【正文】 技術方面，其中最為重要的是 Ampere 環(huán)路定律和Faraday電磁感應定律：209。180。H=J+182。D（）182。t182。B209。180。E=（）182。t其中（）式表示電流是磁場旋度之源，即在電流的周圍環(huán)繞著磁場，（）式表示變化的磁場是電場旋度之源。所以只要能夠產(chǎn)生隨時間變化的電流，就可以形成隨時間變化的磁場，進一步在空間產(chǎn)生新的電場。在磁刺激技術中，它就可以深入到人體內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)。而這個過程的中間媒介就是變化的磁場。新的電場在導電性的神經(jīng)組織中就可以引起電流，當電流達到一定閾值時就可以形成神經(jīng)元沖動的發(fā)放。建立幾何模型ANSYS有限元分析過程主要包括三個步驟[2]： ：創(chuàng)建有限元模型 1)創(chuàng)建或輸入幾何模型 2)定義材料屬性3)定義單元類型，劃分單元 ：施加載荷并求解 1)施加約束條件 2)施加載荷 3)求解：查看分析結(jié)果 1)查看分析結(jié)果 2)檢驗結(jié)果的正確性首先建立一個圓形線圈，設定內(nèi)徑20mm，外徑25mm，匝數(shù)為2匝，即高度為5mm的圓形線圈為參考線圈。定義材料屬性和單元類型由于只求磁場分布，所以材料屬性只需要定義相對磁導率和電阻率。108Ωｍ，相對磁導率和空氣的磁導率一樣，設為1?？諝鈭鲋恍枰x磁導率。由于采用的是單元邊分析方法，所以僅使用ANSYS軟件提供的SOLID117單元，如圖8。.圖8 SOLID117單元網(wǎng)格劃分施加載荷并求解施加在線圈上的電流密度為5180。108A/m，線圈中電流方向為逆時針方向或順時針方向，逆時針方向設為電流的正方向。圖11為線圈電流方向示意圖，圖12 為圓形線圈磁場分布，圖13為線圈Z軸上磁場分布，設置好載荷之后，就可以進行電磁場計算了。圖11 圓形線圈電流圖圖13 圓形線圈磁場分布 磁刺激線圈改進仿真方案磁刺激線圈的聚焦性一直是困擾科學家的難點，如何提高線圈的聚焦性是本次論文的焦點，首先對線圈的半徑，與刺激部位距離等一系列因素對磁刺激電磁場的大小比較，從而找出最好的方案。 不同半徑的8字形線圈之間電磁場的比較創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建8字形線圈，兩個線圈中間相隔2mm，中心在Z軸上，8字形線圈半徑分別為2cm和4cm，位于Z=0cm的平面上，平行于xoy平面上，其有限元模型如圖116。磁場分布比較對半徑不同的8字形線圈加異向電流后的x方向上磁場強度如圖118所示。磁場都取軸向高度為8cm，徑向以線圈中心為對稱，兩邊各取9cm。由圖得隨著半徑增大，磁場強度略有增大，聚焦性卻略有減弱。圖16 半徑為2cm的圓形線圈的磁場分布圖17 半徑為4cm的圓形線圈磁場分布由8字形線圈與圓形線圈比較可知，8字形線圈兩圓中間電磁強度達到最大，而圓形線圈是在平均半徑的附近的圓環(huán)為有效刺激區(qū)域。因此，8字形線圈比圓形線圈有更好的聚焦性，也更容易定位操作?？v向方向上磁場比較，可見在選定范圍內(nèi)，半徑為4cm的線圈磁刺激強度較大，但是需要說明的是：隨著離線圈距離的增加，磁場強度按指數(shù)衰減，有效刺激面積也逐漸減小。刺激線圈直徑越大，刺激的深度越深。但是直徑越大，刺激范圍也越大，聚焦性變差。因此，在選用線圈的時候需要根據(jù)不同的刺激深度和聚焦性的要求決定線圈直徑。圖18 不同半徑的8字形線圈z方向上磁場強度 電流方向?qū)Υ艌龇植嫉挠绊憣?字形線圈分別通入同向電流，異向電流，并對圓形線圈通入逆向電流得到的磁場分布如圖所示。圖19 電流方向引起的Z方向上的磁場分布A．對8字形線圈通入逆向電流，磁場強度最強。B．對圓形線圈通入正向電流，在縱向上的磁場強度稍弱。，磁場強度最弱。由圖可知8字形線圈在兩線圈相接附近，當通入兩圓的電流方向相反時，磁感應強度是相互加強的，其曲線比圓形線圈更陡峭，說明其聚焦性更好。當通過的電流方向相同時，相接處的感應強度是相互減弱的。 線圈匝數(shù)對磁場分布的影響取銅絲直徑為5mm，線圈內(nèi)徑為4cm，分別取匝數(shù)為1和3，選定8字形線圈電流方向均為異向，磁場分布如圖所示。