新型无创、高精度脑刺激与调控技术是近年来研究的热点与前沿,该技术的发展给脑神经类疾病患者提供了新的治疗手段,具有重要的科学研究意义和临床应用价值。本论文使用静磁场与超声共同作用于神经组织,进而激发出感应电流,以达到增强或抑制神经组织活性的目的,该方法是一种新型神经调控方式,称之为经颅声磁耦合刺激(TAMS)。TAMS将低强度聚焦超声刺激(TFUS)与经颅磁刺激(TMS)相结合,既具有较高的空间分辨率,又能降低所需超声剂量,提高安全性。本论文受到河北省自然科学基金和河北省高层次人才项目的资助,采取理论分析与实验研究相结合的方法开展研究工作,通过声磁耦合刺激原理分析、声磁刺激平台的搭建和动物实验验证的途径逐步实现,本论文涉及电气工程、生物医学工程等多个领域,主要完成了以下几方面的工作:1、介绍了本课题的研究背景,总结了现有常用神经调控技术的原理及各自的优点和不足,详述了经颅声磁耦合刺激的技术优势、研究现状与亟需解决的问题。2、提出了基于神经元Chay模型的声磁耦合刺激机理分析方法,深入研究了感应电场的生成原理和刺激电流的产生机理,对TAMS刺激下的神经元放电进行了模拟与仿真,结果表明声磁耦合刺激产生的感应电流会影响神经元的放电节律。对刺激中超声波的衰减和热效应进行了计算,结果表明超声波在穿透颅骨时发生的衰减基本可以忽略不计,在刺激中超声的热效应也很小,不会造成组织的热损伤。3、按照模块化的设计方案,构建了经颅声磁耦合刺激平台,为开展经颅声磁耦合刺激实验提供了硬件条件。本文所构建的平台主要包括永磁体模块、超声发射模块以及局部场电位采集和分析模块。对永磁体的磁场分布进行了仿真优化设计,据此制作了永磁体,测量了静态磁场的磁通密度,选取了最佳静态磁场刺激区域;超声发射模块提供了宽泛的刺激参数,使用聚焦透镜和声直准器提高了超声束的聚焦性能,使其能更加精准的刺激SD(Sprague-Dawley)大鼠的目标区域;局部场电位采集和分析模块能够完成对经颅声磁刺激诱发的神经信号进行接收和处理,便于研究声磁耦合刺激对大脑神经活性的影响。4、利用构建好的声磁耦合刺激平台,开展了SD大鼠运动皮层刺激实验,验证了声磁耦合刺激方法的可行性和刺激平台的有效性。通过使用不同的刺激参数,观察SD大鼠的四肢和尾部运动情况,确定了TAMS运动皮层的有效刺激参数。研究了声磁耦合刺激中麻醉剂量和耦合剂对刺激成功率的影响及运动损伤安全问题。实验结果显示,声磁耦合刺激是一种安全有效的神经刺激手段。5、利用本文构建的声磁耦合刺激平台,深入研究了不同TAMS参数对SD大鼠海马区局部场电位信号的影响和TAMS脑调控的效果。利用局部场电位(Local Field Potential,LPFs)的功率谱对比分析了不同参数的刺激效果。对比了对照组、仅超声刺激(TFUS)组、0.04T声磁耦合刺激(TAMS)组和0.15T声磁耦合刺激(TAMS)组的局部场电位的功率谱和峰电位的发放率。结果表明,声磁耦合刺激LPFs的功率谱明显高于对照组和仅超声刺激组,且静态磁场强度较高的TAMS产生的LPFs功率谱也较大;声磁耦合刺激峰电位(spikes)的发放率明显高于对照组和仅超声刺激组,且静态磁场强度较高的TAMS峰电位发放率也较大。本文的研究结果既可为经颅声磁耦合刺激方法和系统的研发提供理论参考和依据,又可为声磁耦合刺激对神经精神类疾病治疗和康复提供理论帮助。