检索结果-南通市图书馆

作者：吴竞天津医科大学

学位级别：硕士

研究目的视网膜上假体是一种在视网膜上部植入微电极阵列电刺激存活的视网膜神经元来恢复盲人视觉功能的人工器官。它的靶向细胞主要是视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cell,RGC)。视网膜上假体广泛应用于临床和科学研究,并已经商业... 详细信息

研究目的视网膜上假体是一种在视网膜上部植入微电极阵列电刺激存活的视网膜神经元来恢复盲人视觉功能的人工器官。它的靶向细胞主要是视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cell,RGC)。视网膜上假体广泛应用于临床和科学研究,并已经商业化,但其在图像处理,刺激电极,视觉分辨率及准确性,设备的生物相容性和使用寿命等方面仍需要提高。视网膜上假体微电极阵列在视网膜中是一个长期植入的过程,因此能量消耗是影响假体性能很重要的一个方面。高的刺激阈值会产生过高的能量消耗,可能会引起组织损伤,影响假体的使用寿命。目前用于降低视网膜上假体刺激阈值和能量消耗的方法有多种,但大多数仍处于研究阶段。视网膜上假体临床应用的刺激波形一般为电荷平衡的双相矩形脉冲。本文期望在不改变双相矩形脉冲刺激波形的情况下找到一种减少视网膜上假体刺激阈值和能量消耗的方法。研究方法随机共振(Stochastic Resonance,SR)能够用于提高神经元对阈下信号的检测和信息传输能力,并且在人工耳蜗及呼吸机等假体装置中已经有所研究和应用。因此本文探究了RGC中是否存在SR现象及SR对RGC中阈下信号检测和信息传输能力的影响,同时将SR的特性应用到视网膜上假体刺激中。本文通过建立一个胞外电刺激RGC多房室模型来模拟视网膜上假体单电极电刺激RGC的过程。RGC模型膜的特性采用Fohlmeister-Colman-Miller(FCM)模型。胞外刺激电极为单相理想点电极,作用于RGC轴突上。RGC模型的刺激为附加噪声的阈下信号,其中,阈下信号为视网膜上假体临床应用的经典刺激波形─双相矩形脉冲序列;噪声信号分别为随机双相矩形脉冲序列,类似突触传递噪声的泊松散粒噪声,有色噪声Ornstein–Uhlenbeck(OU)过程,传统的高斯白噪声。观察刺激中有无噪声时RGC模型的响应。功率模和互信息率的方法用于评估SR现象,并比较不同噪声类型下产生SR的效果。噪声的加入会产生额外的能量消耗。为了减小这种不利的影响,本文仅仅将噪声附加到能够引起RGC响应的刺激波形的阴极相和阳极相,同时与调整噪声附加方式前的刺激波形的能量进行比较。采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化产生最优SR效果的噪声类型的噪声参数,找到能量消耗和电荷量总和最小的噪声参数组合,并与阈值水平的能量消耗和电荷量进行比较。研究结果分别将一定强度的四种噪声附加到阈下信号时,RGC均能够产生动作电位。四种噪声的噪声参数对RGC输入刺激和响应间的功率模和互信息率都有影响。当附加噪声为随机双相矩形脉冲序列时,较大的脉冲宽度容易产生较高的功率模,同时产生最大功率模所需的随机双相矩形脉冲序列的均方根幅值均在小于30μA的范围内。当附加噪声为OU过程时,随着噪声相关率的增加,它所对应的最大功率模整体上呈现出先增大后减小的趋势,而产生最大功率模所需要的噪声标准差,整体上却表现出相反的过程。随着噪声水平的增加,四种噪声的功率模和互信息率值与噪声强度间的关系曲线整体上呈现一个倒U型。随着四种噪声的噪声水平的增加,RGC输入刺激与响应之间的一致性逐渐增加,但当噪声水平进一步增加时,会产生许多随机性的放电。比较四种噪声,随机双相矩形脉冲序列和泊松散粒噪声在适当的噪声水平下,RGC输入信号与响应之间的一致性效果较好。随着噪声水平的增加,较长的峰间间隔逐渐消失。对比四种噪声下的RGC响应,随机双相矩形脉冲序列能够产生最大的功率模和互信息率值。调整噪声附加到阈下信号的方式后,刺激波形的能量消耗降低,存在低于阈值水平的能量消耗。随机双相矩形脉冲序列的噪声参数对刺激波形的能量消耗有影响。对噪声参数进行8次独立的GA优化后,得到最佳噪声参数的平均值为b=0.1449ms,b=0.4204ms,E[A]=3.8184ms,最小成本函数值的平均值为308.6690pJ。阈值水平的能量消耗和电荷量分别为468.18pJ,15.30nC。与阈值水平相比,经过优化后的刺激波形的能量消耗和电荷量的总和降低了36.2%。应用带有通过最佳噪声参数平均值产生的噪声的阈下信号来刺激RGC模型,重复20次刺激后,刺激波形的能量和电荷量的平均值分别为301.0196pJ,11.9644nC,相比阈值水平的能量和电荷量减小了35.7%和21.8%;最小值分别为285.4879pJ,11.6608nC,分别减小了39.0%和23.8%。研究结论噪声会影响RGC的响应,适当水平噪声加入到阈下信号能够促进RGC的响应。RGC中存在SR现象,并且随机双相矩形脉冲序列、泊松散粒噪声、OU过程及高斯白噪声都能够用来产生和调节SR现象。比较四种类型的噪声,随机双相矩形脉冲序列和OU过程噪声更容易产生SR,但前者产生的SR的效果更好。此外,综合功率模和互信息率值的计算结果

