本實用新型涉及一種采集腦信號的頭套。特別是涉及一種應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套。

背景技術(shù)：

經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)技術(shù)是現(xiàn)代腦科學(xué)研究的一種技術(shù)手段，具有無痛、無創(chuàng)等特點。其原理是通過磁刺激線圈產(chǎn)生磁場并相當(dāng)程度上無阻礙地通過大腦來引發(fā)神經(jīng)元膜電位的去極化。當(dāng)前，TMS技術(shù)廣泛用于腦認知、腦網(wǎng)絡(luò)研究。

TMS結(jié)合頭皮腦電(electroencephalography，EEG)已被廣泛應(yīng)用在腦連接性研究、腦功能研究。TMS會激活局部皮層組織，而EEG在記錄局部腦皮層神經(jīng)傳導(dǎo)時具有很高的時間分辨率，將兩者結(jié)合可以實時、量化分析磁刺激對大腦皮層的改變。然而，現(xiàn)有手段采集到的TMS-EEG信號混雜著不同種類的偽跡信號，部分掩蓋了真正TMS誘發(fā)的神經(jīng)活動信號。已有研究表明電極線的排布方向?qū)MS-EEG電磁偽跡有較大影響，并已發(fā)現(xiàn)刺激線圈長軸與腦電極線成何角度時會使因排布方向產(chǎn)生的偽跡信號降至最小。

TMS和近紅外光譜(near infrared spectroscopy,NIRS)結(jié)合為研究腦功能及其連接提供了良好的方法。NIRS是新近出現(xiàn)的一種無創(chuàng)光學(xué)成像技術(shù)，利用大腦活動時皮質(zhì)局部所伴隨的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白含量的變化來獲得大腦功能信息。NIRS檢測的光信號與TMS產(chǎn)生的磁信號屬于不同場源，不會相互干擾，可有效地運用于因TMS刺激產(chǎn)生大腦變化的實時測量中。相比于EEG，NIRS具有空間分辨率高、無需耦合劑；不受眨眼、身體輕微運動影響；易與其他技術(shù)設(shè)備結(jié)合使用。不足之處是檢測滯后于神經(jīng)活動5～8秒，時間分辨率低。

徐保磊等【申請?zhí)枺?01110216299.0】設(shè)計了一款在柔性材料上固定有腦電電極和近紅外電極夾持器的光電同步檢測電極帽；張玉瑾等【申請?zhí)枺?01420536387.8】設(shè)計了一款由多片與腦部曲率相吻合的并排布有可拆卸的腦電電極和近紅外電極的柔性材料相拼接的頭盔。但現(xiàn)有光電同步檢測腦電極帽因厚度大無法達到TMS刺激要求，加之已有電極帽在TMS下產(chǎn)生偽跡大，無法滿足應(yīng)用于TMS大腦神經(jīng)血管耦合機制的研究。金芳等【申請?zhí)枺?0150528606.7】提出了一種利用電場仿真標(biāo)定感應(yīng)電場以確定腦電極線與刺激線圈相對位置來用于TMS誘發(fā)腦電偽跡去除的方法?；诖?，根據(jù)應(yīng)用于TMS下神經(jīng)血管耦合機制研究的腦電極帽的具體功能要求設(shè)計該電極帽，在改良腦電電極和近紅外電極以減小電極帽厚度的同時增加了可調(diào)節(jié)電極線方向以減少TMS大偽跡的設(shè)計，能更好地應(yīng)用于研究中。

大腦活動復(fù)合測量模式具有多參數(shù)、多信息、多內(nèi)在一致性等特點，是國內(nèi)外大腦活動研究的發(fā)展趨勢。應(yīng)用于TMS下的EEG-NIRS同步聯(lián)合檢測電極帽可以將EEG時間分辨率高、NIRS空間分辨率高以及降偽跡設(shè)計的優(yōu)點相結(jié)合。兩種技術(shù)同步測量TMS下大腦活動變化將為神經(jīng)血管耦合機制、腦功能區(qū)連接研究提供更加全面豐富的腦信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套，可以解決腦電采集中磁刺激偽跡影響較大以及現(xiàn)有腦電和近紅外聯(lián)合檢測設(shè)備無法應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激研究等問題。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套，包括有由柔性網(wǎng)帶構(gòu)成的能夠覆蓋頭皮的柔性網(wǎng)狀頭套，在所述柔性網(wǎng)狀頭套上的各節(jié)點上分別形成有上下貫通的貫通孔，所述的貫通孔內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)地插入有腦電電極中空套和近紅外探頭中空套，所述的腦電電極中空套內(nèi)放置有腦電電極，所述的近紅外探頭中空套內(nèi)放置有近紅外探頭，其中，腦電電極和近紅外探頭在所述的柔性網(wǎng)狀頭套的分布是每一個所述的腦電電極在沿經(jīng)線上的柔性網(wǎng)帶上的兩端等間距地各設(shè)置有一個所述的近紅外探頭，并且，每一個所述的腦電電極兩端的兩個近紅外探頭中的一個是用于發(fā)射紅外線的近紅外探頭，另一個是用于接收紅外線的近紅外探頭。

