一種新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置，主要用于經(jīng)顱超聲刺激對(duì)腦電信號(hào)影響的實(shí)驗(yàn)性研究，屬于無(wú)損測(cè)試技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于具有無(wú)創(chuàng)性、有效性、安全性、易操作性等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulat1n, TMS)、經(jīng)盧頁(yè)直流刺激(transcranialdirect current stimulat1n, tDCS)和經(jīng)盧頁(yè)超聲刺激(transcranial ultrasoundstimulat1n, TUS)等經(jīng)顱刺激技術(shù)被廣泛關(guān)注。TMS、tDCS及TUS作為有效的腦功能調(diào)節(jié)技術(shù)，具有可逆性改變神經(jīng)電導(dǎo)率的能力，且不對(duì)神經(jīng)組織造成損傷，即具有安全的神經(jīng)調(diào)節(jié)能力。雖然以上方式都能對(duì)腦功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，相對(duì)于TUS，TMS和tDCS的空間分辨率較低，處于厘米水平，同時(shí)刺激深度較淺，一般在1厘米左右，僅可以刺激到皮層，雖然深度TMS最深可以達(dá)到6厘米刺激深度，但是分辨率還是不如TUS高。超聲波具有很好的穿透性，它能穿透骨骼和軟組織甚至金屬結(jié)構(gòu)，因此超聲波在醫(yī)療與工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用。早在上個(gè)世紀(jì)60年代，超聲刺激就被證實(shí)對(duì)神經(jīng)組織具有可逆的生理效應(yīng)，包括興奮與抑制效應(yīng)。但知道2008年，科學(xué)家才第一次通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了脈沖式超聲刺激可以進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié)。用于治療的超聲頻率一般小于1MHz，若達(dá)到同樣的刺激效果，使用的頻率越低，需要的聲強(qiáng)越小，所以低強(qiáng)度超聲刺激是一種很有應(yīng)用前景和研究意義的腦功能調(diào)節(jié)技術(shù)。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?201210576849.4，名稱為:經(jīng)顱超聲刺激修復(fù)腦神經(jīng)功能的裝置及方法，雖然提供了一種神經(jīng)修復(fù)治療的裝置及方法，但是裝置中的函數(shù)發(fā)生器和功率放大器等使裝置不具有便攜性；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?201310351623.9，名稱為:一種經(jīng)顱超聲腦調(diào)控的方法與裝置，雖然能夠用腦電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控小數(shù)腦電信號(hào)的變化，但也由于函數(shù)發(fā)生器、功率放大器電機(jī)驅(qū)動(dòng)等使裝置不具有便攜性；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?201510021745.0，名稱為:經(jīng)顱超聲刺激裝置以及刺激方法，雖然將超聲激勵(lì)都集成在一塊電路板上，但是超聲回波顯示借助示波器，也不具有便捷性；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?200810231556.6，名稱為:一種經(jīng)顱超聲治療儀及控制技術(shù)，上位機(jī)部分只負(fù)責(zé)指標(biāo)顯示不能顯示超聲回波和腦電信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服已有技術(shù)的上述不足和缺陷，本實(shí)用新型提出了一種新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置，為經(jīng)顱超聲刺激對(duì)腦電信號(hào)影響的研究提供一種便攜、易操作
目.ο
[0005]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置，包括上位機(jī)模塊、供電模塊、USB接口模塊、FPGA主控模塊、激勵(lì)脈沖產(chǎn)生模塊、回波接收模塊以及腦電信號(hào)采集模塊，所述的上位機(jī)模塊包括:參數(shù)設(shè)置界面、回波顯示界面和腦電波形顯示界面；所述的供電模塊包括為激勵(lì)脈沖產(chǎn)生模塊供電的子模塊和為裝置其他部分供電的子模塊；所述的回波接收模塊包括:限幅模塊、程控放大模塊、濾波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；所述的腦電信號(hào)采集模塊包括:前置儀用放大模塊、濾波模塊、程控放大模塊、50Hz陷波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
[0007]激勵(lì)脈沖控制的實(shí)現(xiàn)方案是:在上位機(jī)模塊參數(shù)設(shè)置界面對(duì):中心頻率、脈沖時(shí)長(zhǎng)、脈沖重復(fù)頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)經(jīng)USB接口模塊傳給FPGA主控模塊，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)控制信號(hào)控制激勵(lì)脈沖產(chǎn)生模塊產(chǎn)生激勵(lì)脈沖從而激勵(lì)聚焦式超聲換能器發(fā)射出超聲刺激信號(hào)；
