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高频充放电磁刺激技术的低功耗设计与仿真

更新时间：2020-04-03 09:32:35 大小：3M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：高频充放电 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

经颅磁刺激(TMS)是近20年来发展起来的用于刺激人体中枢及周围神经组织的一项无创技术。其基本原理是利用时变磁场在组织内产生感生电流，通过刺激皮层及周围组织中的神经元而改变后者功能。主要应用在：研究神经传导的上、下行通路；认知功能研究；治疗抑郁症、精神分裂症等领域。磁刺激器在工作时不需要跟人体有直接接触，整个过程无创、基本无痛且易于重复，因此相比于传统的电刺激有很多优点。随着磁刺激研究领域的拓展和临床应用的不断深入，高频重复性磁刺激技术已经成为世界性的研究热点。同时，国外已有技术比较成熟的商品化磁刺激仪问世，如Medtronic公司、Magstim公司都已能生产刺激频率高达100Hz的磁刺激仪。国内在此领域由于起步较晚，特别是在重复经颅磁刺激仪的研制方面，目前仍存在一些问题，主要难点是需要解决高频重复刺激条件下的高功耗问题。本文围绕降低系统功耗这个主旨，首先详细分析了经颅磁刺激的基本原理，并应用MATLAB软件对磁刺激发生装置的电路模型进行了仿真分析，结合神经电缆模型优化了磁刺激器放电波形及电路参数，即电压Vc=2000V，电容C=100μF电感L=22μH，电阻R=0.2Ω，并采用双相刺激波形。通过对磁刺激器电路中使用了两路基于可控硅(SCR)开关模型的放电回路，并配合使用了两组充电电路开关，创新的设计了一种提高能量利用率的电路，即通过改进传统磁刺激器的电路设计最大程度的回收放电能量。同时通过Multisim10.1软件设计了基于单片机(MCU)的开关控制电路，用于实现对该磁刺激系统充放电的智能控制，然后对整个电路系统进行了仿真验证，仿真结果显示在优化的电路参数及30Hz的刺激频率下，同不采用能量回收设计的电路系统相比，本文设计的系统降低功耗近21％，显示出了该电路设计良好的节能效果。在文章最后，利用英国进口的先进磁刺激系统——Magstim—Rapid2进行了感应电场波形测试实验，与本文设计的系统进行了对比研究，指出异同并深入探讨，为重复刺激器的研制开辟了思路。