一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置的制作方法

本申请涉及神经调控技术领域，特别涉及用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置。

背景技术：

神经调控技术是神经科学研究和神经工程与临床应用的重要工具，现阶段常见的神经调控手段有深部脑刺激(dbs，deepbrainstimulation)、经颅直流电刺激(tdcs，transcranialdirectcurrentstimulation)、经颅磁刺激(tms，transcranialmagneticstimulation)和光基因(optogenetics)以及经颅超声刺激技术(transcranialultrasoundstimulation，tus)。dbs具有微米级的空间分辨率，但其应用存在着手术创伤和刺激靶点改变不灵活的局限，且存在术后感染等风险。tms和tdcs两种技术虽然具有非侵入式的优点，但都存在刺激空间分辨力不高、穿透深度较浅的不足，不能满足某些场合的需求；光基因遗传技术虽然拥有无可比拟的作用精度，但需要通过病毒转染和有创的光纤植入等手术操作方可实现，难以走向临床脑疾病治疗。经颅超声刺激技术是指用低频聚焦超声刺激大脑的神经或功能区域，以达到调制脑功能的一种技术手段，其具有无创性、高分辨率、刺激深度大、和电磁兼容性好等优点，在临床上具有很大的潜力，在国际上广受关注。

作为一种新型的神经调控技术，经颅超声具有极大的发展潜力，但现阶段实验研究所用的超声刺激系统基本为自己手动搭建，由多台器材拼接而成，其体积笨重，操作难度大，难以移动。经过对现有文献的检索发现，现阶段虽然已经出现了相应的便携式经颅超声刺激设备，如经颅超声刺激装置以及刺激方法(专利号：20150021745.0)；一种新型便携式经颅超声刺激及脑电信号采集装置(201520514405.7)；一种超声神经刺激设备及系统(201520996080.0)。但这些都为单一通道的经颅超声装备，然而在脑科学研究和临床应用中，有些场景和应用对象需要同时接受两个靶点乃至多个靶点的刺激；特别地，对这些靶点的刺激可能是同步刺激，也可能是有特定时序的异步刺激，以研究各个靶点间的协同效应和因果作用关系。这样的研究特别需要多通道的能精确控制各通道的刺激时序的超声刺激设备来完成实验。与此同时，在实验过程中，超声刺激设备常常与其他设备如脑电设备、肌电设备等协同工作，而在某些场合中需要外部触发的延时触发，如提前或者延时同步信号的输入输出。我们在文献检索所发现上述的技术和设备不能满足多通道刺激的精确时序控制，没有实现异步触发，也难以满足与其他设备(如脑电或肌电)协同实现实时闭环的经颅超声刺激。

因此，本领域尚缺乏一种具备多通道刺激、精确时序控制、实现异步触发、并且能够与外部脑电肌电等设备协同工作、操作方便、体积小便携的双通道经颅超声刺激装置。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置，该装置具有两个独立的通道，能实现与外部设备的异步触发，并进一步的实现与其他设备(如脑电或肌电)实时闭环的经颅超声刺激，并且能实时显示多项参数。

本发明提供了一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置，所述装置用于输出与超声探头匹配的超声信号，其特征在于，包括：主控单元、信号发生器单元、功率放大器单元、谐振阻抗匹配单元、显控面板单元和供电系统单元；

所述主控单元被配置为处理各个单元之间的信息传递，以及对各个单元的数据进行处理；所述信号发生器单元用于接收所述主控单元传递的控制指令，产生所需的脉冲信号；所述功率放大器单元用于将来自信号发生器单元的脉冲信号进行调制以及放大；所述谐振阻抗匹配单元被配置为将所述功率放大器单元输出阻抗与超声探头的阻抗进行匹配，同时对功率放大器单元的输出信号进行滤波；所述显控面板单元用于显示和输入所述装置的运行参数；所述供电系统单元用于为所述装置供电；

所述装置包括两个相互独立的第一通道和第二通道，所述第一通道包括与主控单元相连的所述第一超声激励信号支路和第一外部触发信号支路；所述第二通道包括与主控单元相连的所述第二超声激励信号支路和第二外部触发信号支路；

所述装置还包括外部协同单元，所述外部协同单元被配置为所述经颅超声刺激装置与外部其他设备的协同工作，用以产生或者接受外部触发信号；所述外部协同单元的工作模式包括同步触发模式和异步触发模式。

