一种闭环式近红外脑刺激装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无损测试技术，特别涉及一种脑刺激装置。
【背景技术】
[0002]神经功能性疾病因很难通过药物等手段治愈，从根本上讲，人体各种感觉和运动功能，都是与之对应的神经细胞或肌肉接受各种刺激产生动作电位的结果。当功能发生异常时，可以通过建立神经通道施加外界刺激而治愈。神经系统疾病包括中枢和周围神经系统疾病，表现为感觉、意识、运动等神经功能障碍，导致包括癫痫、中风、帕金森病、阿尔茨海默病和偏头痛等。神经系统疾病严重影响了患者与家属的生活质量，同时给家庭和社会造成了沉重的经济负担。
[0003]目前用于神经修复的刺激方式有电、光、化学、机械等。当前，药物化学治疗神经系统疾病取得一定成效，但对人体有一定副作用。其他脑物理调控技术，如深度脑刺激，虽然刺激目标性强但要求对大脑植入电极，手术存在较大风险；其中功能性电刺激已进入临床阶段，并有很多产品问世。然而现有电刺激方法空间分辨率低，电极使用寿命短，且在供能、数据传输效率和安全方面都有待提高。红外激光神经刺激疗法采用低能量脉冲激光照射神经，具有空间分辨率高、安全性高等优点。
[0004]但是，现有技术中用于治疗脑神经系统疾病的设备都是开环设备，不能够自动预测脑电信号节律的相位；也不能根据用户的需求在所需时刻发出刺激信号。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种操控方便、刺激精度高、结构合理的闭环式近红外脑刺激装置。
[0006]本发明的装置包括计算机、采集与发射卡、恒流源、近红外激光器、微电极、差分放大器；其中，计算机与采集与发射卡通过数据线互通连接，采集与发射卡输出端的I/o接口与恒流源的信号输入端连接，恒流源的输出端与近红外激光器信号输入端连接，近红外激光器输出的近红外光照射在人体的头部，微电极的输入端获取脑神经电信号，微电极的输出端与差分放大器的输入端相连，差分放大器的输出端与采集与发射卡输入端的A/D接口接通。
[0007]所述计算机装有Labview控制软件，通过软件控制采集与发射卡，计算机发出的信号频率范围为IHz?1MHz。
[0008]所述采集与发射卡为NI USB-6251数字信号采集与发射卡，采样频率设置为20kHz ο
[0009]所述差分放大器的滤波频率为0.3Hz?5KHz，放大倍数为100倍。
[0010]所述微电极阵列为镍铬合金微丝电极。
[0011]所述近红外激光发射器为808nm 二极管激光器。
[0012]所述恒流源为XD-E305型恒流源。
[0013]工作过程如下:
[0014]近红外激光器发出的脉冲激光信号照射在人体头部，通过脉冲光照引起组织中瞬时热量积累，诱发神经电生理变化；微电极采集到头部神经电信号，经过差分放大器的放大之后，再由采集与发射卡的A/D 口采样，并经过计算机自动判断及预测过程后，根据用户的要求，在即将到来的脑电节律的特征位置，经采集与发射卡的I/O 口给出刺激信号，经过采集与发射卡的I/O 口、恒流源，近红外激光器，产生脉冲激光信号兴奋头部特定区域，诱发神经元产生动作电位，再经微电极采集信号，如此往复，形成一个闭环控制系统，对人体进行闭环式神经刺激或脑调控。
[0015]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0016]1、近红外激光器聚焦在神经部位，能够高效率地对神经进行刺激。
[0017]2、使用闭环式控制系统，能自动预测脑电信号节律的相位。
[0018]3、可根据用户的设置，在所需时刻发出刺激信号，为大脑神经系统工作机理和刺激作用机制的深入研宄提供了有用的工具。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的结构框图。
[0020]图2是本发明的使用流程框图。
【具体实施方式】
[0021]在图1所示的闭环式近红外脑刺激装置的结构框图中，计算机与采集与发射卡通过数据线互通连接，采集与发射卡输出端的I/o接口与恒流源的信号输入端连接，恒流源的输出端与近红外激光器的信号输入端连接，近红外激光器的输出端与人体头部相接触；微电极的输入端获取脑神经电信号，微电极的输出端与差分放大器输入端相连，差分放大器的输出端与采集与发射卡输入端的A/D接口接通。
[0022]所述计算机装有Labview控制软件，通过软件控制采集与发射卡，计算机发出的信号频率范围为IHz?1MHz。
