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經顱磁刺激電路、刺激器及其磁脈沖生成方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201710649506.9

申請日:

20170731

公開號:

CN107362450A

公開日:

20171121

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:

IPC分類號:

A61N2/04

主分類號:

A61N2/04

申請人:

深圳生理科技有限公司

發明人:

謝飛躍

地址:

518000 廣東省深圳市南山區粵海街道科技園高新中一路19號賽百諾大廈401

優先權:

CN201710649506A

專利代理機構:

代理人:

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內容摘要

一種經顱磁刺激電路、刺激器及其磁脈沖生成方法,該電路包括:至少兩個電感線圈,直流電源,電感線圈的充電電路、放電電路以及控制器,控制器通過電子開關控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。該方法包括:使所述電感線圈的中心線重合;控制器輸出脈沖序列控制電子開關,使所述電感線圈同步產生磁脈沖,疊加形成經顱磁刺激器刺激需要的磁脈沖。該經顱磁刺激器包括枕座和上述經顱磁刺激電路,所述枕座設置容置腔,經顱磁刺激電路的電感線圈設置于枕座的所述容置腔且所有電感線圈的中心線重合。本發明采用多個線圈同步產生磁脈沖通過耦合合成刺激用的磁脈沖,大大減小了單個線圈需要的脈沖電流,便于經顱磁刺激器微型化。

權利要求書

1.一種經顱磁刺激電路,其特征在于,所述經顱磁刺激電路包括:至少兩個電感線圈;直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。2.根據權利要求1所述的經顱磁刺激電路,其特征在于:所述經顱磁刺激電路還包括與所述至少兩個電感線圈相同數量的第一電阻,它們與所述至少兩個電感線圈一一對應地串聯,用于調整所述至少兩個電感線圈的充放電時間常數,保證所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。3.根據權利要求1所述的經顱磁刺激電路,其特征在于:所述放電電路包括第二電阻和二極管組成的串聯支路。4.一種經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其特征在于,該經顱磁刺激器的經顱磁刺激電路包括:至少兩個電感線圈;直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖;該經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法包括:使所述至少兩個電感線圈的中心線重合;以及所述控制器輸出脈沖序列控制所述電子開關,使所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖,同步產生的磁脈沖疊加形成了經顱磁刺激器刺激需要的磁脈沖。5.根據權利要求4所述的經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其特征在于,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出脈沖的頻率,進而控制磁脈沖的生成頻率。6.根據權利要求4所述的經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其特征在于,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出的脈沖的寬度,進而控制磁脈沖的強度。7.根據權利要求4所述的經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其特征在于,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出脈沖的頻率,進而控制磁脈沖的生成頻率;以及所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出的脈沖的寬度,進而控制磁脈沖的強度。8.根據權利要求4所述的經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其特征在于:該經顱磁刺激器的經顱磁刺激電路還包括與所述至少兩個電感線圈相同數量的第一電阻,它們與所述至少兩個電感線圈一一對應地串聯,用于調整所述至少兩個電感線圈的充放電時間常數,保證所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。9.一種經顱磁刺激器,其特征在于,該經顱磁刺激器包括:經顱磁刺激電路,該經顱磁刺激電路包括:至少兩個電感線圈;直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖;枕座,所述枕座設置容置腔,使用時所述容置腔與大腦的睡眠誘導區相對,經顱磁刺激電路的所述至少兩個電感線圈設置于枕座的所述容置腔且所有電感線圈的中心線重合,容置腔內所述至少兩個電感線圈的上方設置緩沖墊。10.根據權利要求9所述的經顱磁刺激器,其特征在于:經顱磁刺激電路的所述至少兩個電感線圈同心。

說明書

技術領域

本發明涉及經顱磁刺激,尤其涉及一種經顱磁刺激電路、經顱磁刺激器以及其磁脈沖生成方法。

背景技術

經顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)的基本原理是利用通電電感線圈中的脈沖電流來產生脈沖磁場。如圖1所示,傳統經顱磁刺激器一般采用RLC電路結構,圖1中R為電阻,L為電感,C為電容,用交流電供電,其工作原理如下:對交流電源進行升壓和濾波;控制開關K1閉合,K2斷開,對電容C進行快速充電;控制開關K1斷開,K2閉合,電容C放電,利用LC振蕩電路使電感線圈L中的電流發生快速變化而產生脈沖磁場,單個脈沖的寬度取決于LC電路的振蕩周期T

