一種閉環(huán)式近紅外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)，特別涉及一種腦刺激裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)功能性疾病因很難通過藥物等手段治愈，從根本上講，人體各種感覺和運動功能，都是與之對應(yīng)的神經(jīng)細胞或肌肉接受各種刺激產(chǎn)生動作電位的結(jié)果。當(dāng)功能發(fā)生異常時，可以通過建立神經(jīng)通道施加外界刺激而治愈。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(fēng)、帕金森病、阿爾茨海默病和偏頭痛等。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(dān)。
[0003]目前用于神經(jīng)修復(fù)的刺激方式有電、光、化學(xué)、機械等。當(dāng)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，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(fēng)險；其中功能性電刺激已進入臨床階段，并有很多產(chǎn)品問世。然而現(xiàn)有電刺激方法空間分辨率低，電極使用壽命短，且在供能、數(shù)據(jù)傳輸效率和安全方面都有待提高。紅外激光神經(jīng)刺激療法采用低能量脈沖激光照射神經(jīng)，具有空間分辨率高、安全性高等優(yōu)點。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)中用于治療腦神經(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)式近紅外腦刺激裝置。
[0006]本發(fā)明的裝置包括計算機、采集與發(fā)射卡、恒流源、近紅外激光器、微電極、差分放大器；其中，計算機與采集與發(fā)射卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集與發(fā)射卡輸出端的I/o接口與恒流源的信號輸入端連接，恒流源的輸出端與近紅外激光器信號輸入端連接，近紅外激光器輸出的近紅外光照射在人體的頭部，微電極的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極的輸出端與差分放大器的輸入端相連，差分放大器的輸出端與采集與發(fā)射卡輸入端的A/D接口接通。
[0007]所述計算機裝有Labview控制軟件，通過軟件控制采集與發(fā)射卡，計算機發(fā)出的信號頻率范圍為IHz?1MHz。
[0008]所述采集與發(fā)射卡為NI USB-6251數(shù)字信號采集與發(fā)射卡，采樣頻率設(shè)置為20kHz ο
[0009]所述差分放大器的濾波頻率為0.3Hz?5KHz，放大倍數(shù)為100倍。
[0010]所述微電極陣列為鎳鉻合金微絲電極。
[0011]所述近紅外激光發(fā)射器為808nm 二極管激光器。
[0012]所述恒流源為XD-E305型恒流源。
[0013]工作過程如下:
[0014]近紅外激光器發(fā)出的脈沖激光信號照射在人體頭部，通過脈沖光照引起組織中瞬時熱量積累，誘發(fā)神經(jīng)電生理變化；微電極采集到頭部神經(jīng)電信號，經(jīng)過差分放大器的放大之后，再由采集與發(fā)射卡的A/D 口采樣，并經(jīng)過計算機自動判斷及預(yù)測過程后，根據(jù)用戶的要求，在即將到來的腦電節(jié)律的特征位置，經(jīng)采集與發(fā)射卡的I/O 口給出刺激信號，經(jīng)過采集與發(fā)射卡的I/O 口、恒流源，近紅外激光器，產(chǎn)生脈沖激光信號興奮頭部特定區(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。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0016]1、近紅外激光器聚焦在神經(jīng)部位，能夠高效率地對神經(jīng)進行刺激。
[0017]2、使用閉環(huán)式控制系統(tǒng)，能自動預(yù)測腦電信號節(jié)律的相位。
[0018]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)工作機理和刺激作用機制的深入研宄提供了有用的工具。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的使用流程框圖。
【具體實施方式】
[0021]在圖1所示的閉環(huán)式近紅外腦刺激裝置的結(jié)構(gòu)框圖中，計算機與采集與發(fā)射卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集與發(fā)射卡輸出端的I/o接口與恒流源的信號輸入端連接，恒流源的輸出端與近紅外激光器的信號輸入端連接，近紅外激光器的輸出端與人體頭部相接觸；微電極的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極的輸出端與差分放大器輸入端相連，差分放大器的輸出端與采集與發(fā)射卡輸入端的A/D接口接通。
