一种经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备及方法

技术领域

本发明涉及一种医学检测仪领域的磁场和温度检测专用设备及方法，特别是涉及一种经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备及方法。

背景技术

十九世纪末期，磁致闪光(Magnetophosphene)现象的发现及实验验证开启了磁场调控人类神经活动的先河。此后，许多科研团队利用磁场进行了人体肌肉、外周神经、大脑皮层等组织的刺激实验，积累了丰富的实验数据。1985年，第一台经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)治疗仪由英国谢菲尔德大学皇家哈兰郡医院Barker等人研发成功。该设备利用脉冲磁场刺激靶区神经细胞、产生感应电场，以此改变神经细胞膜电位、调控神经细胞活动。TMS治疗仪由于无创无损、操作简便等优点被广泛应用于神经类疾病诊疗、精神疾病治疗、康复理疗、脑功能检测等领域。尤其针对药物难治性抑郁症等精神类疾病，TMS治疗有显著疗效。

随着工作压力增大和生活节奏加快，各类精神疾病的患者人数不断增加，仅抑郁症一项，成人患者人数超过6000万。TMS治疗仪作为被证实有效的精神类疾病治疗设备在二级以上医院中迅速普及。TMS治疗仪根据刺激序列设计方式不同，又分为单脉冲经颅磁刺激治疗仪、成对脉冲经颅磁刺激治疗仪、重复经颅刺激治疗仪和爆发脉冲经颅磁刺激治疗仪。其中，重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation，rTMS)治疗仪临床应用范围最广、普及程度最高，因而成为医疗器械监管机构的重点关注对象。

为规范TMS治疗仪的生产和使用，国内外不同机构针对该设备发布了多个技术标准。欧盟于2017年颁布了新版医疗器械法规(Medical Device Regulation,MDR；REGULATION(EU)2017/745)，其中将TMS治疗仪划分为B类医疗设备并要求生产厂商按规定进行注册；美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)将TMS治疗仪划分为二类医疗器械，在其发布的《Class II Special Controls Guidance Document:Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation(rTMS)Systems》中要求rTMS治疗仪注册时需要提供磁场特性(波形、定时、脉宽、强度等)、输出波形、磁场空间分布、磁场强度梯度等参数的技术资料；国内仅有用于TMS治疗仪注册检验的医药行业标准YY/T 0994—2015《磁刺激设备》，该标准仅对磁感应强度、输出频率、刺激脉冲宽度和定时等参数的准确性进行了规定，但未规定具体检测方法。

综合上述国内外标准，国内标准更多关注设备生产和注册检验环节的质量控制，TMS治疗仪、尤其是rTMS治疗仪的临床使用安全性与刺激准确性缺少可用的检测设备和专用方法。临床使用时，TMS治疗仪使用极高电流产生强磁场(1T以上)，强磁场直接作用于人脑产生感应电场。如刺激强度过高，可能诱发癫痫等短暂大脑功能障碍；而刺激强度过低则达不到治疗效果，增加患者无效电磁暴露。因此，需要对临床使用环节中TMS治疗仪刺激安全性与准确性进行检测和评价，才能保证TMS治疗安全可靠。

根据法拉第电磁感应定律，变化的电流产生交变磁场，交变磁场在物质内部感生电场。因此，TMS治疗仪使用时会在人脑目标靶区先后产生磁场、电场。电场特性参数与脑组织特性参数密切相关，不同个体受到TMS后感应的电场各不相同，而且组织中电场强度测量需采用专用天线接收、成本高且较难实现。而TMS治疗仪产生交变磁场的特性参数主要由设备本身性能决定，磁场传输过程中只受物体结构结构和传播距离的影响，且磁场强度测量技术成熟、实现成本较低。因此，结合已有的国内外标准和已发表学术论文，TMS治疗仪临床使用安全性与刺激准确性的评价主要围绕产生的磁场特性参数和磁刺激时线圈表面温度的变化展开。目前，针对TMS治疗仪产生磁场的主要检测方法是利用模拟仿真技术，建立TMS治疗仪刺激线圈的数值模型并进行电流参数赋值，然后利用有限元分析等方法获得刺激线圈产生磁场的空间分布；使用特斯拉计测量获得刺激线圈表面的磁感应强度数值，与模拟仿真结果进行对比验证，证实模拟仿真结果的准确性。上述磁场检测方法以模拟仿真为主、实测验证为辅，这存在两个明显缺陷。

第一，缺少必要的检测模体。TMS治疗仪产生的磁场直接作用于人脑，虽然理论上磁场在空间传输过程中穿过不同物质时不产生损耗，但模拟仿真时为保证与实际刺激结果尽可能接近，应同时建立仿生头部模体数值模型、获取模体内部的电磁场分布；此外，检测方法应以实测数据为主、模拟仿真为辅，通过研发具有人体头部等效性的仿生头部模体，通过实际测量仿真头部模体中典型位置的磁场强度来评价TMS治疗仪产生的磁场特性参数。仿生头部模体的等效性主要考察结构等效和电磁学特性参数等效，而目前商用模体中尚不存在适用于TMS治疗仪检测的成熟产品。

第二，缺少可用的磁场测量探头。TMS治疗仪在刺激线圈中产生阻尼电流的脉冲宽度约为400μs，阻尼电流激发的交变磁场频率约为2.8kHz。根据奈奎斯特采样定理，为保证采集获得的磁场信号不失真，磁场测量探头的采样频率至少应达到6kHz。同时，根据模拟仿真结果，不同TMS治疗仪刺激线圈表面产生的交变磁场强度瞬时值可达4T，为能够测得线圈表面的磁场强度，磁场测量探头的量程至少需覆盖0～4T、且能实现三维正交磁场强度数据采集和分析。目前，几乎没有能够同时满足三轴测量、6kHz采样频率和0～4T测量范围的商用特斯拉计，有限几款产品也需要根据检测需求定制开发、成本较高。

有鉴于上述现有的技术存在的缺陷，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新的能够用于经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备及方法，所要解决的技术问题是研发具有人体头部等效性的仿生头部模型，研制高采样频率、宽量程的三轴磁场测量探头，实现对TMS治疗仪产生交变磁场的最大磁感应强度、空间磁场分布、输出频率、刺激脉冲宽度和线圈表面温度等特性参数的检测，通过对检测结果的不确定度评定提升和保证检测结果的准确性与可性程度，保障TMS治疗仪使用的安全性和有效性。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种用于经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备，其包括仿生头部模体、专用支架、磁场测量探头、温度测量模块、装置主机、控制电脑、数据线和测量软件。

其中所述仿生头部模体由位于上层的薄球壳和位于下层的厚球壳组成，薄球壳和厚球壳是分别采用圆柱体亚克力基材并经过切削制成的一体结构，仿生头部模体设置在底座上，磁场测量探头设置在专用支架的滑块的顶部，装置主机通过数据线分别与磁场测量探头、温度测量模块和控制电脑连接，测量软件安装于控制电脑中。

