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基于相位干涉的电刺激仿真研究与分析

基于相位干涉的电刺激仿真研究与分析

作者：孙功武上海体育学院

学位级别：硕士

研究背景与目的:相位干涉(Temporal Interference,TI)电刺激是一种新提出来的技术,可用作无痛、无创的神经调节。这种技术基于两对电极,施加具有低频差的两路高频率交流电,从而产生低频调制包络电场。利用无创技术调节大脑深层区域,其... 详细信息

研究背景与目的:相位干涉(Temporal Interference,TI)电刺激是一种新提出来的技术,可用作无痛、无创的神经调节。这种技术基于两对电极,施加具有低频差的两路高频率交流电,从而产生低频调制包络电场。利用无创技术调节大脑深层区域,其机制比常规经颅电刺激更为复杂。相关的研究已经取得一定进展,但刺激方案的配置和优化仍需要进一步探讨。寻找合适的刺激方案,并与真实情况相比较,从而验证其可靠性就很重要。本论文通过有限元仿真和分析,系统探讨TI刺激的电场特征,研究调控电刺激热区的影响因素,为利用TI刺激技术精准调控特定脑区提供理论依据。研究方法:首先基于简单头模型(二维一层和二维五层),设置模型的相关参数,验证常规有限元法对模拟TI刺激的可行性。并在二维五层头模的基础上,设置简单app,以期更加快速的仿真。其次基于三维五层头模,将人体组织的形态、电导率、介电常数等因素纳入仿真计算,使结果更接近实际情况。利用电气和电子工程师协会(IEEE)和国际电工委员会(IEC)提供的标准比吸收率值测量规范中的相同几何结构,该结构基于真实头的形状,包括头皮、颅骨、脑脊液、灰质、白质。对原始几何结构进行微调后将其导入有限元仿真软件中,设置相关材料参数,添加激励条件,进行TI电场的计算模拟。并且在此模型基础上,参照国际10-20系统脑电极分布图,对电极位置进行优化设计,比较计算结果,得出最佳的刺激方案。最后基于核磁共振数据建立的头模,施加刺激参数,进行有限元仿真并计算TI电场的分布特征。根据特定的刺激需求,给出对应的刺激方案。研究结果:1)二维头模的TI仿真研究表明:当两对电极输出电流相等且相互平行时放置时,两路电流在中心区域产生最大的包络电场幅度值,而在偏离中心其他区域包络电场幅度值逐渐减小,包络电场幅度值的分布情况区分度明显,有明确的界限;当两对电极输出电流相等相互交叉时放置时,两路电流在中心区域产生较大的包络电场幅度值,但是其包络电场幅度最大值出现中心以外区域,区分度不明显,无明确的轮廓界限;两路电流干涉产生的包络曲线频率为两路电流的频率差值,包络电场幅度的大小与两对电极的频率差无关;包络电场幅度最大值可以由电极位置、电流强度、电极间电流差等因素精确调控。2)三维头模的TI仿真研究表明:当两路电极参数:F3-C3(2000Hz,1m A),F4-C4(2010Hz,1m A)时,最大的包络电场幅度出现在大脑中心区域一定深度的位置;当两路电极参数:F3-C3(2000Hz,0.5m A);F4-C4(2010Hz,1m A)时,最大的包络电场幅度会偏向F3-C3一侧;基于10-20标准脑电导联系统优化方法,以1区和3区为例,得到TI刺激的优化方案:1区:C3-FZ(2000Hz,1.2m A);T3-F3(2010Hz,0.8m A),3区:C4-FZ(2000Hz,1.1m A);T4-F4(2010Hz,0.9m A)。3)基于核磁共振数据的头模型仿真研究得到指定目标的刺激方案:指定人体大脑苍白球内侧为刺激目标,得到刺激方案:CP3-CP6(2005Hz,2.5m A),F3-F6(2000Hz,2m A),最大包络电场幅度值为0.50V/m;指定人体大脑左侧海马为刺激目标,得到刺激方案:FT7-FP2(2010Hz,1m A),P7-PO8(2000Hz,3m A),最大包络电场幅度值为0.76V/m。研究结论:本文基于不同模型,通过有限元仿真,探究空间区域的TI刺激电场分布,分析不同刺激条件下的包络电场分布情况。仿真计算表明,TI刺激方法具有很好的可调性。通过调节电流大小、改变电极位置,可以灵活地控制电刺激热区。根据特定需求优化电极配置方案,可以对目标脑区实现有效精准的刺激。为TI刺激的强度量化和空间定位提供仿真数据支撑,为应用TI刺激实现特定脑区的精准刺激提供理论依据。

