專利名稱：一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列及其控制方法
技術領域：
本發明涉及生物電磁學技術領域，特別是一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列及其控制方法。
背景技術：
磁場可以幾乎無損耗地穿透頭顱。經顱磁刺激(TMS)通過在TMS線圈內導入脈沖電流產生交變磁場，磁場穿透頭顱(圖I. a)，在被刺激部位下方的大腦皮層誘導出微弱的感應電流(圖I. b，圖I. C)。如果誘導電流與神經纖維相平行，可以誘導較強的膜電位從而引起神經元細胞活動。目前TMS被廣泛應用于腦科學、認知科學以及臨床醫療領域。
現有的TMS大都采用單通道ο形線圈(如圖I. b所示)或8字形線圈(如圖I. c所示)施加TMS刺激。ο形線圈可以在腦內產生較大范圍的環形磁場；8字形線圈的本質是兩個電流方向相反的ο形線圈緊密相連，其產生的電場強度雖然不如ο形線圈，但在兩個ο形線圈的連接處可以產生較為集中的電流分布。從而可以產生較為集中的刺激。現有的TMS裝置均是采用單通道TMS線圈放置于固定的頭皮位置進行刺激。基于腦科學、認知科學以及臨床醫療領域的研究需求，在全頭范圍內實施多通道TMS刺激已成為發展趨勢。ー些研究曾嘗試開發多通道TMS線圈，但是這些研究只是將多個單通道TMS線圈簡單地配置在頭顱表面來實現所謂的多通道TMS刺激(圖2)。如J. Ruohonen(Multichannel magnetic stimulation: improved stimulus targeting, 1996 ；Focusingand targeting of magneric brain stimulation using multiple coils，1998;Theory of multichannel magnetic stimulation: toward functional neuromuscularrehabilitation，1999)， SL Ho (Optimization of array magnetic coil design forfunctional magnetic stimulation based on improved genetic algorithm，2009)，BY. Han (Multichannel magnetic stimulation system design considering mutualcouplings among the stimulation coils，2004)等人的研究小組提出了將多個單通道ο形線圈緊密排列組成線圈陣列的概念(圖2. (a)-(c))。而XM. Wang (Design ofmulti-channel brain magnetic stimulator and ANSYS simulation，2005)矛ロ CH. Im(しomputer—aided performance evaluation of a multichannel transcranial magneticstimulation system，2006)等人的研究小組則提出了分散排列多個單通道ο形線圈構成多通道 TMS 線圈陣列的概念(圖 2. (d)(e))。GZ. Xu (The optimal design of magneticcoil in transcranial magnetic stimulation，2005)等人的研究則設想將多個單通道 o形線圈在空間加以疊加以形成多通道TMS線圈陣列(圖2. (f))。以上所列舉的方案都沒有擺脫在頭顱表面配置多個單通道O形線圈來實現多通道TMS刺激的思路。由于線圈本身的形狀和尺寸的限制，以及線圈與線圈之間的間隔等制約要素，使得上述方案中線圈陣列中的TMS線圈無法緊密分布，即無法實現高分辨率的線圈配置。