进一步，其中所述的薄球壳由薄球壳主体及薄球壳边缘组成，其中，薄球壳主体为一个壁厚不超过3mm，内径为140～150mm的半球，在薄球壳边缘的下边缘上的0°、90°、180°和270°位置处分别对称刻蚀有第一薄球壳导液孔、第二薄球壳导液孔、第三薄球壳导液孔和第四薄球壳导液孔，在薄球壳边缘的下边缘靠近薄球壳主体的位置刻蚀环形凹槽；所述的厚球壳由厚球壳主体及厚球壳边缘组成，其中，厚球壳主体为一个壁厚不超过12mm，内径为150～165mm的半球壳，在厚球壳边缘上方、沿着厚球壳主体的内边缘设有第一环形凸起，在第一环形凸起的0°、90°、180°和270°位置分别对称刻蚀第一厚球壳导液孔、第二厚球壳导液孔、第三厚球壳导液孔和第四厚球壳导液孔，在厚球壳边缘的侧面且正对第一厚球壳导液孔、第二厚球壳导液孔、第三厚球壳导液孔和第四厚球壳导液孔的中心位置上各刻蚀一条定位线，第一环形凸起嵌入环形凹槽中，第一厚球壳导液孔、第二厚球壳导液孔、第三厚球壳导液孔和第四厚球壳导液孔与第一薄球壳导液孔、第二薄球壳导液孔、第三薄球壳导液孔和第四薄球壳液孔一一对应且直径相同。

进一步，其中所述专用支架由尼龙基材并经过切削制成，所述的专用支架由底座、横杆、螺纹杆和滑块组成；

所述的底座的上表面向内刻蚀形成圆柱通孔，圆柱通孔的内径大于厚球壳主体的外径，圆柱通孔的深度大于厚球壳主体的半径，在底座的上表面上刻蚀环形留液槽，环形留液槽与圆柱通孔之间剩余部分形成第二环形凸起，在第二环形凸起的外侧面上0°、90°、180°和270°位置分别对称刻蚀一条定位线；在底座上表面靠近外侧区域的0°、90°、180°和270°位置，分别对称刻蚀四组内径相同的第一圆孔阵列、第二圆孔阵列、第三圆孔阵列和第四圆孔阵列，每组圆孔阵列包含3个内径相同、内部设有螺纹的圆孔，每组圆孔阵列中相邻圆孔圆心连线距离相同；在底座下部的侧面上开设第一矩形通孔，第一矩形通孔与圆柱通孔形成连通结构，第一矩形通孔的宽度不小于200mm、高度不小于50mm，第一矩形通孔的下边缘距离底座的底面不少于20mm；所述的横杆的两侧对称刻蚀第一圆通孔和第二圆通孔，横杆的侧面垂直刻蚀第一侧边圆通孔和第二侧边圆通孔，第一圆通孔与第一侧边圆通孔连通，第二圆通孔与第二侧边圆通孔连通；第一侧边圆通孔和第二侧边圆通孔内部设有螺纹，使用螺丝穿过第一侧边圆通孔和第二侧边圆通孔并旋紧，使得横杆保持在螺纹杆上的固定高度；在横杆中间位置刻蚀第二矩形通孔；

所述的螺纹杆包括两支相同的第一螺纹杆和第二螺纹杆，每支螺纹杆底部均设有螺纹且均能旋进第一圆孔阵列、第二圆孔阵列、第三圆孔阵列和第四圆孔阵列中任一圆孔，第一螺纹杆和第二螺纹杆的顶部直径小于第一圆通孔和第二圆通孔的内径；

所述的滑块由结构相同且相互对称的左滑块和右滑块组成，在左滑块上半部分的矩形块上钻设有第一对称通孔和第二对称通孔，在左滑块下半部分的方形块上钻设有第一通孔；在右滑块上半部分的矩形块上与第一对称通孔和第二对称通孔相对应的位置设有第三对称通孔和第四对称通孔，在右滑块下半部分的方形块上设有与第一通孔对应的第二通孔，所有四个对称通孔和第一通孔及第二通孔的内壁均设有螺纹；

在左滑块和右滑块组装为一体的上表面设有顶部通孔；

滑块的下半部分设有T字形通孔，横杆能嵌入T字形通孔的上半部分；

第一螺纹杆上端和第二螺纹杆上端分别穿过第一圆通孔和第二圆通孔，然后使用塑料螺丝分别穿过第一侧边圆通孔和第二侧边圆通孔并旋紧，从而固定横杆与第一螺纹杆和第二螺纹杆的相对位置；第一螺纹杆下端与第一圆孔阵列中任意一圆孔螺纹连接,第二螺纹杆下端与第一螺纹杆连接的圆孔相对称的第三圆孔阵列中的圆孔螺纹连接，此时第一螺纹杆连接的圆孔和第二螺纹杆连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第二圆孔阵列中所有圆孔圆心连线和第四圆孔阵列中所有圆孔圆心连线；或者第一螺纹杆下端和第二圆孔阵列中任意一圆孔螺纹连接，第二螺纹杆下端与第一螺纹杆下端连接的圆孔相对称的第四圆孔阵列中的圆孔螺纹连接，此时第一螺纹杆连接的圆孔和第二螺纹杆连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第一圆孔阵列中所有圆孔圆心连线和第三圆孔阵列中所有圆孔圆心连线。

进一步，其中所述的磁场测量探头包括探头主体及保护外壳，探头主体中内置三个高精度霍尔元件，三个霍尔元件在空间上呈三维正交分布并固定在长方体形状的探头主体中，霍尔元件经交变磁场刺激后产生电压信号并经控制电脑计算获得磁场信号；三维正交霍尔元件的数据线从探头主体的上方穿出，然后穿过保护外壳后与装置主机连接；探头主体组装完成后，使用树脂橡胶灌注探头主体以实现对霍尔元件及其电路板的防水密封，同时将保护外壳垂直固定于探头主体的上表面；探头主体的直径小于第二矩形通孔，保护外壳的外径与顶部通孔内径相同，保护外壳上面位置刻蚀定位线，用于专用支架组装时的定位；

磁场测量探头装于第二矩形通孔内，左滑块和右滑块夹住保护外壳并使得保护外壳上的定位线与T字形通孔的下表面对齐，横杆嵌入T字形通孔的上半部分；

塑料螺丝分别穿过第一对称通孔和第三对称通孔、第二对称通孔和第四对称通孔并通过螺母固定；塑料螺丝与第一通孔和第一通孔螺纹连接并旋紧，使滑块固定于横杆。

进一步，其中所述的温度测量模块中包含铂电阻温度传感器，传感器产生的信号经数据线传递至装置主机；装置主机中内置虚拟示波器模块，实现对探头主体中霍尔元件产生电压信号及温度测量模块产生电压信号的处理与存储；控制电脑控制数据采集过程并实现数据的显示、处理和保存。

用于经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备的方法，包括以下步骤：

步骤1：设计并加工仿生头部模体，其结构及几何尺寸与真实人体头部数据接近；仿生头部模体用于形成与真实人体头部相似的生理结构；

步骤2：根据人体脑脊液及大脑灰质的电导率和相对介电常数，配置脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液；脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液用于形成与真实人脑组织电磁学特性相似的检测环境；

步骤3：组装仿生头部模体并注入脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液，将厚球壳放入底座中，旋转厚球壳使得厚球壳边缘的定位线与第二环形凸起的定位线一一对应；将脑脊液等效溶液注入厚球壳中直至液面达到厚球壳内部高度三分之一，然后将薄球壳缓慢放入厚球壳中，脑脊液等效溶液因受薄球壳的挤压而沿着其外壁向上流动；