关键词：随机共振胞外电刺激 RGC多房室模型刺激阈值能量消耗视网膜上假体

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皮层电刺激定位功能区的刺激阈值研究

皮层电刺激定位功能区的刺激阈值研究

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2011中华医学会神经外科学学术会议

作者：倪端宇蔡立新张国君遇涛乔梁李勇杰首都医科大学宣武医院功能神经外科

目的探讨手术治疗中央区癫痫时,皮层电刺激功能区定位的刺激阈值。以及影响阈值的相关因素。方法回顾性分析2006年 10 月至 2008 年3 月北京功能神经外科研究所连续收治的21 例中央区癫痫患者临床资料,每例病人均行皮层电刺激功能定位... 详细信息

目的探讨手术治疗中央区癫痫时,皮层电刺激功能区定位的刺激阈值。以及影响阈值的相关因素。方法回顾性分析2006年 10 月至 2008 年3 月北京功能神经外科研究所连续收治的21 例中央区癫痫患者临床资料,每例病人均行皮层电刺激功能定位。刺激为方波刺激,依次刺激每一个电极

关键词：功能区癫痫皮层电刺激感觉-运动皮层刺激阈值皮层功能定位

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乙醇与乙醛对蟾蜍坐骨神经动作电位影响的比较研究

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湖南师范大学自然科学学报 2006年第3期29卷 98-102页

作者：彭逊戴长亮罗远琪李烨陈湘定湖南师范大学生命科学学院中国长沙410081

将含有不同浓度的乙醇、乙醛的任氏液滴加到蟾蜍坐骨神经表面，30s后测定神经干刺激阈值、最大刺激值、复合动作电位峰值和不应期等电生理指标．结果表明：乙醇在86～515mmol/L浓度范围内能使神经标本的不应期缩短，刺激阈值、最大刺激... 详细信息

将含有不同浓度的乙醇、乙醛的任氏液滴加到蟾蜍坐骨神经表面，30s后测定神经干刺激阈值、最大刺激值、复合动作电位峰值和不应期等电生理指标．结果表明：乙醇在86～515mmol/L浓度范围内能使神经标本的不应期缩短，刺激阈值、最大刺激值减小，复合动作电位峰值升高；而乙醛在8．4～42．8mmol/L浓度范围内即能对标本产生上述影响．如果乙醇浓度提高至0．76～1．5mol/L，则神经标本表现出不应期延长，刺激阈值、最大刺激值提高，复合动作电位降低（仍高于空白对照组）等现象；而使神经标本表现出相同现象的乙醛浓度只相应地提升为0．085～0．4mol/L．用高于1．5mol/L浓度的乙醇处理神经标本，可能对其造成不可恢复性损伤，而乙醛的最低损伤浓度为0．5mol/L左右．因此，乙醛对神经标本产生影响和造成损伤所要求的浓度较乙醇低，其生理影响作用较乙醇大，提示乙醛在饮酒的生物学效应中是十分重要的效应物质．