另ー方面，將TMS應用于腦科學研究中，常常需要對同一實驗條件進行多次實驗，而每一次實驗中都需對每個單通道線圈逐個進行精確定位以確保線圈與頭顱，及線圈與線圈的相對位置符合預先設定的要求。上述方案中存在眾多的單通道線圈，對這些TMS線圈逐一加以定位必將導致實際操作的復雜化。這種操作的復雜化也必將極易誘發定位誤差的發生，而這都將大大降低實驗的可重復性。此外，上述方案中每個單通道TMS線圈都需要專門的控制單元，多通道必然導致控制單元的復雜化，并將加大成本。最后，也是最重要的一點，即上述TMS線圈設計方案均無法實現刺激類型的動態可變。上述設計方案都是采用了 ο形線圈的排列從而形成多通道線圈陣列。在實際TMS使用過程中，常常希望根據實際需要選擇不同的刺激面積和刺激種類(ο形或8字形)。而上述TMS線圈設計方案中線圈的尺寸規格均為固定不變， 線圈類型固定為ο形線圈，這使得刺激面積和種類都無法根據需求實現動態改變。
綜上所述，圖2中所示的現有的多通道TMS線圈設計方案均存在著分辨率低、線圈定位難、控制單元多以及系統的不易變通性等問題。這成為導致近年來多通道TMS研究停滯的直接原因。而在實施TMS刺激中，根據需要任意地改變刺激部位、刺激方式和刺激強度等動態的研究更是傳統方法所無法實現的。本方案針對這一現狀，將提出一種新型動態可變多通道TMS線圈陣列設計方案。

發明內容
本發明的目的在于提供一種全新的全頭型動態可變多通道TMS線圈陣列設計方法和控制技術，利用本方案設計的新型TMS線圈陣列，可以在全頭范圍內同時產生多個TMS線圈，還可改變刺激面積大小、強度和刺激方式(選擇ο形或8字形)。該線圈陣列可以實現多通道高空間分辨率的TMS刺激，并且可以實現刺激位置和方式的動態可變。實現本發明目的的技術解決方案為一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，該線圈陣列包括一組S方向等間距的直線絕緣銅導線、一組C方向等間距的直線絕緣銅導線和控制單元；S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸，S方向和C方向的兩組導線相互垂直交叉且彼此絕緣構成網狀線圈陣列，每根直線導線的輸入端或輸出端均連接一個獨立的控制單元；該線圈陣列在空間上彎曲成球面，球面弧度符合人體頭顱曲面形狀，整個線圈陣列呈頭盔形狀并覆蓋全頭范圍。所述的控制單元用于控制導線的閉合狀態、電流的流入或流出方向以及電流強度。TMS線圈之間沒有間隔且呈陣列狀緊密排列。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，通過對各個控制單元的控制，在線圈陣列中產生TMS線圈；通過對各個導線的電流方向的控制，控制TMS線圈的種類、規格、尺寸、位置和數量；通過對導線的電流強度的控制，控制TMS線圈產生的刺激強度；通過對導線接入電流的時間節點的控制，控制何時產生TMS刺激。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，控制TMS線圈種類的方法如下
a)通過對各個導線的電流方向的控制，可以控制在線圈陣列中構成單通道ο形線圈使S方向2根導線和C方向2根導線接通電流，控制電流方向使這4根導線形成的環狀區域內的電流同向，即同為順時針或同為逆時針方向，則可以在線圈陣列中構成單通道ο形線圈；b)通過對各個導線的電流方向的控制，可以控制在線圈陣列中構成單通道8字形線圈8字形線圈是由相鄰的2個電流方向相反的ο形線圈形成，通過對各個導線的電流方向的控制，使S方向3根導線和C方向3根導線接通電流，使這6根導線形成兩個相鄰的環狀區域，并使該兩相鄰環狀區域構成45度或135度8字形，控制電流方向使該兩相鄰環狀區域內電流方向相反，則可以在線圈陣列中構成單通道8字形線圈。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，基于O形線圈和8字形線圈這兩種基本TMS線圈，可以構建其他形狀的TMS線圈
