本發(fā)明屬于神經(jīng)調(diào)控，尤其涉及一種利用近紅外光和光電轉(zhuǎn)換材料來實現(xiàn)的非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置。具體而言，本發(fā)明涉及神經(jīng)科學(xué)、材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，旨在通過先進的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，實現(xiàn)對神經(jīng)元活動的精確調(diào)控，提供一種在神經(jīng)研究和臨床治療中具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)解決方案。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的神經(jīng)調(diào)控方法主要包括電刺激和光調(diào)控兩種途徑。電刺激技術(shù)通過直接向神經(jīng)系統(tǒng)傳遞電信號來實現(xiàn)調(diào)控，其優(yōu)點在于可以實現(xiàn)快速、精確的神經(jīng)活動操控。然而，電刺激方法通常需要植入電極，這不僅對電極的質(zhì)量提出了較高挑戰(zhàn)，也會對腦組織造成損傷，導(dǎo)致患者接受度低和手術(shù)復(fù)雜性增加。

2、相比之下，光調(diào)控技術(shù)利用特定波長的光來激活或抑制神經(jīng)元活動，具有非侵入性和高空間分辨率的特點，對生物體無損傷且能夠?qū)崿F(xiàn)神經(jīng)信號的長時間采集。然而，光調(diào)控技術(shù)的主要缺點是短波長光信號穿透性較差，常常需要植入光纖以減少入射光的損失，光纖的植入將引起類似電刺激中的腦組織損傷問題。近紅外光具有較強的穿透能力，常用于各種醫(yī)療應(yīng)用。

3、在神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)存在以下主要問題：

4、1.侵入性操作的損傷風(fēng)險：傳統(tǒng)電刺激方法需要植入電極，通過直接向神經(jīng)系統(tǒng)傳遞電信號來實現(xiàn)調(diào)控。這種方法不僅對電極的質(zhì)量和耐用性提出了較高要求，而且由于手術(shù)植入的侵入性，會對腦組織造成不可避免的損傷，增加了感染和其他并發(fā)癥的風(fēng)險，同時電極穩(wěn)定性也會隨著時間而降低，因此長期穩(wěn)定性差?；颊呓邮芏鹊?，且手術(shù)的復(fù)雜性和恢復(fù)期較長。

5、2.光調(diào)控方法的穿透性限制：光調(diào)控技術(shù)利用特定波長的光來激活或抑制神經(jīng)元活動，具有非侵入性和高空間分辨率的特點。然而，短波長光的穿透性較差，并且調(diào)控響應(yīng)速度變慢。

6、因此，通常需要植入光纖以提高穿透深度，減少入射光的損失。例如，通過植入光纖并通過病毒將外源光敏感蛋白基因?qū)牖罴?xì)胞中，在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上表達(dá)了光敏感通道蛋白；然后通過特定波長光的照射，控制細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上的光敏感通道蛋白的激活與關(guān)閉來控制神經(jīng)元激活。因為需要通過病毒引入外源蛋白基因這種方法具有一定潛在風(fēng)險同時與植入電極類似，在腦組織中長期存在的光纖同樣對腦組織有損傷，導(dǎo)致與電刺激方法類似的問題，如導(dǎo)致運動受限，難以在臨床上廣泛應(yīng)用。

7、3.現(xiàn)有材料和技術(shù)的局限性：雖然上轉(zhuǎn)換材料和光生電材料在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域已有一定應(yīng)用，但如何有效地結(jié)合這些材料，形成一種高效、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并應(yīng)用于神經(jīng)調(diào)控中，仍是一個挑戰(zhàn)。此外，如何確保光電轉(zhuǎn)換材料在體內(nèi)的穩(wěn)定性和安全性，以及如何精確控制光照和電信號的傳遞，也是亟需解決的問題。

8、4.系統(tǒng)集成和操作復(fù)雜性：現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)往往在材料和設(shè)備的集成方面存在不足，無法形成一個高效、穩(wěn)定、易操作的整體系統(tǒng)。這不僅影響了神經(jīng)調(diào)控的效果，還增加了操作的復(fù)雜性和實驗的不確定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置，該裝置，實現(xiàn)了精確的神經(jīng)調(diào)控，同時避免了傳統(tǒng)方法中的腦組織損傷問題。

2、為了實現(xiàn)目的，本發(fā)明一種非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，包括光纖、設(shè)于光纖的一端的光纖固定裝置、設(shè)于光纖的另一端的激光光源，以及與光纖分開設(shè)置的光電轉(zhuǎn)換材料定位與注入組件；

3、其中，所述光電轉(zhuǎn)換材料定位與注入組件用于將光電轉(zhuǎn)換材料注入指定的溶液注射點；所述光電轉(zhuǎn)換材料為粉末狀，其包含可將近紅外光轉(zhuǎn)化為電信號的納米顆粒，其分散在生理鹽水中從而能夠被注入生物組織中；

4、所述激光光源設(shè)置為將近紅外波段的激光照射到溶液注射點所在的區(qū)域，使得激光通過所述光電轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換為電信號，使得電信號刺激溶液注射點所在的區(qū)域。

5、所述光電轉(zhuǎn)換材料的溶液注射點和注射量是在使用所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置之前，根據(jù)所需調(diào)控的神經(jīng)組織區(qū)域預(yù)先規(guī)劃確定的。

