经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是一种利用时变磁场刺激大脑的无创式脑调制技术,在神经精神疾病的治疗和脑科学的研究中表现出了巨大的发展潜力。其中深度、节律都起到重要作用,深部经颅刺激(Deep Transcranial Magnetic Stimulation,DTMS)是刺激深部脑区域的一种新方式。然而,TMS调制大脑功能的具体作用机制仍然没有被完全揭示,这给TMS的应用策略制定、安全剂量规范带来很大的困难。大脑中的感应电场分布是解决这个问题的关键,所以为了优化刺激效果,完善刺激方案,本文分别从磁刺激线圈和个体脑组织差异性两个角度对磁刺激在大脑中诱导的感应电场进行了研究。建立了TMS和DTMS的感应电场计算模型,并根据深度及其聚焦性折衷化的指标来评价刺激电场。首先,基于有限元分析方法和大脑球状模型对传统的TMS线圈进行了优化,得到了具有不同聚焦程度的线圈方式。为了改善深部刺激能力,本文提出了三种不同的线圈属性,分别是二维平面的环路偏移距离属性,三维空间的偏心角度属性以及线圈阵列的独立环路数量。其次,为了明确刺激线圈在人体大脑不同脑区上的刺激效应,本文根据人脑核磁共振影像建立了真实颅脑模型,并设计了DTMS线圈与真实颅脑模型的组合,刻画多种不同刺激方案下的感应电场分布。研究表明所有的TMS线圈都遵循一个渗透深度与聚焦性的权衡,但是两者制约的比例是非线性的。在不同的线圈属性中,空间多线圈阵列表现出了明显的深部刺激优势,能够在损失很少聚焦性能的情况下,提升较强的深度渗透能力;而带有三维空间偏心角度的线圈则在聚焦能力上表现出了显著的特性。在大脑模型方面,研究表明大脑球状模型相比真实颅脑模型,在测量实际刺激强度上具有强烈的局限性,但在揭示整体电场衰减趋势上却有着干扰少、利于量化等特征。由于大脑组织生理特性的差异,TMS在不同脑区的刺激效应相差较大。在需要全脑域刺激时,采用全脑DTMS刺激方案比多个TMS局部脑区刺激组合的效果更优。