專利名稱：經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法
經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明關(guān)于一種腦皮層刺激技術(shù)，特別是涉及一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
治療超聲可分為低功率治療超聲(通常小于O. 5ff/cm2)和高功率治療超聲(大于 100W/cm2)。超聲可以通過連續(xù)波或脈沖的形式傳入人體多種組織(包括骨骼)。而強度低于O. 5ff/cm2的治療超聲則主要通過包括機械力作用等非熱效應(yīng)與組織發(fā)生相互作用而達到治療效果。超聲診斷所采用的低強度超聲對人體組織的安全性則會被定期且專業(yè)地審查。醫(yī)學(xué)超聲在臨床上的廣泛應(yīng)用也基本證實了低強度超聲對生物組織的安全性。
目前已有多種創(chuàng)傷性或非創(chuàng)傷性大腦皮層刺激技術(shù)運用于實驗室與臨床，但這些技術(shù)各有其局限性。藥理學(xué)和化學(xué)方法缺乏靶組織的專一性，空間分辨率低，且對組織新陳代謝存在干擾。電刺激方式，例如深部腦刺激，則通過直接植入電極到腦組織中，擁有較高的空間分辨率，但是植入過程中的開顱手術(shù)造成的創(chuàng)傷較大?；诠饣虻墓獯碳ぶ苯幼饔糜陔x子通道與轉(zhuǎn)運蛋白，擁有無與倫比的空間分辨率，但是需要對被試對象進行轉(zhuǎn)基因處理，目前僅用于實驗室研究，難以臨床應(yīng)用。目前常用的非創(chuàng)傷性腦皮層刺激技術(shù)有經(jīng)顱磁刺激和經(jīng)顱直接電流刺激。這兩種技術(shù)分別利用磁場與電流經(jīng)顱骨對腦皮層進行刺激， 無須進行開顱手術(shù)及其他預(yù)處理手段。但是，該類技術(shù)的空間分辨率較差(大于Icm)，限制了其應(yīng)用的范圍。發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明之目的在于一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法，其實現(xiàn)了低功率、高分辨率、無創(chuàng)的神經(jīng)修復(fù)治療目的。
為達上述及其它目的，本發(fā)明提供了一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置， 該裝置包括函數(shù)信號發(fā)生器、功率放大器及超聲換能器，其中，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的刺激信號后，通過該功率放大器放大至該超聲換能器所需的高壓脈沖信號，而后通過該超聲換能器得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激。
進一步地，該裝置還包括一濾波器，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號經(jīng)該濾波器濾波后再通過該功率放大器進行放大。
進一步地，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生基波頻率在O. 35MHz O. 7MHz之間的刺激信號。
進一步地，該函數(shù)信號發(fā)生器配置的參數(shù)如下基波頻率為O. 35MHz O. 7MHz，單個脈沖包含的基波周期數(shù)為70 250，脈沖重復(fù)頻率為IK 3KHZ，刺激脈沖包含的單個脈沖個數(shù)為100 300。
進一步地，于該超聲換能器上配以不同直徑準直器以實現(xiàn)精準定位。
進一步地，該超聲換能器為自聚焦的超聲換能器。
為達到上述及其他目的，本發(fā)明還提供一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，包括如下步驟
步驟一，配置函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的刺激信號；
步驟二，函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號通過功率放大器，放大至超聲換能器所需的高壓脈沖信號；以及
步驟三，該超聲換能器在該高壓脈沖信號的驅(qū)動下得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激。
進一步地，于步驟二之前，還包括該刺激信號經(jīng)一濾波器進行濾波的步驟。
進一步地，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生基波頻率在O. 35MHz O. 7MHz之間的刺激信號。
進一步地，于步驟三中，該超聲換能器配以不同直徑準直器或采用自聚焦的超聲換能器以實現(xiàn)精準定位。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法通過函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖式的電壓信號，通過功率放大器放大至超聲換能器所需的高壓脈沖信號，而后通過超聲換能器得到超聲刺激信號，對腦組織進行刺激，具有如下優(yōu)點1)具有毫米級的高空間分辨率；2)使用mW/cm2級的低刺激功率；3)選用易穿透顱骨的、基波頻率在O. 35MHz O. 7MHz之間的刺激信號；4)本發(fā)明可無創(chuàng)地對腦組織進行針對性的刺激，修復(fù)腦組織中的損傷部分。


