ITRUSST Consensus on Standardised Reporting for Transcranial Ultrasound Stimulation
ITRUSST专家小组提出低强度经颅超声刺激研究的标准化报告指南及清单，涵盖换能器、声学参数和脑内暴露估计等，以促进跨研究的比较与可重复性。
2024-02-15 physics.bio-ph physics.med-ph
Application of the reciprocity theorem to EEG inversion and optimization of EEG-driven transcranial current stimulation (tCS, including tDCS, tACS, tRNS)
多通道经颅电流刺激（tCS）系统提供了EEG引导的优化、无创脑刺激的可能性。在这份简短的技术说明中，我解释了如何使用tCS电场真实大脑模型来创建前向“引线场”矩阵，并由此创建用于皮质映射的EEG逆变器。从EEG开始，我展示了如何生成2D皮层表面偶极子场，可以产生所观察到的EEG电极电压。主要工具是由亥姆霍兹推导的互易定理。用于生成前向映射矩阵（有时已知的导联场矩阵）的互易性应用是众所周知的[Rush和Drivel，1969]，但在这里，我们将结合[Miranda等人，2013]的真实头部模型使用它，以提供与真实头部模型tCS优化兼容的皮质映射解决方案。我还将互易定理[Helmholtz 1853]推广到多个电极接触点和偶极源的情况，并讨论其在基于EEG的无创脑刺激中的应用。据我所知，这是一个新的结果。应用进行了讨论。
2015-06-17 physics.bio-ph physics.med-ph
Group-Level and Personalized Optimization for the Insula and Hippocampus Focal Electric Field in Transcranial Temporal Interferential Stimulation: A Computational Study
本研究通过计算模拟比较组级与个性化电极优化，发现对于岛叶皮层区域组级优化足够，而海马深部靶区需个性化调整，以实现经颅时间干涉刺激的焦点电场靶向。
2025-10-27 physics.med-ph
A Practical Guide to Transcranial Ultrasonic Stimulation from the IFCN-endorsed ITRUSST Consortium
本文提出经IFCN认可的ITRUSST TUS实用指南，覆盖超声物理、设备、实验设计、安全规划及多技术联用，以促进规范、可重复的高质量研究。
2025-01-08 physics.bio-ph physics.med-ph
Biophysical effects and neuromodulatory dose of transcranial ultrasonic stimulation
针对经颅超声刺激参数选择难题，本文分析超声热与机械生物物理效应及其与安全性、有效性的关系，并借鉴放疗概念提出TUS剂量框架。
2024-07-03 physics.bio-ph physics.med-ph
The relationship between parameters and effects in transcranial ultrasonic stimulation
该综述系统梳理可调TUS参数与体外、体内神经调控效应的关系，指出低频、较高强度压力及较长脉冲更有效，并强调跨模型转化与数据解释的挑战。
2024-07-03 physics.bio-ph physics.med-ph
Coil-Integrated Alignment Sensor for Real-Time Feedback of Coil-Scalp Contact Point and Angle During Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)
针对TMS中线圈与头皮对准问题，提出一种基于消费电子组件的低成本传感器，实时监测接触点位置和压力，提供反馈，且对TMS脉冲具有鲁棒性。
2026-06-07 cs.SY eess.SY physics.med-ph
ITRUSST Consensus on Biophysical Safety for Transcranial Ultrasound Stimulation
该共识由ITRUSST提出，为经颅超声刺激定义了非显著生物物理风险水平，涵盖机械指数和热效应阈值，旨在指导安全应用并补充而非替代监管标准。
2025-10-09 physics.bio-ph physics.med-ph
Transcranial stimulability of phosphenes by long lightning electromagnetic pulses
