高頻脈沖磁場動態檢測技術研究

李國梁，李 穎，劉志朋，殷 濤

0 引言

磁刺激技術是近30 a發展起來的一種用于腦科學研究和腦神經疾病診斷與治療的新技術。該技術通過對磁性線圈通以瞬時、高強度的脈沖電流，在垂直于線圈平面的方向會產生時變的磁場，該磁場通過空間耦合進入人體組織內部，形成的感應電流刺激可興奮組織并影響生物體內的諸多代謝過程及電活動[1]。經顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）是一種無痛、無創的綠色治療方法，磁信號可以無衰減地透過顱骨而刺激到大腦神經，已被廣泛應用于腦認知功能研究和神經疾病的臨床應用中，并取得了豐富的研究成果和良好的診斷與治療效果[2-3]。

目前，經顱磁刺激設備只是對線圈輸出的磁場強度、脈寬等特性進行理論計算并輸出，并不具備對脈沖刺激線圈產生的磁場實時動態檢測功能，而商品化的磁場檢測設備很少能同時滿足高頻醫用磁刺激磁場動態測量的要求[3-4]。本文采用法拉第電磁感應原理，研究設計了高頻脈沖磁場動態檢測裝置，該裝置能夠測量變化的磁場，測量范圍寬、靈敏度高、頻響范圍大，可以達到對經顱磁刺激中使用的磁場實時檢測的目的[5-6]。

1 方法與設計

1.1 測量原理

基于法拉第電磁感應定律，將磁場探測線圈（匝數為N、截面積為S）置于磁感應強度為B的被測磁場中，使磁場方向垂直于探測線圈平面，當垂直穿過探測線圈的磁通量ψ發生變化時，在探測線圈兩端會檢測到感應電動勢ξ[7-8]：

當探測線圈半徑很小時，則可以認為探測線圈內的磁場強度基本不變，感應磁場強度可按下式計算：