制不同电磁激励组内的电子开关K的关断先后顺序。为了更好地实现本方案，进一步地，所述控制组件针对神经的相同目标区域进行电磁激励的不同电磁激励组内的电子开关K进行先后关断控制时，整个关断时序中电子开关K对应的电磁激励组内的感性负载的NS极方向存在相反的两种情况。需要注意的是，在实际应用中，可以根据实际需求设置不同的电子开关K的关断时序，将两种方向的感性负载设为N和S，则关断先后顺序相邻的电子开关K对应的电磁激励组内的感性负载可以为N1-N2-S1-S2，也可以为N1-N2-N3-S1-S2-S3、N1-S1-S2-S3、N1-N2-N3-S1等组合，只需要保证关断时序中，针对神经的相同目标区域进行电磁激励的不同电磁激励组的感性负载的NS极方向存在相反的两种情况，不能只存在一种情况，即关断时序中不能只有N或只有S，例如N1-N2-N3，S1-S2-S3等，这些情况不能存在。为了更好地实现本方案，进一步地，所述控制组件为MCU或基于CPU和外围电路形成的芯片级计算机。为了更好地实现本方案，进一步地，所述电磁激励组还包括尖峰吸收电路，所述尖峰吸收电路并联在每组电磁激励组内的电子开关K两端。为了更好地实现本方案，进一步地，所述尖峰吸收电路主要包括二极管D1、电容C1和电阻R1，所述二极管D1的负极连接到电容C1的一端，所述二极管D1的正极连接到电子开关K靠近电源的一端，所述电容C1的另一端连接在电子开关K远离电源的一端，所述电阻R1和二极管D1并联。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型双极性电磁激励系统，包括电源和至少两组电磁激励组，其特征在于：所述电磁激励组包括电子开关K和感性负载，所述电源、电子开关K和感性负载串接形成一个回路；所述电源为电磁激励组供电；/n通过电子开关K用于实现感性负载中电流变化速率的控制，来忽略电路的充放电参数对电流变化率的影响；/n所有的电磁激励组的感性负载产生的磁场的NS极方向针对神经的相同目标区域至少存在相反的两种情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型双极性电磁激励系统，包括电源和至少两组电磁激励组，其特征在于：所述电磁激励组包括电子开关K和感性负载，所述电源、电子开关K和感性负载串接形成一个回路；所述电源为电磁激励组供电；
通过电子开关K用于实现感性负载中电流变化速率的控制，来忽略电路的充放电参数对电流变化率的影响；
所有的电磁激励组的感性负载产生的磁场的NS极方向针对神经的相同目标区域至少存在相反的两种情况。


2.根据权利要求1所述的一种新型双极性电磁激励系统，其特征在于：对神经的相同目标区域进行电磁激励的不同电磁激励组中的感性负载在神经的该目标区域的形成的磁场在神经的该目标区域的法平面的法向分量至少有两个的夹角大于90°以实现NS极方向相反。


3.根据权利要求1或2所述的一种新型双极性电磁激励系统，其特征在于：所述NS极方向相反的电磁激励组的感性负载在对神经的相同目标区域进行电磁激励时，NS极方向相反的电磁激励组的感性负载在神经的该目标区域对称设置。


4.根据权利要求1所述的一种新型双极性电磁激励系统，其特征在于：所述电子开关K的控制极上串联一个可调电阻，通过调节可调电阻的阻值，调节电子开关K的断开速率。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冀成，
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