CN117482400B - 用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列及系统，涉及颅脑电磁刺激技术领域。所述刺激阵列包括有多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈，所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构，并通过多层多匝线圈结构的具体设计，可在工作时针对颅内深处区域进行聚焦，形成深脑加强且浅层削弱的刺激效果：深度刺激性能优化，平衡刺激深度和聚焦性，降低线圈工作所带来的副作用，并能够通过改变刺激电流的组态改变刺激靶点坐标，使刺激更有目的性，提高经颅刺激系统的工作效率。

Description

用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列及系统

技术领域

本发明属于颅脑电磁刺激技术领域，具体涉及一种用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列及系统。

背景技术

随着现代生活压力的不断增大，抑郁症等精神类疾病发病率逐渐升高，经颅磁刺激作为一种无创和无需手术的新型神经调控方法，被广泛应用于神经科学研究以及精神疾病的临床治疗中。刺激线圈的几何结构直接影响到颅内感应电场空间分布，因此刺激线圈结构设计是磁刺激装置优化设计的重要环节。

磁刺激仪的核心部件包括电源系统以及特定的刺激线圈。电磁能量转换是经颅磁刺激技术的作用基础。在治疗过程中，磁刺激仪器经放电电路产生所需特定幅值和频率的脉冲电流，当电流通入刺激线圈时，刺激线圈在周围的空间中产生时变的感应磁场，该磁场在头部目标区产生感应电场，该感应电场加载在神经元膜两侧，影响神经元膜电位，继而产生神经调控的效果。

传统刺激线圈多为单圆形，可用于皮质区兴奋性的调节，但由于头部结构复杂以及生物组织电导率和磁导率偏低，使得感应电场只能作用在头部浅层区域，随着刺激深度增加，刺激线圈在颅内产生的感应电场快速衰减，聚焦面积也逐渐增大，很难对颅脑深部进行聚焦刺激。另外，过大的聚焦面积会导致非目标靶区的神经膜电位改变，存在诱发副作用的风险。

随着颅脑深部刺激研究进程的逐步推进，越来越多的研究人员提出了以双锥形线圈和Halo线圈为代表的深脑线圈几何结构，其中，双锥形线圈是以八字形线圈为基础的改良设计，有利于优化刺激深度，但是随着刺激深度的增加，聚焦性能变差，产生副作用的概率也随之提升；而Halo线圈是一种环绕头部放置的大尺寸单圆形线圈，当与其他线圈组合使用时，可对颅脑深处进行刺激，减弱对头部浅层的刺激，但是未考虑刺激聚焦性的改善，也存在增加刺激副作用的风险。

综上，如何提供一种能够有效优化深度刺激性能的新型经颅磁刺激线圈结构，以便对临床应用及科学研究产生重要意义，是本领域技术人员亟需研究的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列及系统，用以解决现有经颅磁刺激线圈结构无法兼顾刺激深度和刺激聚焦性的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，包括有用于布置在人体头部周围的且具有相同几何参数的多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈；

所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构，其中，所述多层多匝线圈结构包括有多层平行的且具有相同几何参数的平面绕制型多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈是指在平面内绕线而得的多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端和线圈外侧一端分别互为脉冲电流引入端和脉冲电流引出端；

所述平面绕制型多匝线圈的每匝线圈均由四分之一椭圆段和缺斜边的直角梯形段组成，其中，所述平面绕制型多匝线圈的最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段用于在布置于人体头部周围时与人体头部相切；

在所述时域干涉特征刺激阵列工作时，向所述第一多参数型特征线圈输入第一脉冲电流，以及向所述第二多参数型特征线圈输入第二脉冲电流，其中，所述第一脉冲电流的流动方向与所述第二脉冲电流的流动方向以所述人体头部中心轴为对称轴呈对称设置，所述第一脉冲电流的幅值与所述第二脉冲电流的幅值相同，所述第一脉冲电流的频率与所述第二脉冲电流的频率不同。

基于上述发明内容，提供了一种用于颅脑深部无创聚焦刺激的线圈空间阵列设计方案，即包括有用于布置在人体头部周围的且具有相同几何参数的多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈，所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构，并通过多层多匝线圈结构的具体设计，可在工作时针对颅内深处区域进行聚焦，形成深脑加强且浅层削弱的刺激效果：深度刺激性能优化，平衡刺激深度和聚焦性，降低线圈工作所带来的副作用，并能够通过改变刺激电流的组态改变刺激靶点坐标，使刺激更有目的性，提高经颅刺激系统的工作效率，便于实际应用和推广。

