用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置及方法，裝置包括：計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、前置放大器、記錄電極和超聲換能器；所述記錄電極下端伸入電極插入位點，記錄電極的其余部分在電極插入位點處彎折且緊貼試驗對象表面；所述超聲換能器設(shè)置在電極插入位點之上且通過耦合介質(zhì)與試驗對象固定。用于深部腦區(qū)超聲神經(jīng)刺激時的電生理信號記錄。
【專利說明】
用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)和信息領(lǐng)域，涉及一種腦部電生理信號的記錄方法，具體地說是涉及一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置及方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，對于超聲神經(jīng)刺激在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)做了很多探索性研究，已經(jīng)有大量文獻(xiàn)證明超聲可以完成對運(yùn)動皮層和感覺皮層、丘腦、視網(wǎng)膜等區(qū)域的神經(jīng)組織進(jìn)行刺激，實驗后的腦組織結(jié)構(gòu)安全性實驗也證實了超聲神經(jīng)刺激的安全性。
[0003]經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激引起的腦部電生理信號的記錄是評價神經(jīng)刺激成功與否、刺激效果以及超聲神經(jīng)刺激機(jī)理研究的重要手段。因此，能否提供腦電信號對于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激研究具有尤為重要的意義與價值，也是目前該領(lǐng)域研究實驗中的一項技術(shù)難點。目前的研究中，由于超聲換能器直接放置在實驗對象頭部上方，這就會造成傳統(tǒng)腦部電生理信號記錄中測量電極與超聲換能器的空間位置沖突，這就需要改變其中一套實驗系統(tǒng)以適應(yīng)實驗的要求，而這種改變往往也會影響到實驗的效果和適用范圍。例如，已有文獻(xiàn)中針對經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激時腦部電生理信號的記錄采用的是減小換能器與實驗對象頭部的有效接觸面積，并將記錄電極以斜入射的方式插入腦區(qū)，或者直接將電極制作成L型，再埋入腦部進(jìn)行測量，從而避免與換能器的空間干擾，其中L型的長度即為電極埋入腦部的深度。然而，這兩種方法都存在各自的缺陷，第一種記錄方式首先就局限了超聲換能器的尺寸和換能器與實驗對象的接觸面積，很大程度上限制了較大直徑的聚焦超聲換能器的使用，而且這種記錄電極斜插入的方式也增加了記錄電極精確定位較深部腦區(qū)的操作難度。采用第二種方法時，由于神經(jīng)元細(xì)胞直徑僅為幾個到幾十個微米，而記錄電極一旦做成，電極埋入深度就已經(jīng)由L型的長短來確定，其長度很難控制在微米級別，很不利于實際記錄時微米級精度調(diào)整電極埋入深度從而使電極尖端置于目標(biāo)神經(jīng)元附近的需求。目前，考慮的埋入深度難以精確控制，這種采集方式一般只出現(xiàn)在記錄大腦皮層的電生理信號。
[0004]更為重要的是，隨著研究的不斷深入，經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的領(lǐng)域必然會擴(kuò)展到腦部其他功能區(qū)域，而且對于包括海馬體、丘腦和下丘腦等在內(nèi)的具有重要功能的深部腦組織結(jié)構(gòu)的功能性刺激將很有可能為相關(guān)疾病的研究與治療提供新的方案，并且更能夠發(fā)揮出超聲腦神經(jīng)刺激無創(chuàng)、高精度和作用大范圍的優(yōu)勢。因此，提出一種適用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激研究，尤其是針對深部腦區(qū)的電生理信號記錄技術(shù)就顯得尤為重要。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置及方法的解決方案，尤其適用于深部腦區(qū)超聲神經(jīng)刺激時的電生理信號記錄。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置，包括:計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、前置放大器、記錄電極和超聲換能器;其中，
[0008]所述記錄電極，用于記錄腦部電生理信號，并將電生理信號傳輸至前置放大器；