圖1為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置的架構(gòu)圖2為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置之較佳實施例的結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法的步驟流程圖。
具體實施方式
以下通過特定的具體實例并結(jié)合

本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。
圖1為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置的架構(gòu)圖。如圖1所示， 本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，至少包括函數(shù)信號發(fā)生器10、功率放大器11以及超聲換能器12
其中，函數(shù)信號發(fā)生器10經(jīng)過配置產(chǎn)生刺激所需的信號，在本發(fā)明較佳實施例中，產(chǎn)生易穿透顱骨的、基波頻率在O. 35MHz O. 7MHz之間的刺激信號；功率放大器11將函數(shù)信號發(fā)生器10產(chǎn)生的信號放大至刺激所需的高壓脈沖信號，用以驅(qū)動超聲換能器12， 較佳的，函數(shù)信號發(fā)生器10產(chǎn)生的信號經(jīng)一濾波器濾波后再經(jīng)功率放大器11放大；超聲換能器12在高壓脈沖信號的驅(qū)動下得到超聲 刺激信號，以對腦組織進行刺激。
圖2為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置之較佳實施例的結(jié)構(gòu)圖。 在本發(fā)明較佳實施例中，函數(shù)信號發(fā)生器10由單片機控制，其選用脈沖式的刺激信號，具體參數(shù)如下基波頻率為O. 35MHz O. 7MHz，在本發(fā)明較佳實施例中，基波頻率為O. 5MHZ， 選擇該范圍內(nèi)的頻率是因為這個范圍屬于無創(chuàng)經(jīng)顱超聲中最優(yōu)的超聲頻率范圍，該頻率范圍內(nèi)的超聲信號能夠在極小衰減的情況下有效地透過顱骨傳遞至腦組織，刺激腦神經(jīng)， 激發(fā)運動皮層的興奮；單個脈沖包含的基波周期數(shù)為70 200，脈沖重復(fù)頻率為IK 2.5KHZ，刺激脈沖包含的單個脈沖個數(shù)為100 300，任意波函數(shù)發(fā)生器(如圖2的2_1所示)通過配置如上參數(shù)，能夠發(fā)出符合預(yù)想的信號即所需的刺激模式。
信號由函數(shù)發(fā)生器2-1發(fā)出后，經(jīng)由濾波器過濾雜波，通過功率放大器(如圖2的 2-2所示)，將峰值為5V的刺激信號線性放大至刺激所需的電壓值，以脈沖方式發(fā)出，低功率直接驅(qū)動超聲換能器。如圖2所示，在其表面涂以耦合劑與腦部特定區(qū)域接觸，從而對靶組織產(chǎn)生刺激，修復(fù)神經(jīng)及其支配的組織，并不對接觸體表產(chǎn)生任何損傷。
為實現(xiàn)高分辨率的超聲刺激，使超聲換能器產(chǎn)生可聚焦的刺激信號，可在超聲換能器上固定準直器，或直接自聚焦的超聲換能器，在本發(fā)明較佳實施例中，超聲換能器(如圖2中的2-3所示)配以不同直徑準直器(如圖2中的2-4所示)能夠精準定位(空間分辨率可達2mm)不同腦部區(qū)域，提高刺激的空間分辨率。高分辨率的刺激能夠通過超聲對腦組織的不同的區(qū)域進行針對性的刺激，從而實現(xiàn)對特定的大腦區(qū)域進行刺激康復(fù)治療。
圖3為本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法的步驟流程圖。如圖3所示，本發(fā)明一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，包括如下步驟
步驟301，配置函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的信號，在本發(fā)明較佳實施例中，選用脈沖式的刺激信號，即函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖式的電壓信號；
步驟302，函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號通過功率放大器，放大至超聲換能器所需的電壓，即高壓脈沖信號，較佳的，在刺激信號經(jīng)功率放大器放大之前，經(jīng)一濾波器濾波后再進行放大；
步驟303，超聲換能器在高壓脈沖信號的驅(qū)動下得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激。
在本發(fā)明較佳實施例中，，函數(shù)信號發(fā)生器由單片機控制，其具體參數(shù)如下基波頻率為O. 35MHz O. 7MHz，在本發(fā)明較佳實施例中，基波頻率為O. 5MHZ，選擇該范圍內(nèi)的頻率是因為這個范圍屬于無創(chuàng)經(jīng)顱超聲中最優(yōu)的超聲頻率范圍，該頻率范圍內(nèi)的超聲信號能夠在極小衰減的情況下有效地透過顱骨傳遞至腦組織，刺激腦神經(jīng)，激發(fā)運動皮層的興奮； 單個脈沖包含的基波周期數(shù)為70 250，脈沖重復(fù)頻率為IK 3KHZ，刺激脈沖包含的單個脈沖個數(shù)為100 300，任意波函數(shù)發(fā)生器通過配置如上參數(shù)，能夠發(fā)出符合預(yù)想的信號即所需的刺激模式。