旋转薄球壳使得第一环形凸起嵌入环形凹槽中，并使得第一薄球壳导液孔、第二薄球壳导液孔、第三薄球壳导液孔、第四薄球壳导液孔与第一厚球壳导液孔、第二厚球壳导液孔、第三厚球壳导液孔、第四厚球壳导液孔分别对齐；超过薄球壳和厚球壳中间空隙容积的脑脊液等效溶液，经第一薄球壳导液孔、第二薄球壳导液孔、第三薄球壳导液孔和第四薄球壳导液孔及第一厚球壳导液孔、第二厚球壳导液孔、第三厚球壳导液孔和第四厚球壳导液孔排出后，积蓄在环形留液槽内；最后，将大脑灰质等效溶液注入薄球壳中直至液面达到薄球壳内部高度五分之四。

步骤4：组装专用支架、磁场测量探头和温度测量模块，将第一螺纹杆下端旋进第一圆孔阵列任意一圆孔且螺纹连接，第二螺纹杆下端旋入与第一螺纹杆下端旋进圆孔相对称的第三圆孔阵列中的圆孔且螺纹连接，此时第一螺纹杆连接的圆孔和第二螺纹杆连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第二圆孔阵列中所有圆孔圆心连线和第四圆孔阵列中所有圆孔圆心连线；或者将第一螺纹杆下端旋进第二圆孔阵列任意一圆孔中且螺纹连接，第二螺纹杆下端旋入与第一螺纹杆下端旋进圆孔相对称的第四圆孔阵列中的圆孔且螺纹连接，此时第一螺纹杆连接的圆孔和第二螺纹杆连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第一圆孔阵列中所有圆孔圆心连线和第三圆孔阵列中所有圆孔圆心连线；

然后将磁场测量探头穿过第二矩形通孔，用左滑块和右滑块夹住保护外壳并使得保护外壳上的定位线与T字形通孔的下表面对齐，同时使得横杆嵌入T字形通孔的上半部分；将塑料螺丝分别穿过第一对称通孔和第三对称通孔、第二对称通孔和第四对称通孔，使用螺母固定；同时使用塑料螺丝穿过第一通孔和第二通孔并旋紧，固定滑块与横杆的相对位置；

将固定后的横杆、滑块和磁场测量探头整体插入薄球壳中的大脑灰质等效溶液，使第一螺纹杆和第二螺杆分别穿过第一圆通孔和第二圆通孔；调节滑块在横杆上的相对位置，然后调节横杆与螺纹杆的相对高度，使得探头主体达到测量位置，最后使用塑料螺丝分别穿过第一侧边圆通孔和第二侧边圆通孔将横杆固定在第一螺纹杆和第二螺纹杆上；将温度测量模块粘贴在经颅磁刺激治疗仪的刺激线圈表面；

步骤5：设定经颅磁刺激治疗仪的刺激序列，开始磁场和温度检测，将经颅磁刺激治疗仪的刺激线圈插入第一矩形通孔并使刺激线圈中心紧贴但不挤压厚壳薄球壳主体，如无法紧贴，在第一矩形通孔中插入亚克力板将刺激线圈抬高；使用重复脉冲刺激模式，在探头主体达到测量位置后，进行最大磁感应强度、空间磁场分布、输出频率、刺激脉冲宽度和线圈表面温度的测量，并对测量结果进行数据分析与不确定度评定。

进一步，其中所述配置脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液的方法是以一级纯水为基础物质，通过添加盐类和糖类调节组织等效溶液的电导率和相对介电常数，使两种等效溶液的电导率和相对介电常数分别等效于真实人体脑脊液和大脑灰质，其中，真实人体脑脊液的电导率为1.00～2.51S/m、相对介电常数109±30，真实人体大脑灰质的电导率为0.06～2.47S/m、相对介电常数为85600±25000。上述相对介电常数均在2.8kHz频率下进行测量及标定。

进一步，其中所述方法步骤4中探头主体测量位置的选择方法是：将薄球壳和厚球壳对应的数值模型导入模拟仿真软件，将薄球壳和厚球壳的电导率、相对介电常数赋值为人体颅骨对应数值，将薄球壳和厚球壳之间的空间赋值为脑脊液的电导率及相对介电常数，将薄球壳内部空间赋值为大脑灰质的电导率及相对介电常数；然后将经颅磁刺激治疗仪常用的圆形刺激线圈和8字形刺激线圈抽象建立为带有各自线圈半径、匝数等几何结构特征的数值模型，将刺激线圈的数值模型中的电流强度和电流频率等参数赋值为步骤5中刺激序列的对应数值；

基于有限元法计算获得使用不同刺激线圈时薄球壳内部空间的磁场分布；针对不同刺激线圈需要根据磁场分布特性选择合适的测量位置，具体地，测量所有刺激线圈的最大磁感应强度、输出频率和刺激脉冲宽度时，应将探头主体置于薄球壳内侧最低位置；测量薄球壳内部空间磁场分布时应根据第一圆孔阵列、第二圆孔阵列、第三圆孔阵列及第四圆孔阵列的结构和不同刺激线圈磁场分布特性选择选择合适的空间位置坐标，即x坐标，y坐标与z坐标。

进一步，其中所述的空间位置x坐标，y坐标和z坐标中，x坐标由第一圆孔阵列、第二圆孔阵列、第三圆孔阵列和第四圆孔阵列结构及位置决定，y坐标由滑块与横杆的相对位置决定，z坐标由探头主体插入薄球壳内部深度决定。

进一步，其中所述方法步骤4中探头主体测量位置的定位方法是：每次对测量位置进行定位前，首先调节滑块在横杆上的相对位置，使用钢直尺测量滑块两侧面各自与同侧的横杆末端的距离，直至滑块处于横杆中心位置，其次调节横杆与螺纹杆的相对高度，使保护外壳末端表面与薄球壳边缘上表面所在平面重合；

定位时根据选择的测量位置将第一螺纹杆和第二螺纹杆旋进底座对应的对称圆孔阵列中，确定x坐标；然后移动滑块并用钢直尺测量其两侧面各自与同侧横杆末端的距离直至达到目标y坐标；改变探头主体的插入深度，利用钢直尺测量保护外壳上定位线与T字形通孔下表面之间的距离，直至达到目标z坐标。

进一步，其特征在于：其中所述方法步骤4中磁场和温度检测的具体步骤包括：对于任意参数、任意测量位置，至少应连续测量获得6次以上结果，取均值作为最终测量结果。

进一步，其中所述方法步骤5中数据分析与不确定度评定包括以下步骤：

步骤5-1：将钢直尺溯源至国家长度基准，将磁场测量探头溯源至国家电磁学标准，将温度测量模块溯源至国家温度基准，获得上述设备自身的准确度等级、分辨力或不确定度；

步骤5-2：对于获得的磁场强度测量结果或温度测量结果，依据迪克逊准则剔除离群值，同时根据测量次数计算被评价参数的标准偏差；

步骤5-3：对磁场强度测量结果或温度测量结果进行不确定度评定，根据步骤5-1获得的准确度等级、分辨力或不确定度，分析钢直尺、磁场测量探头、温度测量模块等引入的A类标准不确定度与B类标准不确定度，然后分析上述几类不确定度的相关性并合成扩展不确定度，从而评价测量结果的可性程度。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。其至少具有下列优点：