[0023]所述采集与发射卡为NI USB-6251数字信号采集与发射卡，采样频率设置为20kHz ο
[0024]所述差分放大器的滤波频率为0.3Hz?5KHz，放大倍数为100倍。
[0025]所述微电极阵列为镍铬合金微丝电极。
[0026]所述近红外激光发射器为808nm 二极管激光器。
[0027]该装置的使用方法，如图2所示，包括以下操作步骤:
[0028](I)将实验对象的头部接触近红外激光器的底部；
[0029](2)带有控制软件的计算机发出的脉冲信号经过采集与发射卡(NIUSB-6251，USA)和恒流源(XD-305E，深圳飞博源光电)后，传递给近红外激光器，激光器进而发出脉冲激光信号；
[0030](3)激光器(AL0808F5000P-SMA，重庆航伟光电)发出的脉冲激光信号到达人体头部，与头部神经进行作用，通过光热效应引起神经生理变化；
[0031](4)微电极(Blackrock Microsystems, USA)采集到的头部神经电信号，传递给差分放大器(1800型，A&M, USA)，差分放大器进而将神经电信号放大，并传输给米集与发射卡;
[0032](5)采集与发射卡的A/D 口对神经电信号进行采样，传递给带有控制软件的计算机，计算机对采集的神经电信号进行分析与预测；
[0033](6)计算机对神经电信号预测之后，根据用户的要求，在即将到来的棘波节律的特征位置发出脉冲信号；
[0034](7)计算机发出的脉冲信号，经过采集与发射卡的I/O 口，传递到恒流源，经过恒流源之后，激光器发出脉冲刺激信号；
[0035](8)激光器产生的脉冲刺激信号能兴奋头部特定区域，从而诱发神经元产生动作电位。
[0036]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、改进、修饰、替代、组合、简化，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种闭环式近红外脑刺激装置，其特征在于:所述装置包括计算机、采集与发射卡、恒流源、近红外激光器、微电极、差分放大器；其中，计算机与采集与发射卡通过数据线互通连接，采集与发射卡输出端的I/o接口与恒流源的信号输入端连接，恒流源的输出端与近红外激光器的信号输入端连接，近红外激光器输出的近红外光照射在人体的头部；微电极的输入端获取脑神经电信号，微电极的输出端与差分放大器输入端相连，差分放大器的输出端与采集与发射卡输入端的A/D接口接通。2.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述计算机装有Labview控制软件，通过软件控制采集与发射卡，计算机发出的信号频率范围为IHz ?1MHz ο3.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述采集与发射卡为NI USB-6251数字信号采集与发射卡，采样频率设置为20kHz。4.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述差分放大器的滤波频率为0.3Hz?5KHz，放大倍数为100倍。5.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述微电极为镍铬合金微丝电极。6.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述激光发射器为808nm 二极管激光器。7.根据权利要求1所述的一种闭环式近红外脉冲脑刺激装置，其特征在于:所述恒流源为XD-E305型恒流源。
【专利摘要】一种闭环式近红外脑刺激装置，它包括计算机、采集与发射卡、恒流源、近红外激光器、微电极、差分放大器；其中，计算机与采集与发射卡通过数据线互通连接，采集与发射卡输出端的I/O接口与恒流源的信号输入端连接，恒流源的输出端与近红外激光器信号输入端连接，近红外激光器输出的近红外光照射在人体头部；微电极的输入端获取脑神经电信号，微电极的输出端与差分放大器输入端相连，差分放大器的输出端与采集与发射卡输入端的A/D接口接通。本发明具有结构简单、操控方便、刺激精度高等优点。
【IPC分类】A61N5/067
【公开号】CN104984484
【申请号】CN201510449656
【发明人】袁毅, 马志涛, 李小俚
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月28日