一种基于霍尔效应的神经组织成像方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于霍尔效应的神经组织成像方法及装置，属于无损测试技术。该方法包括将样品至于静磁场中，聚焦超声换能器发出的短脉冲超声经过超声耦合介质后，照射在样品上，样品中的离子在静磁场和超声的作用下由霍尔效应产生电流，通过放置在样品表面的电极记录电流信号强度，然后通过最大值投影算法重建出样品图像。该装置包括装有超声耦合介质的水箱、聚焦超声换能器、磁铁、电极、滤波器、信号放大器、信号采集卡、功率放大器、函数信号发生器，样品升降台、三维电动扫描平台，电机驱动、带有采集控制软件和电机控制软件的计算机，连接杆和塑料薄膜。本发明能够实现无损伤、高对比度以及高分辨率的神经组织成像。
【专利说明】—种基于霍尔效应的神经组织成像方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于无损测试技术，特别涉及一种基于霍尔效应的神经组织成像方法与装置。
【背景技术】
[0002]神经成像泛指能够直接或间接对神经系统(主要是脑)的功能，结构，和药理学特性进行成像的技术。神经成像是医学，神经科学，和心理学较新的一个领域。根据成像的模式，神经成像可以分为结构成像，用来展现脑的结构，从而辅助对一些脑疾病(例如脑肿瘤或脑外伤)的诊断。功能成像，用来展现脑在进行某种任务(包括感觉，运动，认知等功能)时的代谢活动。功能成像主要用于神经科学和心理学研究，不过近来正逐步成为医学神经科诊断的新途径。
[0003]常见的神经成像的方法有:(1)计算机断面成像(CT)，它主要用来对脑进行快速成像，来观察外伤引起的组织水肿和脑室扩张；(2)扩散光学成像，
[0004]，它可以用来测量脑组织对外部刺激或在执行某种功能时的代谢变化，但是该方法无法观测深部脑组织的活动；(3)核磁共振成像(MRI)，MRI可以产生脑的高清晰度结构或功能图像。MRI结构图像可用于神经科对于脑肿瘤，脑血管疾病(例如中风)等的诊断。功能核磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)的基本原理是氧化血红蛋白和去氧血红蛋白在磁性质上的差别以及伴随脑神经活动的脑血流变化；脑磁图(Magnetoencephalography, MEG),它可以直接测量神经活动；正电子发射成像(PositionEmission Tomography, PET)使用人工引入的放射性代谢物质,检测改物质在脑内衰变时产生的正电子，来产生脑功能图像。
[0005]以上几种成像方法都不能通过图像的方式直观的看到神经组织，基于霍尔效应的神经组织成像方法，在超声和静磁场的双重作用下，利用神经组织和其他组织的电导率不同，可以通过图像直观的观察到神经组织的结构，并且分析其功能。它是一种无损伤、高对比度、高分辨率的成像方法。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种基于霍尔效应的神经组织成像装置；该装置操作简单，定位精度高；能够同时实现高分辨率、高对比度的神经组织成像。
[0007]—种基于霍尔效应的神经组织成像装置，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、磁铁或者通直流电的线圈之一、电极、滤波器、信号放大器、信号采集卡、功率放大器、函数信号发生器，样品升降台、三维电动扫描平台，驱动电机、带有采集控制软件和电机控制软件的计算机和连接杆，装有超声耦合介质的水箱底部有塑料薄膜；
[0008]所述聚焦超声换能器、功率放大器、函数发生器以及带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；所述三维电动扫描平台、驱动电机及上述带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；电极、滤波器、信号放大器、信号采集卡以及上述带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；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。
[0009]所述的一种基于霍尔效应的神经组织成像装置进行成像的方法，其特征在于步骤如下:
[0010](I)将聚焦超声换能器浸入装有超声稱合介质的水箱中的超声稱合介质中；
[0011](2)将样品放置在样品升降台上方，置于磁铁或者通直流电的线圈之一发出的静磁场中；
[0012](3)样品接触装有超声耦合介质的水箱底部的塑料薄膜，与超声耦合介质用塑料薄膜隔开；
[0013](4)函数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，同时向有采集控制软件和电机控制软件的计算机发出开始采集的触发信号；
[0014](5)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，样品中的离子在静磁场和脉冲超声的共同作用下，发生霍尔效应，进而产生电流；
[0015](6)电极接收到电流信号，通过滤波器之后，由信号放大器进行放大，然后被数据采集卡采集，再将数据传输并储存到带有有采集控制软件和电机控制软件的计算机中；
[0016](7)进行完一次电流信号采集之后，三维扫描电动平台带动聚焦超声换能器移动到下一位置，继续发射脉冲超声，激发电流信号；
[0017](8)采集完全部电流信号之后，通过最大值投影算法重建出样品的图像。
[0018]本发明的作用原理是:样品至于静磁场中，聚焦超声换能器发出的短脉冲超声经过超声耦合介质后，照射在样品上，样品中的离子在静磁场和超声的作用下由霍尔效应产生电流，通过放置在样品表面的电极记录电流信号强度，聚焦超声探测器经过三维电动扫描平台带动扫描后，对样品不同的位置进行超声作用，采集到的各个位置的电流信号通过最大值投影的方法重建神经组织的图像。
