极低频磁刺激系统的研制

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1、中文图书分类号：R318.6密级：公开UDC：621学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：极低频磁刺激系统的研制论文作者：周亚男学科：生物医学工程指导教师：郝冬梅副教授论文提交日期：2015.06.27UDC：621学校代码：10005中文图书分类号：R318.6学号：S201215039密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：极低频磁刺激系统的研制英文题目：DEVELOPMNETOFEXTREMELYLOWFREQUENCYMAGNETICSTIMULATIONSYSTEM论文作者：周亚男学科专业：生物医学工程研究

2、方向：生物医学电子与信息处理申请学位：工学硕士指导教师：郝冬梅副教授所在单位：生命科学与生物工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：周亚男日期：2015年6月5日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学

3、位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：周亚男日期：2015年6月5日导师签名：郝冬梅日期：2015年6月5日摘要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

4、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、

5、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RealViewMDK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

6、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-I-北京工业大学工学硕士学位论文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（本课题由国家自然科学基金（81441053）和北京自然科学基金项目（7132028，7132021）资助）-II-AbstractAbstractWith

7、theprogressofbio-electromagneticsandmoderntechnology,magneticstimulationtechniquehasbeenwidelyusedinpeople'slife.Magneticstimulationismainlyusedforthebasicresearchofthebrainfunctionsandthetreatmentofneurologicaldiseasesinthebiomedicalfield.Italsohasbeenusedtostimulatethemuscles,skinwo

8、unds,