经颅超声刺激装置以及刺激方法.pdf

本发明提供了一种经颅超声刺激装置以及一种经颅超声刺激进行神经组织定位以及神经调制的方法，经颅超声刺激装置包括上位机单元、超声脉冲发射单元、超声换能单元以及电源电路，由于本发明提供的经颅超声刺激装置采用集成电路式，还包括回波放大电路，超声换能单元的焦距为30mm，同时通过电源供电电压的调节来实现超声脉冲发射电压的调节，使得本发明提供的经颅超声刺激装置体积小，空间定位分辨率高，而且可实现系统自检，同时由于超声强度可调，可选择低超声强度进行组织定位以及神经调制，选择高超声强度进行组织损毁，以验证刺激作用部位的位置信息。

权利要求书
1.  一种经颅超声刺激装置，用于产生对颅内神经进行刺激的超声脉冲，其特征在于，包括：
上位机单元，用于传输控制信号和超声脉冲参数；
超声脉冲发射单元，和所述上位机单元连接，包括顺序连接的可编程脉冲发生组件以及超声脉冲发射电路，所述可编程脉冲发生组件用于接收所述上位机单元的操控命令参数，并驱动所述超声脉冲发射电路发出高压电脉冲，
超声换能单元，和所述超声脉冲发射单元连接，用于将所述高压电脉冲转换为超声脉冲，以及
电源电路，用于对所述超声脉冲发射单元供电，
其中，所述超声脉冲发射电路的脉冲电压可调。

2.  根据权利要求1所述的经颅超声刺激装置，其特征在于，还包括：
回波接收放大电路，用于放大经所述颅内神经反射的超声回波信号。

3.  根据权利要求2所述的经颅超声刺激装置，其特征在于：
其中，所述超声脉冲发射单元还包括隔离电路，所述隔离电路用于阻断所述超声脉冲发射单元的小幅度的噪声电压进入所述超声回波接收放大电路。

4.  根据权利要求2所述的经颅超声刺激装置，其特征在于，还包括：
示波器，用于显示所述回波接收放大电路输出的超声回波信号。

5.  根据权利要求1所述的经颅超声刺激装置，其特征在于：
其中，所述超声换能单元为聚焦超声换能器。

6.  根据权利要求1所述的经颅超声刺激装置，其特征在于：
其中，所述上位机单元为可以运行图形操作系统的计算机，所述计算机的界面所配置的所述超声脉冲参数包括超声中心频率、脉冲时长、脉冲重复频率以及脉冲持续时间。

7.  根据权利要求1所述的经颅超声刺激装置，其特征在于：
其中，所述超声脉冲发射电路的电压可调。

8.  根据权利要求2所述的经颅超声刺激装置，其特征在于：
其中，所述回波接收放大电路增益可调。

9.  一种经颅超声刺激进行神经组织定位以及神经调制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在上位机单元的控制界面上选择“定位模式”；
步骤二，在脑定位仪上确定需要进行刺激的神经组织的位置，并 在该处放置针尖反射物，将超声换能单元对准所述针尖反射物；
步骤三，脉冲发射电路重复发出的高压单脉冲电信号驱动所述超声换能单元发出超声脉冲；
步骤四，调整所述超声换能单元的位置和角度，当示波器中回波信号最强时，所述针尖反射物的位置为所述超声换能单元的焦点位置；
步骤五，保持所述超声换能单元位置不变，将所述针尖反射物从脑定位仪上移除，将需刺激体按脑图谱的要求固定在所述脑定位仪上；
步骤六，在所述上位机单元的控制界面上选择“刺激模式”；
步骤七，选择适当的脉冲参数、脉冲电压以及超声换能单元，产生超声刺激信号刺激神经组织，对所述神经组织进行调制。

