磁刺激神经的建模和重复经颅磁刺激技术的研究

摘要

该文在阐明磁刺激基本原理后,建立了磁刺激可兴奋性组织的宏观模型.系统地推导出任意形状线圈产生感应电场的计算方法.在确定了一些无量纲参数后,对感应电场的分布函数进行无量纳化,并用于计算圆形线圈在半无穷空间感应电场的计算及其分布的计算机仿真.然后,设计了一个测量感应电场分布的实验验证计算结果,分析和讨论了决定刺激聚焦和刺激深度的因素,确定了设计合理的磁刺激线圈和可以使刺激效果和磁刺激装置都得到优化的依据.利用经典的神经纤维模型,建立外界磁场对神经纤维作用的微观模型,系统地阐明了磁刺激产生兴奋的机理.为了克服现有磁刺激发热和功耗过大等问题,建立了采用非圆形状平面线圈的磁刺激仪RLC模型,并给出了模型参数的计算方法.最后,开展了重复经颅磁刺激应用的初步动物实验研究.实验用诱发癫痫的白鼠研究rTMS对皮质兴奋性的影响.动物实验的初步结果说明,rTMS可以调制皮质兴奋性,低频rTMS对癫痫有改善作用,TMS有可能作为一种新型的非侵入医疗工具用于癫痫的非药物辅助治疗.

目录

文摘

英文文摘

第一章磁刺激研究的历史与意义

1.1引言

1.2磁疗与磁刺激大脑的历史与现状

1.3论文的意义与工作

第二章磁刺激的基本原理与感应电场的计算

2.1磁刺激的基本原理

2.2任意形状线圈产生感应电场的计算方法

2.3磁刺激线圈感应电场的计算结果

2.4磁刺激线圈感应电场分布的测量

2.5分析与讨论

第三章磁刺激产生兴奋的机理——外界磁场对神经纤维的作用

3.1前言

3.2磁刺激作用下的神经纤维无源电缆模型

3.3磁刺激作用下的神经纤维Hodgkin-Huxley模型

3.4磁刺激激活函数的分析与计算

3.5磁刺激神经纤维模型的分析与计算结果

3.6小结

第四章磁刺激兴奋点的定位——神经走向和形状对磁刺激兴奋点的影响

4.1前言

4.2神经走向对磁刺激兴奋点定位的影响

4.2.1问题的描述

4.2.2理论推导

4.2.3计算机仿真和结果分析

4.2.4结论

4.3神经形状对磁刺激兴奋点定位的影响

4.3.1模型

4.3.2理论的建立和推导

4.3.3计算机仿真和结果分析结果

4.3.4结论

4.4小结

第五章重复磁刺激仪的研制

5.1引言

5.2磁刺激仪的基本原理与组成

5.3磁刺激仪工作时序与触发控制

5.4磁刺激仪电路分析与波形选择

5.5磁刺激仪的设计中的一些问题

5.5.1线圈发热问题

5.5.2磁刺激仪安全问题

第六章磁刺激仪线圈的优化

6.1引言

6.2磁刺激仪优化计算方法

6.2.1采用任意形状平面线圈的磁刺激仪RLC模型及其参数计算

6.2.2线圈的峰值磁能和几何形状

6.2.3优化约束

6.3优化结果

6.4讨论

6.5小结

第七章重复经颅磁刺激应用的初步实验研究

7.1引言

7.2材料与方法

7.3实验结果

7.4分析与结论

第八章总结与展望

参考文献

博士期间发表的学术论文

致谢