1.本发明研制的仿生头部模体是双层球壳结构，厚球壳用于模拟人体颅骨，薄球壳用于区隔脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液，厚球壳与薄球壳厚度之和与人体颅骨厚度相似，厚球壳与薄球壳之间空隙宽度与人体脑脊液层厚度相似，薄球壳内径与人体大脑灰质尺寸相似；厚球壳与薄球壳形成的仿生头部模体结构与人体头部结构相似，该模体能够从结构形态上近似模拟人体头部的真实情况。

2.本发明研制的仿生头部模体由亚克力材料制成，其生物电磁学特性与人体骨骼相似；仿生头部模体中灌注的脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液的电导率、介电常数与对应的人体组织等效；由于介电常数测量结果与组织等效溶液应用的电磁场环境的频率有关，上述溶液介电常数测量均在TMS治疗仪常用的交变磁场频率2.8kHz下进行。

3.本发明研制的磁场测量探头从元器件级别(霍尔元件)开发三轴正交测量探头，能够实现交变磁场强度的测量；由于TMS治疗仪常用的交变磁场频率为2.8kHz，根据奈奎斯特采样定理，本发明研发的磁场测量探头采样频率达10kHz、测量范围覆盖(0～4)T、测量分辨力25mT，能够保证采集获得刺激序列波形不失真。

4.本发明采用模拟仿真方法确定测量位置，将仿生头部模体及刺激线圈的数值模型导入模拟仿真软件，分别将仿生头部模体、模体内部空间和刺激线圈赋值为其对应的电磁学特性参数或电流参数，然后采用有限元法计算获得仿生头部模体内部空间磁场分布，根据磁场分布选择并确定测量位置；这种测量位置选择方法依据仿生头部模体内部磁场分布选择测量位置，能够根据测量目的的不同而选择合适的测量位置，同时其测量位置坐标也可以指导测量探头的定位、确保测量探头放置于目标位置。

5.本发明将钢直尺的长度测量结果溯源至国家长度基准，将磁场测量探头的磁场测量结果溯源至国家电磁学标准，将温度测量模块溯源至国家温度基准，获得上述3类测量结果对应的不确定度；对磁场强度测量结果和温度测量结果进行不确定度评定，分析A类标准不确定度与B类标准不确定度，最后合成扩展不确定度，从而评价测量结果的可性程度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1：本发明经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测专用设备结构示意图。

其中：

1：薄球壳2：厚球壳

3：底座4：横杆

5：螺纹杆6：滑块

7：磁场测量探头8：温度测量模块

9：装置主机10：控制电脑

11：数据线

图2A：本发明仿生头部模体结构示意图。

图2B：本发明仿生头部模体的薄球壳结构示意图。

其中：

1：薄球壳

1-1：第一薄球壳导液孔1-2：第二薄球壳导液孔

1-3：第三薄球壳导液孔1-4：第四薄球壳导液孔

1-5：薄球壳主体1-6：薄球壳边缘

1-7：环形凹槽

图2C：本发明的仿生头部模体的厚球壳结构示意图。

其中：

2：厚球壳

2-1：第一厚球壳导液孔2-2：第二厚球壳导液孔

2-3：第三厚球壳导液孔2-4：第四厚球壳导液孔

2-5：厚球壳主体2-6：厚球壳边缘

2-7：第一环形凸起

图3A：本发明的专用支架结构示意图。

图3B：本发明专用支架的底座结构示意图。

其中：

3：底座

3-1：第一圆孔阵列3-2：第二圆孔阵列

3-3：第三圆孔阵列3-4：第四圆孔阵列

3-5：环形留液槽3-6：第二环形凸起

3-7：圆柱通孔3-8：第一矩形通孔

图3C：本发明专用支架的横杆结构示意图

其中：

4：横杆

4-1：第一圆通孔4-2：第二圆通孔

4-3：第一侧边圆通孔4-4：第二侧边圆通孔

4-5：第二矩形通孔

图3D：本发明专用支架的螺纹杆结构示意图。

5：螺纹杆

5-1：第一螺纹杆5-2：第二螺纹杆

图3E：本发明专用支架的滑块结构左侧视示意图。

图3F：本发明专用支架的滑块结构右侧视示意图。

其中：

6：滑块

6-1：左滑块6-2：右滑块

6-3：第一对称通孔6-4：第二对称通孔

6-5：第三对称通孔6-6：第四对称通孔

6-7：第一通孔6-8：第二通孔

6-9：顶部通孔6-10：T字形通孔

图4A：本发明磁场测量探头结构示意图。

其中：

7：磁场测量探头

7-1：探头主体7-2：保护外壳

图4B：本发明磁场测量探头的探头主体内部结构示意图。

图5：本发明测量软件示意图。

其中：

12：测量软件

12-1：磁场测量窗口 12-2：温度测量窗口

图6：本发明最大磁感应强度与线圈表面温度的测量位置示意图。

其中：

13：刺激线圈

13-1：测量位置113-2：测量位置2

13-3：测量位置313-4：测量位置4

图7：本发明空间磁场分布测量点示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备及方法，其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

参阅图1所示，依据本发明较佳实施例提出的一种经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备，包括仿生头部模体、专用支架、磁场测量探头7、温度测量模块8、装置主机9、控制电脑10、数据线11和测量软件12；其中，仿生头部模体设置在专用支架的底座3上，磁场测量探头7设置在专用支架的滑块6的顶部，装置主机9通过数据线11分别与磁场测量探头7、温度测量模块8和控制电脑10连接；温度测量模块8中包含铂电阻温度传感器，温度传感器产生的信号经数据线11传递至装置主机9，装置主机9中内置虚拟示波器模块，实现对探头主体7-1中霍尔元件产生电压信号及温度测量模块9产生电压信号的处理与存储，控制电脑10控制数据采集过程并实现数据的显示、处理和保存。测量软件12安装于控制电脑10中，测量软件12设有磁场测量窗口12-1和温度测量窗口12-2，如图5所示。

参阅图2A所示，仿生头部模体由薄球壳1和厚球壳2组成，薄球壳1和厚球壳2是采用圆柱体亚克力基材并经过切削制成的一体结构。

参阅图2B所示，薄球壳1由薄球壳主体1-5及薄球壳边缘1-6组成，其中，薄球壳主体1-5为一个壁厚不超过3mm，内径为140～150mm的半球，在薄球壳边缘1-6的下边缘上的0°、90°、180°和270°位置处分别对称刻蚀有第一薄球壳导液孔1-1、第二薄球壳导液孔1-2、第三薄球壳导液孔1-3和第四导薄球壳液孔1-4，在薄球壳薄球壳边缘1-6的下边缘靠近薄球壳主体1-5的位置刻蚀环形凹槽1-7。

参阅图2C所示，所述的厚球壳2由厚球壳主体2-5及厚球壳边缘2-6组成，其中，厚球壳主体2-5为一个壁厚不超过12mm，内径为150～165mm的半球，在厚球壳边缘2-6上方、沿着厚球壳主体2-5的内边缘设有第一环形凸起2-7，在第一环形凸起2-7的0°、90°、180°和270°位置分别对称刻蚀第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4，在厚球壳边缘2-6的侧面且正对第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4的中心位置上各刻蚀一条定位线，第一环形凸起2-7嵌入环形凹槽1-7中，第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4与第一薄球壳导液孔1-1、第二薄球壳导液孔1-2、第三薄球壳导液孔1-3和第四导薄球壳液孔1-4一一对应且直径相同。