关键词：乙醇乙醛刺激阈值最大刺激值复合动作电位不应期

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外部电场作用下的视神经纤维兴奋性的仿真研究

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中国生物医学工程学报 2014年第5期31卷 574-584页

作者：郭红隋晓红李孟辉李丽明上海交通大学生物医学工程学院上海200240 北京大学工学院生物医学工程系北京100871

基于刺入式电极的视神经视觉假体,为盲人的视觉修复提供了新的可能性。为了对该视神经假体的电刺激策略和微电极设计提供理论支持,基于真实的电极结构,在COMSOL软件中建立刺入式微电极的外部电场仿真模型,并将其与利用NEURNO软件实现的... 详细信息

基于刺入式电极的视神经视觉假体,为盲人的视觉修复提供了新的可能性。为了对该视神经假体的电刺激策略和微电极设计提供理论支持,基于真实的电极结构,在COMSOL软件中建立刺入式微电极的外部电场仿真模型,并将其与利用NEURNO软件实现的神经纤维双层电缆模型结合,系统地研究电极与视神经纤维的相对位置、电刺激脉冲宽度以及电极几何结构的改变对视神经纤维兴奋阈值的影响。不同电极位置、刺激脉宽刺激下阈值变化规律的仿真结果,与以往报道的动物实验和仿真实验结果相符,证明了所建模型的有效性。根据仿真结果,对刺入式视神经假体中刺激脉宽的选择和电极几何结构的设计,建议如下:窄脉宽刺激有利于降低能量消耗;电极锥度的设计要在满足电极力学特性及易于植入视神经的基础上,尽可能地减小,以降低纤维兴奋的阈值;电极的暴露面积越小,纤维兴奋所需的电流阈值越低,但电荷密度阈值越高;较低的电流阈值有利于减少能量消耗,但过高的电荷密度阈值却容易造成组织损伤,因此电极暴露面积的设计需要在耗能与安全性之间进行综合考虑。电极绝缘层厚度的改变对视神经纤维的兴奋阈值没有明显的影响,但从电极插入的难易考虑,应尽可能减小绝缘层厚度。以上结果对人体其他部位神经纤维的电刺激同样具有参考价值。

关键词：视觉假体微电极的电场仿真模型视神经纤维双层电缆多室模型刺激阈值

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横向电场作用下外周神经兴奋特性的实验研究

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生物医学工程学杂志 2005年第4期22卷 654-657页

作者：于辉刘雪良郑崇勋王毅西安交通大学生物医学工程研究所西安710049

传统的外周神经电缆方程只能描述纵向电场刺激下外周神经兴奋,实验发现在脉冲磁场诱导的横向电场作用下也可使神经兴奋,从而揭示出需要进一步对感应电场兴奋外周神经的机理进行研究。本文研究了横向电场作用下外周神经的兴奋特性,以在... 详细信息

传统的外周神经电缆方程只能描述纵向电场刺激下外周神经兴奋,实验发现在脉冲磁场诱导的横向电场作用下也可使神经兴奋,从而揭示出需要进一步对感应电场兴奋外周神经的机理进行研究。本文研究了横向电场作用下外周神经的兴奋特性,以在体的人体正中神经为例研究了横向电场作用下外周神经兴奋点的位置、刺激阈值、及刺激阈值与纤维半径的关系,以离体的蟾蜍坐骨神经为例研究了刺激阈值与作用时间的关系。实验结果验证了改进的电缆方程的有效性。实验研究成果有助于磁刺激技术的进一步发展与应用。

关键词：横向电场磁刺激兴奋外周神经神经兴奋实验研刺激阈值电缆方程磁刺激技术电场刺激

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皮层电刺激定位功能区的有效刺激参数研究

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中华神经外科杂志 2011年第1期27卷 52-55页

作者：倪端宇蔡立新张国君遇涛乔梁李勇杰首都医科大学宣武医院、北京功能神经外科研究所 100053

目的探讨手术治疗中央区癫痫时,皮层电刺激功能区定位的有效刺激参数.方法回顾性分析2006年10月至2008年3月北京功能神经外科研究所连续收治的21例中央区癫痫患者的临床资料,研究皮层电刺激功能定位时,感觉、运动及后放电阈值之间的... 详细信息