分析了雷击点（100 m量级）附近罕见长（秒量级）重复闪电放电的电磁脉冲，并与标准临床经颅磁刺激（TMS）实践中应用的磁场进行了比较。它示出，随时间变化的闪电磁场和本地感应电位的数量级和频率相同的TMS实验中建立的那些研究刺激感知现象，如磁磷。闪电电磁脉冲引起的视皮层光幻视的经颅磁刺激的结论是一个合理的解释在雷暴期间的发光知觉的一大类报告。附录（勘误表和附录，J. Peer、V. Cooray、G. Cooray和A. Kendl）：通过视图E = - dA/dt比较闪电放电和TMS脑刺激器经颅诱导的电场是不适当的。校正结果与评价的光幻视刺激性。对于平均闪电参数，正确的感应电场看起来小一个数量级以上。对于强于平均闪电电流的典型范围，高于皮层光幻视刺激阈值的电场仅可在短距离（米的量级）下诱导，或者仅在中等距离（50米的量级）下仅可在短于已建立的轴突激发周期的脉冲下诱导。视网膜光幻视感知的刺激具有低得多的阈值，并且最可能出现于闪电电磁场。
2010-10-18 physics.ao-ph physics.med-ph
Modular Pulse Synthesizer for Transcranial Magnetic Stimulation with Flexible User-Defined Pulse Shaping and Rapidly Changing Pulses in Sequences
经颅磁刺激（TMS）中脉冲的时间形状影响哪些神经元群体被优先激活以及神经调节效应的强度甚至方向。此外，各种脉冲形状在其效率、线圈加热、感官知觉和点击声音方面不同。然而，可用的TMS脉冲形状库仍然非常限于具有正弦或近矩形形状的少数脉冲。单相脉冲，虽然被发现是更有选择性和更强的神经调制，产生效率低，因此只能在简单的低频重复协议。尽管对利用TMS脉冲形状和脉冲序列的时间效应有强烈的兴趣，但波形控制相对不灵活，并且仅在某些限制内参数化地可能。先前提出的用于灵活的脉冲形状控制的方法（例如通过电力电子逆变器）具有显著的限制：现有的半导体开关可能在与自由脉冲成形相关联的巨大电应力下失效，并且大多数常规的电力逆变器拓扑不能产生平滑的电场或现有的脉冲形状。利用模块化电力电子技术的大量前期工作，我们提出了一种模块化脉冲合成器（MPS）技术，该技术可以首次灵活地生成具有用户定义的电场形状的高功率TMS脉冲以及具有高输出质量的快速脉冲序列。该电路拓扑结构将同时高功率和开关速度的问题分解为更小的、可管理的部分。MPS TMS几乎可以合成任何脉冲形状，包括传统的脉冲形状，并对感应电场进行精细量化。
2022-02-14 physics.ins-det physics.med-ph
Asymmetric Modular Pulse Synthesizer: A High-Power High-Granularity Electronics Solution for Transcranial Magnetic Stimulation with Practically Any Pulse Shape for Neural Activation Selectivity
本文提出非对称模块化脉冲合成器，通过为各模块策略性分配不同电压实现近指数级分辨率提升，以更少模块实现经颅磁刺激中任意脉冲形状的高质量合成。
2025-03-08 cs.SY eess.SY physics.med-ph
Comparing the Electric Fields of Transcranial Electric and Magnetic Perturbation
通过准静态电磁手段的无创脑刺激（NIBS）目前包括两种方法：磁感应方法（经颅磁扰动或TMP）和电接触方法（经颅电扰动或TEP）。这两种方法都是通过它们产生的电场与神经系统耦合。这两种方法都必须伴随着头皮电场，其幅度大于大脑内的任何地方。足够大小的头皮电场可能产生有害影响，包括外周神经刺激和加热，这因此限制了大脑电场的空间和时间特性。目前，电磁NIBS文献已经对TEP和TMP方法之间的差异产生了准确但非普遍的理解。这项工作的目的是促进两种方法之间的差异，这可能打开大门，新的TEP或TMP方法和翻译的进步，在可能的情况下，两种方法之间的一般性理解。本文采用三壳球形导体头部模型计算一般分析结果，显示脑电场的空间尺度与以下因素之间的关系：（1）两种方法的头皮-脑均方电场比和（2）深度处类似电场的TEP-TMP头皮均方电场比。给出的最一般的结果是在深度处对于类似的电场，头皮均方电场的TEP-TMP比的渐近极限。还针对典型的TEP电极和TMP线圈配置给出了这些比率的具体示例计算。虽然TMP与TEP相比具有有利的均方电场比，但这种优势是以能量成本为代价的，这在本工作中进行了简要阐述。
2020-06-09 physics.med-ph
Formalism for Anatomy-Independent Projection and Optimization of Transcranial Magnetic Stimulation Coils
本文提出一种无启发式、无迭代优化的形式化方法，通过矢量投影将TMS线圈映射至任意表面，等效匹配现有线圈或产生给定场，实验表明投影误差小于4%，脉冲能量降低40%以上。
2023-12-23 physics.app-ph physics.comp-ph physics.med-ph
Quasi-Static Approximation Error of Electric Field Analysis for Transcranial Current Stimulation
