一种经颅超声脑调控的方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种经颅超声脑调控的方法及装置。该方法包括聚焦超声换能器发出的短脉冲超声经过超声耦合介质后，照射在样品头部，通过机械效应引起神经生理变化。聚焦超声探测器经过三维电动扫描平台带动扫描后，对头部不同的部位进行超声刺激。该装置包括装有超声耦合介质的水箱、聚焦超声换能器、功率放大器、信号发生器，三维电动扫描平台，电机驱动、带有电机控制软件的计算机，连接杆和塑料薄膜；所述聚焦超声换能器、功率放大器以及函数发生器依次电气连接。所述三维电动扫描平台、电机驱动以及带有电机控制软件的计算机依次电气相连。所述聚焦超声换能器与三维电动扫描平台通过连接杆相连。本发明能够实现多方位经颅超声脑调控。
【专利说明】一种经颅超声脑调控的方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明属于无损测试技术，特别涉及一种经颅超声脑调控的方法与装置。
【背景技术】
[0002]大脑神经调节或刺激技术多种多样，有基于药化学、电刺激、磁刺激、光感基因；每种类型又有不同的具体刺激方法，同时也有不同的优点与局限性。药理学或化学方法操作简单，但缺乏目标区域的准确性，同时有新陈代谢的要求；电刺激法，如深度脑刺激，虽然刺激的目标性强但要求对大脑植入电极，手术存在较大的危险性；技术较成熟的直接电流刺激与经颅磁刺激虽然做到无侵性，但存在刺激的深度不够与低分辨率的问题；光感基因神经调控技术虽然可以做到足够高的刺激精度但对基因技术的要求却让人望而却步。正是由于以上原因，人们才不断去探索一种新的神经调节技术，既操作简单，又不用动手术，同时还能够有效刺激大脑。
[0003]经颅超声刺激一般指用低强度聚焦超声穿透完整的大脑颅骨从而达到对神经功能的调制的一种技术手段。超声作为一种机械压力波，以大于人的听力范围(>20KHz)而得名。超声具有在特定物质中长距离低损耗传播的特性，因此超声在医学与工业上有广泛应用。研究超声对生物组织的影响起源于20世纪20年代。在神经组织方面，超声的作用范围从热消融到神经活动的调节。通过大范围的诊断性医疗成像与阵列物理疗法应用，超声的安全性得以证明。依靠超声回声信号的常规医学成像其频率范围在1-15MHZ，治疗性超声频率一般在1MHz。脑成像应用方面，超声用于声光断层扫描技术，根据不同组织对单色光的吸收系数不一样可以成像脑的损伤图。90年代聚焦超声(FUS)得到了很大的应用，主要集中于热消融、血栓溶解及外围神经活动的阻断。同时发现低功率超声能够打开血脑屏障并传送药物到特定脑区域。低能量的FUS能够有效加快骨折后愈合时间。
【发明内容】
.
[0004]本发明的首要目的在于提供一种经颅超声脑调控方法，本发明的另一目的在于提供一种经颅超声脑调控装置。
[0005]一种经颅超声脑调控的装置，其特征在于:该装置包括装有超声耦合介质的水箱、聚焦超声换能器、功率放大器、信号发生器，三维电动扫描平台，电机驱动、带有电机控制软件的计算机，连接杆和塑料薄膜；所述聚焦超声换能器、功率放大器以及信号发生器依次电气连接；所述三维电动扫描平台、电机驱动以及带有电机控制软件的计算机依次电气相连；所述聚焦超声换能器与三维电动扫描平台通过连接杆相连；所述装有超声耦合介质的水箱下方放置样品，样品与超声耦合介质被塑料薄膜隔开。
[0006]该装置操作简单，定位精度高；能够同时实现多方位脑调控。
[0007]应用所述一种经颅超声脑调控的装置的方法，其特征在于包括以下操作步骤:
[0008](I)将聚焦超声换能器浸入水箱中的超声耦合介质中；
[0009](2)将样品的头部接触水箱底部的塑料薄膜，头部与超声耦合介质用塑料薄膜隔开；
[0010](3)信号发生器产生的脉冲信号经过功率放大器放大后，传递给聚焦超声换能器，聚焦超声换能器进而发出脉冲超声波；
[0011](4)聚焦超声换能器发出的脉冲超声波经过超声耦合介质后，到达样品头部，与头部神经进行作用，通过超声波机械效应引起神经生理变化；
[0012](5)聚焦超声换能器通过连接杆与三维扫描电动平台相连接，由装有电机控制软件的计算机控制其移动；
[0013](6)对头部某一部位神经进行刺激后，三维扫描电动平台带动聚焦超声换能器移动到下一位置，实现多方位神经刺激。