[0009]所述前置放大器，用于接收記錄電極記錄到的電生理信號，將電生理信號放大后傳輸至數(shù)據(jù)采集器；
[0010]所述數(shù)據(jù)采集器，用于接收并采集經(jīng)前置放大器放大后的電生理信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入至計算機(jī)；
[0011]所述計算機(jī)，用于電生理信號的記錄及后續(xù)數(shù)據(jù)處理與顯示；
[0012]所述超聲換能器，用于產(chǎn)生超聲波，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)神經(jīng)組織的刺激功能；
[0013]所述記錄電極下端伸入電極插入位點，記錄電極的其余部分在電極插入位點處彎折且緊貼試驗對象表面;所述超聲換能器設(shè)置在電極插入位點之上且在超聲換能器與實驗對象接觸面添加耦合介質(zhì)。
[0014]作為本發(fā)明方進(jìn)一步改進(jìn)，所述記錄電極包括電極連接線和金屬電極絲，金屬電極絲設(shè)置在電極連接線一端。
[0015]作為本發(fā)明方進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬電極絲一般為鎳鉻絲或鎢絲。
[0016]一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0017]S201:將記錄電極、前置放大器、數(shù)據(jù)采集器以及計算機(jī)依次連接完整；
[0018]S202:確定電極插入位點后鉆小孔，將記錄電極沿小孔插入實驗對象腦部目標(biāo)區(qū)域，上下微調(diào)記錄電極位置，直到明顯記錄到峰電位信號；
[0019]S203:利用電極插入位點固定記錄電極位置；
[0020]S204:在電極插入位點彎折記錄電極，使電極其余部分緊貼實驗對象表面，并利用牙科水泥將記錄電極其余部分與實驗對象表面固定；
[0021]S205:在電極插入位點上方加入超聲換能器，并在超聲換能器與實驗對象接觸面添加耦合介質(zhì)后，即可實施超聲神經(jīng)刺激時目標(biāo)腦區(qū)的電生理信號記錄。
[0022]記錄電極的制作方法為:
[0023 ] S11:選取柔軟的、可彎折的電極絲，刮去電極絲一端長度為3mm的絕緣層；
[0024]S102:刮去絕緣電線一端長度為3mm的絕緣層；
[0025]S103:將電極絲裸露端和絕緣電線裸露端焊接，并在焊點處包裹一層絕緣膠;絕緣電線另一端與前置放大器連接，并進(jìn)行絕緣處理；
[0026]S104:測量制作的記錄電極電阻值，調(diào)整電極使?jié)M足腦電生理記錄前置放大器的要求。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0028]本發(fā)明的記錄裝置由于記錄電極的彎折，就可將原本處于實驗對象頭部上方的腦部電生理信號記錄裝置轉(zhuǎn)移到其他合適位置，為經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激所需的超聲換能器留出必要的空間，從而實現(xiàn)經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激時的腦區(qū)電生理信號記錄。可以直接用于接觸式、水浸式以及各種尺寸超聲換能器作用下的經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激研究中腦部電生理信號的記錄。較現(xiàn)有方法，本發(fā)明尤其適用于針對實驗?zāi)繕?biāo)區(qū)域為較深部腦區(qū)的情況，而且在有效記錄經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激時電生理信號的基礎(chǔ)上，還具有實驗操作簡單、不需要額外添置設(shè)備儀器、不影響超聲神經(jīng)刺激實驗結(jié)構(gòu)、易推廣實施的優(yōu)勢。
[0029]本發(fā)明的裝置的使用方法簡單、快捷，尤其是只進(jìn)行記錄電極的彎折，就可將原本處于實驗對象頭部上方的腦部電生理信號記錄裝置轉(zhuǎn)移到其他合適位置，為經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激所需的超聲換能器留出必要的空間，從而實現(xiàn)經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激時的腦區(qū)電生理信號記錄?！尽靖綀D說明】】