在一个可能的设计中，所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数包含有层数、层间距、匝数、匝间距、所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半短轴长度和半长轴长度以及所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度和短底宽度。

在一个可能的设计中，所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度等于所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半长轴长度，所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底宽度等于，其中，/>表示所述匝数，/>表示所述匝间距。

在一个可能的设计中，在所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段布置于人体头部周围时，切点射线与中心轴垂面的夹角大于等于43度且小于等于51度，其中，所述切点射线是指以所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段与人体头部的切点为起点的且经过人体头部中心点的射线，所述中心轴垂面是指垂直于所述人体头部中心轴的且经过所述人体头部中心点的平面。

在一个可能的设计中，所述多组差频刺激对包括有用于布置在人体头部上侧周围的两组差频刺激对和用于布置在人体头部下侧周围的另外两组差频刺激对。

在一个可能的设计中，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置，所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈也围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置。

在一个可能的设计中，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈与所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈一一对应地上下布置。

在一个可能的设计中，所述平面绕制型多匝线圈的线圈外侧一端位于最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引入端，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端位于最内侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引出端。

在一个可能的设计中，所述第一脉冲电流的频率与所述第二脉冲电流的频率的相差范围不超过10%。

第二方面，提供了一种经颅磁刺激系统，包括有控制模块、直流电源模块、充电电路、储能电容、放电开关、第一放电电路、第二放电电路和在如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，其中，所述直流电源模块的直流电输出端、所述充电电路、所述储能电容和所述放电开关的一端依次电连接，所述放电开关的受控端电连接所述控制模块的输出端，所述放电开关的另一端分别电连接所述第一放电电路的输入端和所述第二放电电路的输入端，所述第一放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第一放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引出端，所述第二放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第二放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引出端；

所述控制模块，用于在所述储能电容的两端电压达到预期值时，控制所述放电开关导通，以便通过所述第一放电电路和所述第二放电电路对所述储能电容进行放电；

所述第一放电电路和所述第二放电电路，用于在对所述储能电容放电时，一一对应地输出幅值相同且频率不同的两路脉冲电流。

上述方案的有益效果：

（1）本发明创造提供了一种用于颅脑深部无创聚焦刺激的线圈空间阵列设计方案，即包括有用于布置在人体头部周围的且具有相同几何参数的多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈，所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构，并通过多层多匝线圈结构的具体设计，可在工作时针对颅内深处区域进行聚焦，形成深脑加强且浅层削弱的刺激效果：深度刺激性能优化，平衡刺激深度和聚焦性，降低线圈工作所带来的副作用，并能够通过改变刺激电流的组态改变刺激靶点坐标，使刺激更有目的性，提高经颅刺激系统的工作效率，便于实际应用和推广；

（2）可保持生物磁刺激无创且无需手术的优点，并在刺激过程中无需物理性移动刺激线圈，对临床操作友好，经济成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列与人体头部的布置关系示意图，其中，图1中（a）示出了布置关系的立体结构示意图，图1中（b）示出了布置关系的侧视结构示意图，图1中（c）示出了布置关系的俯视结构示意图。

图2为本申请实施例提供的在时域干涉特征刺激阵列中的多层多匝线圈结构的立体结构示意图。

图3为本申请实施例提供的在多层多匝线圈结构中的平面绕制型多匝线圈的平面结构示意图。

图4为本申请实施例提供的在圆形人体头部模型中的目标靶区域及刺激靶点的空间位置关系示例图。

图5为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列的刺激工作原理示例图。

图6为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同脉冲电流差频下产生的电场强度差异示例图。

图7为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同空间紧凑度下产生的电场强度差异示例图。

图8为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同空间紧凑度下产生的刺激聚焦结果差异示例图。

图9为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同空间紧凑度下产生的刺激衰减率差异示例图。

图10为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同靶平面距离下产生的电场强度差异示例图。

图11为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同靶平面距离下产生的刺激聚焦结果差异示例图。

图12为本申请实施例提供的时域干涉特征刺激阵列在不同靶平面距离下产生的刺激衰减率差异示例图。

图13为本申请实施例提供的几种经颅磁刺激线圈结构产生的感应电场分布对比示例图，其中，图13中（a）示出了时域干涉特征刺激阵列的应用示例，图13中（b）示出了时域干涉特征刺激阵列产生的感应电场分布情况，图13中（c）示出了传统八字形线圈的应用示例，图13中（d）示出了传统八字形线圈产生的感应电场分布情况，图13中（e）示出了重叠线圈的应用示例，图13中（f）示出了重叠线圈产生的感应电场分布情况。