关键词：电刺激相位干涉有限元分析包络电场分布刺激方案

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相位干涉电刺激仿真研究与分析

相位干涉电刺激仿真研究与分析

第十三届全国体育科学大会

作者：王邦宇孙功武上海体育学院

研究目的:相位干涉(Temporal Interference,TI)电刺激是一种新提出来的技术,可用作无痛、无创的神经调节。这种技术基于两对电极,施加具有低频差的两路高频率交流电,从而产生低频调幅电场。利用无创技术调节大脑深层区域,其机制比常规... 详细信息

研究目的:相位干涉(Temporal Interference,TI)电刺激是一种新提出来的技术,可用作无痛、无创的神经调节。这种技术基于两对电极,施加具有低频差的两路高频率交流电,从而产生低频调幅电场。利用无创技术调节大脑深层区域,其机制比常规经颅电刺激更为复杂。相关的研究已经取得一定进展,但刺激方案的配置和优化仍需要进一步探讨。寻找合适的刺激方案,并与真实情况相比较,从而验证其可靠性就很重要。本论文通过有限元仿真和分析,系统探讨TI电刺激的电场特征,研究调控电刺激热区的影响因素,为利用TI电刺激技术精准调控特定脑区提供理论依据。研究方法:简单的模型虽然仿真精度有所欠缺,但是能够在初步的仿真优化中大大节省仿真时间。应用于有限元仿真的人体组织可以简化成单层或多层人体组织模型,以二维一层圆、二维五层圆代替大脑模型。首先以二维一层圆、二维五层圆代替人体头模型,设置相关材料参数,研究基于TI刺激在不同模型产生的包络电场幅度分布。并以建立的二维五层简单头模为起点,建立针对要处理的特定任务的输入和输出选项,得到易于操控界面的仿真app,并设计两种不同的方案:1)两对电极电压值不相等时;2)调整电极的相对位置。之后通过app按照上述方案进行仿真,分析结果,研究TI刺激的可调性。其次基于三维五层头模,将人体组织的形态、电导率、介电常数等因素纳入仿真计算,使结果更接近实际情况。利用电气和电子工程师协会(IEEE)和国际电工委员会(IEC)提供的标准比吸收率值测量规范中的相同几何结构,该结构基于真实头的形状,包括头皮、颅骨、脑脊液、灰质、白质。对原始几何结构进行微调后将其导入有限元仿真软件中,设置相关材料参数,添加激励条件,进行TI电场的计算模拟。并且在此模型基础上,参照国际10-20系统脑电极分布图,对电极位置进行优化设计,比较计算结果,得出最佳的刺激方案。前述简单人体模型能够在初步的仿真及优化中大大的节省时间,但是其精确度、真实性仍然有所欠缺,亟待提高。仿真计算体内电场分布更加精确的办法是,在有限元仿真软件中基于大脑的核磁共振数据,得到更加精确的人体大脑数据模型。