在另一优选例中，所述同步触发模式是指，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是同步的。

在另一优选例中，所述异步触发模式指，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是不同步的。

在另一优选例中，所述的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路各自独立地输出同步或时序的用于驱动所述超声探头的超声激励信号。

在另一优选例中，所述的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路的工作模式有独立输出模式和协同输出模式。

在另一优选例中，在独立输出模式下，所述第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路相互独立、互不干扰，均可驱动所述超声探头。

在另一优选例中，在协同输出模式下，所述的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路相互关联，协同工作，此时第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路各自的刺激参数独立，通过所述显控面板单元控制，第一超声激励信号支路输出脉冲信号后，经过t毫秒延时后，第二超声激励信号支路再发出信号。

在另一优选例中，所述的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路协同输出激励信号，所述超声探头基于所述第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路输出的超声激励信号，产生相应的超声刺激信号。

在另一优选例中，所述装置还包括电压调节单元，所述电压调节单元由供电系统单元进行供电，并产生提供给所述功率放大器的不同的输出电压。

在另一优选例中，所述装置还包括上位机单元，所述上位机单元包括电脑，所述上位机单元与主控单元通信连接。

在另一优选例中，在所述电脑端对所述装置的多项参数进行控制。

在另一优选例中，所述多项参数选自下组：超声刺激信号中心频率、脉冲持续时间占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、激励脉冲电压vpp、异步触发时间t、或其组合。

在另一优选例中，所述上位机单元通过usb或无线方式与所述主控单元通信。

在另一优选例中，所述的上位机单元可以接受外部设备(如脑电或肌电设备)给出的信息，自动调整刺激参数，实现经颅超声刺激装置与外部设备的闭环控制。

在另一优选例中，所述显控面板单元包括显示面板单元和控制面板单元，其中显示面板单元实时显示所述装置工作过程中的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路的多项刺激参数，所述多项刺激参数选自下组：工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa、外部触发延时t或其组合。

在另一优选例中，所述控制面板单元包括按键和旋转编码器，用于实时控制装置第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路的多项输出参数。

在另一优选例中，所述多项输出参数选自下组：工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa以及外部触发延时t。

在另一优选例中，所述信号发生器单元包括信号源和放大电路，其中所述的信号源是输出频率可调的直接数字式频率合成器dds；所述放大电路，是通过线性电压放大器将dds输出信号放大输出。

在另一优选例中，所述功率放大器单元具有相互独立的第一功率放大器和第二功率放大器，所述功率放大器具有调制信号输入和模拟信号输入，所述调制信号输入与所述主控单元的调制信号连接，所述调制信号为ttl电平，通过改变所述ttl电平的大小控制所述功率放大器的打开和关闭；所述模拟信号输入来自所述信号发生器单元输出的模拟信号。

在另一优选例中，所述功率放大器包括控制电路、信号调制电路、mos管驱动电路、mos管、变压器、谐振电路；

所述信号调制电路接收所述信号发生器单元输出的模拟信号，并将信号转换成两路互补的方波信号；所述mos管驱动电路包含两个驱动器，mos管驱动电路的输入端连接方波信号，输出端连接mos管；所述mos管连接所述驱动器和变压器，通过mos管的通断以及变压器的放大完成对方波信号的放大；所述谐振电路与所述变压器的输出端连接，用于将方波信号还原为正弦信号。

在另一优选例中，所述装置还包括换能器单元，所述换能器单元包括超声探头，所述超声换能器单元与所述谐振阻抗匹配单元的输出端连接，而所述谐振阻抗匹配单元的输入端与所述功率放大器的谐振电路连接。

在另一优选例中，所述信号发生器单元的输出端与所述功率放大器单元的输入端连接，所述功率发生器单元的输出端与所述谐振阻抗匹配单元的输入端连接，所述谐振阻抗匹配单元的输出端与所述超声换能器单元连接。

