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经颅磁刺激中刺激线圈的仿真研究
目的 设计用于经颅磁刺激的线圈,要求能够对大脑皮质进行多点刺激,且具有聚焦性好、制作简单、使用方便等特点.方法 利用电磁仿真方法,以圆形线圈和8字形线圈为基础,计算线圈在均匀人体模型中感应电场的分布情况,比较尺寸、绕法对经颅磁刺激线圈的聚焦性和刺激深度的影响.在此基础上设计了一种多圆相切线圈,并计算该线圈在均匀人体和真实头部模型中的电场分布.结果 感应电场强度随刺激深度的增加呈指数式衰减.减小圆形线圈的尺寸,会提高聚焦性,同时可减弱感应电场强度.8字形线圈比圆形线圈具有更好的聚焦性,多层绕法综合效果较好.多圆相切线圈具有8字形线圈的优点,且可以进行多点刺激.结论 尺寸、绕法等因素对线圈的聚焦性和刺激深度具有重要影响,多圆相切线圈在经颅磁刺激中具有很好的应用前景.真实头部模型仿真,对于线圈的设计和靶区定位具有重要意义.
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基于数值仿真方法的体外除颤电极配置分析与优化
体外电除颤器的电极配置(位置、大小、形状)直接影响着除颤效果的好坏,合理的配置模式能降低高压电刺激对皮肤和心肌的损伤、减轻患者的痛苦、提高除颤急救的成功率.运用数值仿真方法,初步研究了多种电极配置模式下(24种电极对位置、4种电极面积及3种电极形状)体外电刺激在心脏区域的电场分布情况,获得了电场分布均匀度(UNIF)、除颤电压阈值(DFT)、能量效率(EFF)等统计分析结果.结果比较显示,右上前胸-左下侧胸电极对位置、大小133cm2、形状为椭圆的电极配置方式的除颤效果佳,优于先前报道的左前胸-右后背式圆形电极对配置模式,更适合体外电除颤的临床应用.
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脊髓硬膜外电刺激的数学模型
为研究直接脊髓神经电刺激下场的分布规律,构建尽可能模拟脊髓在电刺激作用下的数学模型,本研究将硬膜外电刺激下的脊柱理想化为圆柱,理论推导了点电流源刺激下脊髓及被膜组织中场的分布模型,并利用Matlab对模型进行模拟,分析了刺激电极下电位场和电流密度场的分布规律.结果 表明直接脊髓电刺激对脊髓神经通路的作用是局部的而非整体刺激,刺激的范围受电极摆放位置的影响,这将对直接脊髓刺激在临床中的正确使用起到理论指导意义.
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神经纤维电刺激的非线性模型研究
0 引言对神经纤维电刺激兴奋规律的研究,在神经科学、康复工程等许多学科领域都具有非常重要的意义.对神经纤维电刺激兴奋规律的研究,主要包括两大部分内容,一是对电刺激产生的电场分布规律的研究,另一部分工作是对神经纤维本身的建模.在前人的工作中,将更多的精力花在了对神经纤维本身的建模工作中,而对电刺激产生的电场分布问题则往往将其简化考虑,例如:忽略刺激电极的大小、忽略神经纤维、结缔组织等对电场分布的影响等等.这样做,在我们更需要对神经纤维本身进行了解时是可以理解的,也是可行的.但是,当我们已经对神经纤维有了较深入的认识以后,需要对神经纤维电刺激兴奋规律进行更深入、更精确的考察时,就不得不重新考虑电刺激产生的电场分布问题.此时,我们就要将许多以前将问题简化的部分重新复杂化起来,以更接近现实情况.本文就试图在考虑结缔组织、神经纤维的各向异性等非线性因素情况下,考察电刺激产生的电场分布问题,并在此基础上建立神经纤维兴奋规律的研究系统.
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体外除颤时胸腔电场分布的有限元集成仿真研究
目的 探讨求解体外除颤时胸腔电场分布的集成仿真分析方法,为生物电场理论的临床应用研究提供参考.方法 分析人体胸腔的生物电容积导体属性,给出描述心律失常的体外电除颤时胸腔电场的数理方程;进而采用SCIRun有限元分析工具对胸腔电场分布进行集成仿真求解.结果 通过数值计算求解,获得了放电过程中胸腔各处的电势、电压梯度线、等势面,及心脏区域电压梯度值等多种电场分布数据.结论 应用有限元集成求解方法分析体外除颤时人体胸腔复杂电场分布是可行的,对除颤技术的临床研究和方法改进具有一定的指导意义.
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小焦点X射线管研制开发中的探索与实践
在研制不同尺寸小焦点X射线管过程中采用相同几何尺寸的阴阳极零件仅变化灯丝的几何形状,研制成焦点尺寸不同的X射线管.以提高零件的通用性,降低产品的制造费用.