图14为本申请实施例提供的经颅磁刺激系统的结构示意图。

上述附图中：1-多层多匝线圈结构；2-四分之一椭圆段；4-平面绕制型多匝线圈；11-人体头部；12-差频刺激对；13-纵向角；14-空间旋转角；23-深脑刺激靶点；24-横向靶平面；25-纵向靶平面；26-X正半轴点；27-Y正半轴点；28-Z正半轴点；c1-线圈外侧引入端；c2-线圈内侧引出端。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例

如图1～3所示，本实施例第一方面提供的且用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，包括但不限于有用于布置在人体头部（即图1中所示的11）周围的且具有相同几何参数的多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴（即图1中所示的）为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈（即图1中所示的且在头部正上方由单个黑色宽箭头所指的两个多参数型特征线圈，这两个多参数型特征线圈构成了一组差频刺激对12）；所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构（即图1中所示的1），其中，所述多层多匝线圈结构包括有多层平行的且具有相同几何参数的平面绕制型多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈是指在平面内绕线而得的多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端和线圈外侧一端分别互为脉冲电流引入端和脉冲电流引出端；所述平面绕制型多匝线圈的每匝线圈均由四分之一椭圆段和缺斜边的直角梯形段组成，其中，所述平面绕制型多匝线圈的最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段用于在布置于人体头部周围时与人体头部相切；在所述时域干涉特征刺激阵列工作时，向所述第一多参数型特征线圈输入第一脉冲电流（即图1中所示的/>），以及向所述第二多参数型特征线圈输入第二脉冲电流（即图1中所示的/>），其中，所述第一脉冲电流的流动方向（即图1中所示的且与/>对应的黑色细箭头方向）与所述第二脉冲电流的流动方向（即图1中所示的且与/>对应的黑色细箭头方向）以所述人体头部中心轴为对称轴呈对称设置，所述第一脉冲电流的幅值与所述第二脉冲电流的幅值相同，所述第一脉冲电流的频率/>与所述第二脉冲电流的频率不同。

如图1～3所示，在所述时域干涉特征刺激阵列的具体结构中，具体的，所述多组差频刺激对包括有用于布置在人体头部上侧周围的两组差频刺激对和用于布置在人体头部下侧周围的另外两组差频刺激对，其中，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈围绕所述人体头部中心轴环向间隔布置，所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈也围绕所述人体头部中心轴环向间隔布置，并有所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈与所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈一一对应地上下布置。如图1中(a)所示，在及/>平面上各含四个几何参数完全相同的多参数型特征线圈，即共有八个多参数型特征线圈构成了所述时域干涉特征刺激阵列，其产生的感应电场作用在待刺激的头部区域；所述时域干涉特征刺激阵列的八个多参数型特征线圈组成了四组差频刺激对12，差频刺激对关于/>或者/>对称，且每组差频刺激对中的两个多参数型特征线圈的脉冲电流方向相反；所述时域干涉特征刺激阵列的上下两层分布设计目的是：每组差频刺激对12所产生的感应电场在待刺激的头部区域叠加，大幅度提升线圈的刺激性能。如图1中(b)所示，相对于/>平面呈镜面对称的上下两个刺激线圈内所通入的脉冲电流大小方向都相同；/>表示所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段与人体头部的切点，/>表示人体头部中心点，图中/>连线与/>平面之间的夹角命名为纵向角13，其角度为/>（由于纵向角13反映了阵列上下层线圈之间的距离，因此该角度可用来评价所述时域干涉特征刺激阵列的空间紧凑度）；如图1（c）所示，处于对角线位置上的两个多参数型特征线圈内分别通入幅值相同但频率略有差异的脉冲电流，构成一组差频刺激对12，图中刺激线圈中心线与/>之间的夹角命名为空间旋转角14，使其角度为/>。此外，具体的，所述第一脉冲电流的频率与所述第二脉冲电流的频率的相差范围不超过10%。