a)構建品字形線圈，品字形線圈由I個8字形線圈和I個相鄰的ο形線圈組合構成在呈45度的8字形線圈中2個0形線圈中任意一個ο形線圈的135度或315度方向上設置I個電流方向相反的ο形線圈，即構成品字形線圈；在呈135度的8字形線圈中2個ο形線圈中任意ー個ο形線圈的45度或225度方向上設置I個電流方向相反的ο形線圈，即構成另ー個方向上的品字形線圈；
b)構建88形線圈88形線圈由2個相鄰且平行的8字形線圈構成，在呈45度角的第 ー個8字形線圈鄰近位置設置第二個呈45度角的8字形線圈，并使第一個8字形線圈中的2個ο形線圈與第二個8字形線圈中2個ο形線圈配對組合在135度角方向上分別形成另外2個8字形線圈，即構成88形線圈；在呈135度角的第一個8字形線圈鄰近位置設置第ニ個呈135度角的8字形線圈，并使第一個8字形線圈中的2個ο形線圈與第二個8字形線圈中2個ο形線圈配對組合在45度角方向上分別形成另外2個8字形線圈，可同樣構成88形線圈。c)構建十字形線圈將3個ο形線圈在45度方向上相鄰排列，并使相鄰ο形線圈中電流方向相反，在居中的I個ο形線圈的135度和315度方向相鄰位置上各設置I個ο形線圈，并使這2個0形線圈的電流方向與居中的ο形線圈的電流方向相反，即構成十字形線圈；將3個ο形線圈在135度方向上相鄰排列，并使相鄰ο形線圈中電流方向相反，在居中的I個ο形線圈的45度和225度方向相鄰位置上各設置I個ο形線圈，并使這2個ο形線圈的電流方向與居中的ο形線圈的電流方向相反，可同樣構成十字形線圈。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，
a)控制TMS線圈的大小設線圈陣列中2根相鄰導線之間的間隔為D，在構建ο形線圈時，接通電流的S方向2根導線的間隔和接通電流C方向的2根導線的間隔均為M*D時，其中M為正整數，產生邊長為M*D的ο形線圈；在構建8字形線圈時，接通電流的S方向3根導線的間隔和接通電流的C方向3根導線的間隔均為M*D時，其中M為正整數，產生邊長為M*D的8字形線圈；
b)控制TMS線圈的規格設線圈陣列中2根相鄰導線之間的間隔為D，在構建ο形線圈時，使S方向2根導線的間隔與C方向2根導線的間隔相等均為M*D，其中M為正整數，則可以構成等邊長的ο形線圈；在構建8字形線圈吋，使S方向3根導線之間彼此的間隔與C方向3根導線之間彼此的間隔相等均為M*D，其中M為正整數，則可以構成等邊長的8字形線圈；若3方向導線之間彼此的間隔不等或C方向導線之間彼此的間隔不等，則可以構成不等邊長的ο形線圈或8字形線圈。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法， a)控制TMS線圈的位置1)首先確定欲設置單通道O形線圈在線圈陣列中的位置，確定構成ο形線圈環狀區域，再確定構成該環狀區域所對應的S方向和C方向上的4根導線的位置，控制該4根導線的電流方向，使該環狀區域的電流同向構成單通道ο形線圈，從而控制ο形線圈在線圈陣列中的位置；
2)首先確定欲設置單通道8字形線圈在線圈陣列中的位置，確定構成8字形線圈的2個環狀區域，再確定構成該2個環狀區域所對應的S方向和C方向上的6根導線的位置，控制該6根導線的電流方向，使該2個環狀區域的電流反向構成單通道8字形線圈，從而控制8字形線圈在線圈陣列中的位置；
3)多通道TMS線圈由多個單通道TMS線圈集合構成。b)控制TMS線圈的數量
控制接通電流的S方向的導 線和接通電流的C方向的導線的數量，在線圈陣列中同時產生多個單通道TMS線圈，從而實現多通道TMS刺激；
c)控制TMS線圈的刺激強度