[0030]圖1為本發(fā)明實施例的腦部電生理信號記錄電極的制作流程圖；[0031 ]圖2為本發(fā)明實施例的腦部電生理信號記錄的操作流程圖；[〇〇32]圖3為本發(fā)明實施例的腦部電生理信號記錄的操作過程中插入記錄電極時的示意圖；[〇〇33]圖4為本發(fā)明實施例的腦部電生理信號記錄的最終效果示意圖；[〇〇34] 其中，301、金屬電極絲；302、電極連接線；303、前置放大器;304、數(shù)據(jù)采集器;305、 計算機(jī);306、大鼠頭部;307、前囟；308、后囟；309、電極插入位點；310、記錄電極;311、焊點； 312、導(dǎo)線連接點;401、超聲換能器;402、耦合介質(zhì)?！尽揪唧w實施方式】】[〇〇35]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明不限于以下實施例。 [〇〇36]如圖4所示，本發(fā)明是一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置，包括:計算機(jī)305、數(shù)據(jù)采集器304、前置放大器303、記錄電極310和超聲換能器401;其中， [〇〇37]所述記錄電極310,用于記錄腦部電生理信號，并將電生理信號傳輸至前置放大器 303；[〇〇38] 所述前置放大器303,用于接收記錄電極310記錄到的電生理信號，將電生理信號放大后傳輸至數(shù)據(jù)采集器304;[〇〇39]所述數(shù)據(jù)采集器304,用于接收并采集經(jīng)前置放大器303放大后的電生理信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入至計算機(jī)305;
[0040]所述計算機(jī)305,用于電生理信號的記錄及后續(xù)數(shù)據(jù)處理與顯示；[0041 ]所述超聲換能器401，用于產(chǎn)生超聲波，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)神經(jīng)組織的刺激功能； [0〇42] 所述記錄電極310下端伸入電極插入位點309,記錄電極310的其余部分在電極插入位點309處彎折且緊貼試驗對象表面;所述超聲換能器401設(shè)置在電極插入位點309之上且在超聲換能器401與實驗對象接觸面添加耦合介質(zhì)402。[〇〇43]本發(fā)明提出了一種適用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激研究的電生理信號記錄方法，如
【發(fā)明內(nèi)容】
中所屬，首先需制作電生理信號記錄電極，其制作流程如圖1所示，包括:
[0044]S101:記錄電極材質(zhì)的選取與預(yù)處理，由于實驗中需要折疊記錄電極，故一般選擇較為柔軟的金屬電極絲，此處我們選取有效直徑35um的泰富龍包裹的鎳鉻電極絲301。本實施例中，電生理信號記錄目標(biāo)位于顱骨下約5mm處，故取鎳鉻絲長度約為15mm，刮去一端長度為3_左右絕緣層；
[0045]S102:絕緣電線選取與預(yù)處理，取足夠連接記錄電極和前置放大器長度的絕緣電線，剝離一端長度為3mm左右絕緣層或做其他處理方便焊接。所選取的絕緣電線需具備良好的導(dǎo)電性能，帶有電磁屏蔽功能為最佳。本實施例中選取AM公司連接線302,長度約10cm;，電極連接線用于將金屬電極絲301記錄到的電生理信號傳輸至前置放大器303。
[0046]S103:將電極裸露端和絕緣電線一端焊接，并在焊點311包裹一層絕緣膠。絕緣電線另一端312用于電生理記錄實驗時與前置放大器303連接，連接同樣做絕緣處理；
[0047]S104:測量制作好記錄電極310電阻值，判斷是否滿足腦電生理記錄前置放大器的要求，若阻值過大或過小，則應(yīng)調(diào)整電極材質(zhì)和長度等參數(shù)。
[0048]如圖2所示，利用上述制作電極進(jìn)行腦部電生理信號記錄的實驗流程圖，包括:
[0049]S201:將上述制作好的記錄電極310、前置放大器303、數(shù)據(jù)采集器304以及計算機(jī)305連接完整。
[0050]S202:麻醉并固定實驗對象，本實施例中選取大鼠作為實驗對象。根據(jù)大鼠頭部306前囟307和后囟308確定電極插入位點，并在記錄電極插入處鉆開直徑約2mm孔309，將記錄電極沿小孔插入實驗對象腦部目標(biāo)區(qū)域，上下微調(diào)記錄電極位置，直到明顯記錄到峰電位信號為止，即認(rèn)為此處為目標(biāo)腦區(qū)神經(jīng)核團(tuán)位置。
[°°511 S203:固定電極位置，利用牙科水泥在煩骨開孔處309固定記錄電極，確保電極不會出現(xiàn)上下移動。
[0052]S204:在顱骨開孔處309彎折記錄電極310，使電極其余部分緊貼顱骨表面，并利用牙科水泥將記錄電極其余與顱骨接觸部分固定于顱骨表面。