基于核磁共振数据构建头模,能够更加进一步地模拟人体组织,提高仿真的精确度,所得到的电场强度和电流密度等数据在TI刺激的未来应用上更具有参考价值。主要利用核磁共振数据构建一种头模型进行TI刺激仿真研究,结果可以得到更加精确的大脑相位干涉刺激电场分布。最后基于核磁共振数据建立的头模,施加刺激参数,进行有限元仿真并计算TI电场的分布特征。根据特定的刺激需求,给出对应的刺激方案。研究结果:1)二维头模的TI仿真研究表明:二维一层和二维五层头模仿真TI刺激,在x、y方向记忆实际的包络电场幅度空间分布具有相同的趋势。当两对电极输出电流相等相互平行时放置时,两路电流在中心区域产生最大的包络电场幅度值,而在偏离中心其他区域包络电场幅度值逐渐减小,包络电场幅度值的分布情况区分度明显,有明确的界限。当两对电极输出电流相等相互交叉时放置时,两路电流在中心区域产生较大的包络电场幅度值,但是其包络电场幅度最大值出现中心轴线其它位置,包络电场幅度值的分布情况区分度不明显,无明确的轮廓界限。当两对电极相互平行或交叉放置时都会产生相位干涉,并且产生的包络曲线频率等于两路高频电流频率的频率差?f。2)二维头模的app的仿真结果表明:包络电场幅度最大值与两路电流值有关并且会偏向电流较小的一侧;包络电场幅度的大小和空间分布可以由电极位置、电极尺寸、电流强度和频率差、电极间电流差等因素精确调控。这样TI刺激方法也就具有了很好的可调性。只需要改变体外施加在电极上的电流大小,或者改变体外电极的位置,就能够灵活地控制包络电场幅度值最大的地方(即目标刺激区域)以及相应的包络电场幅度空间分布。这样的可调性为后期的仿真优化提供了尽可能多的自由度。3)三维头模的TI仿真研究表明:当两路电极参数:F3-C3 (2000Hz,1mA),F4-C4(2010Hz,1mA)时,最大的包络电场幅度出现在大脑中心区域一定深度的位置;当两路电极参数:F3-C3(2000Hz,0.5mA);F4-C4(2010Hz,1mA)时,最大的包络电场幅度会偏向F3-C3一侧;基于10-20标准脑电导联系统优化方法,以1区和3区为例,得到TI刺激的优化方案:1区:C3-FZ (2000Hz,1.2mA);T3-F3 (2010Hz,0.8mA),3区:C4-FZ(2000Hz,1.1mA);T4-F4(2010Hz,0.9mA)。4)基于核磁共振数据的头模型仿真研究得到指定目标的刺激方案:指定人体大脑苍白球内侧为刺激目标,得到刺激方案:CP3-CP6(2005Hz,2.5mA),F3-F6(2000Hz,2mA),最大包络电场幅度值为0.50V/m;指定人体大

