一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損測試技術(shù)，特別涉及一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)疾病，表現(xiàn)為感覺、意識、運動等神經(jīng)功能障礙，導(dǎo)致包括癲癇、中風、帕金森病(Parkinson’s Disease, F1D)、阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)和偏頭痛等。根據(jù)中國疾病預(yù)防控制中心2012年5月份公布的數(shù)據(jù)顯示神經(jīng)系統(tǒng)疾病位列疾病死亡排行榜前十。神經(jīng)系統(tǒng)疾病嚴重影響了患者與家屬的生活質(zhì)量，同時給家庭和社會造成了沉重的經(jīng)濟負擔。
[0003]當前，藥物化學(xué)治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病取得一定成效，但對人體有一定副作用。其他腦物理調(diào)控技術(shù)，如深度腦刺激(Deep Brain Stimulat1n, DBS)雖然刺激目標性強但要求對大腦植入電極，手術(shù)存在較大風險；超聲波是一種機械壓力波，以大于人的聽力范圍(2KHz?20KHz)得名。超聲波具有良好的穿透固體結(jié)構(gòu)的特性，包括骨骼和軟組織，因此超聲波在醫(yī)療與工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。用于診斷成像的超聲波頻率在I?15MHz，用于治療的超聲頻率一般在1MHz。超聲能夠以脈沖波或連續(xù)波的形式傳送到組織，通過熱效應(yīng)或機械效應(yīng)引起組織的生理變化。低強度超聲能夠高空間分辨率和高穿透深度的對神經(jīng)進行調(diào)控。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)中使用超聲波用于腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病的設(shè)備都是開環(huán)設(shè)備，不能夠自動預(yù)測腦電信號中的棘波節(jié)律的相位；也不能根據(jù)用戶的需求，在所需時刻發(fā)出刺激信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種操控方便、刺激精度高、結(jié)構(gòu)合理的閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明所述裝置包括計算機、采集卡、功率放大器、聚焦超聲換能器、超聲耦合介質(zhì)、微電極陣列、差分放大器；其中，計算機與采集卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集卡輸出端的I/o接口與功率放大器的信號輸入端連接，功率放大器的輸出端與聚焦超聲換能器的信號輸入端連接，聚焦超聲換能器的輸出端與超聲耦合介質(zhì)相連并能發(fā)射聚焦的脈沖超聲波；微電極陣列的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極陣列的輸出端與差分放大器相連，差分放大器的輸出端與米集卡輸入端的A/D接口接通。
[0007]工作過程大致如下:
[0008]聚焦超聲換能器發(fā)出的脈沖超聲經(jīng)過超聲耦合介質(zhì)后，照射在人體頭部，通過機械效應(yīng)引起神經(jīng)生理變化。微電極陣列采集到頭部神經(jīng)電信號，經(jīng)過差分放大器的放大之后，再由采集卡的A/D 口采樣，并經(jīng)過自動判斷及預(yù)測過程后，根據(jù)用戶的要求，在即將到來的棘波戒律的特征位置，經(jīng)采集卡的I/O 口給出刺激信號，經(jīng)過采集卡的I/O 口、功率放大器，聚焦超聲換能器發(fā)出脈沖超聲波，脈沖超聲波興奮頭部特定區(qū)域，誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位，再經(jīng)微電極陣列采集信號，如此往復(fù)，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。對人體進行閉環(huán)式神經(jīng)刺激或腦調(diào)控。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0010]1、超聲換能器發(fā)射的超聲波聚焦在神經(jīng)部位，能夠高效率地對神經(jīng)進行刺激。
[0011]2、使用閉環(huán)式控制系統(tǒng)，能自動預(yù)測腦電信號中的棘波節(jié)律的相位，檢測癲癇棘波。
[0012]3、可根據(jù)用戶的設(shè)置，在所需時刻發(fā)出刺激信號，為大腦神經(jīng)系統(tǒng)工作機理和超聲刺激作用機制的深入研宄提供了有用的工具。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的使用流程框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0016]如圖1所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖中，本發(fā)明所述裝置包括計算機、采集卡、功率放大器、聚焦超聲換能器、超聲耦合介質(zhì)、微電極陣列、差分放大器；其中，計算機與采集卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集卡輸出端的I/o接口與功率放大器的信號輸入端連接，功率放大器的輸出端與聚焦超聲換能器的信號輸入端連接，聚焦超聲換能器的輸出端與超聲耦合介質(zhì)相連并能發(fā)射聚焦的脈沖超聲波；微電極陣列的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極陣列的輸出端與差分放大器相連，差分放大器的輸出端與米集卡輸入端的A/D接口接通。
