用于脑神经磁刺激感应电场检测的仿体模型制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于脑神经磁刺激感应电场检测的仿体模型，包括设置有开口的球体结构，球体结构包括外面的头皮仿体层、位于头皮仿体层里面的头骨仿体层，头皮仿体层和头骨仿体层之间填充有与头皮层电参数相同的胶水层，在头骨仿体层内填充有大脑皮层组织仿体溶液，头皮仿体层、头骨仿体层、大脑皮层组织仿体溶液的电导率和相对介电常数，在磁刺激频段１－１０ｋＨｚ范围内，与真实人体组织接近。本实用新型专利技术由于构造及参数按照真实人体头部生理结构设计定制，因此利用该模型进行脑神经磁刺激相关实验提高了模拟实验精度，能够在边界条件上更接近于真实的人体头部结构，从而在实验测量和研究中获得更好的实验精度，对于医学研究具有更高的研究价值。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及临床医学脑神经刺激治疗
，特别涉及一种用于脑神经磁刺 激感应电场检测的仿体模型。
技术介绍
经颅磁刺激(TMS)是近20年发展起来的一种新的刺激技术，由于磁刺激具有无创， 操作简便，相比于电刺激技术具有电安全性好等优势，在神经、精神、心理等领域，尤 其是抑郁症，强迫症，帕金森症，癫痫以及创伤后应激障碍等的治疗方面，具有很好的 应用前景，成为了近年来研究的热点。经颅磁刺激装置主要包含了一个储存电荷的电容器和一个传递能量的放电线圈，其 基本工作原理是，利用电容器储存电荷，当电容器内的电荷迅速释放时，电流通过刺激 线圈，产生的磁场在脑内形成感应电场，当感应电流强度按一定方向达到一定阈值时， 可使神经细胞去极化，产生诱发电位，达到治疗或检测祌经传导的目的。由上所述，通过磁刺激在大脑皮层特定区域形成的感应电流，是改变大脑皮层兴奋 性，进行脑祌经磁刺激治疗的关键因素，感应电场的分布是脑祌经磁刺激技术的重要研 究内容。目前国内关于脑神经磁剌激丌展的研究多为基础的理论仿真研究，对于脑神经 磁刺激皮层感应电位的实验研究，由于测量需将检测电极植入人体头内部，将会对人体 造成伤害，而通过无创方法检测又难以实现，因此对于脑神经磁刺激大脑皮层电位信号 的直接检测等相关实验，需要借助仿体模型进行。目前使用的仿体模型结构相对简单， 如单一介质的半无限边界条件，使用盐水槽作为电磁波传播介质进行实验测量，或采用 简单的球形容器放入一定量生理盐水，模拟单层的球形边界条件进行实验。然而，真实 人体头部的组织结构较为复杂，各层组织具有不同的电导、介电参数，使用上述模型进 行磁刺激实验研究，对真实人体大脑皮层的模拟精度较低，实验结果与真实人脑刺激结 果误差较大
技术实现思路
本技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于脑神经磁刺激感应电 场检测的仿体模型，该仿体模型更加接近于人体边界条件，模拟真实人体大脑的精度高， 用其进行磁刺激实验研究，实验结果与真实人脑刺激结果相比误差小。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是 一种用于脑神 经磁刺激感应电场检测的仿体模型，包括设置有丌口的球体结构，所述球体结构包括外 面的头皮仿体层、位于头皮仿体层里面的头骨仿体层，在头骨仿体层内填充有大脑皮层 组织仿体溶液，所述头皮仿体层和头骨仿体层之间填充有与头皮电参数相同的胶水层， 所述头皮仿体层、头骨仿体层、大脑皮层组织仿体溶液的电导率和相对介电常数，在磁刺激频段MO kHz范围内，所述头皮仿体层的电导率为6.5x10—4-3.0xl0—3 S/m，相对介电 常数为2.9xl04-3》104，所述头骨仿体层的电导率为2.0xl0-2-2.1 xl。-2S/m，相对介电常 数为5.2xl02-2.7xl03，所述大脑皮层组织仿体溶液的电导率9.9xl0义1.2xl0" S/m，相对 介电常数为2.2xl04-1.6xl05。该仿体模型还设置有可调整的固定装置，所述固定装置包括与头皮仿体层固接的横 梁，所述横梁通过连接块与立柱相连，所述立柱下面连接有底座；所述连接块上设置有 与横梁连接的水平孔和与立柱连接的垂直孔，所述水平孔上设置有用于压紧横梁的螺栓， 所述垂直孔上设置有用于压紧立柱的螺栓。所述固定装置采用玻璃纤维材料制成。本技术具有的优点和积极效果是由于模型构造及参数是按照真实人体头部生 理结构设计定制的，因此利用该模型进行脑神经磁刺激相关实验提高了模拟实验精度， 相比于半无限边界条件的盐水槽实验模型和简单的单层球形模型，该模型能够在边界条 件上更接近于真实的人体头部结构，从而在实验测量和研究中获得更好的实验精度，对 于医学研究具有更高的研究价值；该模型由不易变质的材料加工制成，因此模型宜于长 久保存和反复使用；该模型具有相关测量开口及固定调整装置，模型高度可调，便于进 行磁刺激线圈不同位置的实验测量。