目的：由经颅交流电刺激（tACS）诱导的电场的数值建模目前是预测和理解神经反应的标准程序的一部分。为了减少计算量，一般采用准静态近似计算电场。在这里，我们的目的是分析和量化的近似在一个广泛的频率范围内的有效性。方法：我们使用解剖头部模型进行电磁建模研究，并考虑假设纯欧姆介质（即，静态公式）或有损耗介电介质（准静态公式）。在谐波和脉冲信号的情况下，与麦克斯韦方程组的解进行了比较。最后分析了电极位置对这些误差的影响。主要结果：我们的研究结果表明，准静态近似是有效的，并产生一个相对误差低于1%，高达1.43 MHz。最大的误差是在静态情况下引入的，其中误差在整个考虑的频谱上超过1%，并且在10 Hz时在大脑中高达20%。我们还强调了考虑组织的电容效应对脉冲波形的特殊重要性，这可以防止由纯欧姆近似引起的信号失真。在神经元水平上，结果指出在聚焦点处感觉电场的差异高达22%，影响锥体细胞的放电时间。意义：准静态近似在当前用于tACS的频率范围内仍然有效。然而，忽略介电常数（静态公式）对于谐波和非谐波信号都引入显著误差。指出了准确的tCS数值模拟需要可靠的低频介电数据。
2022-12-09 physics.app-ph physics.bio-ph physics.med-ph
Magnetic Materials for Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)
本研究测试了多种软磁材料在经颅磁刺激（TMS）线圈中的应用，发现合适的磁性材料能降低所需脉冲能量，其中饱和磁通密度是最关键参数，但引入磁芯会增加线圈重量。
2025-11-02 cond-mat.mtrl-sci cs.SY eess.SY
Decreasing the Surgical Errors by Neurostimulation of Primary Motor Cortex and the Associated Brain Activation via Neuroimaging
精细运动技能的获得是一个耗时的过程，因为它需要频繁的重复。经颅电刺激是一种通过神经调节机制促进简单运动技能发展的有前途的手段。在这里，我们报告说，非侵入性神经刺激促进学习复杂的精细双手运动技能与手术任务。在为期12天的腹腔镜手术（FLS）模式切割任务的基础上对17名医学生进行培训期间，我们观察到，与假手术组相比，经颅直流电刺激（tDCS）降低了错误水平和性能变异性。通过功能近红外光谱（fNIRS）同时监测受试者的皮层激活，我们的研究表明，皮层激活显着刺激tDCS。在训练后一个月，降低的表现错误和增加的大脑激活被保留。这项工作支持使用tDCS，以提高性能的准确性，在精细双手运动任务。
2020-10-09 physics.med-ph
Quasistatic approximation in neuromodulation
本文定义并解释了神经调控中电、磁刺激场建模的准静态近似（QSA），基于四个假设简化方程，并探讨其在多种刺激应用中的有效性与嵌入复杂模型的方法。
2024-04-23 physics.app-ph physics.med-ph
Open-Source Coil Matching Toolbox for Magnetic Stimulation and Other Electromagnetics (COMATOSE)
本文提出开源工具箱 COMATOSE，通过数学-物理优化方法提升磁刺激线圈设计效率与性能。
2026-01-06 physics.app-ph physics.comp-ph physics.med-ph
Influence of segmentation accuracy in structural MR head scans on electric field computation for TMS and tES
Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学）
在基于电刺激效应的多种诊断和治疗过程中，与刺激相关的内部物理量是感应电场。为了估计个体人体模型中的感应电场，需要将相应身体部位的解剖成像（例如磁共振图像（MRI）扫描）分割成组织。然后，将与不同注释组织相关联的电特性分配给数字模型以生成体积导体。一个悬而未决的问题是不同组织的分割精度将如何影响感应电场的分布。在这项研究中，我们应用不同组织的参数分割来利用可用MRI的分割，使用深度学习神经网络架构（称为ForkNet）生成不同质量的头部模型。然后，比较感应电场以评估模型分割变化的影响。计算结果表明，分割误差的影响是依赖于组织。在大脑中，对于经颅磁刺激（TMS）和经颅电刺激（tES），脑脊液（CSF）对分割准确度的敏感性相对较高，灰质（GM）对分割准确度的敏感性中等，白质对分割准确度的敏感性较低。CSF分割准确度在Dice系数（DC）方面降低10%，导致两种应用中归一化感应电场降低4%。然而，GM分割精度降低5.6%DC导致归一化感应电场增加高达6%。TMS和tES的CSF和GM之间的电场变化趋势相反。这里得到的发现将是有用的量化计算结果的潜在不确定性。
2021-01-29 cs.CV cs.LG eess.IV