[0017]所述計算機裝有Labview控制軟件，通過軟件控制采集卡，計算機發(fā)出的信號頻率范圍為10KHz?1MHz。
[0018]所述采集卡為NI USB-6251數(shù)字信號采集卡，采樣頻率設(shè)置為20kHz。
[0019]所述差分放大器的濾波頻率為0.3Hz?5KHz，放大倍數(shù)為100倍。
[0020]所述微電極陣列為氯化銀粉末電極。
[0021]所述聚焦超聲換能器為DAPING-F30聚焦換能器型號。
[0022]所述超聲耦合介質(zhì)為醫(yī)用超聲耦合液。
[0023]應(yīng)用該裝置的方法，如圖2所示，包括以下操作步驟:
[0024](I)將人體的頭部接觸聚焦超聲換能器的底部，頭部與超聲耦合介質(zhì)用塑料薄膜隔開；
[0025](2)帶有控制軟件的計算機發(fā)出的刺激信號經(jīng)過采集卡和功率放大器放大后，傳遞給聚焦超聲換能器，聚焦超聲換能器進而發(fā)出脈沖超聲波；
[0026](3)聚焦超聲換能器發(fā)出的脈沖超聲波經(jīng)過超聲耦合介質(zhì)后，到達人體頭部，與頭部神經(jīng)進行作用，通過超聲波機械效應(yīng)引起神經(jīng)生理變化；
[0027](4)微電極陣列采集到的頭部神經(jīng)電信號，傳遞給差分放大器，差分放大器進而將神經(jīng)電信號放大，并傳輸給采集卡；
[0028](5)采集卡的A/D 口對神經(jīng)電信號進行采樣，傳遞給帶有控制軟件的計算機，計算機對采集的神經(jīng)電信號進行分析與預(yù)測；
[0029](6)計算機對神經(jīng)電信號預(yù)測之后，根據(jù)用戶的要求，在即將到來的棘波節(jié)律的特征位置發(fā)出刺激脈沖；
[0030](7)計算機發(fā)出的刺激信號，經(jīng)過采集卡的I/O 口，傳遞到功率放大器，經(jīng)過功率放大器放大之后，聚焦超聲換能器發(fā)出脈沖超聲波進行處理；
[0031](8)聚能超聲換能器產(chǎn)生的脈沖超聲波能興奮頭部特定區(qū)域，從而誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位。
[0032]以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形、改進、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，其特征在于:所述裝置包括計算機、采集卡、功率放大器、聚焦超聲換能器、超聲耦合介質(zhì)、微電極陣列、差分放大器；其中，計算機與采集卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集卡輸出端的I/o接口與功率放大器的信號輸入端連接，功率放大器的輸出端與聚焦超聲換能器的信號輸入端連接，聚焦超聲換能器的輸出端與超聲耦合介質(zhì)相連并能發(fā)射聚焦的脈沖超聲波；微電極陣列的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極陣列的輸出端與差分放大器相連，差分放大器的輸出端與米集卡輸入端的A/D接口接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，其特征在于:所述計算機裝有Labview控制軟件，通過軟件控制采集卡，計算機發(fā)出的信號頻率范圍為10KHz?1MHz ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，其特征在于:所述采集卡為NI USB-6251數(shù)字信號采集卡，采樣頻率設(shè)置為20kHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，其特征在于:所述差分放大器的濾波頻率為0.3Hz?5KHz，放大倍數(shù)為100倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，其特征在于:所述微電極陣列為氯化銀粉末電極。
【專利摘要】一種閉環(huán)式經(jīng)顱超聲腦刺激裝置，計算機與采集卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集卡輸出端的I/O接口與功率放大器的信號輸入端連接，功率放大器的輸出端與聚焦超聲換能器的信號輸入端連接，聚焦超聲換能器的輸出端與超聲耦合介質(zhì)相連并能發(fā)射聚焦的脈沖超聲波；微電極陣列的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極陣列的輸出端與差分放大器相連，差分放大器的輸出端與采集卡輸入端的A/D接口接通。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操控方便、刺激精度高等優(yōu)點。
【IPC分類】A61B8-00, A61N7-00
【公開號】CN104857640
【申請?zhí)枴緾N201510193370
【發(fā)明人】袁毅, 馬志濤, 李小俚
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月22日