参阅图3A和图3B所示，专用支架由尼龙基材并经过切削制成，所述的专用支架由底座3、横杆4、螺纹杆5和滑块6组成。在底座3的上表面向内刻蚀形成圆柱通孔3-7，圆柱通孔3-7的内径大于厚球壳主体2-5的外径，圆柱通孔3-7的深度大于厚球壳主体2-5的半径，在底座3的上表面上刻蚀环形留液槽3-5，环形留液槽3-5与圆柱通孔3-7之间剩余部分形成形成第二环形凸起3-6，在第二环形凸起3-6的外侧面上0°、90°、180°和270°位置分别对称刻蚀一条定位线，在底座3上表面靠近外侧区域的0°、90°、180°和270°位置分别对称刻蚀四组内径相同的第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3和第四圆孔阵列3-4，每组圆孔阵列包含3个内径相同、内部设有螺纹的圆孔，每组圆孔阵列中相邻圆孔圆心连线距离相同；在底座3下部的侧面上开设有第一矩形通孔3-8，第一矩形通孔3-8与圆柱通孔3-7形成连通结构，第一矩形通孔3-8的宽度不小于200mm、高度不小于50mm，第一矩形通孔3-8的下边缘距离底座3的底面不少于20mm。

参阅图3C所示，横杆4的两侧对称刻蚀第一圆通孔4-1和第二圆通孔4-2，横杆4的侧面垂直刻蚀第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4，第一圆通孔4-1与第一侧边圆通孔4-3连通，第二圆通孔4-2与第二侧边圆通孔4-4连通，第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4内部设有螺纹，使用螺丝穿过第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4并旋紧，使得横杆4保持在螺纹杆5上的固定高度；在横杆4中间位置刻蚀第二矩形通孔4-5。

参阅图3A、图3B、图3C和图3D所示，螺纹杆5包括两支相同的第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2，每支螺纹杆底部均设有螺纹且均能旋进第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3和第四圆孔阵列3-4中任一圆孔，第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2的顶部直径略小于第一圆通孔4-1和第二圆通孔4-2的内径。第一螺纹杆5-1上端和第二螺纹杆5-2上端分别穿过第一圆通孔4-1和第二圆通孔4-2，然后使用塑料螺丝分别穿过第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4并旋紧，从而固定横杆4与第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2的相对位置；第一螺纹杆5-1下端与第一圆孔阵列3-1中任意一圆孔螺纹连接,第二螺纹杆5-2下端与第一螺纹杆5-1连接的圆孔相对称的第三圆孔阵列3-3中的圆孔螺纹连接，此时第一螺纹杆5-1连接的圆孔和第二螺纹杆5-2连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第二圆孔阵列3-2中所有圆孔圆心连线和第四圆孔阵列3-4中所有圆孔圆心连线；或者第一螺纹杆5-1下端和第二圆孔阵列3-2中任意一圆孔螺纹连接，第二螺纹杆5-2下端与第一螺纹杆5-1下端连接的圆孔相对称的第四圆孔阵列3-4中的圆孔螺纹连接，此时第一螺纹杆5-1连接的圆孔和第二螺纹杆5-2连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第一圆孔阵列3-1中所有圆孔圆心连线和第三圆孔阵列3-3中所有圆孔圆心连线。

参阅图3E和图3F所示，滑块6由结构相同且相互对称的左滑块6-1和右滑块6-2组成，在左滑块6-1上半部分的矩形块上钻设有第一对称通孔6-3和第二对称通孔6-4，在左滑块6-1下半部分的方形块上钻设有第一通孔6-7；在右滑块6-2上半部分的矩形块上与第一对称通孔6-3和第二对称通孔6-4相对应的位置设有第三对称通孔6-5和第四对称通孔6-6，在右滑块6-2下半部分的方形块上设有与第一通孔6-7对应的第二通孔6-8，所有四个对称通孔和第一通孔6-7及第二通孔6-8的内壁均设有螺纹；左滑块6-1和右滑块6-2组装合并在一起后，左滑块6-1和右滑块6-2组装为一体的上表面钻设有顶部通孔6-9；滑块6的下半部分设有T字形通孔6-10，横杆4能嵌入T字形通孔6-10的上半部分。

参阅图4A和图4B所示，磁场测量探头7包括探头主体7-1及保护外壳7-2，探头主体7-1中内置三个高精度霍尔元件，三个霍尔元件在空间上呈三维正交分布并固定在长方体形状的探头主体7-1中，霍尔元件经交变磁场刺激后产生的电压信号并经控制电脑10计算获得磁场信号；三维正交霍尔元件的数据线从探头主体7-1的上方穿出，然后穿过保护外壳7-2后与装置主机9连接；探头主体7-1组装完成后，使用树脂橡胶灌注探头主体7-1以实现对霍尔元件及其电路板的防水密封，同时将保护外壳7-2垂直固定于探头主体7-1的上表面；探头主体7-1的直径小于第二矩形通孔4-5，保护外壳7-2的外径与顶部通孔6-9内径相同；保护外壳7-2上面位置刻蚀定位线，用于专用支架组装时的定位。

参阅图1、图3及图4A和图4B所示，磁场测量探头7装于第二矩形通孔4-5内，左滑块6-1和右滑块6-2夹住保护外壳7-2并使得保护外壳7-2上的定位线与T字形通孔6-10的下表面对齐，横杆4嵌入T字形通孔6-10的上半部分；塑料螺丝分别穿过第一对称通孔6-3和第三对称通孔6-5、第二对称通孔6-4和第四对称通孔6-6并通过螺母固定；塑料螺丝与第一通孔6-7和第一通孔6-8螺纹连接并旋紧，使滑块6固定于横杆4。

采用经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的专用设备的方法包括以下步骤：

步骤1：设计并加工仿生头部模体，其结构及几何尺寸与真实人体头部数据接近；仿生头部模体用于形成与真实人体头部相似的生理结构；

步骤2：根据人体脑脊液及大脑灰质的电导率和相对介电常数，配置脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液；脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液用于形成与真实人脑组织电磁学特性相似的检测环境；

其中，配置脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液的方法是以一级纯水为基础物质，通过添加盐类和糖类调节组织等效溶液的电导率和相对介电常数，使两种等效溶液的电导率和相对介电常数分别等效于真实人体脑脊液和大脑灰质，其中，真实人体脑脊液的电导率为1.00～2.51S/m、相对介电常数109±30，真实人体大脑灰质的电导率为0.06～2.47S/m、相对介电常数为85600±25000。上述相对介电常数均在2.8kHz频率下进行测量及标定。

步骤3：组装仿生头部模体并注入脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液，将厚球壳2放入底座3中，旋转厚球壳2使得厚球壳边缘2-6的定位线与第二环形凸起3-6的定位线一一对应；将脑脊液等效溶液注入厚球壳2中直至液面达到厚球壳2内部高度三分之一，然后将薄球壳1缓慢放入厚球壳2中，脑脊液等效溶液因受薄球壳1的挤压而沿着其外壁向上流动；

旋转薄球壳1使得第一环形凸起2-7嵌入环形凹槽1-7中，并使得第一薄球壳导液孔1-1、第二薄球壳导液孔1-2、第三薄球壳导液孔1-3、第四薄球壳导液孔1-4与第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3、第四厚球壳导液孔2-4分别对齐；