在另一优选例中，所述主控单元为arm芯片，用于存储和加载多个超声刺激参数。

附图说明

图1是本发明的超声刺激装置的结构框图；

图2是本发明的超声刺激装置的信号发生器单元示意图；

图3是本发明的超声刺激装置的显控面板示意图；

图4是本发明的超声刺激装置的供电系统单元和电压调节单元示意图；

图5是本发明的超声刺激装置的功率放大器的示意图；

图6是本发明的超声刺激装置的刺激波形示意图；

图7是本发明的超声刺激装置的外部协同单元示意图；

图8是本发明的超声刺激装置的外部协同单元中异步触发模式的示意图；

图9是本发明的超声刺激装置的与外部设备的闭环调控示意图；

图10是本发明的超声刺激装置的上位机单元工作示意图；

图11是发明的超声刺激装置的上位机界面图。

各附图中，各标识如下：

1-主控单元

2-信号发生器单元

21-dds控制单元

22-滤波整流单元

23-线性放大单元

3-功率放大器单元

31-功率放大器

311-控制电路

312-信号调制电路

313-mos管驱动电路

314-mos管

315-变压器

316-谐振电路

4-谐振阻抗匹配单元

5-显控面板单元

51-显示面板单元

511-tft显示屏

512-led灯

52-控制面板单元

521-按键

522-旋转编码器

53-处理器单元

6-供电系统单元

61-直流稳压单元

62-电压转换单元

7-电压调节单元

8-外部协同单元

9-上位机单元

10-超声换能器单元

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选，首次开发了一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置，该装置通过采用高集成度的电路设计，使得该装置在有限的空间里，实现了超声刺激装置的双通道输出，使得其能够同时输出两路独立的超声激励信号，驱动超声探头工作。另外，该装置采用的外部协同单元，创新性的提供了异步触发和同步触发工作模式，可以根据需要，超前或者滞后于超声激励信号，输出外部触发信号，与外部设备如脑电或肌电系统配合，实现更加灵活的超声刺激。与此同时，该装置具备的上位机单元能够通过usb与设备通信，实现电脑端的控制，并且该经颅超声刺激装置工作集成简洁、操控灵活、功能丰富，能够满足各种刺激模式的神经调控需求。

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明提供了一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置,该装置用于输出与超声探头匹配的超声信号，包括：主控单元、信号发生器单元、功率放大器单元、谐振阻抗匹配单元、显控面板单元和供电系统单元；

主控单元被配置为处理各个单元之间的信息传递，以及对各个单元的数据进行处理；信号发生器单元用于接收主控单元传递的控制指令，产生所需的脉冲信号；功率放大器单元用于将来自信号发生器单元的脉冲信号进行调制以及放大；谐振阻抗匹配单元被配置为将功率放大器单元输出阻抗与超声探头的阻抗进行匹配，同时对功率放大器单元的输出信号进行滤波；显控面板单元用于显示和输入装置的运行参数；供电系统单元用于为装置供电；

该装置包括两个相互独立的第一通道和第二通道，第一通道包括与主控单元相连的第一超声激励信号支路和第一外部触发信号支路；第二通道包括与主控单元相连的第二超声激励信号支路和第二外部触发信号支路；

该装置还包括外部协同单元，外部协同单元被配置为经颅超声刺激装置与外部其他设备的协同工作，用以产生或者接受外部触发信号；外部协同单元的工作模式包括同步触发模式和异步触发模式。该同步触发模式是指，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是同步的。该异步触发模式指，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是不同步的。优选地，外部协同单元通过主控单元接受或发送触发信号，实现设备与外部其他设备的协同工作，其包括同步触发和异步触发。优选地，该超声刺激装置作为主控设备时，向外部发出出发信号，外部设备优选的为64导脑电采集系统；当还超声刺激装置不作为主控设备时，该超声刺激装置接收外部触发信号。

优选地，所述的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路各自独立地输出同步或时序的用于驱动所述超声探头的超声激励信号。

优选地，主控单元为该装置的处理器，通过采用arm芯片来实现对各个单元的控制指令的接受和发送，完成个单元之间的信息传递，同时对各个单元传输过来的数据进行分析处理，对设备的运行参数进行存储和加载，保证设备正常运行，优选地，主控单元包含控制单元和存储单元，控制单元负责处理各单元的信息交流，存储单元负责存储和加载超声刺激参数。其中，存储单元读写arm芯片自带的flash缓存来完成对超声参数的保存和加载。