附图说明图1是本技术的结构示意图2是图1的俯视图3是本技术连接块的结构示意图。图中1、头皮仿体层，2、头骨仿体层，3、大脑皮层组织仿体溶液，4、胶水层，5、 测量开口， 6、连接块，6國1、水平孔，6-2、垂直孔，7、横梁，8、立柱，9、底座，10、 11、螺栓。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下请参阅图l、图2和图3，本技术基于脑神经磁刺激原理，对磁刺激放电电流信号，利用仿真软件对穿过头皮头骨等组织后，磁场在皮层形成的感应电场信号进行了模 拟，、通过傅立叶变换分析信号频谱中各频率成分情况，确定头部各层组织参数情况，进 而选择对应参数材料，进行仿体制作。考虑到用于脑神经磁刺激的磁剌激仪放电电流信号，<formula>formula see original document page 5</formula>其中，C电容，C/为充电电压，丄为电感，i 为电阻，/为时间。通过计算机模拟得到大脑皮层的感应电场信号，由于感应电场信号中由多个频率成 分组成，需进行傅立叶变换，以分析脑神经磁刺激中，主要的频率成分。傅立叶变换公式如下其中C"为感应电场信号，G(Z)为感应电场傅立叶变换，w。为频率，T为周期，n为信号傅立叶变换序列号。从而得到感应电场的频谱，经过频谱分析即可确定放电波形中主要的频率成分为 l-10kHz，并以此作为磁刺激感应电场检测实验仿体模型频率特性参数选取的主要依据。根据以上分析，结合相关的医学测量数据，人体在l-10kHz范围内各层组织参数如 表l。表1.人体头部各层主要组织及电参数组织频率范围电导率相对介电常数头皮 1-10 kHz 0.00065738-0.0029317头骨 1-10 kHz 0.020157-0.02043大脑灰质1-10 kHz 0.098805-0.1148729010-32135 521.64-2702.4 22241-164060另一方面，由于人体头部组织接触紧密，且当模型各部分组织仿体间存在空气间隙 时会对实验结果产生较大误差，因此模型各层组织仿体材料需要紧密接触。本专利技术采用 固体与液体相结合的结构实现，模型分为以下几部分头皮仿体层l，头骨仿体层2，大 脑皮层组织仿体溶液3，模型设置有测量开口5，实验检测探头可以从测量开口 5伸入进 行测量。其中头皮仿体层1的材质的基质是液态硅橡胶，加入5%-10% (质量比，下同)铝 酸钇和0.05。/。-0.3n/。的SnO2高温混炼，入模硫化制成头皮仿体层；以下提供几个头皮仿体层的实例实例l:基质是液态硅橡胶，加入5。/。的铝酸钇和0.3。/。的SnO2高温混炼，入模硫化 制成头皮仿体层。在磁刺激频段1-10 kHz范围内，经测试、计算，电导率为2.7xl(T3-3.0xl(r3 S/m，相对介电常数为2.9xl04-2.93xl04。，实例2:基质是液态硅橡胶，加入7.5%的铝酸钇和0.2%的Sn02高温混炼，入模硫 化制成头皮仿体层。在磁剌激频段1-10 kHz范围内，经测试、计算，电导率为 2.0xl(T3-2.3xlO-3S/m，相对介电常数为3.0xl04-3.03xl04。实例3:基质是液态硅橡胶，加入10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脑神经磁刺激感应电场检测的仿体模型，包括设置有开口的球体结构，其特征在于，所述球体结构包括外面的头皮仿体层、位于头皮仿体层里面的头骨仿体层，在头骨仿体层内填充有大脑皮层组织仿体溶液，所述头皮仿体层和头骨仿体层之间填充有与头皮层电参数相同的胶水层，所述头皮仿体层、头骨仿体层、大脑皮层组织仿体溶液的电导率和相对介电常数，在磁刺激频段１－１０ｋＨｚ范围内，所述头皮仿体层的电导率为６．５×１０↑［－４］－３．０×１０↑［－３］Ｓ／ｍ，相对介电常数为２．９×１０↑［４］－３．２×１０↑［４］，所述头骨仿体层的电导率为２．０×１０↑［－２］－２．１×１０↑［－２］Ｓ／ｍ，相对介电常数为５．２×１０↑［２］－２．７×１０↑［３］，所述大脑皮层组织仿体溶液的电导率９．９×１０↑［－２］－１．２×１０↑［－１］Ｓ／ｍ，相对介电常数为２．２×１０↑［４］－１．６×１０↑［５］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张顺起，刘志朋，殷涛，李松，蒲莉娜，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]