超过薄球壳1和厚球壳2中间空隙容积的脑脊液等效溶液，经第一薄球壳导液孔1-1、第二薄球壳导液孔1-2、第三薄球壳导液孔1-3和第四薄球壳导液孔1-4及第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4排出后，积蓄在环形留液槽3-5内；最后，将大脑灰质等效溶液注入薄球壳1中直至液面达到薄球壳1内部高度五分之四。

步骤4：组装专用支架、磁场测量探头7和温度测量模块8，将第一螺纹杆5-1下端旋进第一圆孔阵列3-1任意一圆孔且螺纹连接，第二螺纹杆5-2下端旋入与第一螺纹杆5-1下端旋进圆孔相对称的第三圆孔阵列3-3中的圆孔且螺纹连接，此时第一螺纹杆5-1连接的圆孔和第二螺纹杆5-2连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第二圆孔阵列3-2中所有圆孔圆心连线和第四圆孔阵列3-4中所有圆孔圆心连线；或者将第一螺纹杆5-1下端旋进第二圆孔阵列3-2任意一圆孔中且螺纹连接，第二螺纹杆5-2下端旋入与第一螺纹杆5-1下端旋进圆孔相对称的第四圆孔阵列3-4中的圆孔且螺纹连接，此时第一螺纹杆5-1连接的圆孔和第二螺纹杆5-2连接的圆孔之间的圆心连线，平行于第一圆孔阵列3-1中所有圆孔圆心连线和第三圆孔阵列3-3中所有圆孔圆心连线；

然后将磁场测量探头7穿过第二矩形通孔4-5，用左滑块6-1和右滑块6-2夹住保护外壳7-2并使得保护外壳7-2上的定位线与T字形通孔6-10的下表面对齐，同时使得横杆4嵌入T字形通孔6-10的上半部分；将塑料螺丝分别穿过第一对称通孔6-3和第三对称通孔6-5、第二对称通孔6-4和第四对称通孔6-6，使用螺母固定；同时使用塑料螺丝穿过第一通孔6-7和第一通孔6-8并旋紧，固定滑块6与横杆4的相对位置；

将固定后的横杆4、滑块6和磁场测量探头7整体插入薄球壳1中的大脑灰质等效溶液，使第一螺纹杆5-1和第二螺杆5-2分别穿过第一圆通孔4-1和第二圆通孔4-2；调节滑块6在横杆4上的相对位置，然后调节横杆4与螺纹杆5的相对高度，使得探头主体7-1达到测量位置，最后使用塑料螺丝分别穿过第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4将横杆4固定在第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2上；将温度测量模块8粘贴在经颅磁刺激治疗仪的刺激线圈表面；

其中，探头主体7-1测量位置的选择方法是：将薄球壳1和厚球壳2对应的数值模型导入模拟仿真软件，将薄球壳1和厚球壳2的电导率、相对介电常数赋值为人体颅骨对应数值，将薄球壳1和厚球壳2之间的空间赋值为脑脊液的电导率及相对介电常数，将薄球壳1内部空间赋值为大脑灰质的电导率及相对介电常数；然后将经颅磁刺激治疗仪常用的圆形刺激线圈和8字形刺激线圈抽象建立为带有各自线圈半径、匝数等几何结构特征的数值模型，将刺激线圈的数值模型中的电流强度和电流频率特性参数赋值为步骤5中刺激序列的对应数值；

基于有限元法计算获得使用不同刺激线圈时薄球壳1内部空间的磁场分布；针对不同刺激线圈需要根据磁场分布特性选择合适的测量位置，具体地，测量所有刺激线圈的最大磁感应强度、输出频率和刺激脉冲宽度时，应将探头主体7-1置于薄球壳1内侧最低位置；测量薄球壳1内部空间磁场分布时应根据第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3及第四圆孔阵列3-4的结构和不同刺激线圈磁场分布特性选择选择合适的空间位置坐标，即x坐标，y坐标与z坐标。空间位置x坐标，y坐标和z坐标中，x坐标由第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3和第四圆孔阵列3-4结构及位置决定，y坐标由滑块6与横杆4的相对位置决定，z坐标由探头主体7-1插入薄球壳1内部深度决定。

其中，探头主体7-1测量位置的定位方法是：每次对测量位置进行定位前，首先调节滑块6在横杆4上的相对位置，使用钢直尺测量滑块6两侧面各自与同侧的横杆4末端的距离，直至滑块6处于横杆4中心位置，其次调节横杆4与螺纹杆5的相对高度，使保护外壳7-2末端表面与薄球壳边缘1-6上表面所在平面重合；

定位时根据选择的测量位置将第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2旋进底座3对应的对称圆孔阵列中，确定x坐标；然后移动滑块6并用钢直尺测量其两侧面各自与同侧横杆4末端的距离直至达到目标y坐标；改变探头主体7-1的插入深度，利用钢直尺测量保护外壳7-2上定位线与T字形通孔6-10下表面之间的距离，直至达到目标z坐标。

其中，磁场和温度检测的具体步骤包括：对于任意参数、任意测量位置，至少应连续测量获得6次以上结果，取均值作为最终测量结果。

步骤5：设定经颅磁刺激治疗仪的刺激序列，开始磁场和温度检测，将经颅磁刺激治疗仪的刺激线圈插入第一矩形通孔3-8并使刺激线圈中心紧贴但不挤压厚壳薄球壳主体2-5，如无法紧贴，在第一矩形通孔3-8中插入亚克力板将刺激线圈抬高；使用重复脉冲刺激模式，在探头主体7-1达到测量位置后，进行最大磁感应强度、空间磁场分布、输出频率、刺激脉冲宽度和线圈表面温度的测量，并对测量结果进行数据分析与不确定度评定。其中，数据分析与不确定度评定包括以下步骤：

步骤5-1：将钢直尺溯源至国家长度基准，将磁场测量探头7溯源至国家电磁学标准，将温度测量模块8溯源至国家温度基准，获得上述设备自身的准确度等级、分辨力或不确定度；

步骤5-2：对于获得的磁场强度测量结果或温度测量结果，依据迪克逊准则剔除离群值，同时根据测量次数计算被评价参数的标准偏差；

步骤5-3：对磁场强度测量结果或温度测量结果进行不确定度评定，根据步骤5-1获得的准确度等级、分辨力或不确定度，分析钢直尺、磁场测量探头7、温度测量模块8等引入的A类标准不确定度与B类标准不确定度，然后分析上述几类不确定度的相关性并合成扩展不确定度，从而评价测量结果的可性程度。

请参阅图1-图7所示，本发明较佳实施例的一种经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测的方法，其主要包括以下步骤：

第一步，设计加工仿生头部模体，其实与真实人体头部结构大小近似、组织电磁特性在经颅磁刺激覆盖频段下等效。

如图2A-图2C所示的是仿生头部模体的设计。仿生头部模体与真实人体头部结构大小近似、组织电磁特性在经颅磁刺激覆盖频段下等效，模体结构轻巧，组装、运输方便。

参阅图2B所示，薄球壳1用作灰质层与脑脊液层的隔层，应保持高硬度和高稳定性，由壁厚3mm，内径为148mm的薄球壳主体1-5及宽26mm(含薄球壳主体1-5的壁厚)的薄球壳边缘1-6组成。其中，薄球壳边缘1-6的下边缘上0°、90°、180°和270°位置对称刻蚀宽10mm、深5mm、长5mm的第一薄球壳边缘导液孔1-1、第二薄球壳边缘导液孔1-2、第三薄球壳边缘导液孔1-3和第四薄球壳边缘导液孔1-4，薄球壳边缘1-6的边缘靠近薄球壳主体1-5的位置刻蚀宽10mm、深10mm的环形凹槽1-7。