通過對導線內的電流強度的控制，控制產生的誘導磁場的強度，從而控制由TMS線圈引起的誘導電流的強度；
d)控制TMS線圈產生的時間節點
通過對導線接入電流的時間節點的控制，控制產生交變磁場的時間節點，從而控制何時產生誘導電流,即何時產生經顱磁刺激。一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，將欲產生經顱磁刺激的刺激參數包括時間節點、刺激的種類、規格、尺寸、位置、數量和刺激強度存儲于存儲器中，通過按順序調用存儲器中刺激參數實時改變各個控制單元參數，從而實時改變TMS線圈的種類、規格、尺寸、位置和數量，并可以實時改變刺激時間節點和刺激強度，從而實現動態可變經顱磁刺激。本發明與現有技術相比，其顯著優點本發明提出了全新的高分辨率動態可變多通道TMS線圈陣列設計方法。相比較傳統的TMS線圈，基于該理論設計出的TMS線圈陣列具有以下特點和優點
(I)可以實現TMS線圈的種類、規格和尺寸、位置、數量和刺激強度的實時可變性
通過對導線開關的控制，可以通過將TMS線圈變化成ο形或8字形以改變刺激方式；通過對接入電流導線間隔的控制，可以產生不同規格和大小的TMS線圈；通過對接入電流導線位置的控制，可以在指定的位置產生TMS線圈；通過對接入電流導線數量的控制，可以產生不同數量的TMS線圈；通過對導線內電流強度的控制，可以改變TMS刺激大小；上述刺激參數的變化均可實現實時控制，可以確保刺激參數的實時可變性。(2)可以提供高空間分辨率刺激
相對于在頭顱表面布置多個單通道傳統線圈構成多通道TMS線圈的傳統設計方案，本方案可以實現無間距的緊密陣列式分布，可以最大程度地減少TMS線圈之間的距離，這為提供高空間分辨率TMS刺激提供了可能。(3)可以保證多通道線圈位置的精確定位
由于整個線圈陣列相對于頭部的位置可以精確定位，而各個TMS線圈之間的相對位置又是固定不變的，所以可以簡單并且準確地控制各個TMS線圈與頭顱，以及各個TMS線圈之間的相對位置。這為準確定位各個TMS線圈位置提供了保障。(4)可以更加有效地刺激腦神經
有別于傳統設計中ο形線圈和8字形線圈產生的是圓形的誘導電流分布，本方案中TMS線圈為方形，可以在顱內產生方形的誘導電流分布。如前所述，如果誘導電流與神經纖維相平行，可以誘導較強的膜電位從而引起神經元細胞活動。由于大腦神經纖維多呈同向平行分布，因此相比較傳統的圓形誘導電流分布，方形的誘導電流分布顯然可以激發更多數量神經纖維活動，從而更加有效地刺激腦神經。(5)可以產生復雜類型的刺激
有別于傳統TMS線圈設計方案中只能產生ο形或8字形線圈。在本方案中，除了可以 生成ο形和8字形線圈，還可以生成諸如品字形、88形和十字形等復雜類型的TMS線圈。
(6)可以極大地減少控制単元
對于如圖4所示的NxN的線圈陣列，如果采用單通道TMS線圈的簡單排列這種傳統設計思路，需要NxN個控制単元；而采用本方案的設計思路，則只需2 (N+1)個控制単元。這極大地簡化了控制單元的復雜性，節約控制成本。


附圖I為TMS原理圖及傳統ο形或8字形TMS線圈，(a) TMS刺激原理圖(b) ο形線圈和8字形線圈原理圖。附圖2為現有的多通道TMS線圈設計方案。(a) J. Ruohonen研究小組設計方案(b) SL. Ho研究小組設計方案(c) BY. Han研究小組設計方案(d) XM. Wang研究小組設計方案(e) CH. Im研究小組設計方案(f) GZ. Xu研究小組設計方案。附圖3為本方案提出的TMS線圈陣列設計示意圖。附圖4為本方案提出的TMS線圈陣列原理圖。附圖5為本方案實現不同尺寸O形線圈示意圖；(a)小尺寸O形線圈(b)大尺寸ο形線圈。附圖6為本方案實現不同尺寸8字形線圈示意圖；(a)小尺寸8字形線圈(b)大尺寸8字形線圈。附圖7為本方案實現多尺寸多通道TMS線圈示意圖；(a)多尺寸多通道ο形線圈(b)多尺寸多通道8字形線圈。附圖8為本方案實現品字形、88形和十字形TMS線圈示意圖。附圖9為本方案實現多尺寸多通道多類型TMS線圈示意圖。附圖10為本方案設計的模擬計算結果；(a)本方案O形線圈產生的電流分布模擬結果(b)本方案8字形線圈產生的電流分布模擬結果。