优选地，信号发生器单元采用dds合成技术，其接受主控单元传递的控制指令，产生所需的原始脉冲正弦信号。优选地，信号发生器单元包含dds控制单元、滤波整流单元以及线性放大单元。其中，dds控制单元接受主控单元的指令产生初始正弦信号，滤波整流单元对初始正弦信号滤波降低噪声干扰，线性放大单元则负责对初始的正弦信号的幅度进行放大。

优选地，该装置还包括电压调节单元，该电压调节由供电系统单元进行供电，采用电压转换模块来产生不同的输出电压，用以给功率放大器供电。

优选地，功率放大器单元通过采用谐振功率放大电路，将信号发生器单元输出信号进一步放大，在不同的供电电压下，对输入信号进行不同程度的放大；与此同时接受主控单元的产生的调制信号，对信号进行调制后输出，产生所需的高压脉冲信号。在本发明中，功率放大器单元包含两个独立的功率放大器。如图5所示，功率放大器包含控制电路、信号调制电路、mos管驱动电路、mos管、变压器、谐振电路。其中，控制电路连接主控单元调制信号，为ttl电平，通过改变ttl电平的大小控制功率放大器打开或关断；信号调制电路连接模拟输入信号，将信号转换成两路互补方波信号；mos管驱动电路包含两个驱动器，输入端连接方波信号，输出端连接mos管，驱动mos管工作以提升方波信号的驱动能力；mos管连接变压器和驱动器，通过mos管的通断以及变压器的放大完成对方波信号的放大；谐振电路连接变压器输出，将方波信号还原为正弦信号。

优选地，阻抗匹配单元采用串联谐振电路的方案，将功率放大器单元的输出与超声探头的阻抗进行匹配，在谐振条件下使得输出为正弦脉冲信号，并保证设备以最大效率工作。

换能器单元连接的阻抗匹配单元产生的输出信号，输出超声信号，优选地，该换能器单元包括超声探头。

优选地，供电系统单元，通过采用开关电源和稳压芯片相互配合的方案，产生不同的输出电压，为设备中的所有用电单位供电。

优选地，显控面板单元包括显示面板单元和控制面板单元，其中显示面板单元实时显示所述装置工作过程中的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路的多项刺激参数，所述多项刺激参数选自下组：工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa、外部触发延时t或其组合。

优选地，显控面板单元如图3所示，包括显示面板单元、控制面板单元以及处理器单元，其中显示面板单元采用tft液晶显示器以及led灯来完成对多项参数的显示；显示面板单元会实时显示设备工作过程中的第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路多项刺激参数，包括工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd(tone-burst-duration)、占空比dc(dutycycle)、声脉冲群数ntb(numberoftoneburst)、刺激间隔时间isi(inter-stimulusinterval)、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa(spatial-peakpulse-averageintensity)，外部触发延时t。控制面板单元采用按键和旋转编码器来实现对多项参数的控制，处理器单元采用嵌入式芯片，来控制控制面板单元以及显示面板单元，并负责与主控单元通信。在工作过程中，处理器单元将按键信息发送给主控单元，主控单元对信息进行处理后，发送指令到处理器单元，处理器单元对指令进行解析后显示到显示面板单元中。

优选地，该装置还包括上位机单元，所述上位机单元包括电脑，所述上位机单元与主控单元通信连接。

优选地，在所述电脑端对所述装置的多项参数进行控制。

优选地，所述多项参数选自下组：超声刺激信号中心频率、脉冲持续时间占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、激励脉冲电压vpp、异步触发时间t、或其组合。

优选地，所述上位机单元通过usb或无线方式与所述主控单元通信。

优选地，所述的上位机单元可以接受外部设备(如脑电或肌电设备)给出的信息，自动调整刺激参数，实现经颅超声刺激装置与外部设备的闭环控制。

优选地，上位机单元可以接受外部设备(如脑电或肌电设备，例如64导脑电采集系统),给出的信息，自动调整刺激参数，实现经颅超声刺激装置与外部设备的闭环调控。如图8所示，在刺激过程中，上位机单元根据外部设备(如脑电或肌电设备，例如64导脑电采集系统)反馈的信息，按照程序设定的内容，自动调整超声刺激的多项参数，实现经颅超声刺激装置与外部设备的闭环控制。

