本發(fā)明涉及一種電刺激電流實時監(jiān)測裝置。特別是涉及一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

電生理學(xué)對于神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能的研究方面處于重要地位。特別是電刺激方法，作為調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性的手段，其應(yīng)用十分廣泛，目前已廣泛用于臨床疾病的診治，如神經(jīng)肌肉傳遞障礙診斷，感受功能缺失和運(yùn)動麻痹等的治療、疼痛和癲癇的控制等。常用的電刺激技術(shù)主要采用貼片電極貼于皮膚表面或采用針電極插入組織，對組織施加電流。當(dāng)電流大于神經(jīng)興奮閾值，則產(chǎn)生神經(jīng)興奮，通過該方法調(diào)節(jié)神經(jīng)活動，進(jìn)而實現(xiàn)治療和診斷的目的。

但是對于電流在組織中的分布情況并不明確，對于組織中電流分布的高分辨率監(jiān)測與成像，尚無有效手段實現(xiàn)，對特定神經(jīng)的定位問題還處在研究階段。為了解監(jiān)測組織電流分布特性，實現(xiàn)特性神經(jīng)的定位刺激，同時評估監(jiān)測刺激效果，實時調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對組織中電流分布的高分辨率監(jiān)測與成像的基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置，包括用于對樣本提供靜磁場的n極磁鐵和s極磁鐵，所述靜磁場旁設(shè)置有用于將聲波轉(zhuǎn)化為電信號同時實現(xiàn)掃描的扇掃超聲探頭，還設(shè)置有依次串聯(lián)連接的：用于對檢測到的信號進(jìn)行放大的放大器、用于對放大后的信號中的刺激脈沖頻率成分濾除保留標(biāo)記脈沖的頻率成分的濾波器、用于實現(xiàn)信號的觸發(fā)采集及圖像重建的采集處理器和用于顯示電流分布圖像的顯示器，其中，所述放大器的信號輸入端連接所述扇掃超聲探頭的信號輸出端，所述采集處理器的觸發(fā)信號輸出端連接用于提供磁刺激電流的電刺激器的信號輸入端，所述電刺激器的信號輸出端連接用于對樣本加載激勵電流的正負(fù)電極。

所述n極磁鐵和s極磁鐵的ns極連線方向、所述正負(fù)電極的連線方向和所述扇掃超聲探頭端面法線方向兩兩互相垂直。

一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，所述電刺激器的輸出信號在時間軸上由標(biāo)記脈沖和刺激脈沖組成，所述標(biāo)記脈沖由一個高頻脈沖實現(xiàn)，所述標(biāo)記脈沖寬度的中心頻率與扇掃超聲探頭的測量頻段一致；采集處理器的觸發(fā)輸出信號與電刺激器的磁刺激輸出信號同步，采集處理器的采集觸發(fā)時刻與所述標(biāo)記脈沖起始時刻相同。

所述標(biāo)記脈沖由0.5μs的單個周期正弦信號實現(xiàn)，所述刺激脈沖由10μs的正弦脈沖實現(xiàn)。

電刺激器輸出信號的時間t與空間距離l對應(yīng)關(guān)系為

l＝t·v

其中v為聲音在樣本中的傳播速度。

本發(fā)明的一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法，對監(jiān)測電刺激下組織電流分布特性，實現(xiàn)特定神經(jīng)區(qū)域的定位刺激，評估監(jiān)測刺激效果，實時調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明電刺激電流實時監(jiān)測的信號波形圖。

圖中

1：樣本2：n極磁鐵

3：s極磁鐵4：扇掃超聲探頭

5：放大器6：濾波器

7：采集處理器8：顯示器

9：電刺激器10：正負(fù)電極

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法做出詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置，包括用于對樣本1提供提供靜磁場的n極磁鐵2和s極磁鐵3，所述靜磁場旁設(shè)置有用于將聲波轉(zhuǎn)化為電信號同時實現(xiàn)掃描的扇掃超聲探頭4，還設(shè)置有依次串聯(lián)連接的：用于對檢測到的信號進(jìn)行放大的放大器5、用于對放大后的信號中的刺激脈沖頻率成分濾除保留標(biāo)記脈沖的頻率成分的濾波器6、用于實現(xiàn)信號的觸發(fā)采集及圖像重建的采集處理器7和用于顯示電流分布圖像的顯示器8，其中，所述放大器5的信號輸入端連接所述扇掃超聲探頭4的信號輸出端，所述采集處理器7的觸發(fā)信號輸出端連接用于提供磁刺激電流的電刺激器9的信號輸入端，所述電刺激器9的信號輸出端連接用于對樣本1加載激勵電流的正負(fù)電極10。

