腦深部電刺激中的平面線圈信號(hào)耦合技術(shù)

　　磁芯和磁罐

　　由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率很大，所以鐵芯具有使磁場(chǎng)集中到其內(nèi)部的作用。為了使信號(hào)的傳輸效率最大，可以在線圈周?chē)由洗殴藁騼?nèi)部放置磁芯，以增加初次級(jí)線圈之間的互感，提高耦合效率。如果使兩個(gè)線圈同時(shí)經(jīng)過(guò)一根鐵芯，可以使次級(jí)線圈得到信號(hào)的幅度為最大，但由于兩個(gè)線圈分別位于頭顱兩側(cè)，因此需分別使用一對(duì)彼此分離的鐵磁材料互相配合來(lái)增加互感。

　　信號(hào)耦合

　　本文中所討論的平面圓盤(pán)形線圈耦合技術(shù)，是首次將線圈能夠耦合交流信號(hào)這一特點(diǎn)用在腦深度電刺激之中，耦合到的信號(hào)否能滿(mǎn)足治療帕金森病的刺激強(qiáng)度是研究的關(guān)鍵。在腦深度電刺激的治療中，刺激的強(qiáng)度和頻率依刺激的部位不同而不同[9]，但大致的范圍如下。

　　刺激頻率：100～250Hz

　　脈沖寬度：60～210μs(平均脈寬為150μs)

　　電壓幅值：1~3.75V(平均2.025V，最高可達(dá)10.5V)

　　主要刺激部位：雙側(cè)丘腦底核(STN),其他部位還包括內(nèi)側(cè)蒼白球腹后部(Gpi)和丘腦腹外側(cè)核的腹中間核(Vim)[10]

　　因此只要次級(jí)線圈接收到的信號(hào)在額定的負(fù)荷下達(dá)到上述強(qiáng)度，即可滿(mǎn)足要求。

　　電路設(shè)計(jì)

　　電路設(shè)計(jì)要考慮到刺激系統(tǒng)的魯棒性，即兩級(jí)線圈在一定范圍內(nèi)發(fā)生相對(duì)位置變化時(shí)仍能保證輸出刺激參數(shù)有效的特性。因此，在本電路中選擇各參數(shù)如下：初級(jí)線圈為800匝，信號(hào)產(chǎn)生電路為一三極管開(kāi)關(guān)電路，使初級(jí)線圈產(chǎn)生一個(gè)頻率為130.7Hz、幅度為5V脈沖信號(hào)，脈沖寬度需根據(jù)次級(jí)線圈的脈沖寬度調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)選定在1.65ms。次級(jí)線圈為1000匝，負(fù)載為丘腦底核(STN)的平均阻抗1kΩ，次級(jí)線圈接收到的信號(hào)頻率為130.9Hz，脈沖寬度120ms，峰峰值根據(jù)有無(wú)鐵芯、線圈之間距離以及偏心距的不同而不同。