所述近紅外探頭5距腦電電極2～3厘米設(shè)置。

所述柔性網(wǎng)狀頭套的網(wǎng)格為穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)。

所述的腦電電極中空套包括有形成有貫通的中心孔的中空套主體，沿中空套主體外周面向內(nèi)凹進的形成有一圈用于卡入所述柔性網(wǎng)帶的卡槽，一體形成在中空套主體上端口一側(cè)的用于放置連接腦電電極的電極線的電極線放置槽，所述的腦電電極通過耦合劑固定在所述的中空套主體內(nèi)。

所述的近紅外探頭中空套包括有形成有貫通的中心孔的中空套體，沿中空套體外周面向內(nèi)凹進的形成有一圈用于卡入所述柔性網(wǎng)帶的外卡槽，一體形成在中空套體上端口一側(cè)的用于放置連接近紅外探頭的光纖的光纖放置槽，所述中空套體的內(nèi)周面上還形成有一周向中心凸出的用于卡住近紅外探頭的凸邊，所述中空套體的底端口形成有一圈向中心延伸的用于隔絕外部光線的干擾以及降低頭發(fā)對近紅外光的吸收的柔性隔光環(huán)，所述的近紅外探頭通過所述的凸邊固定在所述的中空套體內(nèi)。

所述的柔性網(wǎng)狀頭套的厚度小于等于2cm。

所述的腦電電極的分布位置采用國際通用的10-20或10-20擴展系統(tǒng)設(shè)置。

本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套，所設(shè)計的頭套厚度在3厘米以下，能夠有效地應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激研究中。所設(shè)計的網(wǎng)狀柔性材料因其由多個鏤空三角形連接而成，便于頭發(fā)撥出，既降低了頭套高度又提高了近紅外光信號采集質(zhì)量。同時，穩(wěn)定的三角形網(wǎng)格設(shè)計使得腦電電極位置相對固定，提高采集位置的精度?？烧{(diào)節(jié)方向的腦電電極線旋片設(shè)計降低了經(jīng)顱磁刺激下因?qū)Ь€擺放位置產(chǎn)生的偽跡對真實腦電信號的影響。近紅外探頭和近紅外探頭中空套分離的設(shè)計即便于特定腦功能區(qū)的研究又減少了被試佩戴所有探頭帶來的負擔(dān)。近紅外探頭中空套底部的柔性隔光側(cè)能很好的撥開頭發(fā)露出頭皮，既能隔絕外部光線又能提高近紅外光信號的質(zhì)量。在按照10-20系統(tǒng)采集腦電信號的同時可以采集到血氧變化信息，為神經(jīng)血管耦合機制、腦功能區(qū)連接研究提供了更加全面豐富的腦信息。本實用新型解決了腦電采集中磁刺激偽跡影響較大以及現(xiàn)有腦電和近紅外聯(lián)合檢測設(shè)備無法應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激研究等問題。

附圖說明

圖1是本實用新型應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型中腦電電極中空套、近紅外探頭中空套與柔性網(wǎng)帶相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型腦電電極中空套、腦電電極以及柔性網(wǎng)帶相互結(jié)合固定的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型近紅外探頭中空套、近紅外電極及柔性網(wǎng)帶相互結(jié)合固定的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是經(jīng)顱磁刺激下最小偽跡腦電電極線方向示意圖。

圖中

1：柔性網(wǎng)狀頭套 2：柔性網(wǎng)帶

3：腦電電極 4：腦電電極中空套

41：中空套主體 42：卡槽

43：電極線放置槽 5：近紅外探頭

6：近紅外探頭中空套 61：空套體

62：外卡槽 63：光纖放置槽

64：凸邊 65：柔性隔光環(huán)

7：頭部

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套做出詳細說明。

如圖1、圖2所示，本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套，包括有由柔性網(wǎng)帶2構(gòu)成的能夠覆蓋頭皮的柔性網(wǎng)狀頭套1，所述柔性網(wǎng)狀頭套1的網(wǎng)格為穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)。在所述柔性網(wǎng)狀頭套1上的各節(jié)點上分別形成有上下貫通的貫通孔，所述的貫通孔內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)地插入有腦電電極中空套4和近紅外探頭中空套6，所述的腦電電極中空套4內(nèi)放置有腦電電極3，所述的近紅外探頭中空套6內(nèi)放置有近紅外探頭5，從而使數(shù)個腦電電極3和近紅外電極5分布于頭套之上。其中，腦電電極3和近紅外探頭5在所述的柔性網(wǎng)狀頭套1的分布是每一個所述的腦電電極3在沿經(jīng)線上的柔性網(wǎng)帶2上的兩端等間距地各設(shè)置有一個所述的近紅外探頭5，并且，每一個所述的腦電電極3兩端的兩個近紅外探頭5中的一個是用于發(fā)射紅外線的近紅外探頭，另一個是用于接收紅外線的近紅外探頭。