优选地，上位机单元通过在电脑端使用编程语言编写桌面控制程序，桌面控制程序会自动向主控单元发送或接受信息，以此来实现对系统多项参数(工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa以及外部触发延时t)的控制，上位机单元与主控单元采用usb数据线进行通信。

神经调控便携式双通道经颅超声刺激装置

该装置包括主控单元、信号发生器单元、电压调节单元、功率放大器单元、谐振阻抗匹配单元、显控面板单元、供电系统单元、电压调节单元、上位机单元以及外部协同单元。主控单元为该装置的处理器系统，负责处理各个单元之间的信息传递，以及对个单元的数据进行处理，保证设备正常运行。信号发生器单元接受主控单元传递的控制指令，产生所需的脉冲信号。功率放大器单元接受信号发生的信号后，对其进行调制以及放大，在不同的供电电压下，对输入信号进行不同程度的放大；阻抗匹配电路通过谐振电路将功率放大器单元的输出与超声探头的阻抗进行匹配，以保证设备以最大效率工作；显控面板单元包括显示面板单元以及控制面板单元，显示面板单元通过显示屏显示设备运行过程中多项参数，控制面板单元通过按键负责控制设备的多项参数；外部协同单元负责设备与外部其他设备的协同工作，用以产生或者接受外部触发信号。供电系统单元负责为装置中的所有用电单位供电。上位机单元通过usb与主控单元通信，在电脑端对装置进行控制；

该装置包括两个相互独立的第一通道和第二通道，第一通道包括与主控单元相连的第一超声激励信号支路和第一外部触发信号支路；第二通道包括与主控单元相连的第二超声激励信号支路和第二外部触发信号支路；所述外部协同单元被配置为所述经颅超声刺激装置与外部其他设备的协同工作，用以产生或者接受外部触发信号；所述外部协同单元的工作模式包括同步触发模式和异步触发模式。

神经调控便携式双通道经颅超声刺激装置的工作模式

该装置的工作模式分为独立输出模式和协同输出模式；

在该装置的独立输出模式下：第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路相互独立、互不干扰，均可驱动所述超声探头。

在该装置的协同输出模式下：两者相互关联，协同工作。此时第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路各自的刺激参数独立，第二超声激励信号支路在第一超声激励信号支路开始工作后，延时t毫秒后开始工作，t的大小可预先设定或实时通过程序控制。该种工作模式下，通过延时输出两路超声信号，可以用于神经调控中研究不同脑区间的相互作用关系。

与外部协同单元的工作模式

本发明的用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置，其外部协同单元其工作模式可分同步触发和异步触发，如图8所示。

同步触发模式下，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是同步的。也就是说，该装置的主控单元在向外发送外触发信号时，外部触发信号支路的触发信号与超声激励信号支路的脉冲激励信号同一时刻产生；而在接受外部的触发信号时，第一通道和第二通道接受触发信号后，立即开始工作。

异步触发模式下，在同一通道中，其相应的超声激励信号支路中向超声探头发送的超声激励信号的产生，与所述外部触发信号支路中向外发送的外部触发信号的产生，两者是不同步的。也就是说，该装置的主控单元在向外发送外触发信号时，第一外部触发信号支路和/或第二外部触发信号支路的触发信号超前或者滞后于第一超声激励信号支路和第二超声激励信号支路的脉冲激励信号；而在接受外部的触发信号时，第一通道和第二通道接受触发信号后，滞后一定时间后开始工作。这里超前或滞后的时间量可预先设定为一个常数，或是由程序实时控制。也就是说，单一通道向外部发送触发信号时，通过调用内部的定时器资源，通过定时器的延时作用，延时输出触发信号，或者脉冲激励信号。使得触发信号超前或者滞后于各自通道的脉冲激励信号。而各通道接受触发信号时，cpu检测到触发信号后，触发定时器中断，定时器延时等待一段时间后，输出脉冲激励信号，因此使得输出滞后于触发信号工作。

下面结合附图对本发明做进一步说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供了一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置，本发明实现了对双通道超声刺激信号的实时控制，控制灵活、操作方便，能够满足各种复杂双通道刺激模式及闭环神经调控刺激的神经调控需求。

如图1所示，该装置包括：主控单元1、信号发生器单元2、功率放大器单元3、阻抗匹配单元4、显控面板单元5、供电系统单元6、电压调节单元7、外部协同单元8、上位机单元9、以及超声换能器单元10。主控单元1为arm芯片，可以存储和加载多个超声刺激参数。每次开机可以保持最后一次工作时刻的刺激参数不变。

