基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置和監測方法與流程

2023-05-16 09:03:51 3

本發明涉及一種磁刺激電流實時監測裝置。特別是涉及一種基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置和監測方法.

背景技術：

電生理學對於神經系統結構、功能的研究方面處於重要地位。特別是磁刺激方法，作為調節神經興奮性的手段，其應用十分廣泛，目前已廣泛用於臨床疾病的診治，如神經疾病調節，抑鬱症，強迫症和癲癇的治療等。常用的磁刺激技術主要採用磁刺激線圈產生感應磁場，在組織中形成感應電場，最終形成感應電流。當電流大於神經興奮閾值，則產生神經興奮，通過該方法調節神經活動，進而實現治療和診斷的目的。

但是對於電流在組織中的分布情況並不明確，對於組織中電流分布的高解析度監測與成像，尚無有效手段實現，對特定神經的定位問題還處在研究階段。為了解監測組織電流分布特性，實現特性神經的定位刺激，同時評估監測刺激效果，實時調節刺激參數，具有重要意義。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠實現特性神經定位刺激的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置和監測方法。

本發明所採用的技術方案是：一種基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置，包括用於對人體頭部提供提供靜磁場的n極磁鐵和s極磁鐵，所述靜磁場旁設置有用於將聲波轉化為電信號同時實現掃描的麥克風，還設置有依次串聯連接的：用於對檢測到的信號進行放大的放大器、用於對放大後的信號中的刺激脈衝頻率成分濾除保留標記脈衝的頻率成分的濾波器、用於實現信號的觸發採集及圖像重建的採集處理器和用於顯示電流分布圖像的顯示器，其中，所述放大器的信號輸入端連接所述麥克風的信號輸出端，所述採集處理器的觸發信號輸出端連接用於提供磁刺激電流的磁刺激器的信號輸入端，所述磁刺激器的信號輸出端連接用於對人體頭部加載激勵電流的線圈。

所述n極磁鐵和s極磁鐵的ns極連線方向、所述線圈的連線方向和所述麥克風端面法線方向兩兩互相垂直。

一種基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置的實時監測方法，磁刺激器的輸出信號在時間軸上由標記脈衝和刺激脈衝組成，所述標記脈衝由一個高頻脈衝實現，所述標記脈衝寬度的中心頻率與麥克風的測量頻段一致；採集處理器的觸發信號輸出與磁刺激器的磁刺激信號輸出同步，採集處理器的採集觸發時刻與所述標記脈衝起始時刻相同。

磁刺激器輸出信號的時間t與空間距離l對應關係為

l＝t·v

其中v為聲音在樣本，即人腦組織中的傳播速度。

本發明的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置和監測方法，對於監測電磁激組織電流分布特性，實現特定神經區的定位刺激，評估監測刺激效果，實時調節刺激參數具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置的整體結構示意圖；

圖2是本發明的信號波形圖。

圖中

1：人體頭部2：n極磁鐵

3：s極磁鐵4：麥克風

5：放大器6：濾波器

7：採集處理器8：顯示器

9：磁刺激器10：線圈

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置和監測方法做出詳細說明。

如圖1所示，本發明的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置，包括用於對人體頭部1提供提供靜磁場的n極磁鐵2和s極磁鐵3，所述靜磁場旁設置有用於將聲波轉化為電信號同時實現掃描的麥克風4，還設置有依次串聯連接的：用於對檢測到的信號進行放大的放大器5、用於對放大後的信號中的刺激脈衝頻率成分濾除保留標記脈衝的頻率成分的濾波器6、用於實現信號的觸發採集及圖像重建的採集處理器7和用於顯示電流分布圖像的顯示器8，其中，所述放大器5的信號輸入端連接所述麥克風4的信號輸出端，所述採集處理器7的觸發信號輸出端連接用於提供磁刺激電流的磁刺激器9的信號輸入端，所述磁刺激器9的信號輸出端連接用於對人體頭部1加載激勵電流的線圈10。

n極磁鐵2和s極磁鐵3的ns極連線方向、所述線圈10的連線方向和所述麥克風4端面法線方向兩兩互相垂直。設磁鐵磁極ns極連線方向沿-z方向，線圈連線沿x方向，則所述麥克風4端面法線方向為y方向。

本發明的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置中，所述磁刺激器9是由函數發生器nf公司的wf1973連接nf公司hsa4101功率放大器實現。所述線圈10可採用直徑2mm銅線繞制，製成直徑70mm，100匝八字線圈實現。所述n極磁鐵2和s極磁鐵3由美國k&j公司dz08-n52實現。所述麥克風4由聲望mp201實現。所述放大器5由ad公司ad624實現。所述濾波器6由nf公司。所述採集處理器7由nipxie1062q和pxi5122實現。所述顯示器由三星公司s24d360hl實現。

本發明中的磁刺激器9還可由magstim公司的rapid2刺激器實現。線圈還可使用magstim公司70mm，doublecoil線圈實現。

如圖2所示，本發明的採用基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置的實時監測方法，磁刺激器的輸出信號在時間軸上由標記脈衝和刺激脈衝組成，所述標記脈衝由一個高頻脈衝實現，所述標記脈衝寬度的中心頻率與麥克風的測量頻段一致；採集處理器的觸發信號輸出與磁刺激器的磁刺激信號輸出同步，採集處理器的採集觸發時刻與所述標記脈衝起始時刻相同。本發明的實施例中，所述標記脈衝可由0.5μs的單個周期正弦信號實現，所述刺激脈衝可由10μs的正弦脈衝實現。

磁刺激器輸出信號的時間t與空間距離l對應關係為

l＝t·v

其中v為聲音在樣本，即人腦組織中的傳播速度，對於軟組織，為1500米/秒。

本發明的基於磁聲耦合效應的磁刺激電流實時監測裝置工作時，首先t0時刻產生0.5μs的單個周期正弦信號標記脈衝，標記脈衝激勵產生磁聲信號響應，該磁聲信號響應被接收，之後t1時刻10μs的正弦脈衝作為刺激脈衝被輸出，進行神經刺激。由於標記脈衝和刺激脈衝在組織中分布相同，故通過檢測標記脈衝信號，即可實現刺激脈衝在組織中分布的監測，且標記脈衝比刺激脈衝短，利用標記脈衝監測電流分布的空間解析度高，可達到mm級別。

儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的。本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。