具體實施例方式本發明提出了一種覆蓋全頭的多通道TMS線圈陣列設計方案。該線圈陣列由一組S方向和ー組C方向等間距的直線絕緣銅導線垂直交叉構成。S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸。縱橫兩組導線相互交叉但彼此絕緣構成網狀線圈陣列。該線圈陣列在空間上彎曲成球面，其弧度設計為與人體頭顱曲面接近，整個線圈陣列呈頭盔形狀并覆蓋全頭范圍。線圈陣列中每根導線由獨立的控制單元控制，控制單元則由計算機加以控制。每個控制單元可以控制導線的閉合狀態、電流的流入或流出、以及電流強度。通電的導線在其周圍會產生磁場，傳統的TMS線圈在閉合線圈內導入電流從而在導線周圍產生垂直于線圈平面的磁場，該磁場貫穿頭顱產生誘導電流并最終刺激腦神經。在本方案中，通過對每根導線的電流導入或導出以及導線的閉合狀態的控制，使S方向2根導線和C方向2根導線構成的環狀區域中的電流方向相同，即同為順時針或同為逆時針方向，則由該4根彼此絕緣的導線所生成的環狀區域中產生的誘導電場分布等同于方形閉環回路所產生的誘導電場分布。ο形誘導電場分布與方形誘導電場分布雖然在形狀上有所不同，但對于環狀誘導電流這一本質沒有差異，因此，本方案所采用的方形線圈可以實現傳統ο形線圈功能。 由于8字形線圈是由相鄰的2個電流方向相反的O形線圈形成，通過對各個導線的電流方向的控制，本方案在線圈陣列內可以生成2個彼此相鄰且電流方向相反的閉環。因此，本方案同樣可以實現傳統8字形線圈的功能。通過對各個導線的電流方向的控制，可以控制在線圈陣列中構成TMS線圈的種類、規格和尺寸、位置、數量。通過對各個導線的電流強度的控制，可以控制產生的TMS刺激的強度。由于控制單元的參數可以實時改變，線圈陣列中產生的TMS線圈的種類、規格和尺寸、位置、數量以及刺激強度均可實時改變。因此，本方案可以產生多通道動態可變TMS刺激。此外，由于整個線圈陣列呈網狀分布，相鄰線圈之間沒有距離且不存在空隙，這使得本方案可以產生空間分辨率較高的TMS線圈陣列。此外，由于導線的間距、導線的根數等參數是固定值，在線圈陣列內部產生的各個TMS線圈相對于整個線圈陣列的位置也是明確可知的，這使得對多通道TMS線圈的定位方便可行。在實際使用中，無需對多通道TMS線圈逐個定位，只需將整個線圈陣列在頭顱上定位，即可一次性完成多通道TMS線圈的定位工作。因此，本方案可以實現高分辨率的多通道TMS線圈，同時可以確保TMS線圈定位的準確性和便捷性。下面結合附圖對本發明做進一步說明。本發明提出了如圖3所示的頭盔式多通道TMS線圈陣列設計方案。該線圈陣列由一組S方向等間距的直線絕緣銅導線，一組C方向等間距的直線絕緣銅導線和控制單元構成。S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸,S方向和C方向的兩組導線相互垂直交叉且彼此絕緣構成網狀線圈陣列，每根直線導線的輸入端或輸出端均連接一個獨立的控制單元。該線圈陣列在空間上彎曲成球面，球面弧度符合人體頭顱曲面形狀，整個線圈陣列呈頭藍形狀并覆蓋全頭范圍。如圖4所示，該線圈陣列由一組S方向和一組C方向等間距的直線導線垂直交叉構成。S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸。S方向和C方向的導線相互交叉但絕緣。每根導線都分別由獨立的控制單元控制該導線的導入、導出、或是關閉狀態，控制單元同時可以控制電流強度從而控制產生的TMS刺激強度。各個控制單元則由計算機分別控制。如圖5所示，通過改變各個導線的電流的方向，可以在線圈陣列內產生O形線圈。