【正文】 技術(shù)方面，其中最為重要的是 Ampere 環(huán)路定律和Faraday電磁感應(yīng)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(shí)間變化的電流，就可以形成隨時(shí)間變化的磁場，進(jìn)一步在空間產(chǎn)生新的電場。在磁刺激技術(shù)中，它就可以深入到人體內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)。而這個(gè)過程的中間媒介就是變化的磁場。新的電場在導(dǎo)電性的神經(jīng)組織中就可以引起電流，當(dāng)電流達(dá)到一定閾值時(shí)就可以形成神經(jīng)元沖動(dòng)的發(fā)放。建立幾何模型ANSYS有限元分析過程主要包括三個(gè)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(yàn)結(jié)果的正確性首先建立一個(gè)圓形線圈，設(shè)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(duì)磁導(dǎo)率和電阻率。108Ωｍ，相對(duì)磁導(dǎo)率和空氣的磁導(dǎo)率一樣，設(shè)為1?？諝鈭鲋恍枰x磁導(dǎo)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?yàn)槟鏁r(shí)針方向或順時(shí)針方向，逆時(shí)針方向設(shè)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(shè)置好載荷之后，就可以進(jìn)行電磁場計(jì)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(jìn)仿真方案磁刺激線圈的聚焦性一直是困擾科學(xué)家的難點(diǎn)，如何提高線圈的聚焦性是本次論文的焦點(diǎn)，首先對(duì)線圈的半徑，與刺激部位距離等一系列因素對(duì)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(gè)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(duì)半徑不同的8字形線圈加異向電流后的x方向上磁場強(qiáng)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(duì)稱，兩邊各取9cm。由圖得隨著半徑增大，磁場強(qiáng)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(qiáng)度達(dá)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(qiáng)度較大，但是需要說明的是：隨著離線圈距離的增加，磁場強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度 電流方向?qū)Υ艌龇植嫉挠绊憣?duì)8字形線圈分別通入同向電流，異向電流，并對(duì)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(duì)8字形線圈通入逆向電流，磁場強(qiáng)度最強(qiáng)。B．對(duì)圓形線圈通入正向電流，在縱向上的磁場強(qiáng)度稍弱。，磁場強(qiáng)度最弱。由圖可知8字形線圈在兩線圈相接附近，當(dāng)通入兩圓的電流方向相反時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是相互加強(qiáng)的，其曲線比圓形線圈更陡峭，說明其聚焦性更好。當(dāng)通過的電流方向相同時(shí)，相接處的感應(yīng)強(qiáng)度是相互減弱的。 線圈匝數(shù)對(duì)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(qiáng)度較匝數(shù)少的磁場強(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)度。四圓形線圈在Z軸上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布與8字形相同，在其中心點(diǎn)附近的感應(yīng)強(qiáng)度值非常小。雙8字線圈是四圓形線圈的改進(jìn)，在其中心點(diǎn)附近Z軸的曲線說明出現(xiàn)了磁感應(yīng)強(qiáng)度較四圓形線圈較強(qiáng)。圖23 三種線圈Z方向上的磁場強(qiáng)度 傳統(tǒng)8字形線圈與加入鐵板后的改進(jìn)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(gè)新的線圈（如圖25），成為改進(jìn)線圈。磁場分布比較改進(jìn)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(jìn)后的線圈聚焦性比8字形線圈更強(qiáng)，針對(duì)的刺激部位更加準(zhǔn)確，更適合深層的刺激方案。圖26 改進(jìn)線圈與原線圈Z方向上的磁場強(qiáng)度 改進(jìn)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(jìn)線圈與雙8字形線圈的電磁場分布進(jìn)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(qiáng)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(yīng)用中，但是加入鐵板之后的線圈聚焦性比8字形線圈要強(qiáng)，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(diǎn)，在神經(jīng)刺激方面已經(jīng)得到廣泛的有效驗(yàn)證。為了提高FMS的聚焦性，本文針對(duì)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(chǔ)，介紹了神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)以及其引起興奮的機(jī)理，講述了靜息電位和動(dòng)作電位的概念，詳細(xì)論述了動(dòng)作電位產(chǎn)生的機(jī)制，在不同邊界條件下建立了磁刺激線圈感應(yīng)電場分布數(shù)學(xué)模型，根據(jù)磁刺激線圈感應(yīng)電場理論，對(duì)圓形線圈、8字形線圈、四圓形線圈和雙8字線圈感應(yīng)磁場的分布進(jìn)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(diǎn)的定位。從計(jì)算出的感應(yīng)磁場分布圖可得到以下結(jié)論：（1）對(duì)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(qiáng)。（3）圓形線圈的感應(yīng)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(jìn)行刺激時(shí)會(huì)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(dāng)通過其的電流方向相反時(shí)，在兩圓線圈相切部位的下方引起的磁場強(qiáng)度是相互加強(qiáng)的，即磁場強(qiáng)度的最大值出現(xiàn)在兩圓線圈相接處的下方，沿兩個(gè)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(qiáng)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(gè)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(shí)出現(xiàn)兩個(gè)聚焦點(diǎn)，不利于興奮點(diǎn)的定位刺激。(6)雙8字形線圈是四圓形線圈的改進(jìn)。磁場強(qiáng)度的最大值出現(xiàn)在中心對(duì)稱點(diǎn)的下方，大幅度地提高了聚焦能力。由于它的聚焦性強(qiáng)，使興奮點(diǎn)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(diǎn)的定位。這一結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)磁刺激技術(shù)在臨床上更有效地應(yīng)用具有實(shí)際意義。（7）本文還對(duì)8字形線圈進(jìn)行了改進(jìn)，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(diǎn)，增強(qiáng)了線圈的聚焦性，更適合代替8字形線圈進(jìn)行深入磁刺激，但是磁刺激強(qiáng)度略弱與雙8字形線圈。