极低频磁刺激系统的研制

发布时间：2017-04-13 08:17

  本文关键词：极低频磁刺激系统的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生物电磁学与现代科技的进步,磁刺激技术被广泛应用于人们生活当中,在生物医学领域主要被用于脑功能的基础研究以及神经系统疾病的治疗,近年来也被用于刺激肌肉、皮肤伤口、骨骼以及相关脏器组织等。现有磁刺激系统大都存在磁场强度高、价格昂贵、需专人操作、不易长时间刺激等问题。已有研究表明极低频磁场也具有与高强度刺激类似的生物效应,但是需要较长的刺激时间。因此研制一套安全可靠的适用于家庭和社区医疗的极低频磁刺激仪具有实际意义。首先,论文研究了磁刺激的作用机理和数值仿真的理论基础,应用仿真软件对比分析线圈的各设计因素如线圈形状、电流方向、线圈尺寸、绕法等对于电磁场分布的影响,为磁刺激系统线圈的设计奠定了理论基础。同时,使用真实人体模型分析线圈感应电场在人体组织内的分布情况,为靶区定位和线圈改进提供了依据。其次,确定了极低频磁刺激系统的设计目标和总体设计方案,完成了线圈设计、硬件搭建和软件编程三方面的工作。1)在参考文献和仿真计算的基础上设计了磁刺激线圈。,依次确定线圈的形状、电流方向、尺寸、绕法和漆包线型号等技术指标,针对运动皮层设计了8字形线圈和多圆相切线圈,针对人体右上肢三角肌设计了四圆形线圈和双矩形线圈。2)在硬件电路中,采用STM32F103ZET6作为控制芯片产生刺激信号,经D/A转换和功率放大后驱动线圈产生交变磁场,刺激目标区域。利用电源转换器和半桥驱动电路实现功率放大功能,通过LCD触摸屏完成人机交互功能。3)软件部分则是在RealView MDK环境下,借助C语言和固件库函数完成了激励信号的产生和调控,实现了触摸屏界面功能。最后,利用示波器、大功率电阻、高斯计等设备,对本文的磁刺激系统的各个部分进行测试。实验证明,本文磁刺激系统的调控部分、功率放大部分具有稳定的工作性能,通过逐点检测得到的各线圈的磁场在强度和分布上与仿真结果具有较好的一致性,可产生10mT~40mT的磁场强度,满足设计要求。作为北京市自然基金面上项目“皮层肌肉信号驱动的磁刺激对体疲劳的作用研究”的一部分,本文研制的极低频磁刺激系统,为后续研究磁刺激对体疲劳的缓解作用打下了基础。
【关键词】：磁刺激 极低频 线圈 感应电磁场 数值仿真
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本文主要内容14-16
• 第2章 磁刺激的原理及电磁场仿真16-30
• 2.1 磁刺激的作用机理16-17
• 2.2 电磁场仿真的理论基础及其实现17-23
• 2.2.1 电磁场分析仿真软件17-21
• 2.2.2 线圈电磁场分布的仿真研究21-22
• 2.2.3 电磁场在真实人体模型内的分布22-23
• 2.3 电磁场仿真结果及分析23-28
• 2.3.1 线圈形状对电磁场分布的影响23-25
• 2.3.2 电流方向对电磁场分布的影响25
• 2.3.3 线圈尺寸对电磁场分布的影响25-26
• 2.3.4 线圈绕法对电磁场分布的影响26-27
• 2.3.5 电磁场在真实头部模型内的分布27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 磁刺激系统的设计与实现30-54
• 3.1 磁刺激系统总体设计方案30-32
• 3.1.1 系统的设计目标30-31
• 3.1.2 系统的总体设计31-32
• 3.2 线圈设计32-42
• 3.2.1 运动皮层刺激线圈设计33-38
• 3.2.2 肌肉群刺激线圈设计38-42
• 3.3 系统硬件设计42-48
• 3.3.1 控制系统43-44
• 3.3.2 功率放大模块44-48
• 3.4 系统软件设计48-52
• 3.4.1 开发环境48-49
• 3.4.2 控制编程49-51
• 3.4.3 界面编程51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 系统测试与电磁场检测实验54-68
• 4.1 调节控制部分测试54-55
• 4.2 功率放大模块测试55-60
• 4.2.1 音频功率放大模块检测56-58
• 4.2.2 数字功率放大模块检测58-60
• 4.3 电磁场检测实验60-66
• 4.4 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文74-76
• 致谢76

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王洪;磁刺激器设计及感应电磁场检测的研究[D];重庆大学;2003年

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本文编号：303194