目的探讨手术治疗中央区癫痫时,皮层电刺激功能区定位的有效刺激参数.方法回顾性分析2006年10月至2008年3月北京功能神经外科研究所连续收治的21例中央区癫痫患者的临床资料,研究皮层电刺激功能定位时,感觉、运动及后放电阈值之间的差异以及与阈值相关的因素.结果运动、感觉、后放电的平均阈值分别为：（3.48±0.87）mA、（3.86±1.31）mA和（4.84±1.38）mA.后放电阈值高于运动、感觉阈值（P＜0.05）,且与病史呈负线性关系.结论以频率50 Hz、脉宽0.2 ms、刺激强度8 mA以下等刺激参数行皮层电刺激定位功能区是安全可靠的;皮层功能定位应个体化实施.

关键词：经皮神经电刺激癫痫刺激阈值功能定位

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经颅磁刺激在帕金森病诊断和治疗中的应用

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中华物理医学与康复杂志 2004年第7期26卷 436-438页

作者：高峻岭张振建梅元武华中科技大学同济医学院附属协和医院神经内科武汉430022

经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)作为一种新的电生理技术,近十年来在神经病学的诊断和治疗中有较大的进展.经颅磁刺激最早仅用于神经科疾病的诊断,主要是单脉冲磁刺激,以后发展了成对磁刺激亦用于PD的诊断和疗效评定.

关键词：经颅磁刺激帕金森病 TMS 电生理技术刺激阈值皮层潜伏期

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电刺激视网膜神经节细胞效果影响因素的研究

电刺激视网膜神经节细胞效果影响因素的研究

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作者：李少兵天津医科大学

学位级别：硕士

目的视网膜上假体(Epiretinal Prosthesis,EP)是一种在视网膜上部植入微电极阵列电刺激存活的视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cell,RGC)来恢复盲人视觉的一种神经植入装置。EP是研究和应用较为广泛的一种视觉假体,但其实验临床的效... 详细信息

