結(jié)合磁場(chǎng)和超聲進(jìn)行無創(chuàng)聚焦性電刺激的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無創(chuàng)聚焦電刺激的方法。特別是涉及一種結(jié)合磁場(chǎng)和超聲產(chǎn)生無創(chuàng)聚焦電刺激的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]究大腦神經(jīng)功能是當(dāng)今科學(xué)研究最前沿的內(nèi)容。其中，利用無創(chuàng)經(jīng)顱磁刺激技術(shù)將線圈置于人體頭部進(jìn)行刺激，產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿透顱骨，在腦內(nèi)相應(yīng)區(qū)域引起感應(yīng)電場(chǎng)，在腦組織產(chǎn)生的電流密度達(dá)到或超過一定閾值時(shí)，可以激活或者抑制該區(qū)域神經(jīng)活性。進(jìn)而，結(jié)合核磁共振、128導(dǎo)腦電數(shù)據(jù)分析被刺激的神經(jīng)活動(dòng)在整體腦網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)活動(dòng)中引起的響應(yīng)，在腦科學(xué)研究中被大量使用。但磁刺激技術(shù)在腦科學(xué)研究中面臨的一個(gè)問題是聚焦性差，難以聚焦在一定區(qū)域(如平方毫米量級(jí))內(nèi)對(duì)靶組織實(shí)施刺激。本發(fā)明提供了一種結(jié)合磁場(chǎng)、超聲技術(shù)的無創(chuàng)聚焦電刺激方式。
[0003]根據(jù)霍爾效應(yīng)，在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的可導(dǎo)電物體會(huì)產(chǎn)生電荷分離的現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，即霍爾電壓，該現(xiàn)象的產(chǎn)生主要源于樣本內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的正負(fù)電荷在磁場(chǎng)作用下受到相反方向的洛倫茲力。該原理將磁場(chǎng)、電場(chǎng)和聲場(chǎng)結(jié)合在一起，并將該理論應(yīng)用到無創(chuàng)聚焦電刺激領(lǐng)域是本發(fā)明的核心部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種將磁場(chǎng)、電場(chǎng)和聲場(chǎng)結(jié)合在一起的結(jié)合磁場(chǎng)和超聲進(jìn)行無創(chuàng)聚焦性電刺激的方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種結(jié)合磁場(chǎng)和超聲產(chǎn)生無創(chuàng)聚焦電刺激的方法，是基于一種結(jié)合磁場(chǎng)和超聲產(chǎn)生矢量性無創(chuàng)聚焦電刺激的裝置所進(jìn)行的無創(chuàng)聚焦電刺激的方法，是將待刺激樣本置于電磁場(chǎng)中，將待刺激樣本固定，使用聚焦型超聲換能器發(fā)出超聲，垂直于電磁場(chǎng)方向射入待刺激樣本，待刺激樣本內(nèi)產(chǎn)生垂直于磁場(chǎng)和超聲的方向的電場(chǎng)，通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)和超聲傳播方向控制電刺激方向，實(shí)現(xiàn)電刺激。
[0006]包括如下步驟:
[0007]I)根據(jù)電磁場(chǎng)的方向擺放待刺激樣本，使待刺激樣本所需要的電刺激方向與電磁場(chǎng)方向垂直，并將待激勵(lì)樣本固定；
[0008]2)選擇聚焦型超聲換能器；
[0009]3)施加磁場(chǎng)；
[0010]4)激勵(lì)超聲；
[0011]5)調(diào)整電刺激方向，是通過調(diào)節(jié)聚焦型超聲換能器的超聲傳播方向來調(diào)整待刺激樣本中電刺激的方向；
[0012]6)調(diào)整電刺激強(qiáng)度，是通過調(diào)節(jié)聚焦型超聲換能器的激勵(lì)信號(hào)的強(qiáng)度和磁場(chǎng)發(fā)生與監(jiān)測(cè)模塊中電源的電流大小，來改變聲場(chǎng)強(qiáng)度和電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，進(jìn)一步調(diào)節(jié)電刺激的強(qiáng)度；
[0013]7)采用傳感器放置于被刺激區(qū)域，用示波器記錄傳感器兩端所產(chǎn)生的電壓，移動(dòng)傳感器，得到產(chǎn)生電刺激的區(qū)域面積和幅值分布，用于指導(dǎo)后續(xù)的電刺激應(yīng)用。
[0014]步驟2)所述的選擇聚焦型超聲換能器，是根據(jù)待刺激樣本需要進(jìn)行電刺激區(qū)域的大小和位置要求，確定所需聚焦型超聲換能器的焦斑和焦距，產(chǎn)生電刺激的頻率范圍在聚焦型超聲換能器的頻帶之內(nèi)，最后，再根據(jù)焦斑、焦距和頻帶等相關(guān)的參數(shù)選擇聚焦型超聲換能器。
[0015]步驟3)所述的施加磁場(chǎng)，是使用電磁鐵對(duì)待刺激樣本施加相應(yīng)強(qiáng)度的且可調(diào)的和均勾的電磁場(chǎng)。
[0016]步驟4)所述的激勵(lì)超聲，是在超聲聚焦換能器和樣本之間加上耦合劑，使用超聲激勵(lì)源激勵(lì)超聲聚焦換能器發(fā)出超聲信號(hào)，并將超聲打入待刺激樣本中。
[0017]所述的耦合劑是水或絕緣油或瓊脂。
[0018]步驟7)所述的傳感器是設(shè)定長(zhǎng)度和直徑的導(dǎo)電性的導(dǎo)線。
