一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，在經(jīng)顱磁刺激線圈的表面套上一層硅膠套，硅膠套的內(nèi)圈和外圈設(shè)有若干個(gè)距離不同的孔洞，便于近紅外發(fā)射與接收的探頭插入，利用硅膠的彈性，可牢固握持探頭并能隨意調(diào)節(jié)探頭的上下方位，保證探頭與檢測(cè)部位的頭皮緊密接觸。微型近紅外腦功能檢測(cè)裝置用微處理器設(shè)定690nm、830nm兩種波長(zhǎng)的近紅外線分別發(fā)射與接收的頻率，采用分時(shí)復(fù)用模式依次輪流點(diǎn)亮分布在刺激線圈中心部位的若干個(gè)LD/LED發(fā)射光源，周圍探頭檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過處理在液晶屏上顯示出去氧血紅蛋白和血流量的變化,反映經(jīng)顱磁刺激時(shí)各檢測(cè)通道部位所對(duì)應(yīng)腦區(qū)功能活動(dòng)的強(qiáng)弱、范圍與深度發(fā)生的變化。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及到一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置。尤其涉及到一種無創(chuàng)性經(jīng)顱磁刺激與微型近近紅外腦功能檢測(cè)技術(shù)同時(shí)實(shí)施的方法與一體化裝置。
技術(shù)介紹
經(jīng)盧頁磁刺激儀(TranscranialMagnetic Stimulation,TMS)是 1985年以后出現(xiàn)的無創(chuàng)性大腦皮質(zhì)刺激和調(diào)制的新技術(shù)，在腦科學(xué)研究與臨床診斷、治療方面得到廣泛應(yīng)用。TMS用脈沖瞬變的磁場(chǎng)無阻無痛穿過顱骨，在顱內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流刺激大腦皮質(zhì)神經(jīng)而產(chǎn)生一系列生理作用和生化反應(yīng)。TMS在神經(jīng)科學(xué)中影響到分子、突觸、細(xì)胞、網(wǎng)絡(luò)、功能區(qū)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及決策行為的各個(gè)層次；近年來，在康復(fù)醫(yī)學(xué)、精神醫(yī)學(xué)、神 經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域日益受到人們的重視，在臨床和科研方面已被逐漸推廣。TMS調(diào)制神經(jīng)功能的原理是用不同刺激模式和刺激參數(shù)作用于局部神經(jīng)和網(wǎng)絡(luò)，雙向調(diào)控神經(jīng)的突觸連接強(qiáng)度，即調(diào)制神經(jīng)功能的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)或長(zhǎng)時(shí)程抑制，雙向調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性，調(diào)節(jié)局部腦血流量和新陳代謝，并以此來調(diào)控神經(jīng)功能、治療神經(jīng)功能障礙性疾病。TMS的雙向調(diào)節(jié)作用有刺激頻率依賴性，用高頻重復(fù)刺激可以提高刺激部位的神經(jīng)興奮性，提高耗氧量和新陳代謝。低頻的重復(fù)刺激作用相反，可以抑制神經(jīng)興奮性、減少血流量。但是影響TMS刺激效果的因素很多，如刺激線圈的大小與形狀、刺激距離與角度、刺激強(qiáng)度與模式都會(huì)影響TMS的刺激效果；TMS的刺激作用還受神經(jīng)活動(dòng)狀態(tài)、神經(jīng)活動(dòng)歷史、神經(jīng)自穩(wěn)定性、個(gè)體差異、病理改變和藥物作用的影響。因此TMS需要綜合考慮這些因素，選擇個(gè)體化的刺激參數(shù)、及時(shí)觀察刺激效果、及時(shí)調(diào)整刺激參數(shù)。TMS常用于刺激大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)，可以使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)控制的靶肌收縮抖動(dòng)，常用靶肌上的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEP)的幅度來檢測(cè)刺激效果，來決定刺激參數(shù)、按照預(yù)定目標(biāo)，人為的干預(yù)神經(jīng)功能來調(diào)制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的興奮性。