數(shù)個腦電電極3和近紅外電極5分布于柔性網(wǎng)狀頭套1上。本實用新型在應(yīng)用中被放置于經(jīng)顱磁刺激線圈下，刺激過程中，刺激線圈下曲面與大腦皮層間的距離應(yīng)小于5cm。本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套厚度小于等于2cm，可有效應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激下神經(jīng)血管耦合機制研究。

本實用新型中腦電電極3的分布位置采用國際公認10-20或10-20擴展系統(tǒng)。近紅外探頭5的分布位置按照腦電電極A兩端2～3厘米等間距位置排布。

如圖3、圖4所示，所述的腦電電極中空套4包括有形成有貫通的中心孔的中空套主體41，沿中空套主體41外周面向內(nèi)凹進的形成有一圈用于卡入所述柔性網(wǎng)帶2的卡槽42，一體形成在中空套主體41上端口一側(cè)的用于放置連接腦電電極的電極線的電極線放置槽43，所述的腦電電極3通過耦合劑固定在所述的中空套主體41內(nèi)。腦電電極中空套4通過在柔性網(wǎng)帶2的貫通孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)達到調(diào)整腦電電極3的目的。

腦電電極3耦合在腦電電極中空套4的中空套主體41內(nèi)，腦電電極線耦合在放置腦電電極線的電極線放置槽43中。從腦電電極3中間孔洞注入耦合劑，耦合劑被空套主體41的中心孔下端邊緣包裹，防止耦合劑外滲，避免導(dǎo)聯(lián)相互串通。

如圖3、圖5所示，所述的近紅外探頭中空套6包括有形成有貫通的中心孔的中空套體61，沿中空套體61外周面向內(nèi)凹進的形成有一圈用于卡入所述柔性網(wǎng)帶2的外卡槽62，一體形成在中空套體61上端口一側(cè)的用于放置連接近紅外探頭的光纖的光纖放置槽63，所述中空套體61的內(nèi)周面上還形成有一周向中心凸出的用于卡住近紅外探頭5的凸邊64，所述中空套體61的底端口形成有一圈向中心延伸的用于隔絕外部光線的干擾以及降低頭發(fā)對近紅外光的吸收的柔性隔光環(huán)65，所述的近紅外探頭5通過所述的凸邊64固定在所述的中空套體61內(nèi)。近紅外探頭中空套6通過在柔性網(wǎng)帶2的貫通孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)達到調(diào)整近紅外探頭5的目的。

近紅外探頭5耦合在近紅外探頭中空套6的中空套體61的中心孔內(nèi)，中空套體61內(nèi)側(cè)的凸邊64與近紅外探頭5相互耦合，近紅外探頭5光纖耦合在光纖放置槽63中，近紅外探頭5下方在插入中空套體61的中心孔內(nèi)的過程中擠壓柔性隔光環(huán)65，使柔性隔光環(huán)65向外圍擠壓，從而將接觸到的頭發(fā)撥開，露出足夠照射到近紅外光的頭皮，在遮蔽外界光信號干擾的同時保證信號質(zhì)量。

本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套在應(yīng)用中被放置于經(jīng)顱磁刺激線圈下，刺激過程中，刺激線圈下曲面與大腦皮層間的距離應(yīng)小于5cm。由于本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套厚度不大于2cm，可有效應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激下神經(jīng)血管耦合機制研究。

本實用新型的應(yīng)用于經(jīng)顱磁刺激的光電聯(lián)合采集腦信號的頭套，近紅外探頭5所測量的位置跟腦電電極3的測量位置有相關(guān)性。如圖3所示，位于腦電電極3一側(cè)的用于發(fā)射紅外線的近紅外探頭和位于腦電電極3另一側(cè)的用于接收紅外線的近紅外探頭所探測的區(qū)域位于兩個近紅外探頭中空套6連線中心之下1厘米處。所測位置實際為腦電電極中空套4的下方1厘米處(即A點)的大腦皮層區(qū)域；腦電電極3的測量區(qū)域為大腦皮層上以點A為中心，直徑4cm范圍內(nèi)，采集大腦神經(jīng)元電活動信號，是神經(jīng)元放電活動的綜合反映。

如圖6所示為經(jīng)顱磁刺激下最小偽跡腦電電極線方向示意圖。為滿足把經(jīng)顱磁刺激下因?qū)Ь€方向所產(chǎn)生的偽跡降到最小，腦電電極線的方向可通過轉(zhuǎn)動腦電電極中空套4進行改變。光纖方向則根據(jù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)備位置或其他具體需要進行改變。與TMS刺激點處的回成90度，回與中央溝成45度，此時將光纖方向調(diào)節(jié)為X/Y方向可將經(jīng)顱磁刺激下因?qū)Ь€方向所產(chǎn)生的偽跡降到最小。