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基于互相关方法的磁刺激穴位对亚健康失眠者的脑网络分析
亚健康失眠严重影响人们的身心健康、生活质量和工作效率.针灸对失眠具有良好的治疗效果,但存在不易量化等问题.磁刺激与电刺激的神经机理相似,同时磁刺激具有更突出的优点.本文对亚健康失眠者进行了磁刺激穴位实验,采用互相关算法对实验中采集的脑电信号进行了关联特性分析,构建了静息态和磁刺激后的脑功能网络,并对脑功能网络的特征参数进行了研究.结果表明:磁刺激穴位后,互相关系数在大脑额叶、枕叶、颞叶和顶叶区域均发生了显著性变化(P﹤0.05);刺激后的脑功能网络平均度、聚类系数和全局效率均升高,平均路径长度减小,"小世界"属性增强.结果说明磁刺激穴位后亚健康失眠者大脑内部区域连接性和信息交流得到改善.
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高频经颅磁治疗仪制冷系统的设计
为了有效控制在治疗过程中经颅磁刺激仪的磁刺激线圈温度的缺点，本文尝试另一种思路，利用帕尔贴效应设计了一种具有自动冷却功能的刺激部。该刺激部温度可控、性能稳定、能持续工作，可以有效解决磁刺激仪在治疗过程中，因磁刺激线圈的温度高于38℃时，人体的皮肤将感到不适，以及线圈温度过高等导致仪器自动停机保护而终止治疗的问题。该冷却装置的制冷方式不需要任何制冷剂，既能长时间、不间断的工作，又能提高患者治疗的舒适感，消除医疗风险，提高患者的治疗依从性，更好地为患者服务。
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磁刺激对脊髓神经组织损伤的早期保护作用
目的:探讨脊髓损伤后,应用磁刺激(magnetic stimlation,MS)对损伤脊髓组织早期钙、镁离子的影响.方法:实验利用Allen的WD(weight drop,WD)技术,以10g×2.5cm致伤力造成wistar大鼠T8脊髓损伤模型,实验组分别于术后即刻,1h,2h,4h,24h分别予0.5HZ,70%输职强度的磁刺激,对照组不做处理.术后2h,6h,24h取治疗组,对照组动物损伤区脊髓组织作以下检测:用干湿法测水含量;用原子吸收光谱法测钙、镁离子含量.结果:损伤区脊髓组织水含量增多,钙离子水平升高,镁离子水平下降,白质内髓鞘结构紊乱,囊性变重;而应用MS可改善上述变化.结论:脊髓损伤后应用磁刺激可减损脊髓损伤后的离子失衡,从而对继发性脊髓损伤具有保护作用.
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用于磁刺激的圆形线圈的优化研究
以华科公司研发产品HKYJ-1型磁场刺激器为基础,建立磁刺激线圈的RLC模型,根据线圈峰值磁能指标对HKYJ-1型磁场刺激器磁头线圈的优化性进行讨论和评估.仿真结果证明HKYJ-1型磁场刺激器的磁刺激用圆形线圈所产生的峰值磁能与磁刺激治疗所需阈值磁能未能形成优,线圈峰值磁能过大,其后果使线圈能耗过大,至使磁头发热过大,(与设备实际使用情况相符)终导致刺激器工作有效性降低.根据研究结果本文提出了HKYJ-1型磁场刺激器的改进建议,提出了优化磁刺激用圆形线圈制作参数和结构参数的途径和方法,这样有效地提高华科HKYJ-1型磁场刺激器的医疗效率.
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磁刺激人体可兴奋组织的建模及其感应电场的三维分析
磁刺激是利用时变电流流入线圈,产生时变磁场,从而在组织内感应出电流使某些可兴奋性组织产生兴奋的一种无创的诊断和治疗技术.本文建立了磁刺激可兴奋性组织的一般模型.确定了一些无量纲参数,对感应电场的分布函数进行无量纲化,并给出了电场强度三维分布的计算机仿真.文中分析和讨论了决定刺激聚焦和刺激深度的因素,确定了设计合理的磁刺激线圈和可以使刺激效果和磁刺激装置都得到优化的依据.
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微机式磁刺激系统的设计仿真与建模研究
磁刺激技术作为医学康复一种非侵入式的诊疗技术,是当前该领域国际范围的一项重要的研究课题.目前,所用的磁刺激仪存在两大问题:①磁线圈聚焦性较差;②系统能耗较大.刺激阈值所需要的能耗大,由此仪器产热并造成刺激有效性降低.本文在近几年磁刺激技术研究的基础上,运用计算机对磁刺激系统的重要模块进行了仿真,其中包括主电路与微机控制电路的仿真,并对磁刺激线圈磁场进行建模研究,为日后的研究和实践提供了有益的理论依据.