10.  一种经颅超声刺激进行神经组织损毁的方法，用于在动物实验中验证所述超声刺激的作用部位的位置信息，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在上位机单元的控制界面上选择“定位模式”；
步骤二，在脑定位仪上确定需要进行刺激的神经组织的位置，并在该处放置针尖反射物，将超声换能单元对准所述针尖反射物；
步骤三，脉冲发射电路重复发出的高压单脉冲电信号驱动所述超声换能单元发出超声脉冲；
步骤四，调整所述超声换能单元的位置和角度，当回波信号最强 时，说明针尖反射物的位置就是超声换能单元的焦点位置；
步骤五，保持所述超声换能单元位置不变，将所述针尖反射物从所述脑定位仪上移除，将需刺激体按脑图谱要求固定在所述脑定位仪上；
步骤六，在所述上位机单元的控制界面上选择“损毁模式”，在所述“损毁模式”下，提高所述脉冲电压，同时所述脉冲发射电路发出连续脉冲，以损毁所述焦点处的神经组织。

说明书经颅超声刺激装置以及刺激方法
技术领域
本发明属于神经刺激技术领域，具体涉及一种经颅超声刺激装置以及一种经颅超声刺激用于神经调制的方法。
背景技术
传统的经颅神经刺激通常有三种方法：体表电极法，经皮肤和骨组织用电极将脉冲电流输入脑组织；微电极法，主要用于深部脑组织的神经调制；磁刺激法，相对于前两种方法，出现的时间较晚，该方法指的是在线圈中通高频电流，产生交变电磁场，形成电磁波进入神经组织以起到神经调制作用。三种传统的方法都存在一定的缺陷。体表电极法只能刺激浅表的神经组织，微电极方法需要将电极插入到大脑中，是一种有损方法，而磁刺激法的焦点范围是厘米级，难以精确的定位。
利用经颅超声波对脑部神经进行调制，是超声在无创医学领域的重要应用，将体外发射的超声波聚焦，使焦点作用于神经组织，可实现对脑部神经的高效调制。但现有技术中的经颅超声刺激发生装置多是由多台器材拼接而成，不仅体积大，使用不便，而且不具备刺激定位和超声强度自检功能。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，通过提供一种集成式的可检 测超声回波的经颅超声刺激装置，不仅使用方便，而且具备刺激定位和超声强度自检功能。
本发明采用了如下技术方案：
本发明提供的经颅超声刺激装置，用于产生对颅内神经进行刺激的超声脉冲，具有这样的特征，包括：上位机单元，用于传输操控命令参数；超声脉冲发射单元，和上位机单元连接，包括顺序连接的可编程脉冲发生组件以及超声脉冲发射电路，可编程脉冲发生组件用于接收上位机单元的操控命令参数，并驱动超声脉冲发射电路发出高压电脉冲；超声换能单元，和超声脉冲发射单元连接，用于将高压电脉冲信号转换为超声脉冲，以及电源电路，用于对超声脉冲发射单元供电，其中，超声脉冲发射电路的脉冲电压可调。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征，还包括：回波接收放大电路，用于放大超声回波信号。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征：超声脉冲发射单元还包括隔离电路，用于阻断超声脉冲发射单元的小幅度的噪声电压进入超声回波接收放大电路。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征，还包括：示波器，用于显示回波接收放大电路输出的超声回波信号。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征：超声换能单元为聚焦超声换能器。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征：上位机单元为台式计算机、笔记本计算机或平板计算机等各种可以运行图 形操作系统的计算机，其界面配置的操控命令参数包括超声中心频率、脉冲时长、脉冲重复频率以及脉冲持续时间。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征：超声脉冲发射电压是可调的。
本发明提供的经颅超声刺激装置，还可以具有这样的特征：回波接收放大电路增益是可调的。