具体的，所述平面绕制型多匝线圈的线圈外侧一端位于最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引入端，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端位于最内侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引出端，如图2所示，当所述平面绕制型多匝线圈（即图2中所示的4）位于阵列上层时，电流流向（如图2中黑色实线箭头所示）从线圈外侧引入端c1流入，从线圈内侧引出端c2流出。

具体的，所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数包含但不限于有层数、层间距、匝数、匝间距、所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半短轴长度和半长轴长度以及所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度和短底宽度等。如图3所示，所述四分之一椭圆段（即图3中所示的2）的弯曲程度会影响颅内感应电场纵向分量的叠加效果和线圈阵列在颅内的刺激效果，对头部深层的感应电场形成有着重要作用，如此所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半短轴长度和半长轴长度/>可作为几何特征参数决定线圈椭圆处的弯曲特性，影响前述的叠加效果及刺激效果。详细的，所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度（即图3中的/>）等于所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半长轴长度/>，所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底宽度（即图3中的/>）等于/>（图3中所示的，即有/>），其中，/>表示所述匝数，/>表示所述匝间距。此外，图2中所示的/>，其中，/>表示所述层数，/>表示所述层间距。

如图4所示，设刺激深度为50mm，深脑刺激靶点23为球体的中心点，在/>平面和/>平面上各取一个半径为40mm的圆形区域作为颅内刺激靶平面，并将/>平面上的横向靶平面24命名为XOZ，将/>平面上的纵向靶平面25命名为YOZ；另外定义图4中有三个浅层刺激靶点，分别为X正半轴点26，Y正半轴点27，Z正半轴点28，并分别命名为A、B和C。针对在所述深脑刺激靶点23处的干涉电场峰值，采用Emax(单位：V/m)表示，当刺激强度越大，越有利于改变神经元膜电位，越易引起神经元动态响应；确定所述时域干涉特征刺激阵列的靶区域：针对在所述横向靶平面24和所述纵向靶平面25上的聚焦面积，分别采用SXOZ和SYOZ表示；设在特定测试线上靠近头皮的浅层刺激靶点处的干涉电场强度为Escalp(单位：V/m)，则比值/>=Emax/Escalp可表示为感应电场在该测试线上的衰减率，/>越大，表明当深脑靶点获得一定的刺激强度时，表层非靶区神经组织承受的感应电场越弱，刺激效果越好。

如图5所示，其示出了所述时域干涉特征刺激阵列的如下刺激工作原理：基于所述时域干涉特征刺激阵列，通过向每组差频刺激对12分别通入频率略有差异的脉冲电流，可使得每组差频刺激对12产生的感应电场在颅脑深处叠加。如图5所示，在平面上，是对称放置两组差频刺激对来刺激球体头部区域：每个多参数型特征线圈的电流方向用线圈内黑色箭头所示，线圈产生的感应电场方向用圆形内黑色箭头所示，可看出感应电场在颅脑深处靶区是进行干涉叠加，从而实现深脑聚焦的刺激效果。

本实施例还基于所述时域干涉特征刺激阵列，在不同脉冲电流差频下做了如下测试：取所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数如下：，，匝数/>，半短轴长度/>，半长轴长度/>，两脉冲电流的幅值均为3000A，线圈阵列对称放置，即/>；待刺激对象为球体头颅模型；取所述第一脉冲电流的频率/>，所述第二脉冲电流的频率/>从1020Hz增加至1100Hz，两个脉冲电流对应的差频/>={20Hz，40Hz，50Hz，80Hz，100Hz}。测试结果如图6所示，随着两个脉冲电流之间差频的提高，颅内感应电场强度出现增加，由43.96V/m逐渐增加至45.21V/m。