关键词：电刺激相位干涉有限元分析包络电场分布刺激方案

来源： cnki会议评论

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相位干涉仪的测试系统

电子情报 1992年第2期 36-41页

作者：王德强

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相位干涉法测量表面声波速度的相对变化

声学学报 1981年第4期 242-248页

作者：章德吴文虬水永安姜文华南京大学声学研究所

本文提出了一种相位干涉法。用来测量表面声波速度的相对变化。因为它不需要测量表面声波速度与声传播长度的绝对值,与通常使用的脉冲法和相位比较法相比,具有设备简单,测试容易的特点。我们测得127.86°—LiNbO3表面金属化后,表面声波... 详细信息

本文提出了一种相位干涉法。用来测量表面声波速度的相对变化。因为它不需要测量表面声波速度与声传播长度的绝对值,与通常使用的脉冲法和相位比较法相比,具有设备简单,测试容易的特点。我们测得127.86°—LiNbO3表面金属化后,表面声波的相对变化Δv/v∞=0.02866,相对误差为0.25％。如果能精确测定声传播路程的长度,则用本法也可以精确测出表面声波速度的绝对值。文中给出了几种切割方向的LiNbO3和石英的Δv/v∞及v∞的测试数据和误差分析。

关键词：表面声波相对变化绝对值声传播波传播换能器测深仪相位干涉

相位干涉型分布式光纤传感系统外界振动响应分析

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相位干涉型分布式光纤传感系统外界振动响应分析

全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议

作者：朱辉潘超单雪康孙小菡东南大学电子科学与工程学院光传感/通信综合网络国家地方联合中心

本文研究相位干涉型分布式光纤传感系统对外界振动响应。建立了外界振动信号作用下的系统响应模型,给出了光电流与振动信号的表达式。分析了系统频域响应特性,发现系统响应函数与延时光纤长度、外界振动位置、振动频率有关。搭建了分布... 详细信息

本文研究相位干涉型分布式光纤传感系统对外界振动响应。建立了外界振动信号作用下的系统响应模型,给出了光电流与振动信号的表达式。分析了系统频域响应特性,发现系统响应函数与延时光纤长度、外界振动位置、振动频率有关。搭建了分布式光纤振动传感实验系统,在外界500Hz、1000Hz振动下,测得系统随之变化信号。实验结果与理论分析结果一致。

关键词：分布式光纤振动传感相位干涉振动响应

来源： cnki会议评论

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全方位天线的GPS相位干涉测量

大地测量与地球动力学 1985年第3期 303-311页

作者：陈增强中国科学院测量及地球物理研究所

本文叙述了使用全方位天线的GPS相位干涉测量的工作原理,推导了相位干涉测量的观测方程,并讨论了无多值性基线参数的估算方法。

关键词： GPS 全方位天线多值性源向量基线向量卫星信号相位干涉

闪电VHF辐射相位干涉测向系统的数字化实现

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电子测量技术 2010年第4期33卷 12-15页

作者：杨瑞强蔡跃荣叶依众中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院研究生院北京100190

VHF相位干涉仪在辐射信号探测方面有着广泛地应用,介绍了基于FPGA的VHF相位干涉测向系统,用于高速闪电波形数据的采集与测向,本系统采用数字复解调技术取代传统的模拟方式实现的VHF相位干涉仪,极大提高了系统的运算精度和抗噪声性能,并... 详细信息

VHF相位干涉仪在辐射信号探测方面有着广泛地应用,介绍了基于FPGA的VHF相位干涉测向系统,用于高速闪电波形数据的采集与测向,本系统采用数字复解调技术取代传统的模拟方式实现的VHF相位干涉仪,极大提高了系统的运算精度和抗噪声性能,并且可以实时改变接收频点。详细讨论了数字复解调技术的原理以及在FPGA上的实现,最后给出了测试结果,验证了系统的性能。

关键词：相位干涉闪电探测 FPGA

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表面波机电耦合系数k_s的相位干涉法测定

电子元件与材料 1982年第2期7卷 4-6页

作者：邵启文四川大学

一、引言表面波技术的发展,对表面波器件以至基片材料提出了各项相应的要求。为了设计高质量的器件或得到正确的理论研究结果,就要求有准确而又迅速的参数测试方法。

关键词：表面波波速波浪叉指换能器声表面波换能器 k_s 相位干涉

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相位干涉电场对深层肌肉的刺激效果研究

医用生物力学 2021年第S1期36卷 130-130页

作者：黄逸龚虞翔闾坚强上海体育学院运动科学学院上海200438

目的将相位干涉电场(Temporal Interference Electrical Fields,TI)技术应用于外周肌肉,在离体情况下实证TI对深层肌肉的选择性刺激。方法首先,设计可对深层肌肉进行TI刺激的固定及测试系统,刺激信号由自编程方式生成。取38只健康牛蛙... 详细信息

目的将相位干涉电场(Temporal Interference Electrical Fields,TI)技术应用于外周肌肉,在离体情况下实证TI对深层肌肉的选择性刺激。方法首先,设计可对深层肌肉进行TI刺激的固定及测试系统,刺激信号由自编程方式生成。取38只健康牛蛙的两侧小腿腓肠肌,刺激电极直接插入肌肉2 mm左右深度。外周肌肉通以两路高频等幅正弦信号。

关键词：深层肌肉刺激电极刺激信号直接插入刺激效果相位干涉选择性刺激编程方式

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