图2所示为信号发生器单元2结构示意图，该单元包括：dds控制单元21、滤波整流单元22、以及线性放大单元23。

其中信号发生器单元2具体实施流程如图2所示，dds控制单元21接受主控单元1的指令后，产生两路正弦信号，分别输出与到两路滤波整流单元22，经过滤波后，信号分别输入到两路线性单元23进行放大。其中滤波整流单元22包含两路滤波整流电路，线性放大单元23包含两路线性放大电路。

如图3所示的显控面板单元5的结构示意图，其中包括显示面板单元51、控制面板单元52、以及处理器单元53。

如图3所示的显示面板单元51由tft显示屏511和led灯512组成。其中led灯512负责显示通道的输出状况，以及工作模式。tft显示屏511显示如图5所示的各项超声刺激参数。

如图3所示的控制面板单元52由按键521和旋转编码器522组成。其中按键521负责选定系统的多项参数(工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa以及外部触发延时t)，旋转编码器522负责调节选定参数的大小。

如图3的处理器单元53采用嵌入式芯片，来控制显示面板单元51和控制面板单元52，并负责与主控单元1通信。

显控面板单元5的具体实施流程图如图3所示，处理器单元53与控制面板单元52通过芯片的中断连接，当按键521按下时，处理器单元53接受相应的中断，然后将中断信息进行处理后同时发送给到显示面板单元51以及主控单元1。当主控单元1向显控面板单元5发送指令时，显控面板单元5的处理器单元53在接受指令后，将相应的信息发送给显示面板单元51显示。

优选地，显控面板单元5与主控单元1通过串口进行数据传输。

如图4为供电系统单元6和电压调节单元7的结构示意图。如图4所示，供电系统单元6包括直流稳压单元61、电压转换单元62。供电系统单元6具体的实施为，供电单元6接220v交流电，经过直流稳压单元61，初步转换为所需的30v直流电压，通过电压转换单元62中不同的稳压电路输出不同的电压为电路中各单元供电。

如图4所示，电压调节单元7输入端连接供电系统单元6中直流稳压单元61的输出端，与主控单元1连接，接受主控单元1的控制指令产生不同的输出电压，用以给功率放大器单元3供电。

如图5所示为功率放大器单元3中的一个功率放大器31示意图，包括控制电路311、信号调制电路312、mos管驱动电路313、mos管314、变压器315、谐振电路316。功率放大器31供电由电压调节单元7控制。

其中，控制电路311连接主控单元1，控制电路负责控制功率放大器31的供电通断，进而由主控单元控制功率放大器的通断；信号调制电路312接受信号发生器单元2产生的正弦信号，将信号转换为两路互补方波信号；mos管驱动电路313输入连接方波信号，输出连接mos管314，驱动mos管314工作。优选地，mos管314为p沟道mos管，其输出端连接到变压器315的输入端，经过变压器315后输出一个方波信号；谐振电路316连接变压器315的输出端，将方波信号还原为正弦信号。

如图6所示为该超声神经刺激装置最终输出的超声波信号的示意图，该超声波信号的中心频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、激励脉冲电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa等属性均能通过显控面板单元5显示和调整。

如图7所示为该超声神经刺激装置的外部协同单元8输出示意图。

该外部协同单元8受主控单元1以及上位机单元9(优选地为上位机软件)控制来接受或发送触发信号，实现设备与外部其他设备的协同工作，其工作模式包括同步触发模式和异步触发模式。

如图7中a图所示为同步触发工作模式，单一通道向外部发送触发信号时，触发信号与各自通道的脉冲激励信号同一时刻产生。而在接受外部的触发信号时，各通道接受触发信号后，立即开始工作。

如图7中b图所示为异步触发工作模式，单一通道向外部发送触发信号时，触发信号超前或者滞后于各自通道的脉冲激励信号t时刻。而各通道接受触发信号后，滞后一定时间t后开始工作。

