便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计作者姓名许建东学科专业电子科学与技术指导教师李英伟教授2016年5月中图分类号：TH782学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计硕士研究生：许建东导师：李英伟教授副导师：李小俚教授申请学位：工学硕士学科专业：电子科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinElectro

2、nicScienceandTechnologySIMULATIONANALYSISANDCONTROLCIRCUITDESIGNOFPORTABLETRANSCRANIALMAG-NETICSTIMULATIONSYSTEMbyXuJiandongSupervisor:ProfessorLiYingweiYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士

3、学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《便携式经颅磁刺激系统线圈仿真分析及控制电路设计》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交

4、论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要由于可以无创性改变大脑中目标区域的神经活动，经颅磁刺激技术成为一种越来越流行神经科学工具。但是目前，经颅磁刺激系统依然主要面临两个问题：一方面，刺激线圈的聚焦性和刺激深度仍需要进一步的优化，并且其能耗和发热量仍然很大；另一方面，现有的经颅磁

5、刺激系统控制系统的控制流程繁琐、工作电压较高、体积庞大、价格昂贵，导致应用场景有限。本文针对这几个问题进行深入研究。首先，实现了经颅磁刺激系统刺激线圈电磁场仿真分析与优化设计。对不同类型的刺激线圈进行电磁场仿真，分析了不同线圈的特性，并且为了提高刺激线圈的开发质量与效率，进一步实现了基于VB与AnsoftMaxwell混合编程的经颅磁刺激线圈参数化设计，最终在参数化设计的基础上实现了对线圈在聚焦性、刺激深度、能耗和发热量等方面的优化设计。其次，设计并实现了便携式经颅磁刺激系统控制电路。在对经颅磁刺激系统控制电

6、路的基本原理分析的基础上分析了储能电容和刺激线圈等关键性元件的参数变化对系统性能的影响。控制系统电路采用双电源供电，提高了便携式经颅磁刺激系统应用场景的灵活性，电压源模块采用双升压电路方案，保证电路的稳定性。并且最终实现了通过手机对刺激模式、刺激频率和刺激强度的调控。最后，设计并搭建了便携式经颅磁刺激系统测试环境。对便携式经颅磁刺激系统进行输出电压、磁场强度和电场强度的空间分布、刺激强度等方面的测试，并进行人体初步实验，并且利用测试结果与有限元仿真结果进行对比分析。实验结果表明：测试结果与仿真结果基本一致，整

7、个系统在实验室环境下达到了预期效果。关键词：经颅磁刺激;刺激线圈;仿真分析;参数化设计;控制电路;系统测试-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractTranscranialmagneticstimulationhasbecomeamoreandmorepopularneuralsci-encetool,becauseitcanchangetheneuralactivityofthetargetareainthebrain.Butatpresent,transcranialmagneticstimulati

8、onsystemstillfacestwoproblems:ontheonehand,focalityanddepthofstimulationstillneedtobefurtheroptimized,andtheenergyconsumptionandcalorificvalueisstilllarge;ontheotherhand,theexistingtranscranialmagnetic