[發明專利]一種磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置與方法

在審

• 申請號: 202110981703.7
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113679947A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 張帥;武健康;許家悅;黨君武;趙明康;王宏斌;黃明輝;焦立鵬;郭梁;鄭天予;徐桂芝
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: A61N2/02
• 分類號: A61N2/02;A61N2/04;A61N7/00;A61B5/00;A61B5/388
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 蔡運紅

1.一種磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置，包括超聲探頭、磁場發生組件和信號采集組件；磁場發生組件包括操作臺和亥姆霍茲線圈；其特征在于，亥姆霍茲線圈放置在操作臺上，且連接電源；待刺激對象置于操作臺上，待刺激對象的頭部位于亥姆霍玆線圈的中間，亥姆霍茲線圈通電產生磁場，通過改變電源輸出電流的大小和類型，調節磁場的大小和類型；超聲探頭作用在待刺激對象的頭部，光電信號采集組件用于采集待刺激對象受到刺激后的熒光信號和局部場電位信號。

2.根據權利要求1所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置，其特征在于，該裝置能夠產生直流磁場、交流磁場和混合磁場；當電源輸出直流電，則亥姆霍茲線圈產生均勻磁場；當電源輸出交流電，亥姆霍茲線圈產生交流磁場；當電源交替輸出直流電和交流電，亥姆霍茲線圈產生直流和交流交替的混合磁場。

3.根據權利要求1所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置，其特征在于，所述光電信號采集組件包括光電信號電極片、電信號發射模塊、激光發射模塊和信號采集與處理模塊；光電信號電極片植入在待刺激對象的顱腦內，光電信號電極片上設有電極端子和光纖端子，電極端子與電信號收集模塊連接，光纖端子與激光發射模塊連接；信號采集與處理模塊采集熒光信號和局部場電位信號。

4.根據權利要求3所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置，其特征在于，光電信號電極片上包含四個呈陣列排布的電極端子，相鄰電極端子之間的中心距為300μm，單個電極端子的直徑為25μm。

5.根據權利要求1所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激裝置，其特征在于，所述超聲探頭上設有超聲相控陣列，陣元數為64，陣元寬度為0.25mm，陣元長度為14mm，相鄰陣元的間距為0.3mm。

6.一種磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激方法，其特征在于，包括以下內容：

(1)將標記物植入到待刺激對象的顱腦內，在待刺激對象的腦部安裝光電信號電極片，采集無刺激下的熒光信號和局部場電位信號，作為對照信號；

(2)將待調控對象的頭部置于操作臺上，位于兩個電磁鐵之間；

(3)將超聲探頭作用在待刺激對象的目標腦區，接通磁場控制電路和超聲發射系統，對待刺激對象進行超聲和靜磁場刺激，超聲方向和磁場方向相互垂直，在超聲和靜磁場的共同作用下神經組織內產生感應電流，刺激神經組織；

(4)光電信號采集組件采集磁聲電刺激下的熒光信號和局部場電位信號，分析得到磁聲電刺激下熒光信號和局部場電位信號相對于對照信號的變化情況，通過改變磁場強度和超聲基頻對待刺激對象實現精準神經調控。

7.根據權利要求6所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激方法，其特征在于，步驟(4)的分析過程為：

4-1、對采集的局部場電位信號進行去基線漂移、去工頻干擾和濾波處理，將光電信號電極片其中一條對角線上的兩個電極端子采集的局部場電位信號的相位進行交叉頻率耦合，得到局部場電位信號的相-相耦合強度；

4-2、將光電信號電極片另一條對角線上的兩個電極端子采集的局部場電位信號中低頻段的相位和高頻段的幅值進行交叉頻率耦合，得到局部場電位信號的相-幅耦合強度；

4-3、對采集的熒光信號進行相位與幅值耦合，得到熒光信號調制指數；

4-4、構建式(11)所示的調控指標C：

其中，MI表示局部場電位信號的相-幅耦合強度，SI表示局部場電位信號的相-相耦合強度，MIF表示熒光信號調制指數，ΔF表示熒光信號的強度變化率；

設置調控閾值C1，當C＜C1，則增大磁場強度或超聲基頻；當C＞C1，則減小磁場強度或超聲基頻，進而對待刺激對象實現精準神經調控。

8.根據權利要求7所述的磁場可控的經顱磁聲耦合電刺激方法，其特征在于，步驟4-2的具體過程為：

將局部場電位信號記為時間序列x(t)，將光電信號電極片另一條對角線上的兩個電極端子采集的局部場電位信號分別經過最小二乘濾波器處理后，分別得到低頻序列和高頻序列根據式(6)、(7)分別提取其中一個局部場電位信號對應的低頻序列的相位序列和另一個局部場電位信號對應的高頻序列的幅值包絡序列

其中，f_p、f_A分別為時間序列x(t)的相位和幅值；H表示標準化熵度量，表達式為：

式(8)中，p_j的表達式為：

式(9)中，表示將相位序列劃分為J個區間段，第j個區間段的平均幅值；

局部場電位信號的相-幅耦合強度MI的表達式為：

當p_j＝1/J時，H有最大值H_max。