目的视网膜上假体(Epiretinal Prosthesis,EP)是一种在视网膜上部植入微电极阵列电刺激存活的视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cell,RGC)来恢复盲人视觉的一种神经植入装置。EP是研究和应用较为广泛的一种视觉假体,但其实验临床的效果仍不是很理想,影响实验临床效果的因素有很多,如电刺激波形或者微电极阵列。因此本文以MATLAB为实验仿真平台建立视神经纤维多房室模型,研究不同的因素对刺激效果的影响从而为视网膜上假体的理论研究和临床应用提供一定指导。方法以MATLAB为实验仿真平台,建立胞外电刺激RGCs的多房室模型,该模型将轴突、树突、胞体均考虑在内并进行建模,使用Fohlmeister-Colman-Miller(FCM)来描述RGCs的膜特性,胞外电刺激的电极为点电极,放置在RGCs的轴突正上方,电极处于均匀介质中,电导率为57W×cm。使用频率-电流曲线明确神经元的类型的方法,确定神经节细胞的类型从而确定阈值的判断的标准。分析细胞膜离子通道的特性以及胞外不同电刺激下RGC多房室模型的响应。利用相位图分析RGC多房室模型产生的动作电位的动态变化过程。利用胞外电刺激下的强度-时间曲线分析RGC多房室模型刺激电流与时间的关系。根据理想点电极距视神经纤维的不同的位置来研究动作电位的变化情况以及刺激阈值的大小。矩形波包含五个参数:极性、幅值、阴极相与阳极相的幅值比、刺激时间以及阴极相与阳极相之间的间隔,分析改变这些参数对刺激效果的影响,同时分析其他的刺激波形对刺激效果的影响。结果1.本文所建立的RGCs的多房室模型,将胞外电刺激后神经元各部位的响应真实的重现了出来,并根据Hodgkin细胞的分类方法,将RGCs确定为第一类神经元,从而得出了阈值的确定方法,即电流强度决定了阈值。***模型中包含了主要的五种离子电流。膜动力的仿真结果表明,快速钠离子电流在动作电位的上升过程中起着主要作用,延迟的钾离子电流和A型钾离子电流的主要作用则体现在动作电位的复极化过程中,钙离子电流和钙激活的钾离子电流在动作电位产生的过程中作用较小。3.根据相位图分析法可得,动作电位的产生时间与刺激电流强度有关,动作电位在传播的过程中是无衰减的。由强度-时间曲线可知,增加刺激时间,使神经纤维产生动作电位时的阈值电流减小,基强度电流为长持续时间刺激下的最小刺激电流。4.通过改变电极的刺激位置,分析动作电位产生情况以及刺激阈值的变化。将点电极置于第一个边界房室节点,距视神经纤维的垂直距离为30 um,刺激刚开始时,只有第一个房室节点被激活,并产生了动作电位,在1.3 ms时,膜电位达到最大值。保持点电极在边界第一个房室的位置不变,将点电极到视神经纤维的垂直距离从30 um移到35 um处,在1.6 ms时,第一个房室节点的动作电位才达到最大值。将点电极放置在视神经纤维的中央节点房室处,垂直距离为30 um,在1.2 ms处动作电位才达到最大值。保持点电极在中央房室节点的位置不变,将点电极到视神经纤维的垂直距离从30 um增加到35 um。在1.8 ms处,中央房室节点的动作电位才达到最大值。点电极距离纤维垂直距离分别为20 um,25 um,30 um,35 um,40 um刺激时,边界房室节点的刺激阈值分别为17.2 u A,22.3 u A,27.7 u A,33.5 u A,39.8 u A。中央房室节点的刺激阈值分别为22.9 u A,29.7 u A,37.2 u A,45.5 u A,54.6 u A。5.在电极距纤维的垂直距离为10 um时,刺激脉冲宽度从0.1 ms增加至1 ms时,刺激阈值从36.1 u A减小至8.5 u A。在电极距纤维的垂直距离为40 um时,刺激脉冲宽度从0.1 ms增加至1 ms时,刺激阈值从218.3 u A减小至40.3u A。刺激阈值在0.1 ms变为0.2 ms时的变化幅度最大。6.阳极相在前,脉冲持续时间为1 ms,阳极和阴极之间无间隔的双相对称矩形波刺激,引发动作电位的刺激阈值为36.5 u A。改变阳极与阴极的先后顺序,同样,引发动作电位时的刺激阈值会变小,其大小为26.5 u A。改变矩形波的对称性,在阳极和阴极相之间加入1 ms的间隔,同样保持矩形波的电荷平衡性,阳极相在前时的刺激阈值为56 u A,阴极相在前的刺激阈值则为26 u A。在0.35 ms或者0.4 ms的相间间隔时,双相矩形脉冲具有最低的刺激阈值。当幅值比为最大的35时,刺激阈值则最小。7.将不同电刺激波形刺激神经纤维并使其产生动作电位的刺激阈值进行了比较,这些波形分别为矩形波(rect)、正弦波(sin)、高斯波形(gaus)、中心三角波(centri)、指数下降(decexp)、上升(ince

关键词：视网膜上假体 RGC多房室模型电刺激膜动力学特性刺激阈值

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三维外部电场对视神经纤维兴奋性影响的研究

三维外部电场对视神经纤维兴奋性影响的研究

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作者：任玉强上海交通大学

学位级别：硕士

视觉是人类感知世界的重要工具,在世界上有视力残疾的人约为1.8亿,其中盲人有4500万,社会上对视觉丧失的人工修复研究有着极高的需求。目前已有许多科学小组致力于人工视觉修复的研究,并取得一定的研究成果。其中,用刺入式微电极阵列对... 详细信息

