用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路及控制方法技术

本发明专利技术属于生物医疗设备领域，提供了一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路及控制方法，包括多个相同的模块连接成网格结构，每个所述网格由四个电路模块首尾相接串联而成，且其中一个电路模块同时作为相邻两个网格的共同边。本发明专利技术整个电路结构中的各个桥式电路模块可选择配置电池模组，模块间能完成串联或并联，灵活控制输出电压/电流波形及其变化率，同时承受高电压和大电流，回收脉冲能量，从而减少噪声，克服现有脉冲发生电路的理论缺陷。陷。陷。

【技术实现步骤摘要】
用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路及控制方法


[0001]本专利技术属于生物医疗设备
，具体涉及一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路及控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]非侵入式脑磁刺激(又称经颅磁刺激，TMS)技术是基于物理方法诊断和治疗包括抑郁症在内的多种精神疾病的主流技术，相关硬件主要包括脉冲发生电路和激磁线圈两部分。脉冲发生电路能产生电压和电流快速变化的强磁脉冲，施加在线圈两端，进一步形成(随空间位置)变化的电磁场。当线圈置于人脑附近时，根据法拉第电磁感应定律，脑神经细胞能产生感应电流，从而选择性地激活或抑制人脑部分区域，达到诊疗的目的。线圈主要决定了电磁场的空间分布，脉冲发生电路决定了电磁场强度和随时间变化的情况，后者对于非侵入式脑磁刺激诊疗效果起决定性作用。
[0004]目前，主流脉冲发生电路的基本工作原理如下：先给电容预充电，再通过功率半导体开关(如晶闸管或IGBT)使电容和电感谐振，从而产生具有高谐振电压和大谐振电流的刺激脉冲。然而，电压/电流波形由谐振电感和电容决定，单个功率半导体开关耐压和通流能力有限，谐振过程中储存的能量难以消耗，且电路噪声影响患者。因此，主流脉冲发生电路具有脉冲难控制、工作频率低、电压/电流承受能力受限、发热严重和噪声大等缺点。现有研究利用桥式电路增加了波形控制能力，但提升相对有限，且无法克服上述电路缺陷。
[0005]对于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，波形质量差、脉冲功率小、效率低和噪声大等难题对电路运行构成了严峻挑战，导致电磁场分布不符合预期，降低了神经疾病诊疗的有效性。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路及控制方法，本专利技术电路采用模块化的结构组成网格状的电路，使各模块可选择配置电池模组，模块间能完成串联、并联或旁路，灵活控制输出电压/电流波形及其变化率，同时承受高电压和大电流，回收脉冲能量，从而减少噪声。
[0007]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，采用如下技术方案：
[0008]一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，包括多个相同的模块连接成网格结构，每个所述网格由四个电路模块首尾相接串联而成，且其中一个电路模块同时作为相邻两个网格结构的共同边。
[0009]进一步地，所述电路模块至少包括两个串联连接的H桥子模块。
[0010]进一步地，所述H桥子模块至少包括一个电池模组和四个功率半导体开关；
[0011]四个功率半导体开关两两串联构成一个半导体支路，两个半导体支路与所述电池模组支路并联构成所述H桥子模块。
[0012]进一步地，所述电路模块中有两个输出端子，分别与其他电路模块相连接构成连接点。
[0013]进一步地，所述功率半导体开关有开通和关断两种状态。
[0014]进一步地，所述H桥子模块有四种工作状态，包括正电压输出，负电压输出，零电压输出以及断开状态。
[0015]进一步地，所述功率半导体开关由IGBT、MOSFET、晶闸管、SiC、GaN或二极管及其组合实现。
[0016]进一步地，不同电压的电路模块不能并联运行。
[0017]进一步地，不同电流的电路模块不能串联运行。
[0018]根据一些实施例，本专利技术的第二方案提供了一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路的控制方法，采用如下技术方案：
[0019]基于第一方案中所述的用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路的控制方法，包括：
[0020]通过控制每个电路模块中H桥子模块中的功率半导体开关的通断状态来控制电路模块的输出电压；
[0021]根据不同电路模块的输出电压，确定脉冲发生电路的等效电路，实现脉冲发生。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术采用模块化的结构和网格状的电路，使各电路模块可选择配置电池模组，模块间能完成串联或并联，灵活控制输出电压/电流波形及其变化率，同时承受高电压和大电流，回收脉冲能量，从而减少噪声，克服现有脉冲发生电路的理论缺陷。本公开具有脉冲可控性好、功率大、效率高和噪声小等优点，有助于提升磁刺激的准确性和神经疾病诊疗的有效性；
[0024]本专利技术中电路模块间能灵活完成串联或并联，产生高电压或大电流，连接方式灵活多样；工作模块的数量可调节，通过改变模块数量改变输出电压/电流波形及其变化率，从而减少噪声；允许脉冲能量回收；模块化电路设计，方便运行和维护。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1是本专利技术实施例中一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路的典型工况图；
[0028]图3是本专利技术实施例中一种电路模块的结构示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]实施例一
[0034]如图1所示，本实施例提供了一种用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，包括多个相同的模块连接成网格状结构，每个所述网格由四个电路模块(如图中的模块1,13,5,15)首尾相接串联而成，且其中一个电路模块同时作为相邻两个网格的共同边。
[0035]如图1所示，具体实施例中，该脉冲发生电路包括至少22个完全相同的模块，模块间连接成网格形状，整体组成网状结构；如图3所示，每个模块有2个输出端子，分别与不同模块相连接构成连接点，各模块作为网格的边。
[0036]线圈两端通常连接在不同的连接点处，连接方式灵活，典型的连接方式如图1所示。
[0037]具体地，所述桥式电路模块至少包括两个串联连接的H桥子模块，即首尾相接。每个H桥子模块包括至少1个电池模组和至少4个功率半导体开关，连接成H桥结构；四个功率半导体开关两两串联构成一个半导体支路，两个半导体支路并联；所述电池模组支路与两个半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，其特征在于，包括多个相同的模块连接成网格结构，每个所述网格由四个电路模块首尾相接串联而成，且其中一个桥式电路模块同时作为相邻两个网格的共同边。2.如权利要求1所述的用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，其特征在于，所述电路模块至少包括两个串联连接的H桥子模块。3.如权利要求2所述的用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，其特征在于，所述H桥子模块至少包括一个电池模组和四个功率半导体开关；四个功率半导体开关两两串联构成一个半导体支路，两个半导体支路并联；所述电池模组支路与两个半导体支路并联。4.如权利要求2所述的用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，其特征在于，所述电路模块中有两个输出端子，分别与其他桥式电路模块相连接构成连接点。5.如权利要求3所述的用于非侵入式脑神经磁刺激的脉冲发生电路，其特征在于，所述功率半导体开关有开通和关断两种状态。6.如权利要求2所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：方旌扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：