根據電感線圈的電感能量公式JL=0.5×L×I2,為提高電感線圈L所產生的磁脈沖的磁感應強度(一般指電感線圈中心軸上某一點的磁感應強度),必須提高電容C的充電電壓,才能使電感線圈L獲得大脈沖電流,但過高的電流會導致電感線圈容易發熱、線圈絕緣強度的難度增加、電容C充電時間延長、控制開關的耐壓必須增高、電路線路損失增加等一系列問題,所以產品的設計和制造方案往往是多因素平衡的結果,最終使設備結構復雜、體積龐大、生產成本和使用成本都比較高,而且很難實現設備微型化。

發明內容

本發明的目的是提供一種經顱磁刺激電路、刺激器及其磁脈沖生成方法,以解決現有技術存在的上述缺陷中的至少一種。

為達上述目的,本發明采用的技術方案如下:

一種經顱磁刺激電路,該經顱磁刺激電路包括:

至少兩個電感線圈;

直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;

所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及

控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。

優選地,所述經顱磁刺激電路還包括與所述至少兩個電感線圈相同數量的第一電阻,它們與所述至少兩個電感線圈一一對應地串聯,用于調整所述至少兩個電感線圈的充放電時間常數,保證所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。

優選地,所述放電電路包括第二電阻和二極管組成的串聯支路。

一種經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法,其中,該經顱磁刺激器的經顱磁刺激電路包括:

至少兩個電感線圈;

直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;

所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及

控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖;

該經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法包括:

使所述至少兩個電感線圈的中心線重合;以及

所述控制器輸出脈沖序列控制所述電子開關,使所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖,同步產生的磁脈沖疊加形成了經顱磁刺激器刺激需要的磁脈沖。

優選地,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出脈沖的頻率,進而控制磁脈沖的生成頻率。

優選地,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出的脈沖的寬度,進而控制磁脈沖的強度。

優選地,該生成方法還包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出脈沖的頻率,進而控制磁脈沖的生成頻率;以及所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出的脈沖的寬度,進而控制磁脈沖的強度。

在上述經顱磁刺激器的磁脈沖生成方法中,優選地,該經顱磁刺激器的經顱磁刺激電路還包括與所述至少兩個電感線圈相同數量的第一電阻,它們與所述至少兩個電感線圈一一對應地串聯,用于調整所述至少兩個電感線圈的充放電時間常數,保證所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖。

一種經顱磁刺激器,該經顱磁刺激器包括經顱磁刺激電路和枕座,所述經顱磁刺激電路包括:

至少兩個電感線圈;

直流電源,通過電子開關與所述至少兩個電感線圈連接構成所述至少兩個電感線圈的充電電路;

所述至少兩個電感線圈的放電電路;以及

控制器,與所述電子開關的控制端連接,用于控制所述至少兩個電感線圈同步產生磁脈沖;

所述枕座設置容置腔,使用時所述容置腔與大腦的睡眠誘導區相對,經顱磁刺激電路的所述至少兩個電感線圈設置于枕座的所述容置腔且所有電感線圈的中心線重合,容置腔內所述至少兩個電感線圈的上方設置緩沖墊。

在一些更佳的經顱磁刺激器中,經顱磁刺激電路的所述至少兩個電感線圈同心。

與現有技術相比,本發明至少具有以下有益效果:采用多個線圈同步產生磁脈沖通過耦合技術合成刺激用的磁脈沖,這樣單個電感線圈需要的脈沖電流大大減小,既避免了現有經顱磁刺激器存在的線圈容易發熱、線圈絕緣強度的難度增加、電容充電時間長、控制開關耐壓增高、線路損耗增加等問題,同時便于經顱磁刺激器實現微型化。

附圖說明

圖1為傳統經顱磁刺激器的電路圖;

圖2為一個實施例經顱磁刺激電路的原理圖;

圖3為一個實施例經顱磁刺激器的結構示意圖;

圖4為圖3經顱磁刺激器的爆炸圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

參照圖2,該經顱磁刺激電路包括:三個電感線圈L1、L2、L3,直流電源VC,三個電感線圈L1、L2、L3的放電電路,控制器。直流電源VC通過電子開關K與三個電感線圈L1、L2、L3連接構成三個電感線圈L1、L2、L3的充電電路??刂破髋c電子開關K的控制端連接,以控制三個電感線圈L1、L2、L3同步產生磁脈沖。放電電路包括第二電阻R和二極管D串聯組成的串聯支路。