所述n極磁鐵2和s極磁鐵3的ns極連線方向、所述正負(fù)電極10的連線方向和所述扇掃超聲探頭4端面法線方向兩兩互相垂直。設(shè)n極磁鐵2和s極磁鐵3的ns極連線方向沿-z方向，正負(fù)電極10連線沿x方向，則所述扇掃超聲探頭4端面法線方向為y方向。

本發(fā)明的實施例中，所述電刺激器9是由nf公司的wf1973函數(shù)發(fā)生器連接nf公司hsa4101功率放大器實現(xiàn)。所述正負(fù)電極10可使用瑞宜500型貼片電極實現(xiàn)。所述n極磁鐵2和s極磁鐵3由美國k&j公司dz08-n52實現(xiàn)。所述扇掃超聲探頭4由ge3s相控陣探頭實現(xiàn)。所述放大器5由ad公司ad624實現(xiàn)。所述濾波器6由nf公司。所述采集處理器7由nipxie1062q和pxi5122實現(xiàn)。所述顯示器8由三星公司s24d360hl實現(xiàn)。

本發(fā)明的實施例中，電刺激器9還可使用天越zm-c-ia實現(xiàn)。正負(fù)電極10還可采用銀針實現(xiàn)。

本發(fā)明的一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，如圖2所示，所述電刺激器的輸出信號在時間軸上由標(biāo)記脈沖和刺激脈沖組成，所述標(biāo)記脈沖由一個高頻脈沖實現(xiàn)，所述標(biāo)記脈沖寬度的中心頻率與扇掃超聲探頭的測量頻段一致；采集處理器的觸發(fā)輸出信號與電刺激器的磁刺激輸出信號同步，采集處理器的采集觸發(fā)時刻與所述標(biāo)記脈沖起始時刻相同。所述標(biāo)記脈沖由0.5μs的單個周期正弦信號實現(xiàn)，所述刺激脈沖由10μs的正弦脈沖實現(xiàn)。

電刺激器輸出信號的時間t與空間距離l對應(yīng)關(guān)系為

l＝t·v

其中v為聲音在樣本中的傳播速度，對于軟組織，為1500米/秒。

本發(fā)明的基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法工作時，首先t0時刻產(chǎn)生0.5μs的單個周期正弦信號標(biāo)記脈沖，標(biāo)記脈沖激勵產(chǎn)生磁聲信號響應(yīng)，該磁聲信號響應(yīng)被接收，之后t1時刻10μs的正弦脈沖作為刺激脈沖被輸出，進(jìn)行神經(jīng)刺激。由于標(biāo)記脈沖和刺激脈沖在組織中分布相同，故通過檢測標(biāo)記脈沖信號，即可實現(xiàn)刺激脈沖在組織中分布的監(jiān)測，且標(biāo)記脈沖比刺激脈沖短，利用標(biāo)記脈沖監(jiān)測電流分布的空間分辨率高，可達(dá)到mm級別。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于磁聲耦合效應(yīng)的電刺激電流實時監(jiān)測裝置及方法，包括N極磁鐵和S極磁鐵，靜磁場旁設(shè)置有扇掃超聲探頭，還設(shè)置有依次串聯(lián)連接的：放大器、濾波器、采集處理器和顯示器，放大器的信號輸入端連接扇掃超聲探頭的信號輸出端，采集處理器的觸發(fā)信號輸出端連接電刺激器的信號輸入端，電刺激器的信號輸出端連接正負(fù)電極。電刺激器的輸出信號在時間軸上由標(biāo)記脈沖和刺激脈沖組成，標(biāo)記脈沖由一個高頻脈沖實現(xiàn)，標(biāo)記脈沖寬度的中心頻率與扇掃超聲探頭的測量頻段一致；采集處理器的觸發(fā)輸出信號與電刺激器的磁刺激輸出信號同步，采集處理器的采集觸發(fā)時刻與所述標(biāo)記脈沖起始時刻相同。本發(fā)明能夠監(jiān)測電刺激下組織電流分布特性，實現(xiàn)特定神經(jīng)區(qū)域的定位刺激。

技術(shù)研發(fā)人員：劉志朋;殷濤;張順起
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.07
技術(shù)公布日：2017.10.20