如圖5. (a)中所示，當電流分別從導線S3、C5流入，而從S4、C6流出的情況下，便可以在線圈陣列中形成閉環從而產生小尺寸的ο形線圈。而如圖5. (b)中所示，當控制電流分別從導線S3、C3流入，而從S7、C7流出的情況下，便可以在線圈陣列中形成閉環從而產生大尺寸的ο形線圈。如圖6所示，通過改變各個導線的電流的方向，可以在線圈陣列內產生8字形線圏。如圖6. (a)中所示，當電流分別從導線S3、S5、C4、C6流入，而從S4、C5流出的情況下，便在可以形成兩個流向相反的閉環，從而產生小尺寸的8字形線圈。而如圖6. (b)中所示，當電流分別從導線S2、S8、C2、CS流入，而從S5、C5流出的情況下，便在可以形成兩個流向相反的閉環，從而產生大尺寸的8字形線圈。如圖7所示，通過改變各個導線的電流的方向，可以在線圈陣列內產生多尺寸多通道ο形線圈。如圖7. (a)中所示，當電流分別從導線S2、C7流入，而從S3、C8流出的情 況下，便可以在線圈陣列左上角產生小尺寸的ο形線圈。而當控制電流分別從導線S4、C2流入，而從S8、C6流出的情況下，便可以在線圈陣列右下角產生大尺寸的ο形線圈。如圖7. (b)中所示，當電流分別從導線S1、S3、C7、C9流入，而從S2、C8流出的情況下，便可以在線圈陣列左上角產生小尺寸的8字形線圈。而當控制電流分別從導線S3、S9、C1、C7流入，而從S6、C4流出的情況下，便可以在線圈陣列右下角產生大尺寸的8字形線圈。如圖8所示，除了傳統ο形和8字形TMS線圈，通過改變各個導線的電流的方向，可以在線圈陣列內產生其它類型的TMS線圈當電流分別從導線S2、S4、C5、C7流入，而從S3、C6、CS流出的情況下，在線圈陣列的左上角可以實現品字形TMS線圈；當電流分別從導線S6、S8、C7、C9流入，而從S7、S9、C6、C8流出的情況下，在線圈陣列的右上角可以實現88形TMS線圈；當電流分別從導線S4、S6、C2、C4流入，而從S3、S5、Cl、C3流出的情況下，在線圈陣列中下方可以實現十字形TMS線圈。如圖9所示，通過改變各個導線的電流的方向，可以在線圈陣列內產生多尺寸多通道多類型TMS線圈。如圖9中所示，當電流分別從導線S2、S4、C7流入，而從S3、C6、C8流出的情況下，便可以在線圈陣列中左上角產生小尺寸的8字形線圈。當電流分別從導線S9、C7流入，而從S6、C6流出的情況下，便可以在線圈陣列中右上角產生扁長ο形線圈。當電流分別從導線S4、S9、C1、C5流入，而從S3、S6、C3流出的情況下，便可以在線圈陣列中下方產生不等邊長的品字形線圈。因此，通過改變電流方向，可以在線圈陣列中同時產生不同尺寸，不同類型的多個TMS線圈。如圖10所示，圖10. (a)中是顯示的對本方案產生的ο形線圈進行電磁場模擬計算得到的TMS誘導電流分布圖。如圖10. (a)所示，電流分布在ο形線圈中呈環狀分布并在中央達到最大值，符合傳統ο形線圈所對應的誘導電流分布；圖10. (b)中是顯示的是對本方案產生的8字形線圈進行電磁場模擬計算得到的TMS誘導電流分布圖。如圖10. (b)所示，電流分布在8字形線圈中相鄰的2個ο形線圈中呈環狀分布并在交接處達到最大值，符合傳統8字形線圈所對應的誘導電流分布。基于模擬結果可以發現本方案提出的設計方案滿足線圈的設計指標，因此本方案具有很好的可行性。
權利要求
1.一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，其特征在于該線圈陣列包括一組S方向等間距的直線導線、一組C方向等間距的直線導線和控制單元；S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸，S方向和C方向的兩組導線相互垂直交叉且彼此絕緣構成網狀線圈陣列，每根直線導線的輸入端或輸出端均連接一個獨立的控制單元；該線圈陣列在空間上彎曲成球面，球面弧度符合人體頭顱曲面形狀，整個線圈陣列呈頭盔形狀并覆蓋全頭范圍。