上述經顱磁刺激電路的磁脈沖生成方法如下:使三個電感線圈L1、L2、L3的中心線重合;所述控制器輸出脈沖序列控制所述電子開關K,使三個電感線圈L1、L2、L3同步產生磁脈沖,同步產生的磁脈沖疊加形成了經顱磁刺激器刺激需要的磁脈沖。進一步地,該生成方法還可以包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出脈沖的頻率,進而控制磁脈沖的生成頻率。還可以包括:所述控制器根據用戶輸入的參數控制其輸出的脈沖的寬度,進而控制磁脈沖的強度。

為了解決傳統RLC電路結構中單個電感線圈必須要有脈沖大電流才能產生高強度磁脈沖的難題,上述經顱磁刺激電路采用了兩個創新思路:1)采用RL電路結構,用小脈沖電流使單個電感線圈產生一定強度的磁脈沖。2)采用同步耦合技術,多個同心(或中心線重合的)電感線圈同步產生磁脈沖,根據磁感應強度矢量疊加原理,使疊加后的磁脈沖在中心軸上任意一點的強度達到設計值;具體在圖2所示實施例中,假設三個電感線圈L1、L2、L3通以同向電流后在中心軸上H點所產生的磁感應強度分別為B1、B2、B3,則同步耦合后在H點位置的磁感應強度B=B1+B2+B3。采用上述同步耦合技術后,單個電感線圈需要的脈沖電流可以大大降低,既可以避免線圈容易發熱、線圈絕緣強度的難度增加、電容充電時間延長、控制開關耐壓增高、線路損失增加等一系列問題,同時便于經顱磁刺激器實現微型化。本領域技術人員應當理解,雖然圖2所示實施例中采用了三個電感線圈同步耦合,但是在實際應用中,根據需要可以采用兩個電感線圈,也可以采用更多數量的電感線圈進行同步耦合。

在上述實施例中,為了保證三個電感線圈L1、L2、L3同步產生磁脈沖,經顱磁刺激電路還包括三個第一電阻R1、R2、R3,三個第一電阻R1、R2、R3與三個電感線圈L1、L2、L3一一對應地串聯。通過對三個第一電阻R1、R2、R3的電阻值的設計,使三個電感線圈L1、L2、L3的充放電時間常數近似相等,從而確保能同步產生磁脈沖。

上述經顱磁刺激電路及磁脈沖生成方法通過直流TMS耦合技術有效解決了傳統經顱磁刺激器中單個電感線圈需要大脈沖電流所帶來的一系列問題,能夠簡化設備結構,降低設備功耗,降低設備生產成本,可廣泛用于制造各種微型經顱磁刺激器。

圖3和圖4示出了一種典型的經顱磁刺激器的結構,如圖3和圖4所示,該經顱磁刺激器包括枕座1以及經顱磁刺激電路。經顱磁刺激電路可以采用上述任意一種經顱磁刺激電路。枕座1設置容置腔11,使用時所述容置腔11與大腦的睡眠誘導區相對,經顱磁刺激電路的所有電感線圈設置于枕座1的所述容置腔11,所有電感線圈同心,容置腔11內電感線圈的上方設置緩沖墊2。緩沖墊2用于緩沖頭部與電感線圈之間的接觸壓力,以及確保就枕的舒適度。緩沖墊2上方還設置了一個護墊4。

經顱磁刺激電路的所有電感線圈設置于一個盒體3內,盒體3的中部有一個通孔31,經顱磁刺激電路的所有電感線圈的中心線與盒體3的通孔31的中心線重合,枕座1的所述容置腔11的腔底設置定位凸部12,盒體3的所述通孔31與容置腔11的所述定位凸部12相嵌合。緩沖墊2設置過磁孔21。

枕座1優選采用記憶棉或乳膠材料制成的枕座,緩沖墊2優選采用憶棉或乳膠材料制成的緩沖墊。護墊4可以采用凝膠制成。

上述通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明,這些詳細的說明僅僅限于幫助本領域技術人員理解本發明的內容,并不能理解為對本發明保護范圍的限制。本領域技術人員在本發明構思下對上述方案進行的各種潤飾、等效變換等均應包含在本發明的保護范圍內。

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經顱磁 刺激 電路 及其 脈沖 生成 方法
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