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胸部体表阻抗变化形成机制的初步探讨
目的 探讨胸部体表阻抗变化形成的机制.方法 假设胸腔为一导电均匀的容积导体,根据电阻定律、欧姆定律、恒流阻抗法的测量原理以及圆柱形容积导体的电场分布.导出胸部体表阻抗变化公式.结果 从理论上解释了胸部体表阻抗变化形成的机制,得到了单根血管和多根血管在胸部体表产生的阻抗变化公式,并为模型实验所证实.结论 这些结果可为心阻抗图的波形重建奠定理论基础.
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点电源圆柱形容积导体中电场分布的实验研究
目的 用实验探讨点电源圆柱形容积导体中的电场分布.方法 塑料圆桶中的稀盐水溶液作为容积导体,50 Hz交流电通过顶部和底部的输入电极加于容积导体,测量圆桶内侧壁两检测电极之间的电压,该电压除以电极间的距离,即为两电极连线上的场强.结果 两检测电极连线上的电场近似为均强电场,其大小与输入电压成正比,与检测电极连线到输入电极连线的距离成反比,但与容积导体的电阻率没有关系.结论 本实验结果可为圆柱形容积导体的应用提供基础.
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心阻抗图形成机制的初步探讨
目的 探讨心阻抗图测量中血管阻抗变化转换为胸部体表电压变化的机制.方法 基于胸部内的电场分布,定性分析血管阻抗变化转换为胸部体表电压变化的过程.用模型实验研究转换的规律,将装满稀盐水溶液的塑料圆桶模拟胸部圆柱形容积导体,10~50 V的交流电压模拟血管阻抗变化在血管两端产生的电压变化(ΔUb),同时通过测量圆桶侧壁两检测电极之间的输出电压变化(ΔUbs),研究ΔUbs与相关参数的关系.结果 胸部体表两检测电极之间的电势差变化正是通过转换得到的ΔUbs.胸部体表测量的ΔUbs与血管阻抗变化在血管两端产生的电压变化ΔUb、胸部体表两检测电极之间的距离(L)均呈现正比例关系.结论 本文的研究结果可为血管阻抗变化转换为胸部体表电压变化的机制提供依据.
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TMS线圈与EEG电极线相对位置对TMS-EEG信号的影响
通过分析经颅磁刺激线圈放电时的电场分布,探索磁刺激输出脉冲对脑电采集帽产生的伪迹信号来源.我们通过建立八字线圈感应电场分布的半无界空间数学模型,获得八字线圈感应电场的分布特性,分析磁刺激影响脑电采集回路的两种影响因素,我们用matlab软件仿真刺激线圈与脑电极线成不同角度、不同距离时产生的伪迹信号的变化趋势,通过模型试验和人体实验验证这种趋势的准确性;结果显示,脑电导线重合于线圈长轴,产生脑电伪迹小,当线圈转动其他角度或当线圈下移时伪迹会逐渐增大,大伪迹幅值是小伪迹幅值的约10倍.在TMS-EEG试验中,伪迹信号的幅值、持续时间与线圈摆放位置、角度有关.通过实验前合理排布脑电极线可降低伪迹信号幅值、持续时间等参数,提高磁刺激下脑电信号特征信号提取的准确性.
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基于磁声耦合效应的聚焦电刺激方法的初探
神经电刺激是一种重要的治疗和脑科学研究手段,本研究基于磁声电耦合原理,提出用聚焦超声实现电介质样本聚焦电刺激,并开展了验证实验.我们使用聚焦超声换能器向置于静磁场中的导电样本打入超声,测量了沿不同方向样本两端产生的电信号,使用声场分析仪和磁声耦合电刺激系统分别测试了声场和电场在同一区域内的分布,并将二者归一化后进行对比.实验结果证明,在实验条件下,待刺激样本中会产生与声场、静磁场方向均正交的感应电场,且超声换能器的声场与感应电场的分布之间存在较高一致性,二者在测试平面中心线上的相关系数分别为0.930和0.997,初步证明了该方法的可行性.
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基于真实头模型的H型线圈颅内感应电场分布的仿真研究
研究了H线圈作用下人体颅内感应电场分布情况，并且评估H型线圈的深部特性；建立包含边缘系统的真实头部电导率模型，沿头部模型轮廓建立H型线圈模型，分析其在头皮表面和边缘系统产生的感应电场的分布规律；与8字线圈颅内电场分布进行了比较，采用头皮电场峰值和边缘系统电场峰值之比来评估H型线圈和8字线圈脑深部电场分布特性；结果显示，H型线圈产生的感应电场在头皮不聚焦，但能集中刺激到边缘系统的前扣带回；与8字线圈相比，H型线圈能够减弱头皮电场强度，增强边缘系统电场强度，具有良好的深部特性；本文基于真实头模型的H型线圈研究，初步揭示了H型线圈感应电场的颅内分布特性，有助于脑深部磁刺激线圈的设计优化。