2.根據權利要求I所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，其特征在于所述的控制單元用于控制導線的閉合狀態、電流的流入或流出方向以及電流強度。
3.根據權利要求I所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，其特征在于所述S方向和C方向的兩組導線為直線絕緣銅導線。
4.根據權利要求I所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列，其特征在于TMS線圈之間沒有間隔且呈陣列狀緊密排列。
5.一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于通過對各個控制單元的控制，在線圈陣列中產生TMS線圈；通過對各個導線的電流方向的控制，控制TMS線圈的種類、規格、尺寸、位置和數量；通過對導線的電流強度的控制，控制TMS線圈產生的刺激強度；通過對導線接入電流的時間節點的控制，控制何時產生TMS刺激。
6.根據權利要求5所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于控制TMS線圈種類的方法如下 a)通過對各個導線的電流方向的控制，可以控制在線圈陣列中構成單通道ο形線圈使S方向2根導線和C方向2根導線接通電流，控制電流方向使這4根導線形成的環狀區域內的電流同向，即同為順時針或同為逆時針方向，則可以在線圈陣列中構成單通道ο形線圈； b)通過對各個導線的電流方向的控制，可以控制在線圈陣列中構成單通道8字形線圈8字形線圈是由相鄰的2個電流方向相反的ο形線圈形成，通過對各個導線的電流方向的控制，使S方向3根導線和C方向3根導線接通電流，使這6根導線形成兩個相鄰的環狀區域，并使該兩相鄰環狀區域構成45度或135度8字形，控制電流方向使該兩相鄰環狀區域內電流方向相反，則可以在線圈陣列中構成單通道8字形線圈。
7.根據權利要求5或6所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于基于ο形線圈和8字形線圈這兩種基本TMS線圈,可以構建其他形狀的TMS線圈 a)構建品字形線圈，品字形線圈由I個8字形線圈和I個相鄰的ο形線圈組合構成在呈45度的8字形線圈中2個0形線圈中任意一個ο形線圈的135度或315度方向上設置I個電流方向相反的ο形線圈，即構成品字形線圈；在呈135度的8字形線圈中2個ο形線圈中任意一個ο形線圈的45度或225度方向上設置I個電流方向相反的ο形線圈，即構成另一個方向上的品字形線圈； b)構建88形線圈88形線圈由2個相鄰且平行的8字形線圈構成，在呈45度角的第一個8字形線圈鄰近位置設置第二個呈45度角的8字形線圈，并使第一個8字形線圈中的2個ο形線圈與第二個8字形線圈中2個ο形線圈配對組合在135度角方向上分別形成另外2個8字形線圈，即構成88形線圈；在呈135度角的第一個8字形線圈鄰近位置設置第二個呈135度角的8字形線圈，并使第一個8字形線圈中的2個ο形線圈與第二個8字形線圈中2個ο形線圈配對組合在45度角方向上分別形成另外2個8字形線圈，可同樣構成88形線圈； c)構建十字形線圈將3個ο形線圈在45度方向上相鄰排列，并使相鄰ο形線圈中電流方向相反，在居中的I個ο形線圈的135度和315度方向相鄰位置上各設置I個ο形線圈，并使這2個ο形線圈的電流方向與居中的ο形線圈的電流方向相反，即構成十字形線圈；將3個ο形線圈在135度方向上相鄰排列，并使相鄰ο形線圈中電流方向相反，在居中的I個ο形線圈的45度和225度方向相鄰位置上各設置I個ο形線圈，并使這2個ο形線圈的電流方向與居中的ο形線圈的電流方向相反，可同樣構成十字形線圈。
