經(jīng)顱超聲刺激裝置以及刺激方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于神經(jīng)刺激技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種經(jīng)顱超聲刺激裝置以及一種經(jīng)顱超聲刺激用于神經(jīng)調(diào)制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的經(jīng)顱神經(jīng)刺激通常有三種方法:體表電極法，經(jīng)皮膚和骨組織用電極將脈沖電流輸入腦組織；微電極法，主要用于深部腦組織的神經(jīng)調(diào)制；磁刺激法，相對于前兩種方法，出現(xiàn)的時間較晚，該方法指的是在線圈中通高頻電流，產(chǎn)生交變電磁場，形成電磁波進(jìn)入神經(jīng)組織以起到神經(jīng)調(diào)制作用。三種傳統(tǒng)的方法都存在一定的缺陷。體表電極法只能刺激淺表的神經(jīng)組織，微電極方法需要將電極插入到大腦中，是一種有損方法，而磁刺激法的焦點范圍是厘米級，難以精確的定位。
[0003]利用經(jīng)顱超聲波對腦部神經(jīng)進(jìn)行調(diào)制，是超聲在無創(chuàng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，將體外發(fā)射的超聲波聚焦，使焦點作用于神經(jīng)組織，可實現(xiàn)對腦部神經(jīng)的高效調(diào)制。但現(xiàn)有技術(shù)中的經(jīng)顱超聲刺激發(fā)生裝置多是由多臺器材拼接而成，不僅體積大，使用不便，而且不具備刺激定位和超聲強(qiáng)度自檢功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為解決上述問題而進(jìn)行的，通過提供一種集成式的可檢測超聲回波的經(jīng)顱超聲刺激裝置，不僅使用方便，而且具備刺激定位和超聲強(qiáng)度自檢功能。
[0005]本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，用于產(chǎn)生對顱內(nèi)神經(jīng)進(jìn)行刺激的超聲脈沖，具有這樣的特征，包括:上位機(jī)單元，用于傳輸操控命令參數(shù)；超聲脈沖發(fā)射單元，和上位機(jī)單元連接，包括順序連接的可編程脈沖發(fā)生組件以及超聲脈沖發(fā)射電路，可編程脈沖發(fā)生組件用于接收上位機(jī)單元的操控命令參數(shù)，并驅(qū)動超聲脈沖發(fā)射電路發(fā)出高壓電脈沖；超聲換能單元，和超聲脈沖發(fā)射單元連接，用于將高壓電脈沖信號轉(zhuǎn)換為超聲脈沖，以及電源電路，用于對超聲脈沖發(fā)射單元供電，其中，超聲脈沖發(fā)射電路的脈沖電壓可調(diào)。
[0007]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征，還包括:回波接收放大電路，用于放大超聲回波信號。
[0008]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征:超聲脈沖發(fā)射單元還包括隔離電路，用于阻斷超聲脈沖發(fā)射單元的小幅度的噪聲電壓進(jìn)入超聲回波接收放大電路。
[0009]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征，還包括:示波器，用于顯示回波接收放大電路輸出的超聲回波信號。
[0010]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征:超聲換能單元為聚焦超聲換能器。
[0011]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征:上位機(jī)單元為臺式計算機(jī)、筆記本計算機(jī)或平板計算機(jī)等各種可以運(yùn)行圖形操作系統(tǒng)的計算機(jī)，其界面配置的操控命令參數(shù)包括超聲中心頻率、脈沖時長、脈沖重復(fù)頻率以及脈沖持續(xù)時間。
[0012]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征:超聲脈沖發(fā)射電壓是可調(diào)的。
[0013]本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置，還可以具有這樣的特征:回波接收放大電路增益是可調(diào)的。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種經(jīng)顱超聲刺激裝置進(jìn)行神經(jīng)組織定位以及神經(jīng)調(diào)制的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015]步驟一，在上位機(jī)單元的控制界面上選擇“定位模式”；
[0016]步驟二，在腦定位儀上確定需要進(jìn)行刺激的神經(jīng)組織的位置，并在該處放置針尖反射物，將超聲換能單元對準(zhǔn)針尖反射物；
[0017]步驟三，脈沖發(fā)射電路重復(fù)發(fā)出的高壓單脈沖電信號，經(jīng)隔離電路后驅(qū)動超聲換能單元發(fā)出超聲脈沖；
[0018]步驟四，調(diào)整超聲換能單元的位置和角度，當(dāng)回波信號最強(qiáng)時，說明針尖反射物的位置就是超聲換能單元的焦點位置；
[0019]步驟五，保持超聲換能單元位置不變，將針尖反射物從腦定位儀上移除，將需刺激體按腦圖譜要求固定在腦定位儀上；
[0020]步驟六，在上位機(jī)模塊的控制界面上選擇“刺激模式”；
[0021]步驟七，選擇適當(dāng)?shù)拿}沖參數(shù)、脈沖電壓以及超聲換能單元，產(chǎn)生超聲刺激脈沖刺激神經(jīng)組織，對神經(jīng)組織進(jìn)行調(diào)制。
[0022]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種經(jīng)顱超聲刺激裝置進(jìn)行神經(jīng)組織損毀的方法，在動物實驗中用于驗證超聲刺激的作用部位的位置信息，其特征在于，包括以下步驟:
[0023]步驟一，在上位機(jī)單元的控制界面上選擇“定位模式”；
[0024]步驟二，在腦定位儀上確定需要進(jìn)行刺激的神經(jīng)組織的位置，并在該處放置針尖反射物，將超聲換能單元對準(zhǔn)針尖反射物；
[0025]步驟三，脈沖發(fā)射電路重復(fù)發(fā)出的高壓單脈沖電信號，經(jīng)隔離電路后驅(qū)動超聲換能單元發(fā)出超聲脈沖；
[0026]步驟四，調(diào)整超聲換能單元的位置和角度，當(dāng)回波信號最強(qiáng)時，說明針尖反射物的位置就是超聲換能單元的焦點位置；
[0027]步驟五，保持超聲換能單元位置不變，將針尖反射物從腦定位儀上移除，將需刺激體按腦圖譜要求固定在腦定位儀上；
[0028]步驟六，在上位機(jī)單元的控制界面上選擇“損毀模式”，在“損毀模式”下，提高脈沖電壓，同時脈沖發(fā)射電路發(fā)出連續(xù)脈沖，以損毀焦點處的神經(jīng)組織。
[0029]發(fā)明作用與效果
[0030]本發(fā)明提供了一種經(jīng)顱超聲刺激裝置以及一種經(jīng)顱超聲刺激進(jìn)行神經(jīng)組織定位以及神經(jīng)調(diào)制的方法，經(jīng)顱超聲刺激裝置包括用于傳輸命令參數(shù)的上位機(jī)單元；和上位機(jī)單元連接的超聲脈沖發(fā)射單元，包括順序連接的可編程脈沖發(fā)生組件、超聲脈沖發(fā)射電路以及隔離電路；超聲換能單元，和超聲脈沖發(fā)射單元連接，用于將高壓電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲脈沖，以及電源電路，用于對超聲脈沖發(fā)射單元供電，由于本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置采用集成電路式，還包括回波放大電路，超聲換能單元的焦距為30mm，同時通過電源供電電壓的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)超聲脈沖發(fā)射電壓的調(diào)節(jié)，使得本發(fā)明提供的經(jīng)顱超聲刺激裝置體積小，空間定位分辨率高，而且可實現(xiàn)系統(tǒng)自檢，判斷設(shè)備狀況是否發(fā)生偏移，同時由于超聲強(qiáng)度可調(diào)，可選擇低超聲強(qiáng)度進(jìn)行組織定位以及神經(jīng)調(diào)制，選擇高超聲強(qiáng)度進(jìn)行組織損毀，以驗證在動物實驗中刺激作用部位的位置信息。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的經(jīng)顱超聲刺激裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是利用本發(fā)明的經(jīng)顱超聲刺激裝置進(jìn)行神經(jīng)調(diào)制的過程流程圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0034]圖1為本實施例中的經(jīng)顱超聲刺激裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]如圖1所示，經(jīng)顱神經(jīng)刺激裝置100包括上位機(jī)單元1、超聲脈沖發(fā)射單元2、超聲換能單元3、限壓電路4、回波接收放大電路5、示波器6、電源電路7以及同步檢測器8。其中，超聲脈沖發(fā)射單元2、限壓電路4、回波接收放大電路5以及電源電路7位于機(jī)箱內(nèi)，其他部件位于機(jī)箱外。超聲脈沖發(fā)射單元2包括順序連接的可編程脈沖發(fā)生組件21、超聲脈沖發(fā)射電路22以及隔離電路23。
[0036]上位機(jī)單元I通過串口下傳控制信號和超聲脈沖的參數(shù)至可編程脈沖發(fā)生組件21，可編程脈沖發(fā)生組件21接收到參數(shù)后，將控制信號和超聲脈沖的參數(shù)轉(zhuǎn)化為特定參數(shù)下的開關(guān)脈沖EP+和EP-，開關(guān)脈沖驅(qū)動超聲脈沖發(fā)射電路22發(fā)出高壓電脈沖，高壓電脈沖經(jīng)隔離電路23后輸入到超聲換能單元3。而后，高壓電脈沖被超聲換能單元3轉(zhuǎn)換為用于進(jìn)行神經(jīng)調(diào)制的超聲脈沖。
[0037]限壓電路4和超聲回波接收放大電路5連接，用于避免超聲回波信號回到超聲脈沖發(fā)射單元，回波接收放大電路5增益可調(diào)，用于放大顱內(nèi)神經(jīng)反射的超聲回波信號，在刺激定位時經(jīng)放大的超聲回波信號通過回波輸出在示波器6中以一定形式顯示出來，便于操作者直觀觀察回波。
[0038]電源電路7用于對超聲脈沖發(fā)射單元2進(jìn)行供電，同時電源電路的電壓可調(diào)，用于調(diào)節(jié)超聲脈沖發(fā)射電路22的脈沖電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)超聲強(qiáng)度，低的聲強(qiáng)用于神經(jīng)組織定位和神經(jīng)刺激，高的聲強(qiáng)用于組織損毀。
[0039]同步檢測器8和可編程脈沖發(fā)生組件21連接，用于實時監(jiān)測可編程脈沖發(fā)生組件21的工作情況。
[0040]本實施例中，上位機(jī)單元為臺式計算機(jī)、筆記本計算機(jī)或平板計算機(jī)等各種可以運(yùn)行圖形操作系統(tǒng)的計算機(jī)，其界面配置的參數(shù)信息及其范圍為:超聲中心頻率(Ft)為100KHZ-2MHZ，脈沖時長(PD)為0.lms-lOms，脈沖重復(fù)頻率(PRF)為10HZ-2KHZ，脈沖持續(xù)時間(SD)為 0.5min-60min。
[0041]本實施例中，可編程脈沖發(fā)射組件用FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA接收數(shù)據(jù)后發(fā)射