[0008]激勵(lì)脈沖電壓控制的實(shí)現(xiàn)方案是:上位機(jī)參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置好激勵(lì)電壓，參數(shù)傳給FPGA主控模塊，F(xiàn)PGA主控模塊發(fā)送對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)給數(shù)字電位器，改變接入為激勵(lì)脈沖產(chǎn)生模塊供電的子模塊對(duì)應(yīng)阻值，從而改變了激勵(lì)脈沖電壓。
[0009]超聲回波接收模塊和腦電信號(hào)采集模塊增益控制的實(shí)現(xiàn)方案是:在上位機(jī)模塊的回波顯示界面和腦電波形顯示界面分別設(shè)置增益，參數(shù)經(jīng)USB接口模塊傳給FPGA主控模塊，F(xiàn)PGA主控模塊發(fā)送對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊使其產(chǎn)生不同的電壓，該電壓控制程控放大模塊從而實(shí)現(xiàn)增益控制。
[0010]用VC++語(yǔ)言MFC編程實(shí)現(xiàn)刺激時(shí)間倒計(jì)時(shí)顯示，波形顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
[0011]下面對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述:
[0012]所述的回波接收模塊包括:限幅模塊、程控放大模塊、濾波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其中，聚焦式超聲換能器、限幅模塊、程控放大模塊、濾波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次連接，限幅模塊防止激勵(lì)脈沖產(chǎn)生模塊的高壓脈沖激勵(lì)信號(hào)進(jìn)入回波接收模塊，超聲回波經(jīng)程控放大電路放大，濾波模塊濾波進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬回波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳輸給FPGA主控模塊。
[0013]所述的腦電信號(hào)采集模塊包括:前置儀用放大模塊、濾波模塊、程控放大模塊、50Hz陷波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其中，微電機(jī)陣列、前置儀用放大模塊、濾波模塊、程控放大模塊、50Hz陷波模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次相連，微電機(jī)陣列采集來(lái)的腦電信號(hào)經(jīng)前置儀用放大模塊一次放大，濾波模塊高低頻濾波，程控放大模塊二次放大，50Hz陷波模塊濾除工頻50Hz干擾進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將模擬腦電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳輸給FPGA主控模塊。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本使用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0015]1、在上位機(jī)模塊能設(shè)置超聲刺激信號(hào)參數(shù)，包括:中心頻率、脈沖時(shí)長(zhǎng)、脈沖重復(fù)頻率、脈沖持續(xù)時(shí)間以及聚焦式超聲換能器的激勵(lì)脈沖電壓；其中，激勵(lì)脈沖電壓越大，聚焦式超聲換能器發(fā)射出的超聲波聲強(qiáng)越大，所以實(shí)現(xiàn)了超聲刺激信號(hào)強(qiáng)度的控制；
[0016]2、回波接收模塊和上位機(jī)回波顯示界面的設(shè)計(jì)使操作者能直觀地觀察超聲回波波形并且時(shí)刻確保超聲刺激信號(hào)的存在，確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，腦電信號(hào)采集模塊和腦電波形顯示界面的設(shè)計(jì)使操作者直觀地觀察經(jīng)顱超聲刺激對(duì)神經(jīng)元的影響；
[0017]3、在上位機(jī)模塊能設(shè)置回波接收模塊和腦電信號(hào)采集模塊的增益；
[0018]4、上位機(jī)有刺激時(shí)間倒計(jì)時(shí)顯示；
[0019]5、能夠?qū)⒊暣碳ば盘?hào)參數(shù)、回波波形、腦電信號(hào)數(shù)據(jù)和腦電波形存儲(chǔ)在一個(gè)文件夾里邊，便于以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；
[0020]6、本裝置將經(jīng)顱超聲刺激和超聲回波接收、腦電信號(hào)采集集成在一塊電路板上，體積小巧、控制靈活、操作方便，為經(jīng)顱超聲刺激在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用提供有力實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的一種新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是利用本實(shí)用新型的新型便攜式經(jīng)顱超聲刺激及腦電信號(hào)采集裝置進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié)的過(guò)程流程圖；
[0023]圖3是本實(shí)用新型的超聲刺激信號(hào)參數(shù)設(shè)置界面；
[0024]圖4是本實(shí)用新型的回波顯示界面；
[0025]圖5是本實(shí)用新型的腦電波形顯示界面。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明:本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0027]如圖1所