[0022]所述計算機裝有Labview控制軟件，通過軟件控制采集與發(fā)射卡，計算機發(fā)出的信號頻率范圍為IHz?1MHz。
[0023]所述采集與發(fā)射卡為NI USB-6251數(shù)字信號采集與發(fā)射卡，采樣頻率設(shè)置為20kHz ο
[0024]所述差分放大器的濾波頻率為0.3Hz?5KHz，放大倍數(shù)為100倍。
[0025]所述微電極陣列為鎳鉻合金微絲電極。
[0026]所述近紅外激光發(fā)射器為808nm 二極管激光器。
[0027]該裝置的使用方法，如圖2所示，包括以下操作步驟:
[0028](I)將實驗對象的頭部接觸近紅外激光器的底部；
[0029](2)帶有控制軟件的計算機發(fā)出的脈沖信號經(jīng)過采集與發(fā)射卡(NIUSB-6251，USA)和恒流源(XD-305E，深圳飛博源光電)后，傳遞給近紅外激光器，激光器進而發(fā)出脈沖激光信號；
[0030](3)激光器(AL0808F5000P-SMA，重慶航偉光電)發(fā)出的脈沖激光信號到達人體頭部，與頭部神經(jīng)進行作用，通過光熱效應(yīng)引起神經(jīng)生理變化；
[0031](4)微電極(Blackrock Microsystems, USA)采集到的頭部神經(jīng)電信號，傳遞給差分放大器(1800型，A&M, USA)，差分放大器進而將神經(jīng)電信號放大，并傳輸給米集與發(fā)射卡;
[0032](5)采集與發(fā)射卡的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；
[0033](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)出脈沖信號；
[0034](7)計算機發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)過采集與發(fā)射卡的I/O 口，傳遞到恒流源，經(jīng)過恒流源之后，激光器發(fā)出脈沖刺激信號；
[0035](8)激光器產(chǎn)生的脈沖刺激信號能興奮頭部特定區(qū)域，從而誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位。
[0036]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)式近紅外腦刺激裝置，其特征在于:所述裝置包括計算機、采集與發(fā)射卡、恒流源、近紅外激光器、微電極、差分放大器；其中，計算機與采集與發(fā)射卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集與發(fā)射卡輸出端的I/o接口與恒流源的信號輸入端連接，恒流源的輸出端與近紅外激光器的信號輸入端連接，近紅外激光器輸出的近紅外光照射在人體的頭部；微電極的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極的輸出端與差分放大器輸入端相連，差分放大器的輸出端與采集與發(fā)射卡輸入端的A/D接口接通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式近紅外脈沖腦刺激裝置，其特征在于:所述計算機裝有Labview控制軟件，通過軟件控制采集與發(fā)射卡，計算機發(fā)出的信號頻率范圍為IHz ?1MHz ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式近紅外脈沖腦刺激裝置，其特征在于:所述采集與發(fā)射卡為NI USB-6251數(shù)字信號采集與發(fā)射卡，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)式近紅外脈沖腦刺激裝置，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)式近紅外脈沖腦刺激裝置，其特征在于:所述微電極為鎳鉻合金微絲電極。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式近紅外脈沖腦刺激裝置，其特征在于:所述激光發(fā)射器為808nm 二極管激光器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閉環(huán)式近紅外脈沖腦刺激裝置，其特征在于:所述恒流源為XD-E305型恒流源。
【專利摘要】一種閉環(huán)式近紅外腦刺激裝置，它包括計算機、采集與發(fā)射卡、恒流源、近紅外激光器、微電極、差分放大器；其中，計算機與采集與發(fā)射卡通過數(shù)據(jù)線互通連接，采集與發(fā)射卡輸出端的I/O接口與恒流源的信號輸入端連接，恒流源的輸出端與近紅外激光器信號輸入端連接，近紅外激光器輸出的近紅外光照射在人體頭部；微電極的輸入端獲取腦神經(jīng)電信號，微電極的輸出端與差分放大器輸入端相連，差分放大器的輸出端與采集與發(fā)射卡輸入端的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】A61N5/067
【公開號】CN104984484
【申請?zhí)枴緾N201510449656
【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10月21日
【申請日】2015年7月28日