脑深部电刺激中的平面线圈信号耦合技术

　　磁芯和磁罐

　　由于铁磁材料的磁导率很大，所以铁芯具有使磁场集中到其内部的作用。为了使信号的传输效率最大，可以在线圈周围加上磁罐或内部放置磁芯，以增加初次级线圈之间的互感，提高耦合效率。如果使两个线圈同时经过一根铁芯，可以使次级线圈得到信号的幅度为最大，但由于两个线圈分别位于头颅两侧，因此需分别使用一对彼此分离的铁磁材料互相配合来增加互感。

　　信号耦合

　　本文中所讨论的平面圆盘形线圈耦合技术，是首次将线圈能够耦合交流信号这一特点用在脑深度电刺激之中，耦合到的信号否能满足治疗帕金森病的刺激强度是研究的关键。在脑深度电刺激的治疗中，刺激的强度和频率依刺激的部位不同而不同[9]，但大致的范围如下。

　　刺激频率：100～250Hz

　　脉冲宽度：60～210μs(平均脉宽为150μs)

　　电压幅值：1~3.75V(平均2.025V，最高可达10.5V)

　　主要刺激部位：双侧丘脑底核(STN),其他部位还包括内侧苍白球腹后部(Gpi)和丘脑腹外侧核的腹中间核(Vim)[10]

　　因此只要次级线圈接收到的信号在额定的负荷下达到上述强度，即可满足要求。

　　电路设计

　　电路设计要考虑到刺激系统的鲁棒性，即两级线圈在一定范围内发生相对位置变化时仍能保证输出刺激参数有效的特性。因此，在本电路中选择各参数如下：初级线圈为800匝，信号产生电路为一三极管开关电路，使初级线圈产生一个频率为130.7Hz、幅度为5V脉冲信号，脉冲宽度需根据次级线圈的脉冲宽度调节，实验选定在1.65ms。次级线圈为1000匝，负载为丘脑底核(STN)的平均阻抗1kΩ，次级线圈接收到的信号频率为130.9Hz，脉冲宽度120ms，峰峰值根据有无铁芯、线圈之间距离以及偏心距的不同而不同。