参阅图2C所示，厚球壳2用于模拟头皮-颅骨层，由壁厚12mm、内径为160mm的厚球壳主体2-5及宽20mm(含厚球壳主体2-5的壁厚)的厚球壳边缘2-6组成。沿着厚球壳主体2-5的内边缘上方设有宽7mm、高5mm的第一环形凸起2-7。在第一环形凸起2-7的0°、90°、180°和270°位置对称刻蚀直径10mm的第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4。厚球壳边缘2-6的侧面、第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4的中心位置刻蚀四条定位线。薄球壳主体1-5的外径略小于厚球壳主体2-5的内径，薄球壳边缘1-6的外径与厚球壳边缘2-6的外径尺寸相同，环形凸起2-7的宽度小于厚球壳边缘2-6的宽度，且第一环形凸起2-7能嵌入环形凹槽1-7中，第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4与第一薄球壳边缘导液孔1-1、第二薄球壳边缘导液孔1-2、第三薄球壳边缘导液孔1-3和第四薄球壳边缘导液孔1-4的尺寸相同。脑脊液等效溶液溢出后可经第一厚球壳导液孔2-1、第二厚球壳导液孔2-2、第三厚球壳导液孔2-3和第四厚球壳导液孔2-4分别导流至第一薄球壳导液孔1-1、第二薄球壳导液孔1-2、第三薄球壳导液孔1-3和第四薄球壳导液孔1-4。

如图3A-图3F是专用支架的设计，由尼龙材料加工而成。专用支架包含底座3、横杆4、螺纹杆5和滑块6，配合高精度钢直尺可用于仿生头部模体、磁场测量探头和经颅磁刺激治疗仪线圈的精确定位。

参阅图3B所示，底座3是使用直径300mm、高170mm的圆柱体亚克力尼龙基材经切削制成的一体结构，对磁场信号的测量无影响。从底座3的上表面中心刻蚀直径184mm圆柱通孔3-7。圆柱通孔3-7的深度大于厚球壳主体2-5的半径，可容纳厚球壳主体2-5。在底座3的上表面上刻蚀深10mm、宽20mm环形留液槽3-5，用于盛接溢出的脑脊液。环形留液槽3-5与底座3上表面边缘形成宽20mm的第二环形凸起3-6。第二环形凸起3-6的侧面上0°、90°、180°和270°位置对称刻蚀一条定位线。在底座3上表面靠近外侧的位置，以0°、90°、180°和270°位置对称刻蚀第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3和第四圆孔阵列3-4，每组圆孔阵列内所有圆孔内部均设有螺纹且圆孔内径均为15mm、圆孔深度均不小于20mm。底座3下部的侧面上设有宽度200mm、高度50mm的第一矩形通孔3-8，第一矩形通孔3-8与圆柱通孔3-7形成连通结构。第一矩形通孔3-8的下边缘距离底座3的底面20mm。

参阅图3C所示，横杆4的两侧对称刻蚀有第一圆通孔4-1和第二圆通孔4-2，横杆4的侧面垂直刻蚀第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4，第一圆通孔4-1与第一侧边圆通孔4-3保持连通，第二圆通孔4-2与第二侧边圆通孔4-4保持连通。第一侧边圆通孔4-3和第二侧边圆通孔4-4内部设有螺纹。横杆4中间位置刻蚀长160mm、宽16mm的第二矩形通孔4-5，第二矩形通孔4-5用于通过磁场测量探头7。横杆4可通过第一侧边圆通孔4-3和第一侧边圆通孔4-4通过旋紧螺丝固定高度。

参阅图3D所示，螺纹杆5包含两支相同的第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2，高度均为200mm。每支螺纹杆底部均设有螺纹且能旋进第一圆孔阵列3-1、第二圆孔阵列3-2、第三圆孔阵列3-3和第四圆孔阵列3-4中任一圆孔；第一螺纹杆5-1和第二螺纹杆5-2的直径略小于底座上第一圆通孔4-1和第二4-2的内径。

参阅图3E和图3F所示，滑块6由方体尼龙材料加工而成，包括结构相同且相互对称的左滑块6-1和右滑块6-2，左滑块6-1和右滑块6-2用于固定测量探头在横杆4上的水平位置。左滑块6-1上半部分的矩形方块上钻设有第一对称通孔6-3和第二对称通孔6-4，左滑块6-1下半部分的方形块上钻设有第一通孔6-7；右滑块6-2上半部分的矩形块与第一对称通孔6-3和第二对称通孔6-4相对应的位置钻设有第三对称通孔6-5和第四对称通孔6-6，右滑块6-2的下半部分的方形快上钻设有第二通孔6-8且有内螺纹，第一对称通孔6-3和第二对称通孔6-4、第三对称通孔6-6和第四对称通孔6-7的内壁均设有螺纹。左滑块6-1和右滑块6-2组装合并在一起后形成滑块6，在滑块6的顶部钻设有顶部通孔6-9。滑块6下半部分为T字形通孔6-10，嵌套的横杆4可在滑块6上移动。

如图4A和图4B所示，磁场测量探头7包括探头主体7-1及保护外壳7-2，探头主体7-1外径长14mm，宽为12mm，高为50mm，外壳厚度为2mm。探头主体7-1内置三个高精度、响应速度接近的霍尔元件，包括两枚贴片式霍尔元件H

此外，配置脑脊液等效溶液和大脑灰质等效溶液，在一级纯水中添加氯化钠、氯化钾和葡萄糖，在2.8kHz下分别测量其电导率和相对介电常数。其中，脑脊液等效溶液的电导率为2.01S/m，相对介电常数为130；大脑灰质等效溶液的电导率为0.11S/m，相对介电常数为80500。

第二步，将仿生头部模体及专用支架组装完成后，装置主机9通过数据线11分别与磁场测量探头7、温度测量模块8和控制电脑10连接，开启各设备的电源。经颅磁刺激治疗仪的刺激线圈插入底座3上的第一矩形通孔3-8并使线圈中心紧贴且不挤压厚球壳主体2-5。如无法紧贴，可以在第一矩形通孔3-8中垫使用适当尺寸的亚克力板将刺激线圈抬高。

第三步，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列，运行经颅磁刺激治疗仪磁场和温度检测专用设备进行磁场信号与温度信号的采集与分析，并对测量结果进行不确定度评价。

为了能够更好的复现本发明的内容，针对前述的磁场和温度测量原理、过程及结果进行简单描述如下。

霍尔效应指的是，当霍尔元件中通入电流I时，与电流方向垂直的外加磁场会使得半导体中受电压驱动而定向运动的电子与空穴在不同方向上聚集并产生电场。当定向运动的粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子和空穴不再偏移，由此产生的内建电压称为霍尔电压U

其中，d为霍尔元件的厚度，I为导体内施加的电流强度，B为磁场强度，R

根据式(1)，磁感应强度B与霍尔电压U

热电效应指的是，当受热物体中的电子(空穴)随温度梯度由高温区迁移至低温区时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。这个效应的大小用热能(Q)体现，定义为：