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经颅磁刺激的时域有限元电磁场研究
研究了空心圆柱线圈激励下三层同心导电球模型的瞬态电磁场边值问题,通过时域有限元方程的求解获得头内矢量磁位,进而模拟了磁通密度、感应电场的分布及时域变化特性,为进一步探索脉冲电磁场对人脑的佳刺激方式和新型磁刺激仪器的研制提供理论基础.
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基于磁刺激内关穴的脑电α波时频分析
目的 本文将磁刺激和传统中医穴位、经络传导相结合,研究了磁刺激内关穴对大脑α波的分布及能量的影响.方法 绘制不同状态下的α波分布的脑电地形图,分析磁刺激对大脑α波分布的影响.采用Gabor小波和希尔伯特变换方法研究磁刺激对大脑α波能量的影响.结果 磁刺激内关穴能够引起被试者α波的分布及能量的变化,表现在:磁刺激时α波分布范围大于安静状态;与刺激前相比,磁刺激后大脑额叶和左侧枕叶的α波能量明显增强.结论 本研究表明磁刺激被试者的内关穴可能使被试者达到清醒和镇定的状态,与针刺内关穴的安神醒脑作用有着异曲同工之效.本研究验证了磁刺激穴位的有效性,为今后的相关研究奠定了基础.
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磁刺激中线圈感应电场的聚焦性研究
根据磁刺激线圈感应电场理论,对圆形线圈、8字形线圈、四圆形线圈和四叶形线圈感应电场的分布进行研究,结果表明四叶形聚焦性好,更利于磁刺激兴奋点的定位.
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磁刺激8字形线圈的结构对感应电场分布影响
磁刺激是利用变化磁场产生的感应电场作用于可兴奋人体组织的过程.8字形线圈由于结构简单,常用于磁刺激中.故根据磁刺激感应电场理论,对8字形线圈改进了两种空间结构,计算其刺激深度感应电场分布,并与改进前作比较,结果表明扇形空间结构聚焦性好,更利于磁刺激兴奋点定位.
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八字线圈激励下五层球头模型感应电场能量的分布
研究经颅磁刺激(TMS)下人体头部组织内感应电场能量的分布状况,即组织内焦耳热能损耗情况.提出通过感应电能分配率及感应电能集中性两方面因素,研究蚊香型八字线圈激励下头部模型感应电场能量分布情况.利用ANSYS有限元方法建立蚊香型八字线圈,及包含了头皮、头骨、脑脊液、脑灰质和脑白质的五层球头模型,用瞬态分析方法研究感应电场能量分布.仿真结果表明,对线圈施以8 000 A交流电流时,感应电场能量的63.37%消耗于头皮层,其次是脑脊液层上的30.82%,而脑灰质层仅分配了2.6%,而该层能量集中度为15.72%运用所建立的方法,可为建立逼近于真实条件的头部模型,提高脑神经磁刺激技术聚焦性能和定位性能,提供更加精确的仿真研究结果.
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磁刺激光明穴的脑电响应的脑功能网络构建与分析
经颅磁刺激技术与中医穴位刺激相结合的研究和应用,近年来已经取得一定进展,图论理论在脑科学研究领域中也进行一些探索,这些理论和技术的交叉与结合将为神经磁刺激技术的应用和脑科学的研究开启新的方向.利用互相关方法对磁刺激光明穴和假穴的脑电信号进行了两两通道间的线性时域关联特性分析,得出各通道间脑电数据的相关数量关系,并且以相关矩阵的形式表示,通过阈值大小的设定获取邻接矩阵,分别构建磁刺激光明穴与磁刺激假穴实验状态下脑电信号的脑功能网络图.结果发现,磁刺激光明穴的脑功能连接相比于磁刺激假穴的脑功能连接在枕叶(视觉联络区)、额叶区显著增多.利用基于图论的复杂网络理论,对所构建的脑功能网络特性参数进行参数比较和统计学分析.磁刺激光明穴使得脑功能网络发生变化,主要包括网络平均度增大、聚类系数增大、特征路径长度减小、全局效率和局部效率提高、小世界属性增强,并且这些差异经过统计学检验在均值差值上都有量化体现,通过统计检验发现磁刺激光明穴引起的脑功能网络参数的改变具有显著性差异(P＜0.05).研究提示,磁刺激光明穴相比磁刺激假穴,可以提高脑功能网络的全局效率和局部效率,缩短信息传播路径,使各个脑区之间的信息传递更加高效,为磁刺激技术施加于穴位改善神经功能提供一定的理论依据.
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磁刺激穴位对大脑功能网络的影响
基于复杂网络理论,研究磁刺激穴位时大脑功能连接的变化情况.利用互相关和互信息方法,分析了7名被试内关穴磁刺激前、刺激中、刺激后同步脑电信号的通道间关联特性,构建了大脑功能网络,并利用复杂网络分析方法对其进行了中心化程度评价,分析了几种状态下的关键脑区.结果表明:1 Hz刺激与刺激前相比,顶叶内部、顶叶与中央区节点间的关联程度发生了统一增强,额叶与枕叶、额叶与顶枕叶节点间的关联程度发生了统一减弱；3 Hz刺激与刺激前相比,统一增强的区域集中在额叶内部、中央区内部、额叶与中央区、额叶与顶叶、额叶与颞叶、中央区与颞叶、中央区与顶叶节点之间.度值较大的节点主要分布在额叶和中央区,介数值较大的节点主要分布在顶叶、中央区以及顶枕区.此研究有助于揭示磁刺激穴位对大脑功能网络的影响.