6、所述注射量在十幾納升到幾十微升之間，所述溶液注射點處于所需調(diào)控的神經(jīng)組織區(qū)域的范圍內(nèi)。

7、所述光電轉(zhuǎn)換材料的輸入光波長在780nm-2526nm之間，且所述光電轉(zhuǎn)換材料具有光伏效應(yīng)，所產(chǎn)生的電流強度在一納安到百毫安量級。

8、所述光電轉(zhuǎn)換材料定位與注入組件包括注射器、用于夾持固定所述注射器的主體的注射器夾持機構(gòu)、用于驅(qū)動注射器的推頭部分的電機驅(qū)動機構(gòu)、以及用于使所述注射器夾持機構(gòu)移動的手術(shù)定位儀。

9、所述注射器夾持機構(gòu)包括背板和注射器固定臂，通過注射器固定臂將注射器固定在背板上；所述電機驅(qū)動機構(gòu)包括依次連接的控制器、控制線和電驅(qū)動塊，電驅(qū)動塊在背板上可滑動并且與注射器的推頭部分固定連接。

10、所述光電轉(zhuǎn)換材料的溶液注射點的定位精度為0.01mm。

11、所述光纖固定裝置包括與光纖緊固連接的螺紋鎖緊機構(gòu)、與所述螺紋鎖緊機構(gòu)固定連接的支架；所述支架粘附在生物體表面或者支架包括頭盔或其他可穿戴設(shè)備，使得螺紋鎖緊機構(gòu)和光纖均依靠支架固定于生物體表面；或者，所述光纖固定裝置僅僅包括移動端與光纖固定連接的立體定位儀，使得光纖受立體定位儀驅(qū)動。

12、所述的非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，還包括一個非侵入式神經(jīng)調(diào)控規(guī)劃系統(tǒng)；

13、所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控規(guī)劃系統(tǒng)包括：光電轉(zhuǎn)換材料注入規(guī)劃模塊，其設(shè)置為：在使用所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置之前，掃描獲取生物體的定位信息，根據(jù)生物體的定位信息和調(diào)控目標(biāo)預(yù)先規(guī)劃確定光電轉(zhuǎn)換材料的注入?yún)?shù)；和光電轉(zhuǎn)換材料注入控制模塊，其設(shè)置為：在所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置工作時，驅(qū)動光電轉(zhuǎn)換材料定位與注入組件按照光電轉(zhuǎn)換材料注入規(guī)劃模塊提供的光電轉(zhuǎn)換材料的注入?yún)?shù)來工作；

14、和/或，所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控規(guī)劃系統(tǒng)包括：激光光源規(guī)劃模塊，其設(shè)置為：在使用所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置之前，根據(jù)調(diào)控目標(biāo)預(yù)先規(guī)劃確定激光光源的激光輸出參數(shù)；所述激光光源的激光輸出參數(shù)例如包括激光照度、頻率和照射時間；和激光光源控制模塊，其設(shè)置為：在所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置工作時，驅(qū)動激光光源按照激光光源規(guī)劃模塊提供的激光輸出參數(shù)來工作。

15、在所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控規(guī)劃系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換材料注入規(guī)劃模塊和光電轉(zhuǎn)換材料注入控制模塊時，所述光電轉(zhuǎn)換材料的注入?yún)?shù)包括光電轉(zhuǎn)換材料的溶液注射點和注射量；

16、在所述非侵入式神經(jīng)調(diào)控規(guī)劃系統(tǒng)包括激光光源規(guī)劃模塊和激光光源控制模塊時，所述激光光源的激光輸出參數(shù)包括激光照度、激光功率、頻率、照射時間、和激光脈寬中的至少一種。

17、本發(fā)明的非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置具有以下特點：

18、1.非侵入性：本發(fā)明通過利用近紅外光和光電轉(zhuǎn)換材料，實現(xiàn)了非侵入性的神經(jīng)調(diào)控，避免了傳統(tǒng)電刺激和光纖植入帶來的腦組織損傷問題。

19、2.高效性：通過光電轉(zhuǎn)換材料的光電效應(yīng)將近紅外光有效轉(zhuǎn)換為電信號，能夠?qū)崿F(xiàn)對神經(jīng)元的精確刺激，具有較高的調(diào)控效率。

20、3.系統(tǒng)獨特性：本發(fā)明的系統(tǒng)裝置將光電轉(zhuǎn)換材料、材料注入設(shè)備、光纖固定裝置和激光器有機結(jié)合，形成了一種獨特的神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用各部件的特性，實現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的神經(jīng)調(diào)控效果。

21、4.穩(wěn)定性：光纖固定裝置采用螺紋鎖緊機構(gòu)和支架結(jié)構(gòu)，確保了光纖的穩(wěn)固性和照射位置的準(zhǔn)確性，避免了光纖位置偏移帶來的調(diào)控效果不穩(wěn)定問題。

22、5.可編程控制：激光光源裝置通過程序控制模塊實現(xiàn)對激光強度、頻率和照射時間的精確控制，能夠根據(jù)不同的實驗需求進行調(diào)整，具有較高的靈活性和適用性。

23、綜上所述，本發(fā)明提供了一種創(chuàng)新的非侵入式神經(jīng)調(diào)控裝置，結(jié)合了光電轉(zhuǎn)換材料、材料注入設(shè)備、光纖固定裝置和激光器，具備非侵入性、高效性、系統(tǒng)獨特性、穩(wěn)定性和可編程控制的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對神經(jīng)元的精確調(diào)控，具有廣泛的應(yīng)用前景。