其中，E为电荷堆积产生的电场，dT表示温度梯度。

根据式(2)，传感器两侧产生温度梯度与电势线性相关，可通过电势计算温度梯度。

本发明中测量最大磁感应强度指的是，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列的输出频率为10Hz，输出强度为100％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s，按照图6将磁场测量探头7垂直紧贴刺激线圈13表面，分别在测量位置13-1、13-2、13-3及13-4处测量磁感应强度，每个测量点重复测量6次。

本发明中测量空间点的磁感应强度指的是，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列输出频率为10Hz，输出强度为100％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s。按照图7选定测量点，依次将探头主体7-1放置于每个测量点，保证每个测量点距离探头主体下表面10mm，每个测量点重复测量6次。测量点为薄球壳主体1-5内部3层共19个空间测量点，其中O’～Ⅱ’是测量点所在层的编号。0’层仅含1个测量点，位于薄球壳主体1-5内部底面中心处，具体薄球壳主体1-5内部最低点10mm；O’层与Ⅰ'层之间距离、Ⅰ'层与Ⅱ'层之间的高度差均为15mm。Ⅰ'层与Ⅱ'层均含9个测量点，且每层测量点形成的平面均平行于薄球壳主体1-5的上表面。参阅图7中的坐标轴，Ⅰ'层与Ⅱ'层中每行中(y轴方向)测量点的距离差为20mm，每列中(x轴方向)测量点的距离差为15mm。

测量输出频率指的是，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列的输出频率为5Hz和10Hz，输出强度80％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s；设置刺激序列的输出频率为25Hz，输出强度50％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s。分别在上述3个输出频率条件下，在图7所示O’点测量各输出频率下的磁场信号并计算获得输出频率测量结果，每个输出频率下重复测量6次。

测量刺激脉冲宽度指的是，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列的输出频率为5Hz和10Hz，输出强度80％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s；设置刺激序列的输出频率为25Hz，输出强度50％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s。分别在上述3个输出频率条件下，在图7所示O’点测量各输出频率下的磁场信号并计算获得刺激脉冲宽度测量结果，每个输出频率下重复测量6次。

测量线圈表面温度指的是，设置经颅磁刺激治疗仪刺激序列的输出频率为10Hz，输出强度100％，刺激持续时间1s，刺激簇间隔时间2s。按照图6将温度测量模块8分次贴在在测量位置13-1、13-2、13-3及13-4处测量该位置处的线圈表面温度。每个测量位置连续测量6个刺激序列并记录数据。

经过上述步骤，经颅磁刺激治疗仪的最大磁感应强度、空间磁场分布、输出磁场频率、输出磁场刺激脉冲宽度和线圈表面温度的测量结果见表1～表6。

表1剔除离群值后的最大磁感应强度测量结果(单位：T)

表2最大磁感应强度仿真结果(单位：T)

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由表1和表2可知，刺激线圈表面能够达到的最大磁感应强度为2.227T，稍高于仿真所得的2.122T，仿真与实测的偏差约为4.71％，仿真与实测数据较好吻合，检测装置可完成空间中磁感应强度测量功能。

表3薄球壳主体内磁感应强度的仿真与实测值对比

根据表3，仿真结果与实测结果相近，检测装置可完成对溶液中磁感应强度的测量功能。

表4输出频率测量结果(单位：Hz)

根据表4，测得TMS治疗仪输出频率的测量结果与设置值的相对偏差在0.60％以内，设备的输出频率较稳定。

表5刺激脉冲宽度测量结果(单位：μs)

据表5，TMS治疗仪实际刺激脉冲宽度不稳定，且随输出频率的改变，刺激脉冲宽度没有固定的变化趋势。查阅该经颅磁刺激治疗仪的技术手册，其刺激脉冲宽度的设置值为404.56μs，则设备的刺激脉冲宽度测量值与设置值的最大相对偏差为3.32％。检测装置可完成对刺激脉冲宽度的测量功能。

表6线圈表面温度测量结果(单位：℃)

根据表6，温度测量模块能正常稳定工作，检测装置可实现实时测量线圈表面温度的功能。

另外，以测量线圈表面最大磁感应强度中的一组数据2.166T,2.206T,2.186T,2.218T,2.184T和2.194T为例，介绍测量结果不确定度评价方法。每个测量结果均是6次测量的平均值。

步骤1：剔除离群值

磁场测量探头工作时，受机械和电子噪声的影响，测量结果中会混入离群的异常值。根据狄克逊准则，将磁感应强度升序排列为B

解得r

根据经验，磁感应强度的离群值在双侧均会出现，查表得到狄克逊准则的临界值D(α,n)＝D(0.025,6)＝0.623。r

步骤2:磁感应强度的测量标准差

对于每个空间点对应的磁感应强度值，其最优估计为多次测量的平均值，表示为：

其中，n为多次独立测量的次数。

在本次测量中，n＝6，

步骤3：不确定度评定

在参考温度20℃下，测量过程中引入测量不确定性的因素包括磁场测量探头示值、用于长度计量的钢直尺的示值、温度传感器示值和人员操作。磁感应强度的测量模型为可表示为：

B＝B

式中：B

δB——探头分辨力；

B

B

根据测量模型，磁感应强度的影响量有：

(a)磁感应强度测量值，B

由重复测量引入的不确定度(A类不确定度)为标准不确定度：u(B

(b)探头分辨力，δB

磁场测量探头由三轴霍尔元件组成，采用电压和标准磁场的关系可以得到各霍尔元件响应特性，将磁场测量探头送至中国计量科学研究院电磁所进行标定。探头采集信号后，通过虚拟示波器显示霍尔元件两端的电压，因而探头分辨力受限于虚拟示波器的电压分辨力，示波器每个通道使用8bit的ADC，生成0～255字节，每单位字节对应25mT。假定其为矩形分布，由探头分辨力引入的标准不确定度(B类不确定度)为：

(c)定位精度引入磁感应强度偏差，B

本次测量用于长度量计量的300mm一级精度钢直尺的测量扩展不确定度U＝0.01mm+3×10

主观读数误差为0.5mm，大于钢直尺的示值误差，而人为操作引起的探头定位误差为1mm，远大于主观读数误差和钢直尺的示值误差。根据经验值，1mm位移引起的最大磁感应强度变化为257mT。根据经验，人员操作的不确定度可认为服从矩形分布，由定位精度引入的标准不确定度(A类不确定度)为：

(d)温度漂移引起的磁感应强度偏差，B

根据霍尔元件性能，确定在室温下(20±2)℃下温度变化带来的磁感应强度改变。探头中内置的霍尔元件最大温漂系数为-0.06‰℃

步骤4：相关性判别

探头测量的多次测量的不确定度和探头折算磁感应强度的不确定度与探头分辨力引入的不确定度存在一定相关性，取较大值u(B

步骤5：标准不确定度总结

表7磁场测量的不确定度分量汇总表

步骤6：合成标准不确定度

将各分量代入式(11)，可得合成标准不确定度为：

步骤7：扩展不确定度

选择自由度k＝2，则此最大磁感应强度测量结果的扩展不确定度U为：

与最大磁感应强度测量结果均值2.192T相比，其测量结果的扩展不确定度0.300T仅为最大磁感应强度测量结果的13％。在电磁学测量领域，该测量结果不确定度较小，测量结果可信。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。