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磁刺激中脑内感应电场的计算
本研究建立了脑部分层模型,提出了传统感应电场计算方法与时域有限差分法相结合计算磁刺激中脑部各点瞬态感应电场值的方法,对圆形线圈和8字形线圈在头内产生的感应电场进行了理论推导,有助于进一步探索脑部磁刺激佳刺激方式和作用机理.
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基于脑电图的不同频率磁刺激内关穴脑网络分析
磁刺激和电刺激在离子水平的作用机制是相似的.相比之下,磁刺激技术具有无痛、可刺激深部组织等优点.不同的刺激参数会产生不同的机体效应,同时所引发的神经调控机制也不同.采用不同频率(0.5和3 Hz)的脉冲磁场刺激内关穴,采集刺激前、后的32导脑电信号,计算各通道脑电信号之间的相关系数.针对正、负相关系数的不同分布特点,采用不同的阈值,分别对正、负相关系数矩阵进行二值化处理.以脑电通道作为所构建脑功能网络的节点,构建并分析不同状态下的脑功能网络,探讨频率参数对磁刺激内关穴脑功能区活动的影响.结果发现,0.5和3 Hz磁刺激内关穴后较刺激前,大脑额叶、颞叶和中央区内部以及脑区之间的正相关呈现增加的趋势.同时,0.5 Hz磁刺激内关穴后,额叶与枕叶以及颞叶与枕叶之间的大尺度连接增强,且具有负相关特性.这一研究结果为磁刺激频率的选取提供一定的依据.
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三层球模型经颅磁刺激感应电场研究
研究圆形线圈激励下,三层同心导电球模型的时变电磁场边值问题,利用分离变量法导出了球内感应电场的解析表达式,以此为基础分析了单线圈(Single coil)和双锥形线圈(Double cone coil)的电磁场分布特性.为进一步探索时变电磁场对人脑的佳刺激方式和新型磁刺激仪器的研制提供理论基础.
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磁刺激足三里脑电复杂度研究
由于磁刺激的无创、无痛及良好的安全性能,使其日益成为脑神经科学研究的热点.本研究基于磁刺激明显的优越性,对磁刺激穴位前后脑电的复杂度进行了探讨.利用磁刺激仪对足三里穴进行了相同强度、不同频率的磁刺激(0.5、1、3 Hz),对同步采集到的脑电数据进行了样本熵分析,并绘制相应的脑电信息图,结果发现大脑各个功能区的样本熵值都有提高,其中颞叶区的变化为明显,这与之前学者研究的电针刺激的结果有一致性.另外,结果表明3 Hz刺激相较于0.5 Hz和1 Hz刺激时引起的脑电样本熵增加,且具有显著性差异(P<0.05).
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重复经颅磁刺激仪的优化设计
本文建立了RLC磁刺激仪模型,给出了模型参数计算方法.将磁刺激系统的性能指标分为三部分:反映磁刺激仪输出性能的损耗能量;反映线圈输出性能的峰值磁能;反映线圈结构的几何变量.在给定磁刺激条件下,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的磁刺激仪和线圈输出性能值,从而,寻找优的系统参数.优化结果表明:线圈外半径和线的直径(或截面面积)是关键因素,选择合适的线圈外半径和线结构可以大大降低功耗,提高磁刺激频率,解决线圈发热问题.
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影响感应电场分布的线圈设计因素分析
本文理论上分析了影响头部磁刺激感应电场分布的各种因素，包括刺激线圈的形状、线圈的直径、直径与刺激深度比的影响以及线圈间距和通过线圈电流方向的影响等。分别计算了这些因素的变化引起的感应电场的变化情况，结果表明当直径为刺激深度的2～4倍时磁刺激的定位性能较好。
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神经形状对磁刺激兴奋点定位的影响
本文首先用一曲线函数表示平行于组织-空气界面下方xy平面内弯曲神经的形状,并定义弯曲神经任意一点的方向为该点切线方向,然后给出磁刺激弯曲神经时一个修正的激活函数.该激活函数由4个部分组成:感应电场沿x、y方向的分量Ex、Ey和各个分量沿x方向的导数dEx/dx、dEy/dx,同时,激活函数还与神经的弯曲形状有关.三维计算机仿真结果表明激活函数负峰值点的位置在弯曲神经的弯曲起始点附近,神经形状影响神经兴奋点;磁刺激弯曲神经时,在弯曲起始点比较容易产生兴奋.