本实施例还基于所述时域干涉特征刺激阵列，在不同空间紧凑度下做了如下测试：取所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数如下：，，匝数/>，半短轴长度/>，半长轴长度/>，两脉冲电流的幅值均为3000A，/>，/>从/>增加到/>。测试结果如图7～9所示：如图7所示，当/>从/>增加到/>时，头部深层目标靶区域的刺激强度变化差异很小，深脑靶点处刺激强度没有明显变化，感应电场的大小保持在43V/m附近；如图8所示，/>越大，线圈阵列就越分散，聚焦性能越差，当所述时域干涉特征刺激阵列在空间均匀分布，即/>=45°时，靶平面上的聚焦面积SXOZ大于SYOZ，靶平面YOZ上聚焦性更好；当/>≠45°时，靶平面上的聚焦面积SXOZ≤于SYOZ，靶平面XOZ上聚焦性更好；如图9所示，当/>从/>增加到/>时，X方向上干涉电场衰减率有小幅度波动，X、Y和Z三个方向上的衰减率总体呈下降趋势，但X和Y方向上干涉电场衰减率一直保持在较高水平，表明这两个方向上深脑聚焦效果更明显。如此优选的，在所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段布置于人体头部周围时，切点射线与中心轴垂面的夹角大于等于43度且小于等于51度，其中，所述切点射线是指以所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段与人体头部的切点为起点的且经过人体头部中心点的射线，所述中心轴垂面是指垂直于所述人体头部中心轴的且经过所述人体头部中心点的平面。

本实施例还基于所述时域干涉特征刺激阵列，在不同靶平面距离（即基于空间旋转角反映了刺激线圈与靶平面/>及/>之间的距离：当/><45°时，线圈靠近靶平面；当/>=45°时，刺激阵列呈均匀分布，与靶平面/>及/>距离相等；当/>＞45°时，线圈靠近靶平面/>）下做了如下测试：取所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数如下：/>，/>，匝数/>，半短轴长度，半长轴长度/>，两脉冲电流的幅值均为3000A，/>，/>从/>增加到。测试结果如图10～12所示：如图10所示，随着/>的增加，头部深层区域靶点位置处刺激强度先减小后增大，当/>=45°时刺激强度最小；如图11所示，随着/>的增加，聚焦面积和聚焦体积均呈先增加后减小的变化趋势，聚焦面积的最大值出现在旋转角/>=45°时，聚焦面积SXOZ和SYOZ的最大值分别出现在/>=50°和/>=40°时，这说明当刺激线圈远离靶平面时在该靶平面上的聚焦性变差；如图12所示，随着/>的增加，X方向上干涉电场衰减率逐渐降低，Y方向干涉电场衰减率逐渐增加，/>和/>的变化曲线基本相对垂线/>=45°对称，但是旋转角度的变化对Z方向干涉电场衰减率无明显影响。如此优选的，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置，所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈也围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置。

本实施例还基于所述时域干涉特征刺激阵列、传统八字形线圈和重叠线圈，做了如下测试：取所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数如下：，/>，匝数/>，半短轴长度，半长轴长度/>，两脉冲电流的幅值均为3000A，/>。测试结果如图13所示：两种传统线圈所产生的感应电场主要集中在头部浅层区域，当刺激深度增加的时候，感应电场强度逐渐衰减，聚焦性能减弱，不利于头部深层区域的刺激；而所述时域干涉特征刺激阵列在头部所产生的感应电场强度以及分布，与两种传统线圈相比较，刺激性能得到优化，使刺激深度与聚焦性两者得到平衡，可以证明本实施例对深层脑内聚焦刺激有重大的改善。

如图14所示，本实施例第二方面提供了一种应用第一方面所述时域干涉特征刺激阵列的经颅磁刺激系统，包括但不限于有控制模块、直流电源模块、充电电路、储能电容、放电开关、第一放电电路、第二放电电路和如第一方面所述的用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，其中，所述直流电源模块的直流电输出端、所述充电电路、所述储能电容和所述放电开关的一端依次电连接，所述放电开关的受控端电连接所述控制模块的输出端，所述放电开关的另一端分别电连接所述第一放电电路的输入端和所述第二放电电路的输入端，所述第一放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第一放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引出端，所述第二放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第二放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引出端；所述控制模块，用于在所述储能电容的两端电压达到预期值时，控制所述放电开关导通，以便通过所述第一放电电路和所述第二放电电路对所述储能电容进行放电；所述第一放电电路和所述第二放电电路，用于在对所述储能电容放电时，一一对应地输出幅值相同且频率不同的两路脉冲电流。