圖20 不同匝數(shù)的8字線圈在Z軸上的電磁場分布由圖可見線圈匝數(shù)多的磁場強度較匝數(shù)少的磁場強度較大，且刺激部位的深度較深，范圍較廣，適合要求較精確的磁刺激。 圓形線圈陣列和雙8字圓形陣列的磁場分布比較幾何模型建立圓形線圈陣列和雙8字形線圈陣列，如圖222所示。線圈陣列都分布在xoy平面上，都取內(nèi)徑為2cm。圖21 四個圓形線圈分布圖圖22 雙8字形圓形線圈分布圖磁場分布比較8字形字線圈、圓形陣列線圈和雙8字形陣列線圈在Z軸上磁場強度如圖所示，各圓形線圈都通入異向電流，取軸向高度為20cm，Y=0范圍內(nèi)的磁場強度。四圓形線圈在Z軸上的磁感應強度分布與8字形相同，在其中心點附近的感應強度值非常小。雙8字線圈是四圓形線圈的改進，在其中心點附近Z軸的曲線說明出現(xiàn)了磁感應強度較四圓形線圈較強。圖23 三種線圈Z方向上的磁場強度 傳統(tǒng)8字形線圈與加入鐵板后的改進線圈之間的電磁場比較創(chuàng)建幾何模型建立內(nèi)徑為2 cm，匝數(shù)為1的8字形線圈（如圖24），長為5cm的矩形鐵板，組合成一個新的線圈（如圖25），成為改進線圈。磁場分布比較改進線圈與傳統(tǒng)8字形線圈在Z軸上的電磁場分布比較如圖26所示。由圖26比較可知改進后的線圈聚焦性比8字形線圈更強，針對的刺激部位更加準確，更適合深層的刺激方案。圖26 改進線圈與原線圈Z方向上的磁場強度 改進線圈與雙8字形線圈之間的電磁場比較由前面比較可知雙8字形線圈的聚焦性最好，現(xiàn)在將改進線圈與雙8字形線圈的電磁場分布進行比較。圖27 加板線圈與雙8字形線圈的磁場分布比較如圖27可見加板后的8字形線圈的磁場強度略弱于雙8字形線圈，所以可采用雙8字形線圈與臨床應用中，但是加入鐵板之后的線圈聚焦性比8字形線圈要強，所以可以替代8字形。結(jié) 論本文綜述了功能磁刺激無創(chuàng)、操作簡單等特點，在神經(jīng)刺激方面已經(jīng)得到廣泛的有效驗證。為了提高FMS的聚焦性，本文針對FMS用于人體部位的刺激展開了深入研究。論文闡述了磁刺激過程中產(chǎn)生神經(jīng)興奮的電生理基礎，介紹了神經(jīng)元的結(jié)構以及其引起興奮的機理，講述了靜息電位和動作電位的概念，詳細論述了動作電位產(chǎn)生的機制，在不同邊界條件下建立了磁刺激線圈感應電場分布數(shù)學模型，根據(jù)磁刺激線圈感應電場理論，對圓形線圈、8字形線圈、四圓形線圈和雙8字線圈感應磁場的分布進行研究，結(jié)果表明雙8字線圈聚焦性更好，更利于此次既興奮點的定位。從計算出的感應磁場分布圖可得到以下結(jié)論：（1）對于不同半徑的8字形線圈，線圈半徑越大，刺激深度越深，但是刺激范圍也越大，聚焦性變差，因此最好選用半徑為4cm的線圈。（2）匝數(shù)較多的線圈組合較匝數(shù)較少的線圈組合聚焦性強。（3）圓形線圈的感應磁場分布在線圈邊緣處幅值最大，中心處最小。因此，位于線圈下切線方向的神經(jīng)容易被興奮。由于圓形線圈刺激范圍大，聚焦性差，進行刺激時會造成大面積非靶組織受刺激而興奮，因此將其用于刺激外周神經(jīng)纖維效果較好。(4)8字形線圈，當通過其的電流方向相反時，在兩圓線圈相切部位的下方引起的磁場強度是相互加強的，即磁場強度的最大值出現(xiàn)在兩圓線圈相接處的下方，沿兩個圓線圈的切線方向，比圓形線圈提高了聚焦能力。(5)四圓形線圈的磁場強度的最大值出現(xiàn)在z軸兩相鄰圓線圈相接處的下方，沿兩個圓線圈的切線方向，盡管其聚焦性比8字形線圈有所提高，但同時出現(xiàn)兩個聚焦點，不利于興奮點的定位刺激。(6)雙8字形線圈是四圓形線圈的改進。磁場強度的最大值出現(xiàn)在中心對稱點的下方，大幅度地提高了聚焦能力。由于它的聚焦性強，使興奮點的定位刺激更具有選擇性，將其用于大腦皮層功能區(qū)的刺激效果最好。因此可以得出結(jié)論雙8字形線圈比圓形線圈、8字形線圈和四圓形線圈更利于磁刺激興奮點的定位。這一結(jié)果對于指導磁刺激技術在臨床上更有效地應用具有實際意義。（7）本文還對8字形線圈進行了改進，在線圈下方分別加入了鐵板，屏蔽了8字形線圈兩邊的聚焦點，增強了線圈的聚焦性，更適合代替8字形線圈進行深入磁刺激，但是磁刺激強度略弱與雙8字形線圈。