[0014]本发明的作用原理是:聚焦超声换能器发出的脉冲超声经过超声耦合介质后，照射在样品头部，通过机械效应引起神经生理变化。聚焦超声探测器经过三维电动扫描平台带动扫描后，对头部不同的部位进行超声刺激。本发明适用于对样品进行多点神经刺激以及多方位脑调控。
[0015]与现有脑调控方法相比，本发明具有如下优点:
[0016]I)本发明通过超声波进行脑调控，它属于物理方法进行脑调控的范畴，是一种无损伤的脑调控方法；
[0017]2)本发明使用聚焦超声换能器，发射的超声波聚焦在神经部位，能够高效率地对神经进行刺激；
[0018]3)本发明使用三维电动扫描平台带动聚焦超声换能器进行神经刺激，能够实现快速多方位脑调控。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是实施例1所述一种经颅超声脑调控装置的结构示意图，其中I为装有超声耦合介质的水箱，2为聚焦超声换能器，3为功率放大器，4为信号发生器，5为连接杆，6为塑料薄膜，7为带有电机控制软件的计算机，8为驱动电机，9为三维电动扫描平台。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述
[0021]实施例1:一种经颅超声脑调控装置(结构示意图如图1所示)
[0022]该装置包括I为装有超声耦合介质的水箱，2为聚焦超声换能器，3为功率放大器，4为信号发生器，5为连接杆，6为塑料薄膜，7为驱动电机，8为带有电机控制软件的计算机，9为三维电动扫描平台。所述聚焦超声换能器2、功率放大器3以及信号发生器4依次电气连接。所述三维电动扫描平台9、驱动电机7以及带有电机控制软件的计算机8依次电气相连。所述聚焦超声换能器2与三维电动扫描平台9通过连接杆5相连。所述信号发生器4发出的信号，经过功率放大器3放大后传递给聚焦超声换能器2产生超声波，所述装有超声耦合介质的水箱I下方放置样品，样品与超声耦合介质被塑料薄膜6隔开。所述聚焦超声换能器2发出的超声波经过超声耦合介质后，到达样品头部，与头部神经进行作用，通过超声波机械效应引起神经生理变化。所述聚焦超声换能器2通过连接杆5与三维扫描电动平台9相连接，由装有电机控制软件的计算机7控制其移动。对头部某一部位神经进行刺激后，三维扫描电动平台9带动聚焦超声换能器2移动到下一位置，实现多方位神经刺激。为了验证这种实验方法的可靠性，我们通过对小鼠的脑神经进行刺激，利用脑电信号检测系统监控小鼠脑电信号的变化，实验结果显示，在超声刺激作用下，小鼠的脑电信号会发生显
著变化。
[0023]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种经颅超声脑调控的装置，其特征在于:该装置包括装有超声耦合介质的水箱、聚焦超声换能器、功率放大器、信号发生器，三维电动扫描平台，电机驱动、带有电机控制软件的计算机，连接杆和塑料薄膜；所述聚焦超声换能器、功率放大器以及信号发生器依次电气连接；所述三维电动扫描平台、电机驱动以及带有电机控制软件的计算机依次电气相连；所述聚焦超声换能器与三维电动扫描平台通过连接杆相连；所述装有超声耦合介质的水箱下方放置样品，样品与超声耦合介质被塑料薄膜隔开。
2.应用权利要求1所述一种经颅超声脑调控的装置的方法，其特征在于包括以下操作步骤: (O将聚焦超声换能器浸入水箱中的超声稱合介质中； (2)将样品的头部接触水箱底部的塑料薄膜，头部与超声耦合介质用塑料薄膜隔开； (3)信号发生器产生的脉冲信号经过功率放大器放大后，传递给聚焦超声换能器，聚焦超声换能器进而发出脉冲超声波； (4)聚焦超声换能器发出的脉冲超声波经过超声耦合介质后，到达样品头部，与头部神经进行作用，通过超声波机械效应引起神经生理变化； (5)聚焦超声换能器通过连接杆与三维扫描电动平台相连接，由装有电机控制软件的计算机控制其移动； (6)对头部某一部位神经进行刺激后，三维扫描电动平台带动聚焦超声换能器移动到下一位置，实现多方位神 经刺激。
【文档编号】A61N7/00GK103432691SQ201310351623
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】李小俚, 袁毅 申请人:北京师范大学