如图14所示，在所述经颅磁刺激系统的具体结构中，所述控制模块用于作为系统控制中心，其具体可采用型号为STM32F105系列的微控制器实现。此外，前述的直流电源模块、充电电路、储能电容、放电开关、第一放电电路和第二放电电路均可采用现有器件或相应电路实现。

本实施例第二方面提供的前述系统的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面所述的时域干涉特征刺激阵列，于此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，包括有用于布置在人体头部周围的且具有相同几何参数的多组差频刺激对，其中，所述差频刺激对包含有以人体头部中心轴为对称轴进行对称布置的且具有相同几何参数的第一多参数型特征线圈和第二多参数型特征线圈；

所述第一多参数型特征线圈和所述第二多参数型特征线圈均采用多层多匝线圈结构，其中，所述多层多匝线圈结构包括有多层平行的且具有相同几何参数的平面绕制型多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈是指在平面内绕线而得的多匝线圈，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端和线圈外侧一端分别互为脉冲电流引入端和脉冲电流引出端；

所述平面绕制型多匝线圈的每匝线圈均由四分之一椭圆段和缺斜边的直角梯形段组成，其中，所述平面绕制型多匝线圈的最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段用于在布置于人体头部周围时与人体头部相切；

在所述时域干涉特征刺激阵列工作时，向所述第一多参数型特征线圈输入第一脉冲电流，以及向所述第二多参数型特征线圈输入第二脉冲电流，其中，所述第一脉冲电流的流动方向与所述第二脉冲电流的流动方向以所述人体头部中心轴为对称轴呈对称设置，所述第一脉冲电流的幅值与所述第二脉冲电流的幅值相同，所述第一脉冲电流的频率与所述第二脉冲电流的频率不同；

所述多层多匝线圈结构的多个几何特征参数包含有层数、层间距、匝数、匝间距、所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半短轴长度和半长轴长度以及所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度和短底宽度；

所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的高度等于所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段的半长轴长度，所述最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底宽度等于，其中，表示所述匝数，/>表示所述匝间距；

在所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段布置于人体头部周围时，切点射线与中心轴垂面的夹角大于等于43度且小于等于51度，其中，所述切点射线是指以所述最外侧一匝线圈的四分之一椭圆段与人体头部的切点为起点的且经过人体头部中心点的射线，所述中心轴垂面是指垂直于所述人体头部中心轴的且经过所述人体头部中心点的平面。

2.如权利要求1所述的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，所述多组差频刺激对包括有用于布置在人体头部上侧周围的两组差频刺激对和用于布置在人体头部下侧周围的另外两组差频刺激对。

3.如权利要求2所述的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置，所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈也围绕所述人体头部中心轴环向等间距布置。

4.如权利要求3所述的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，所述两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈与所述另外两组差频刺激对中的四个多参数型特征线圈一一对应地上下布置。

5.如权利要求1所述的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，所述平面绕制型多匝线圈的线圈外侧一端位于最外侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引入端，所述平面绕制型多匝线圈的线圈内侧一端位于最内侧一匝线圈的直角梯形段的短底边上并作为脉冲电流引出端。

6.如权利要求1所述的时域干涉特征刺激阵列，其特征在于，所述第一脉冲电流的频率与所述第二脉冲电流的频率的相差范围不超过10%。

7.一种经颅磁刺激系统，其特征在于，包括有控制模块、直流电源模块、充电电路、储能电容、放电开关、第一放电电路、第二放电电路和如权利要求1～6任意一项所述的用于颅脑深度聚焦刺激的时域干涉特征刺激阵列，其中，所述直流电源模块的直流电输出端、所述充电电路、所述储能电容和所述放电开关的一端依次电连接，所述放电开关的受控端电连接所述控制模块的输出端，所述放电开关的另一端分别电连接所述第一放电电路的输入端和所述第二放电电路的输入端，所述第一放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第一放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第一多参数型特征线圈的脉冲电流引出端，所述第二放电电路的正极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引入端，所述第二放电电路的负极输出端电连接所述时域干涉特征刺激阵列中的所述第二多参数型特征线圈的脉冲电流引出端；

所述控制模块，用于在所述储能电容的两端电压达到预期值时，控制所述放电开关导通，以便通过所述第一放电电路和所述第二放电电路对所述储能电容进行放电；

所述第一放电电路和所述第二放电电路，用于在对所述储能电容放电时，一一对应地输出幅值相同且频率不同的两路脉冲电流。