用于经颅磁刺激的模块化脉冲合成器：支持灵活用户自定义脉冲整形与序列中快速变化脉冲

经颅磁刺激（TMS）中脉冲的时间形状会影响优先激活的神经元群体，以及神经调控效应的强度和甚至方向。此外，不同脉冲形状在效率、线圈发热、感官知觉和咔嗒声方面存在差异。然而，现有的 TMS 脉冲形状种类仍然非常有限，仅有少数正弦或近矩形形状的脉冲。单相脉冲虽被发现具有更强的选择性和神经调控强度，但其生成效率低下，因此仅可用于简单的低频重复方案。尽管人们强烈希望利用 TMS 脉冲形状和脉冲序列的时间效应，但波形控制相对不灵活，且只能在一定限度内参数化实现。先前提出的灵活脉冲形状控制方法（如通过电力电子逆变器）存在显著局限：现有半导体开关在自由脉冲整形带来的巨大电应力下可能失效，且大多数传统功率逆变器拓扑无法生成平滑电场或现有脉冲形状。借助在模块化电力电子方面的深入前期工作，我们提出了一种模块化脉冲合成器（MPS）技术，首次能够灵活生成具有用户定义电场形状的高功率 TMS 脉冲，以及具有高输出质量的快速脉冲序列。该电路拓扑将高功率与高开关速度同时实现的问题分解为更小、可管理的部分。MPS TMS 可以合成几乎任意脉冲形状，包括传统形状，且感应电场具有精细量化。