Title

Análisis computacional de circuitos eléctricos y geometrías de bobinas para sistemas de estimulación magnética transcraneal

Author

Angel David Ramírez Galindo

Contributor

JUAN CARLOS OLIVARES GALVAN (Thesis Adviser)

Cesar S Lopez_Monsalvo (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

87 páginas. Maestría en Ciencias en Ingeniería Electromagnética.

Investigación realizada con el apoyo del Programa Nacional de Posgrados de Calidad del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT).

Los sistemas de estimulación magnética transcraneal han tenido un apogeo en las últimas dos décadas, tanto en desarrollo y comercialización de equipos, como en áreas de aplicación en la medicina y la investigación, lo que los ha vuelto herramientas de diagnóstico y tratamiento de padecimientos importantes del sistema nervioso. La mayoría de los análisis del funcionamiento general siguen limitándose al estudio por separado de los elementos del sistema. En el presente trabajo se realiza el análisis mediante simulaciones del circuito eléctrico de excitación utilizando la herramienta Matlab®/Simulink®y Micro-Cap, así mismo, se analizan tres geometrías de bobinas de sistemas de estimulación magnética transcraneal mediante el uso del método de elementos finitos en el software COMSOL Multiphysics®. El análisis computacional radica en estudiar la arquitectura básica del circuito eléctrico de excitación, que está conformado por un circuito RLC con elementos de conmutación y electrónica de potencia, encargado de generar pulsos de corriente de alta magnitud (entre 1 y 3 kA) y corta duración (entre 0.5 y 1250 ms). Se analiza la magnitud de la corriente y la forma de la señal en los elementos de la etapa RLC, realizando un cálculo de la potencia disipada. Esta primera etapa se complementa con el análisis mediante el método de elementos finitos de la densidad de flujo magnético y temperatura máxima de operación de tres geometrías de bobinas comúnmente utilizadas para las terapias. Del análisis computacional se origina una propuesta de un sistema que disminuye la temperatura máxima de operación de la geometría de bobina en hasta un 20 %, manteniendo la magnitud máxima de la densidad de flujo magnético, que consiste en el diseño de una geometría de bobina de solenoide simple con embobinados concéntricos, que, desde el punto de vista eléctrico, son inductores en paralelo.

Transcranial magnetic stimulation systems have had a heyday in the last two decades, both in the development and commercialization of equipment, as well as in areas of application in medicine and research, which has made them tools for the diagnosis and treatment of important diseases of the nervous system. Most of the analyzes of the general operation are still limited to the separate study of the elements of the system. In this present work, the analysis is carried out through simulations of the electrical excitation circuit using the Matlab®/Simulink®and Micro-Cap tools, likewise, three coil geometries of transcranial magnetic stimulation systems are analyzed by using the finite element method in COMSOL Multiphysics®software. The computational analysis lies in studying the basic architecture of the electrical excitation circuit, which is made up of an RLC circuit with switching elements and power electronics, in charge of generating high-magnitude current pulses (between 1 and 3 kA) and short duration. (between 0.5 and 1250 ms). The magnitude of the current and the shape of the signal in the elements of the RLC stage are analyzed, performing a calculation of the power dissipated. This first stage is complemented with the analysis by means of the finite element method of the magnetic flux density and maximum operating temperature of three coil geometries commonly used for therapies. The computational analysis gives rise to a proposal for a system that reduces the maximum operating temperature of coil geometry by up to 20 %, maintaining the maximum magnitude of the magnetic flux density, which consists of the design of a single solenoid coil geometry with windings. concentric, which from the electrical point of view, are inductors in parallel.

Publisher

Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información.

Publish date

October 28, 2021

Publication type

Master thesis

Information Resource

Format

application/pdf

Language

Spanish

Source repository

Repositorio Institucional Zaloamati

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