哈尔滨工业大学潘东华获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利一种神经元磁刺激数值仿真计算方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119808501B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510193843.6,技术领域涉及:G06F30/23;该发明授权一种神经元磁刺激数值仿真计算方法是由潘东华;崔浩;王矜婷;翟佳雨;林九歌;李立毅设计研发完成,并于2025-02-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种神经元磁刺激数值仿真计算方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种神经元磁刺激数值仿真计算方法,属于生物医学工程与神经科学交叉的技术领域,以解决三维动态带电生理特性表征缺失、基于经验试错的刺激参数调试效率低下,以及跨膜电流连续微分求解困境所导致的神经响应预测准确性不足的问题。本发明融合头部MRI数据与神经形态学信息构建个性化三维模型,经电磁场仿真获目标区电场分布;沿神经元走向分解电场强度,建离散节段,利用相邻节点关系与电场梯度提出跨膜电流差分算法,将微分求解转为并行差分运算;结合霍奇金‑赫胥黎方程模拟膜电位变化。本发明构建个性化模型,精准获电场分布,用差分算法简化运算,结合方程模拟电位,实现磁刺激全流程定量分析提疗效。
本发明授权一种神经元磁刺激数值仿真计算方法在权利要求书中公布了:1.一种神经元磁刺激数值仿真计算方法,其特征在于,所述神经元磁刺激数值仿真计算方法包括以下步骤: S1、获取被刺激目标的相关数据构建其人头部几何模型和目标神经元三维可视化模型,同时构建磁刺激线圈模型,对所述人头部几何模型和磁刺激线圈模型的组合模型进行电磁场仿真,以得到目标神经元附近区域的线圈通电产生的电磁场矢量; S2、基于目标神经元三维可视化模型,将神经元划分为多个节段,根据各节段的空间位置关系确定神经元走向,依据S1得到的电场矢量,计算各节段沿着神经元走向方向的电场矢量,计算方法如下: 设任意神经元节段所在的电场矢量为,,,的单位方向向量为,,,则神经元节段处的沿着神经元走向方向的电场的大小为 其方向为矢量的方向; S3、基于S2得到的沿着神经元走向方向的电场矢量,计算等效流入神经元的跨膜电流,设节段的中心点坐标为=,,则节段沿着神经元走向方向的电场强度为,与节段相邻的前一个节段为-1,节段-1的中心点坐标为=,,节段-1沿着神经元走向方向的电场强度为,相邻的后一个节段记为+1,节段+1的中心点坐标为=,,节段+1沿着神经元走向方向的电场强度为,S3包括以下步骤: S31、跨膜电压计算公式由原求导形式转化为差分形式,近似表示为: 其中,λ为空间常数,λ的大小与神经纤维的半径有关,由下式进行计算, 其中,为细胞膜每单位长度的阻抗,为细胞膜内沿轴向单位长度的电阻; S32、根据欧姆定律,计算等效的流入神经元膜内的跨膜电流,由下式进行计算, 鉴于计算机无法直接进行求导运算,通过构建神经元节段间的空间位置关系和电场强度关系,将求导运算转化为差分运算以计算跨膜电流,在S32后还包括, S33、设相邻节段n、n+1的中心点坐标分别为,、,,两点间距离为, 节段n、n+1处沿着神经元走向方向的电场强度分别为、,则节段n位置处跨膜电流的差分计算式为, =-5; S4、将所述跨膜电流代入霍奇金-赫胥黎方程,计算神经元膜内电位随时间的变化,以判断磁刺激是否有效。
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