进一步的，本发明提供了一种经颅超声刺激装置进行神经组织定位以及神经调制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在上位机单元的控制界面上选择“定位模式”；
步骤二，在脑定位仪上确定需要进行刺激的神经组织的位置，并在该处放置针尖反射物，将超声换能单元对准针尖反射物；
步骤三，脉冲发射电路重复发出的高压单脉冲电信号，经隔离电路后驱动超声换能单元发出超声脉冲；
步骤四，调整超声换能单元的位置和角度，当回波信号最强时，说明针尖反射物的位置就是超声换能单元的焦点位置；
步骤五，保持超声换能单元位置不变，将针尖反射物从脑定位仪上移除，将需刺激体按脑图谱要求固定在脑定位仪上；
步骤六，在上位机模块的控制界面上选择“刺激模式”；
步骤七，选择适当的脉冲参数、脉冲电压以及超声换能单元，产生超声刺激脉冲刺激神经组织，对神经组织进行调制。
进一步的，本发明还提供了一种经颅超声刺激装置进行神经组织损毁的方法，在动物实验中用于验证超声刺激的作用部位的位置信 息，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在上位机单元的控制界面上选择“定位模式”；
步骤二，在脑定位仪上确定需要进行刺激的神经组织的位置，并在该处放置针尖反射物，将超声换能单元对准针尖反射物；
步骤三，脉冲发射电路重复发出的高压单脉冲电信号，经隔离电路后驱动超声换能单元发出超声脉冲；
步骤四，调整超声换能单元的位置和角度，当回波信号最强时，说明针尖反射物的位置就是超声换能单元的焦点位置；
步骤五，保持超声换能单元位置不变，将针尖反射物从脑定位仪上移除，将需刺激体按脑图谱要求固定在脑定位仪上；
步骤六，在上位机单元的控制界面上选择“损毁模式”，在“损毁模式”下，提高脉冲电压，同时脉冲发射电路发出连续脉冲，以损毁焦点处的神经组织。
发明作用与效果
本发明提供了一种经颅超声刺激装置以及一种经颅超声刺激进行神经组织定位以及神经调制的方法，经颅超声刺激装置包括用于传输命令参数的上位机单元；和上位机单元连接的超声脉冲发射单元，包括顺序连接的可编程脉冲发生组件、超声脉冲发射电路以及隔离电路；超声换能单元，和超声脉冲发射单元连接，用于将高压电脉冲转换为超声脉冲，以及电源电路，用于对超声脉冲发射单元供电，由于本发明提供的经颅超声刺激装置采用集成电路式，还包括回波放大电 路，超声换能单元的焦距为30mm，同时通过电源供电电压的调节来实现超声脉冲发射电压的调节，使得本发明提供的经颅超声刺激装置体积小，空间定位分辨率高，而且可实现系统自检，判断设备状况是否发生偏移，同时由于超声强度可调，可选择低超声强度进行组织定位以及神经调制，选择高超声强度进行组织损毁，以验证在动物实验中刺激作用部位的位置信息。
附图说明
图1是本发明的经颅超声刺激装置的结构示意图；
图2是利用本发明的经颅超声刺激装置进行神经调制的过程流程图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1为本实施例中的经颅超声刺激装置的结构示意图。
如图1所示，经颅神经刺激装置100包括上位机单元1、超声脉冲发射单元2、超声换能单元3、限压电路4、回波接收放大电路5、示波器6、电源电路7以及同步检测器8。其中，超声脉冲发射单元2、限压电路4、回波接收放大电路5以及电源电路7位于机箱内，其他部件位于机箱外。超声脉冲发射单元2包括顺序连接的可编程脉冲发生组件21、超声脉冲发射电路22以及隔离电路23。
上位机单元1通过串口下传控制信号和超声脉冲的参数至可编程脉冲发生组件21，可编程脉冲发生组件21接收到参数后，将控制 信号和超声脉冲的参数转化为特定参数下的开关脉冲EP+和EP-，开关脉冲驱动超声脉冲发射电路22发出高压电脉冲，高压电脉冲经隔离电路23后输入到超声换能单元3。而后，高压电脉冲被超声换能单元3转换为用于进行神经调制的超声脉冲。
限压电路4和超声回波接收放大电路5连接，用于避免超声回波信号回到超声脉冲发射单元，回波接收放大电路5增益可调，用于放大颅内神经反射的超声回波信号，在刺激定位时经放大的超声回波信号通过回波输出在示波器6中以一定形式显示出来，便于操作者直观观察回波。