[0019]与现有神经成像方法相比，本发明具有如下优点:
[0020]I)本发明通过超声波和静磁场共同作用进行神经组织成像，是一种无损伤的神经组织成像方法；
[0021]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，能够高分辨率、高对比度地对神经组织进行成像；
[0022]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，能够实现快速神经组织成像。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是实施例1所述基于霍尔效应的神经组织成像的原理图，其中为超声，2为电流，3和4为神经组织，5为静磁场。
[0024]图2是实施例1所述一种基于霍尔效应的神经组织成像装置的结构示意图，其中I为磁铁、2为聚焦超声换能器、3为电极、4为滤波器、5为信号放大器、6为信号米集卡、7为带有采集控制软件和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、10为连接杆、11为函数信号发生器、12为功率放大器、13为塑料薄膜、14为样品升降台、15为装有超声耦合介质的水箱。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述
[0026]实施例1:一种基于霍尔效应的神经组织成像装置(结构示意图如图1所示)
[0027]该装置包括I为磁铁、2为聚焦超声换能器、3为电极、4为滤波器、5为信号放大器、6为信号采集卡、7为带有采集控制软件和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、10为连接杆、11为函数信号发生器、12为功率放大器、13为塑料薄膜、14为样品升降台、15为装有超声耦合介质的水箱。所述聚焦超声换能器2、功率放大器12以及函数发生器11以及带有采集控制软件和电机控制软件的计算机7依次电气连接。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10相连。所述函数发生器11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，同时向有采集控制软件和电机控制软件的计算机7发出触发信号，计算机进行数据采集。所述装有超声耦合介质的水箱15下方放置样品，样品与超声耦合介质被塑料薄膜13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，到达神经组织，在静磁场的作用下，神经组织内产生电流信号。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，由装有采集控制软件和电机控制软件的计算机7控制其移动。对神经组织的某一位置进行超声照射后，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，继续进行照射，直到所有位置扫描完毕后由最大值投影算法进行图像重建，为了验证该实验装置的稳定性和可行性，我们通过对离体的神经组织进行成像，实验结果表明该系统能够清晰地重建出神经组织的图像。
[0028]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】
1.一种基于霍尔效应的神经组织成像装置，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、磁铁或者通直流电的线圈之一、电极、滤波器、信号放大器、信号采集卡、功率放大器、函数信号发生器，样品升降台、三维电动扫描平台，驱动电机、带有采集控制软件和电机控制软件的计算机和连接杆，装有超声耦合介质的水箱底部有塑料薄膜； 所述聚焦超声换能器、功率放大器、函数发生器以及带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；所述三维电动扫描平台、驱动电机及上述带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；电极、滤波器、信号放大器、信号采集卡以及上述带有采集控制软件和电机控制软件的计算机依次电气连接；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。
2.应用权利要求1所述的一种基于霍尔效应的神经组织成像装置进行成像的方法，其特征在于步骤如下: (1)将聚焦超声换能器浸入装有超声耦合介质的水箱中的超声耦合介质中； (2)将样品放置在样品升降台上方，置于磁铁或者通直流电的线圈之一发出的静磁场中； (3)样品接触装有超声耦合介质的水箱底部的塑料薄膜，与超声耦合介质用塑料薄膜隔开; (4)函数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，同时向有采集控制软件和电机控制软件的计算机发出开始采集的触发信号； (5)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，样品中的离子在静磁场和脉冲超声的共同作用下，发生霍尔效应，进而产生电流； (6)电极接收到电流信号，通过滤波器之后，由信号放大器进行放大，然后被数据采集卡采集，再将数据传输并储存到带有有采集控制软件和电机控制软件的计算机中； (7)进行完一次电流信号采集之后，三维扫描电动平台带动聚焦超声换能器移动到下一位置，继续发射脉冲超声，激发电流信号； (8)采集完全部电流信号之后，通过最大值投影算法重建出样品的图像。
【文档编号】G01N27/72GK103472125SQ201310351611
【公开日】2013年12月25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