刺激信號由函數(shù)發(fā)生器發(fā)出后，經(jīng)由濾波器過濾雜波，通過功率放大器，將峰值為 5V的刺激信號線性放大至刺激所需的電壓值，以脈沖方式發(fā)出，低功率直接驅(qū)動超聲換能器。
在本發(fā)明較佳實施例中，超聲換能器配以不同直徑準直器，能夠精準定位(空間分辨率可達2mm)不同腦部區(qū)域，提高刺激的空間分辨率。高分辨率的刺激能夠通過超聲對腦組織的不同的區(qū)域進行針對性的刺激，從而實現(xiàn)對特定的大腦區(qū)域進行刺激康復(fù)治療。
綜上所述，本發(fā)明 一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法通過函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖式的電壓信號，通過功率放大器放大至超聲換能器所需的高壓脈沖信號，而后通過超聲換能器得到超聲刺激信號，對腦組織進行刺激，具有如下優(yōu)點1)具有毫米級的高空間分辨率；2)使用mW/cm2級的低刺激功率；3)選用易穿透顱骨的、基波頻率在 0.35MHz 0.7MHz之間的刺激信號；4)本發(fā)明可無創(chuàng)地對腦組織進行針對性的刺激，修復(fù)腦組織中的損傷部分。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，其特征在于該裝置包括函數(shù)信號發(fā)生器、功率放大器及超聲換能器，其中，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的刺激信號后，通過該功率放大器放大至該超聲換能器所需的高壓脈沖信號，而后通過該超聲換能器得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激。
2.如權(quán)利要求1所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，其特征在于該裝置還包括ー濾波器，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號經(jīng)該濾波器濾波后再通過該功率放大器進行放大。
3.如權(quán)利要求2所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生基波頻率在0. 35MHz 0. 7MHz之間的刺激信號。
4.如權(quán)利要求2所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，其特征在干，該函數(shù)信號發(fā)生器配置的參數(shù)如下基波頻率為0. 35MHz 0. 7MHz，單個脈沖包含的基波周期數(shù)為70 250，脈沖重復(fù)頻率為IK 3KHZ，刺激脈沖包含的單個脈沖個數(shù)為100 300。
5.如權(quán)利要求2所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，其特征在于于該超聲換能器上配以不同直徑準直器以實現(xiàn)精準定位。
6.如權(quán)利要求2所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置，其特征在于該超聲換能器可為自聚焦的超聲換能器。
7.—種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，包括如下步驟 步驟一，配置函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的刺激信號； 步驟ニ，函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號通過功率放大器，放大至超聲換能器所需的高壓脈沖信號； 步驟三，該超聲換能器在該高壓脈沖信號的驅(qū)動下得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激。
8.如權(quán)利要求7所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，其特征在于于步驟ニ之前，還包括該刺激信號經(jīng)ー濾波器進行濾波的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，其特征在于該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生基波頻率在0. 35MHz 0. 7MHz之間的刺激信號。
10.如權(quán)利要求8所述的ー種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的方法，其特征在于于步驟三中，該超聲換能器配以不同直徑準直器或采用自聚焦的超聲換能器以實現(xiàn)精準定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法，該裝置包括函數(shù)信號發(fā)生器、功率放大器及超聲換能器，其中，該函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生刺激所需的刺激信號后，通過該功率放大器放大至該超聲換能器所需的高壓脈沖信號，而后通過該超聲換能器得到超聲刺激信號，以對腦組織進行刺激，通過本發(fā)明，可以實現(xiàn)低功率、高分辨率、無創(chuàng)的神經(jīng)修復(fù)治療目的。
文檔編號A61N7/00GK103028202SQ201210576849
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者郭騰飛, 曹越, 陳程, 張世翌, 王燁, 牛金海, 童善保 申請人:上海交通大學(xué)