特别的参数t可以通过显控面板控制，或通过上位机单元9(优选地上位机软件)调整。

特别的，异步触发模式的工作示意图如图8所示，其具体实现流程如下：

s1:开始；

s2:设定触发模式为异步触发模式；

s3:当触发模式设定为向外发送超前触发信号时，本装置的主控单元先发送触发信号，通过定时器延时t时刻后，输出激励信号，从而产生图7中b图所示的超前触发信号；

s4:当触发模式设定为向外发送滞后触发信号时，本装置的主控单元先输出激励信号，通过定时器延时t时刻后，发送触发信号，从而产生图7中b图所示的滞后触发信号；

s5:当触发模式设定为接受外部触发信号时，系统检测到触发信号后产生定时器中断，通过定时器延时t时刻后，输出激励信号；

s6:结束。

如图9所示为该经超声刺激装置的与外部设备的闭环控制示意图。如图所示，在超声装置刺激被试大脑过程中，外部设备(如肌电设备、脑电设备)采集被试的各项生理指标发送给电脑，电脑分析数据后，根据结果，判断是否需要更改当下的刺激参数，如果需要更改，则在电脑端向上位机单元9发送消息，修改相应的参数。

如图10所示为该经颅超声刺激设备的上位机单元9工作的示意图。其工作流程包含以下步骤：

s1：开始

s2：扫面与上位机相连的串口设备，选中相应串口。

s3：设置波特率，开始通信。

s4：根据需要在上位机中自动或者手动修改超声刺激装置的多项参数(工作模式、基波频率f、脉冲持续时间tbd、占空比dc、声脉冲群数ntb、刺激间隔时间isi、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa以及外部触发延时t)。

s5：当上位机参数发生修改时，向下位机发送数据，并等待下位机的返回消息。

s6：收到下位机的返回确认消息后，确认数据修改完毕，在显控面板中显示。

s7：当下位机通过显控面板修改参数时，上位机接受下位机发送过来的信息，并对信息进行校验。

s8：确认信息无误后，在界面更新多项参数信息。

在本实施例中，上位机单元为台式计算机、笔记本计算机或平板计算机等各种可以运行图形操作系统的计算机。

在本实施例中，下位机为该经颅超声刺激装置。

在本实施例中可修改的参数及其范围为，超声刺激信号中心频率f：300khz～1.5mhz，脉冲持续时间tbd：80ms～4000ms，占空比dc：2％～100％,声脉冲群数ntb:1～1000,刺激间隔时间isi:100ms～50000ms,激励脉冲电压vpp：100vpp～600vpp，异步触发时间t：-1000ms～1000ms；

本实例中上位机与下位机的通信通过usb数据线通信

本实例中上位机单元的界面如图11所示。

一种用于神经调控的便携式双通道经颅超声刺激装置的应用，其用于神经调控应包括以下步骤。

s1：开始。

s2：接通电源，供电系统单元开始工作，给各个单元供电。

s3：在显控面板上通过控制面板单元控制面板单元设置多项刺激参数。

s4：点击开始刺激按钮，设置好的参数通过显控面板的处理器单元发送给主控单元。

s5：主控单元根据显控面板单元的信息，控制各个单元的输出，并判断上位机是否连接，如果连接，将信息转发给上位机单元。

s6：设备输出到超声换能器上，激励换能器开始产生超声脉冲信号。

本发明的主要优点如下：

(a)具有双通道输出，能够实现两个通道独立的工作或者协同工作。

(b)具备异步触发功能，能实现超前或者滞后触发输出。

(c)具备数据存储和加载功能，能够存储多组超声刺激参数，通过显控面板加载不同的刺激参数。

(d)显控面板能实时显示工作模式、脉冲中心频率f、脉冲持续时间tbd(tone-burst-duration)、占空比dc(dutycycle)、声脉冲群数ntb(numberoftoneburst)、刺激间隔时间isi(inter-stimulusinterval)、探头加载电压vpp、空间峰值脉冲平均强度isppa(spatial-peakpulse-averageintensity)，外部触发时间t，操作更为简洁明了。

(e)具备上位机单元，可以在电脑上控制和显示系统的多项参数，方便控制复杂的时序刺激，能够实时调整多项刺激参数，从而和其他设备系统配合实现基于生理状态(如脑电或肌电检测的生理状态)的实时闭环的经颅超声刺激。

(f)本装置将经颅超声的各个单元集成到一个机箱中，操作方便、体积小、便携。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本申请的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。