[0053]S205:于實驗對象頭部上方加入超聲換能器401，并添加耦合介質(zhì)402于換能器401與頭部之間，即可進(jìn)行超聲神經(jīng)刺激實驗，記錄超聲神經(jīng)刺激時目標(biāo)位點的電生理信號。由于記錄電極的彎折，就可將原本處于實驗對象頭部上方的腦部電生理信號記錄裝置轉(zhuǎn)移到其他合適位置，為經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激所需的超聲換能器留出必要的空間，從而實現(xiàn)經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激時的腦區(qū)電生理信號記錄。
[0054]需要注意的是，在S202中確定電極扎入位置和深度之后的剩余操作中應(yīng)謹(jǐn)慎處理，防止記錄電極出現(xiàn)移動，確保記錄電極仍能記錄到明顯峰電位。
[0055]上述僅本發(fā)明較佳可行的實施例，但本發(fā)明不限于此，依照上述實施例所作各種變形或套用均在此技術(shù)方案保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置，其特征在于，包括:計算機(jī) (305)、數(shù)據(jù)采集器(304)、前置放大器(303)、記錄電極(310)和超聲換能器(401);其中，所述記錄電極(310)，用于記錄腦部電生理信號，并將電生理信號傳輸至前置放大器 (303);所述前置放大器(303)，用于接收記錄電極(310)記錄到的電生理信號，將電生理信號 放大后傳輸至數(shù)據(jù)采集器(304);所述數(shù)據(jù)采集器(304)，用于接收并采集經(jīng)前置放大器(303)放大后的電生理信號，并 將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入至計算機(jī)(305);所述計算機(jī)(305)，用于電生理信號的記錄及后續(xù)數(shù)據(jù)處理與顯示；所述超聲換能器(401 )，用于產(chǎn)生超聲波，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)神經(jīng)組織的刺激功能；所述記錄電極(310)下端伸入電極插入位點(309)，記錄電極(310)的其余部分在電極 插入位點(309)處彎折且緊貼試驗對象表面;所述超聲換能器(401)設(shè)置在電極插入位點 (309)之上且在超聲換能器(401)與實驗對象接觸面添加耦合介質(zhì)(402)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置，其 特征在于，所述記錄電極(310)包括電極連接線(302)和金屬電極絲(301 )，金屬電極絲 (301)設(shè)置在電極連接線(302)—端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置，其 特征在于，所述金屬電極絲(301)為鎳鉻絲或鎢絲。4.權(quán)利要求1所述的一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置的使用方 法，其特征在于，包括以下步驟:S201:將記錄電極(310)、前置放大器(303)、數(shù)據(jù)采集器(304)以及計算機(jī)(305)依次連接完整；S202:確定電極插入位點(309)后鉆小孔，將記錄電極(310)沿小孔插入實驗對象腦部 目標(biāo)區(qū)域，上下微調(diào)記錄電極(310)位置，直到明顯記錄到峰電位信號；S203:利用電極插入位點(309)固定記錄電極(310)位置；S204:在電極插入位點(309)彎折記錄電極(310)，使電極其余部分緊貼實驗對象表面， 并利用牙科水泥將記錄電極(310)其余部分與實驗對象表面固定；S205:在電極插入位點(309)上方加入超聲換能器(401)，并在超聲換能器(401)與實驗 對象接觸面添加耦合介質(zhì)(402)后，實施超聲神經(jīng)刺激時目標(biāo)腦區(qū)的電生理信號記錄。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于經(jīng)顱超聲神經(jīng)刺激的腦部電生理信號記錄裝置的安 裝方法，其特征在于，記錄電極(310)的制作方法為:S101:選取柔軟的、可彎折的電極絲，刮去電極絲一端的絕緣層；S102:刮去絕緣電線一端的絕緣層；S103:將電極絲裸露端和絕緣電線裸露端焊接，并在焊點處包裹一層絕緣膠;絕緣電線 另一端與前置放大器(303)連接，并進(jìn)行絕緣處理；S104:測量制作的記錄電極(310)電阻值，調(diào)整電極使其滿足腦電生理記錄前置放大器 的要求。
【文檔編號】A61B5/0478GK106037723SQ201610326628
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】張思遠(yuǎn), 崔智煒, 徐冉翔, 李大鵬, 尚少強(qiáng), 徐田奇, 李延海, 鄭良, 萬明習(xí)
【申請人】西安交通大學(xué)