[發明專利]一種基于CNN技術的小鼠腦電異常檢測與超聲刺激裝置

在審

• 申請號: 202310631455.2
• 申請日: 2023-05-31
• 公開（公告）號: CN116649983A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 袁毅;孫靖巖
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: A61B5/293
• 分類號: A61B5/293;A61B5/369;A61B5/372;A61B5/00;A61N7/00;A61D3/00;G06F18/15;G06F18/213;G06F18/241;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明公開了一種基于CNN技術的小鼠腦電異常檢測與超聲刺激裝置，屬于腦電檢測和超聲刺激領域，包括腦電采集模塊、電腦主機、超聲刺激模塊和小鼠固定平臺四個部分。腦電采集模塊由微絲電極，神經信號采集器，腦電信號放大器，模數轉換器組成，用于將小鼠的腦電信號的采集與處理，并輸送至電腦主機；超聲刺激模塊由一個功率放大器、兩個信號發生器、小鼠立體定位儀、換能器固定器、超聲換能器、I/O信號卡、準直器組成，用于對腦電信號異常的老鼠進行具有針對性的經顱超聲刺激，以達到腦神經調控效果；小鼠固定平臺用于固定待測小鼠；電腦主機用于濾波和對卷積神經網絡模型(CNN)的訓練與應用。

技術領域

本發明涉及腦電檢測和超聲刺激領域，尤其是一種基于CNN技術的小鼠腦電異常檢測與超聲刺激裝置。

背景技術

神經系統疾病種類極多，單純通過具體癥狀來判斷區分病癥的傳統方法效率不高，例如：帕金森與老年癡呆病情從疾病上分析有些相似，所以很多患者容易將這兩個疾病搞混，也就會耽誤患者的治療。1929年翰思貝魯加首次發表了人腦的電信號的論文，之后英國的爾多里安等人進一步證實并確認了腦電信號，從而形成了腦電圖(EEG)理論。如今，根據腦電圖來對病癥做具體分析已成為新的熱點，但腦電圖是一個復雜的信號，一個醫生可能需要幾年的時間來訓練并利用先進的信號處理和特征提取方法，才能正確解釋其含義。而如今隨著機器學習和深度學習技術的發展，大量的研究和應用表明它們在從原始數據提取特征并分類方面有很大的潛力。

如今，腦神經刺激設備多數應用電刺激與磁刺激。電刺激的副作用是長時間傳導的高電流會導致電極周圍組織的熱損傷。經顱磁刺激的副作用是對于癲癇病史的患者可能觸發癲癇的發作。經顱超聲腦神經刺激技術是一種新的神經調控方法，具有無損傷、高空間分辨率，高刺激深度的特點。

現存的腦電設備，只擁有對腦電信號的提取功能和對腦神經信號的監測功能，或是只能針對固定腦神經信號異常有神經刺激效果。亟需一種將腦電信號采集，腦神經信號異常檢測，經顱超聲刺激集成到一個裝置之上，極大的縮短了腦神經檢測與腦神經調控的周期。同時用自訓練的卷積神經網絡極大的提高了異常腦電信號識別效率。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種基于CNN技術的小鼠腦電異常檢測與超聲刺激裝置，可縮短腦神經檢測與腦神經調控的周期，提高異常腦電信號識別效率。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于CNN技術的小鼠腦電異常檢測與超聲刺激裝置，包括腦電采集模塊、電腦主機、超聲刺激模塊和小鼠固定平臺4個部分；

小鼠固定平臺：用于放置固定被麻醉后的小鼠；

腦電采集模塊：包括植入待測小鼠海馬區和頭皮層用于采集腦電的微絲電極，微絲電極另一端連接神經信號采集器，對小鼠腦電信號采集后，神經信號采集器將腦電信號傳入連接的腦電信號放大器用于放大腦電信號，腦電信號放大器連接模數轉換器，用于上傳至電腦主機；

電腦主機：用于接收通過模數轉換器上傳的小鼠腦電信號，并進行濾波處理，生成時頻圖，以及用訓練好的卷積神經網絡模型CNN對處理后的腦電信號的時頻圖進行判別腦電信號是否異常；

超聲刺激模塊：包括用USB連接電腦主機的I/O信號卡，電腦主機軟件能夠通過I/O信號卡提供3V的模擬電壓作為觸發信號，I/O信號卡與兩個信號發生器串接，觸發信號作為輸入，信號發生器可以輸出得到調制過的具有特定占空比與幅值的信號；信號發生器連接功率放大器，功率放大器可將輸出信號放大；功率放大器連接到固定在立體定位儀上的超聲換能器上；超聲換能器固定在用于固定小鼠頭部的立體定位儀支架上，前段緊貼小鼠顱骨，通過立體定位儀支架能夠手動調節位置，對準需要刺激的部位；超聲換能器上固定設置有準直器，超聲換能器能夠將電能轉化為聲能借助準直器準確地施加到特定腦區，通過觀察小鼠胡須判斷超聲波是否傳遞到小鼠腦部，從而使小鼠在腦電信號異常時通過超聲刺激顱內區域以達到腦神經調控效果。

超聲刺激后的腦電信號可再次被腦電采集模塊采集，從而判斷腦神經調控效果。