[0019]本發(fā)明的結(jié)合磁場(chǎng)和超聲進(jìn)行無創(chuàng)聚焦性電刺激的方法，用聚焦超聲換能器向置于電磁場(chǎng)中的待刺激樣本打入超聲，超聲傳播方向垂直于電磁場(chǎng)的方向，由于跟隨超聲振動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用，樣本中的正負(fù)電荷將沿垂直于電磁場(chǎng)和超聲傳播的方向反向移動(dòng)，在被刺激樣本中產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)的分布情況與超聲換能器的聲場(chǎng)分布情況具有一致性，實(shí)現(xiàn)樣本的聚焦電刺激。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明使用的結(jié)合磁場(chǎng)和超聲產(chǎn)生矢量性無創(chuàng)聚焦電刺激的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中
[0022]1:超聲激勵(lì)模塊2:磁場(chǎng)發(fā)生與監(jiān)測(cè)模塊
[0023]3:樣本4:固定裝置
[0024]11:超聲脈沖發(fā)射接收器12:聚焦型超聲換能器
[0025]13:聲耦合劑21:電源
[0026]22:電磁鐵23:特斯拉計(jì)
[0027]41:底座42:精密平移臺(tái)
[0028]43:旋轉(zhuǎn)臺(tái)44:載物盤
[0029]圖2a是換能器在軸向上的聲場(chǎng)歸一化分布圖；
[0030]圖2b是與圖2a相同換能器在磁場(chǎng)作用下在軸向上產(chǎn)生的電場(chǎng)分布圖；
[0031]圖3a是換能器在焦距處的橫向截面上的聲場(chǎng)分布圖；
[0032]圖3b是與圖3a相同換能器在磁場(chǎng)作用下在焦距處的橫向截面上產(chǎn)生電場(chǎng)的分布圖；
[0033]圖4a是對(duì)聲場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化后在的軸向中心線上的分布圖；
[0034]圖4b是對(duì)聲場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化后在焦距處的橫向截面的中心線上的分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)合磁場(chǎng)和超聲進(jìn)行無創(chuàng)聚焦性電刺激的方法做出詳細(xì)說明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明的一種結(jié)合磁場(chǎng)和超聲產(chǎn)生無創(chuàng)聚焦電刺激的方法所用的裝置，包括有:設(shè)置在樣本3的一側(cè)用于產(chǎn)生超聲激勵(lì)并施加于樣本3上的超聲激勵(lì)模塊1，設(shè)置在樣本3的上端用于產(chǎn)生磁場(chǎng)并施加于樣本3上同時(shí)監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)發(fā)生與監(jiān)測(cè)模塊2，用于實(shí)現(xiàn)超聲激勵(lì)模塊I的固定和精密平移以及樣本3的固定和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的固定裝置4。
[0037]所述磁場(chǎng)發(fā)生與監(jiān)測(cè)模塊2產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感線方向(如圖1中z軸方向)與所述超聲激勵(lì)模塊I產(chǎn)生的超聲激勵(lì)信號(hào)傳播方向(如圖1中X軸方向)垂直，所述磁場(chǎng)磁感線方向與產(chǎn)生的超聲激勵(lì)信號(hào)兩者的矢量積方向(如圖1中y軸方向)為電刺激方向，在該方向?qū)崿F(xiàn)神經(jīng)刺激，所以可根據(jù)待刺激樣本需要電刺激的方向確定樣本放置方向。
[0038]所述的待刺激的樣本3為有一定導(dǎo)電性的非絕緣性樣本，如生物組織等電介質(zhì)。尤其適合于對(duì)生物體內(nèi)部的神經(jīng)纖維進(jìn)行矢量刺激。
[0039]所述的超聲激勵(lì)模塊I包括有:超聲脈沖發(fā)射接收器11，用于產(chǎn)生超聲激勵(lì)信號(hào)和接收超聲回波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲換能器，并能調(diào)節(jié)輸出超聲激勵(lì)信號(hào)的波形幅度等參數(shù)，所述超聲脈沖發(fā)射接收器11可采用美國(guó)Panametrics 5072PR或者Panametrics 5800PR實(shí)現(xiàn)；聚焦型超聲換能器12，固定在所述固定裝置4上，與所述超聲脈沖發(fā)射接收器11相連，用于將激勵(lì)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲信號(hào)，減小超聲信號(hào)的衰減，并將超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)和超聲信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換，聚焦型超聲換能器12采用美國(guó)PanametricsV303SU或美國(guó)Panametrics V301實(shí)現(xiàn)；聲耦合劑13，設(shè)置于所述聚焦型超聲換能器12和樣本3之間，用于將聚焦型超聲換能器12產(chǎn)生的超聲信號(hào)耦合至樣本3上，減小超聲信號(hào)的衰減，所述聲耦合劑13可以采用深圳OURABO的M-250A超聲耦合劑或深圳MIBO的M-200PA耦合劑實(shí)現(xiàn)。
[0040]所述的磁場(chǎng)發(fā)生與監(jiān)測(cè)模塊2包括有:電源21，用于輸出電流，所述電源21可采用北京國(guó)電亞光HY-17電源或者長(zhǎng)春英普XD-30K電源；電磁鐵22，設(shè)置于樣本3上方，連接電源21用于根據(jù)不同供電電流，產(chǎn)生不同磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用于樣本3上，所述電磁鐵22可采用長(zhǎng)春英普SBV-300或SBV-380 ;特斯拉計(jì)23，設(shè)置在電磁鐵22的一側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所述特斯拉計(jì)23可采用美國(guó)Lakeshore 475，或青島中宇