电源电路7用于对超声脉冲发射单元2进行供电，同时电源电路的电压可调，用于调节超声脉冲发射电路22的脉冲电压，进而调节超声强度，低的声强用于神经组织定位和神经刺激，高的声强用于组织损毁。
同步检测器8和可编程脉冲发生组件21连接，用于实时监测可编程脉冲发生组件21的工作情况。
本实施例中，上位机单元为台式计算机、笔记本计算机或平板计算机等各种可以运行图形操作系统的计算机，其界面配置的参数信息及其范围为：超声中心频率(Ft)为100KHZ-2MHZ，脉冲时长(PD)为0.1ms-10ms，脉冲重复频率(PRF)为10HZ-2KHZ，脉冲持续时间(SD)为0.5min-60min。
本实施例中，可编程脉冲发射组件用FPGA实现，FPGA接收数据后发射出特定参数下的开关脉冲EP+，EP-到超声脉冲发射电路。
本实施例中，超声回波接收放大电路增益可调的范围为：-10dB-20dB，电源电路可提供的超声脉冲电压范围在±20V-±80V。
本实施例中的超声换能单元为聚焦超声换能器，该超声换能器的焦距均为30mm，可根据实际需要，选用三种中心频率分别500KHZ、1MHZ以及1.25MHZ的聚焦超声换能器。
进一步的，本实施例还提供了一种利用本实施例中的经颅超声刺激装置进行神经组织定位、神经调制以及组织损毁的方法。
图2为利用本实施例中的经颅超声刺激装置进行神经组织定位以及神经调制的方法流程图。
如图2所示，经颅超声刺激进行神经组织定位以及神经调制的步骤如下：
步骤一，在上位机单元的控制界面上选择“定位模式”；
步骤二，在脑定位仪上确定需要进行刺激的神经组织的位置，并在该处放置针尖反射物；
步骤三，脉冲发射电路22重复发出双向单脉冲电信号，双向单脉冲电信号经隔离电路23后驱动聚焦超声换能器3发出超声脉冲；
步骤四，将聚焦超声换能器3的探头对准针尖反射物并通过示波器6观察回波信号；
步骤五，调整聚焦超声换能器3的位置和角度，找到回波最大处，此时针尖反射物所在的位置即为聚焦超声换能器3的焦点位置；
步骤六，保持聚焦超声换能器3的位置不变，将针尖反射物从脑定位仪上移除，将需刺激体按脑图谱要求固定在脑定位仪上；
步骤七，在上位机PC的控制界面上选择“刺激模式”；
步骤八，依据实际情况选择适当的脉冲参数、脉冲电压，聚焦超声换能器3产生超声刺激信号刺激神经组织，对神经组织进行调制。
当应用到动物实验的情况下，实验结束后，如果需要验证刺激作用部位的位置信息，可以使用损毁模式。在该模式下，脉冲发射电路22发出连续波，同时还需要将脉冲发射电路22的脉冲电压提高至高电压，持续足够长的时间后，可损毁焦点处的神经组织。对不同位置的神经组织进行损毁，需要通过实验确定脉冲电压、超声波长以及持续时间。
在实验结束后，处死并解剖动物，观察其脑组织变化，确定刺激的准确部位。
同时，本实施例中的经颅超声刺激装置还可以进行系统自检，具体内容为：经颅超声刺激装置100组装完毕后，通过脉冲反射方法，在设定的脉冲电压和回波放大增益下，测定垂直入射条件下焦点处平面靶的回波强度并进行记录；在后续使用过程中，可以在相同条件下测定回波强度并和原始记录进行对比，即可判定设备状态是否发生了偏移。
实施例作用与效果
本实施例提供了一种经颅超声刺激装置以及一种经颅超声刺激进行神经组织定位以及神经调制的方法，经颅超声刺激装置包括用于传输命令参数的上位机单元；和上位机单元连接的超声脉冲发射单 元，包括顺序连接的可编程脉冲发生组件、超声脉冲发射电路以及隔离电路；超声换能单元，和超声脉冲发射单元连接，用于将高压电脉冲转换为超声脉冲，以及电源电路，用于对超声脉冲发射单元供电，由于本实施例提供的经颅超声刺激装置采用集成电路式，还包括回波放大电路，超声换能单元的焦距为30mm，同时通过电源供电电压的调节来实现超声脉冲发射电压的调节，使得本实施例提供的经颅超声刺激装置体积小，空间定位分辨率高，而且可实现系统自检，判断设备状况是否发生偏移，同时由于超声强度可调，可选择低超声强度进行组织定位以及神经调制，选择高超声强度进行组织损毁，以验证刺激作用部位的位置信息。
本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所述的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。