8.根據權利要求5或6所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于 a)控制TMS線圈的大小設線圈陣列中2根相鄰導線之間的間隔為D，在構建ο形線圈時，接通電流的S方向2根導線的間隔和接通電流C方向的2根導線的間隔均為M*D時，其中M為正整數，產生邊長為M*D的0形線圈；在構建8字形線圈時，接通電流的S方向3 根導線的間隔和接通電流的C方向3根導線的間隔均為M*D時，其中M為正整數，產生邊長為M*D的8字形線圈； b)控制TMS線圈的規格設線圈陣列中2根相鄰導線之間的間隔為D，在構建ο形線圈時，使S方向2根導線的間隔與C方向2根導線的間隔相等均為M*D，其中M為正整數，則可以構成等邊長的ο形線圈；在構建8字形線圈時，使S方向3根導線之間彼此的間隔與C方向3根導線之間彼此的間隔相等均為M*D，其中M為正整數，則可以構成等邊長的8字形線圈方向導線之間彼此的間隔不等或C方向導線之間彼此的間隔不等，則可以構成不等邊長的ο形線圈或8字形線圈。
9.根據權利要求5所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于 a)控制TMS線圈的位置 1)首先確定欲設置單通道ο形線圈在線圈陣列中的位置，確定構成ο形線圈環狀區域，再確定構成該環狀區域所對應的S方向和C方向上的4根導線的位置，控制該4根導線的電流方向，使該環狀區域的電流同向構成單通道ο形線圈，從而控制ο形線圈在線圈陣列中的位置； 2)首先確定欲設置單通道8字形線圈在線圈陣列中的位置，確定構成8字形線圈的2個環狀區域，再確定構成該2個環狀區域所對應的S方向和C方向上的6根導線的位置，控制該6根導線的電流方向，使該2個環狀區域的電流反向構成單通道8字形線圈，從而控制8字形線圈在線圈陣列中的位置； 3)多通道TMS線圈由多個單通道TMS線圈集合構成； b)控制TMS線圈的數量 控制接通電流的S方向的導線和接通電流的C方向的導線的數量，在線圈陣列中同時產生多個單通道TMS線圈，從而實現多通道TMS刺激； c)控制TMS線圈的刺激強度 通過對導線內的電流強度的控制，控制產生的誘導磁場的強度，從而控制由TMS線圈引起的誘導電流的強度；d)控制TMS線圈產生的時間節點 通過對導線接入電流的時間節點的控制，控制產生交變磁場的時間節點，從而控制何時產生誘導電流,即何時產生經顱磁刺激。
10.根據權利要求5所述的動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列的控制方法，其特征在于將欲產生經顱磁刺激的刺激參數包括時間節點、刺激的種類、規格、尺寸、位置、數量和刺激強度存儲于存儲器中，通過按順序調用存儲器中刺激參數實時改變各個控制單元參數，從而實時改變TMS線圈的種類、規格、尺寸、位置和數量，并可以實時改變刺激時間節點和刺激強度，從而實現動態可變經顱磁刺激。
全文摘要
本發明公開了一種動態可變多通道經顱磁刺激線圈陣列及其控制方法，該線圈陣列包括一組S方向等間距的直線導線、一組C方向等間距的直線導線和控制單元；S方向和C方向分別對應于大腦的矢狀軸和冠狀軸，S方向和C方向的兩組導線相互垂直交叉且彼此絕緣構成網狀線圈陣列，每根直線導線的輸入端或輸出端均連接一個獨立的控制單元；該線圈陣列在空間上彎曲成球面，球面弧度符合人體頭顱曲面形狀，整個線圈陣列呈頭盔形狀并覆蓋全頭范圍。利用本發明的TMS線圈陣列，可以在全頭范圍內同時產生多個TMS線圈，還可改變刺激面積大小、強度和刺激方式；該線圈陣列可以實現多通道高空間分辨率的TMS刺激，并且可以實現刺激位置和方式的動態可變。
文檔編號A61N2/04GK102847231SQ20121011972
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者葛盛, 陳戟, 王建朋, 楊國, 康煒, 吳文 申請人:南京理工大學