27255

طراحي وساخت محرك مغناطيسي فراجمجمه اي مغز جهت بهبود عمق و تمركز تحريك

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان و موج

1401/07/27

دكتر علي عبدالعالي

مهندسي برق

روش تحريك مغناطيسي فراجمجمهاي مغز (TMS) از جمله روشهاي غيرمخرب تحريك ميباشد كه در سالهاي گذشته بسيار مورد توجه مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي قرارگرفته است. اين روش درماني مبتني بر امكان تحريك سلول¬هاي عصبي ناحيه كوتكس مغز به كمك ميدان الكتريكي خارجي است. در واقع در اين روش تحريك به كمك كويل¬ها ميدان مغناطيسي متغير با زمان در مغز ايجاد شده و اين ميدان متغير با زمان موجب القاي ميدان الكتريكي در نواحي مغز مي¬شود. با توجه به آنكه فرآيند تحريك و انتقال پالس¬هاي عصبي در سلول¬هاي عصبي مبنايي الكتروشيميايي داشته و مبتني بر ولتاژ دو سر غشاء سلول و عبور يون¬ها از غشاء (جريان الكتريكي) هستند، مي¬توان با اعمال توزيع ميدان الكتريكي مناسب، زمينه تحريك سلول¬هاي عصبي را محيا نمود. در اين پايان نامه پس از بررسي عوامل موثر بر تحريك غيرمخرب مغناطيسي فراجمجمه اي مغز سعي بر پيشنهاد روشي عملياتي و مبتني بر حل معادلات ماكسول و حل معادله موج، جهت بهبود عمق تحريك و تمركز ميدان ايجاد شده درون جسم مورد نظر(در اينجا منظور سر انسان است) شده است. در ابتدا با بررسي مشخصات و مفاهيم به كار رفته در دستگاه TMS نمونه اوليه اين دستگاه را ساخته وگزارشهاي تست شكل ميدان و خروجي هاي آن را تقديم ميكنيم. جهت بهبود عمق تحريك و تمركز ميدان مسئله را در دوبعد محاسبه ميكنيم تا بتوان ميدان الكتريكي كل و در نهايت پارامترهاي الكترومغناطيسي جسم را با روش محاسباتي به دست آوريم و در نهايت به معادله جديدي براي به دست آوردن مشخصات فيزيكي جسم از روي ميدان فرودي و ميدان كل درون جسم را معرفي ميكنيم. سپس با اضافه كردن ساختاري كه بتوان پارامترهاي الكترومغناطيسي تنظيم پذيري را داشته باشد در كنار جسم و استفاده از الگوريتم ژنتيك محاسبات را جهت يافتن مشخصات فيزيك ساختار اضافه شده براي ايجاد ميدان الكتريكي دلخواه در قسمتي از جسم انجام خواهيم كرد. اين تكنيك را در فركانس پايين و با يك سيم جريان بي نهايت نيز تست ميكنيم. در انتها ساختار پيشنهاد شده در قسمت قبل را يك ماده مغناطيسي يا فريت با ثابت تراوايي نسبي بالا لحاظ ميكنيم و به عنوان هسته كويل و گذرنده از كويل در نظر ميگيريم كه ميتواند شكلهاي متفاوتي به خود بگيرد و ميدان الكتريكي توزيع شده را معيار بررسي هاي خود در نظر ميگيريم و بهبود عمق نفوذ صورت گرفته را گزارش ميكنيم.

1401/08/14

Design and manufacture of transcranial magnetic brain stimulator to improve stimulation depth and concentration

1/1/1900 12:00:00 AM

Transcranial brain magnetic stimulation (TMS) is one of the non-destructive methods of stimulation, which has received a lot of attention from research and academic centers in the past years. In this thesis, after examining the factors affecting non-destructive transcranial magnetic stimulation of the brain, an attempt was made to propose an operational method based on solving Maxwell's equations and solving the wave equation, in order to improve the depth of stimulation and the concentration of the field created inside the object in question (here, the head is human) has become At first, by examining the specifications and concepts used in the TMS device, we will draw its circuit model and build a laboratory sample that can be used in the frequency range up to 4 Hz, and present the test reports of the field shape and its outputs. In order to improve the stimulation depth, we use the solution of using a structure with adjustable physical parameters, and for that we solve the problem in two dimensions and with a simplified problem, which is a structure consisting of water, muscle and bone, and we calculate the electromagnetic scattering equations for this structure so that we can We get the fields inside the object and finally the shape of the object by calculation method and finally we introduce a new equation to obtain the physical characteristics of the object from the landing field and the total field inside the object. Then by adding an adjustable structure consisting of the physical characteristics of the material next to the object and using the genetic algorithm, we will try to find the physical characteristics of the added structure to create a desired electric field in a part of the object. This technique is used for the simplified head model that consists It is made of three layers of skin, bone and brain, and we use an infinite current wire at low frequency and with the radiation field. In the next step, another solution is to place an arbitrary material with high relative permeability, which we call magnetic material, next to the human head and in the environment of simulating and changing the structural shape of this material and examining different locations around the head, we find the distribution The field inside the head and the intensity of the induced field are different and in the center of the head we see an improvement in the penetration depth of the field.

saeedbagheri

dr. aliabdolali