基于头模型的经颅微电流刺激疗法的仿真的研究

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1、摘要经颅微电流刺激疗法（CranialElectrotherapyStimulation，CES）是一种无创的物理治疗疗法，其通过无创的方法将电流施加于头部，电流穿透头皮、颅骨、脑脊液进而影响大脑内部神经物质的分泌以及释放，目前广泛应用于失眠、焦虑、抑郁、神经性疼痛等神经或精神性疾病的治疗。但是，对于经颅微电流刺激疗法的研究，不同刺激参数的安全性、可靠性成为我们必须关注的问题，因此本课题结合医学影响图像重建头模型，分析不同参数的影响，为CES的临床应用提供一定的理论依据。本文首先利用CT影像数据构建了三维真

2、实头部的电磁场计算数值模型。将CT影像数据利用医学图像重建软件MIMICS（试用版）重建出人体头部三维模型，然后利用GeomagicStudio（试用版）逆向工程软件对构建的三维人体头模型进行平滑、裁剪、去除特征等相应处理，得到光滑的三维人体头模型；最后，将三维头模型文件导入COMSOL（试用版）有限元计算软件进行剖分网格和物理参数的设定，完成经颅微电流刺激数值模型的构建。利用该真实头部的数值模型进行电场仿真研究。首先对比了耳垂、前额叶、颞颥、颞叶、顶叶五个刺激位置，不同形状电极刺激下的刺激效果；在前额叶、

3、颞叶、顶叶位置，根据脑电10-20系统电极的放置方法将电极进行了定位；之后在同一位置，比较了电极间距、电极数量、电极大小对大脑内部的影响。结果显示：传统耳垂放置位置改变其作用刺激位置也达到了较好的刺激效果，增加刺激电极的个数可有效减少电流对皮肤的损伤，但是其聚焦性减弱，因此在实际应用中，应根据实际需要改变刺激电极的个数。另外，刺激电极的大小对刺激效果的影响也较大，电极小穿透性好，但对皮肤损伤大，因此在实际应用中应适当选取刺激电极的类型。关键字：经颅微电流刺激疗法三维实体头模型有限元法刺激电极电场分析IIIA

4、BSTRACTCranialelectrotherapystimulationisanoninvasivephysicaltherapywhichcurrentisappliedtothehead,thecurrentthroughthescalp、skull、cerebrospinalfluidandthenaffectthenervessubstancereleasinginsidethebrain.NowCESiswidelyusedinthetreatmentofinsomnia,anxiety,d

5、epression,neuropathicpainandotherneurologicalorpsychiatricdiseases.However,thesafetyofdifferentstimulationparametersandthereliabilityinthestudyofCESbecomesaproblemthatmustberesearched.ThisthesisaimstoprovideatheoreticalbasisforclinicalapplicationatCES,byco

6、mbiningwithmedicalimagereconstructionofheadmodeltocomputetheelectricfieldandanalyzetheinfluenceofdifferentparameters.Inthisthesis,CTimagingdataisusedtobuildanumericalmodeloftherealheadforthree-dimensionalelectromagneticfieldcalculation.First,theCTimagedata

7、isimportedtomedicalimagereconstructionsoftwareMIMICS(trialversion)toreconstructathree-dimensionalmodelofthehumanhead.Second,GeomagicStudio(trialversion)reverseengineeringsoftwareisusedforcutting,removingandsmoothingprocessingtogetasmooththree-dimensionalhe

8、admodel.Atlast,thethree-dimensionalheadmodelfileisputintoCOMSOL(trialversion)finiteelementsoftwareformeshingandsettingofphysicalparameters.TheelectricfilediscarriedoutbyFEMwiththenumericalrealheadmodel.Byputt