视觉是人类感知世界的重要工具,在世界上有视力残疾的人约为1.8亿,其中盲人有4500万,社会上对视觉丧失的人工修复研究有着极高的需求。目前已有许多科学小组致力于人工视觉修复的研究,并取得一定的研究成果。其中,用刺入式微电极阵列对视神经进行电刺激实现视觉修复的视神经视觉假体,是一种新的视觉修复手段。通过数学建模及计算机仿真对神经元及神经元网络进行仿真已经成为神经科学家进行科学研究的重要手段。因此,用数学模型的方法研究微电极刺激视神经纤维,了解视神经对于电刺激的响应规律,对视神经视觉假体的研究具有十分重要的意义。本文研究了视神经计算模型在仿真外部电场刺激下的响应特性,可用于揭示视神经对外部电刺激响应的电生理学机制,为视神经假体视觉修复提供了计算仿真方面的研究基础。本文的研究内容主要包括以下几个方面:一、分析了各种神经元建模的方法,以双层电缆多室模型为建模方法,用神经元建模软件NEURON对视神经纤维进行精确的建模。二、用Maxwell 3D有限元软件对刺激器电极产生的外部电场进行有限元仿真。三、对Maxwell软件和NEURON软件进行了有效对接,实现了电极刺激视神经纤维的仿真。四、开展了大量的微电极刺激视神经纤维的仿真实验,具体研究了胞外点电流源、有限元仿真单电极、有限元仿真双电极刺激视神经纤维。五、对仿真结果进行了分析和讨论。研究结果表明,电极施加正负脉冲电流刺激视神经纤维对动作电位的产生有不同的影响,电极刺激位点、电极结构、电极排列方式、电极间距、刺激模式的改变都会对刺激阈值产生影响。本论文的创新点,主要在于首次用双层神经电缆多室模型对视神经纤维进行了建模,并尽可能考虑了各种离子通道,利用有限元软件对外部电场进行了更加精确的仿真。与之前对视神经的建模相比,本模型更加完整。通过对电极刺激视神经纤维的仿真,为微电极结构和刺激方案的设计提供了理论指导。

关键词：神经元建模视神经模型有限元仿真刺激策略刺激阈值

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磁刺激颅内感应电场分布及能量分布仿真与线圈优化研究

磁刺激颅内感应电场分布及能量分布仿真与线圈优化研究

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作者：赵琛北京协和医学院

学位级别：硕士

经颅磁刺激技术在脑功能疾病的治疗中已经越来越受到关注,因其无创无痛等优点受到越来越多的青睐。提高磁刺激线圈的感应电场分布特性以及感应能量特性的研究可以为磁刺激技术发展提供重要支持。本论文提出运用模拟人体头皮、颅骨、脑... 详细信息

经颅磁刺激技术在脑功能疾病的治疗中已经越来越受到关注,因其无创无痛等优点受到越来越多的青睐。提高磁刺激线圈的感应电场分布特性以及感应能量特性的研究可以为磁刺激技术发展提供重要支持。本论文提出运用模拟人体头皮、颅骨、脑脊液、脑灰质和脑白质结构的五层同心球模型进行仿真研究。在此基础上,重点研究八字形线圈的感应电场强度分布特性以及感应电场能量分布特性,并通过建立蚊香型八字线圈,与传统的简单导体块线圈模型进行比较,体现了不同建模方式对分析结果的影响;本文还提出了一种提高八字线圈感应电场聚焦性的新方案,在综合两方面特性的基础上对新方案综合性能进行分析;此外,本文建立更接近真实情况的头盔模型,并在此基础上对八字线圈磁刺激进行进一步仿真研究,考虑到刺激阈值参数,讨论了磁刺激研究中涉及到的实际问题;最后,本文将头盔模型和五层球模型仿真结果进行对比,进而阐释了不同模型对仿真结果的影响。本文仿真使用的工具是大型有限元分析软件ANSYS 11.0。在感应电场分布特性研究中,本文本文提出使用聚焦体积的概念反映聚焦性;本文为评价线圈感应电场强度分布特性,建立了综合考察电场峰值、聚焦体积以及正负峰比的比较函数,用于更加科学统一地比较不同线圈的场分布性能,进一步优化线圈参数。感应电场能量分布也是线圈优化的重点之一,因此本文建立了综合考虑感应能量分配率、集中度和利用率三方面因素的比较函数以综合评价线圈的能量分布特性;同时,为综合评价线圈的性能,本文建立了包含场分布和能量分布特性的比较函数,该比较函数关注五层球模型中磁刺激靶区域脑灰质区的特性,以及头皮区部分特性,使得线圈性能的评价更实用。本论文进行了一些新的探索研究,研究结果及后续开展的工作将对磁刺激仿真研究及线圈优化提供有益的思路。

关键词：经颅磁刺激(TMS) 感应电场头部模型能量分布蚊香型线圈 Ansys 综合比较函数线圈新方案刺激阈值眼球模型

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