現(xiàn)在又發(fā)現(xiàn)刺激大腦其余部位，(如額葉背外側(cè)、顳葉、頂葉)可以治療一些神經(jīng)精神功能障礙性疾病，如抑郁癥、精神分裂癥等等。但是刺激這些部位沒有靶器官可以檢測(cè)到刺激效果，常規(guī)的高頻刺激的效果受到多因素的影響，這些不確定因素需要正確的選擇刺激模式和參數(shù)，如果不能實(shí)時(shí)檢測(cè)到刺激效果，不能確定刺激部位的耗氧量的變化就難以確定TMS對(duì)刺激部位的影響，難以確定TMS的治療效果，妨礙了 TMS的應(yīng)用、發(fā)展與推廣。因?yàn)榇竽X的興奮與活動(dòng)使代謝增加，耗氧量增加；目前只有用功能性磁共振(fMRI)和正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)(PET)來檢測(cè)TMS刺激大腦非運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)腦血流與生化代謝的改變來判斷TMS刺激后的治療效果，但這兩種設(shè)備都十分昂貴，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、頭部不能移動(dòng)、封閉的環(huán)境容易產(chǎn)生幽閉恐怖，這些不利因素也影響了刺激結(jié)果，限制了神經(jīng)科學(xué)的研究范圍，難以在臨床應(yīng)用與普及。腦的神經(jīng)活動(dòng)需要耗氧，氧由血液中的血紅蛋白提供。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的新型無創(chuàng)性近近紅外腦功能光學(xué)成像(Functional near infrared spectroscopy fNIRS)技術(shù)能夠提供顱內(nèi)氧合血紅蛋與去氧血紅蛋白濃度變化的信息，神經(jīng)活動(dòng)與氧合血紅蛋白的增カロ、血流量的増加相關(guān)。fNIRS反映大腦功能活動(dòng)引起的局部耗氧量與血流量的變化，其準(zhǔn)確性和可信性已被fMRI和PET證實(shí)。近紅外線能夠透入顱骨，部分近紅外能夠通過腦組織的散射返回，在3-5厘米處穿出顱骨(透入越深，返回顱骨的距離越遠(yuǎn))。氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白對(duì)近紅外吸收光譜頻率的不同、大腦功能活動(dòng)處含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白比率發(fā)生變化，使射入顱骨到達(dá)大腦皮質(zhì)的不同波長(zhǎng)的近紅外線的散射光強(qiáng)度發(fā)生變化，用高靈敏的探頭-光電傳感器可實(shí)時(shí)以檢測(cè)到這種變化，象fMRI —祥，通過檢測(cè)大腦局部血氧與血流的變化來間接了解大腦的功能活動(dòng)。fNIRS的工作原理簡(jiǎn)單可靠，由激光二極管(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出波長(zhǎng)為830nm和690nm的近紅外光，分別可以檢測(cè)氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白，可用具有相同頻率特性的光電接收ニ極管或光電池作為探頭，檢測(cè)不同頻率近紅外線的散射，然后對(duì)信號(hào)放大、濾波、可實(shí)時(shí)顯示每個(gè)位于大腦表面不同部位檢測(cè)通道上光強(qiáng)的變化，從而反映 不同大腦部位氧合血紅蛋白和血流量的變化，經(jīng)過軟件處理，把信號(hào)幅度轉(zhuǎn)換成不同的顏色，顯示在頭部影像模型上，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示大腦局部血流和功能的變化。fNIRS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是安全、簡(jiǎn)便、成本低，能實(shí)時(shí)檢測(cè)大腦局部的功能活動(dòng)而不用固定頭部、能夠多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。克服了 fMRI和PET的不足，并適合與TMS互不干擾地同時(shí)進(jìn)行大腦功能檢測(cè)。但目前TMS與fNIRS這兩種新技術(shù)只有獨(dú)立的設(shè)備。近紅外腦功能成像設(shè)備的發(fā)射與接收都通過光導(dǎo)纖維，雖然光導(dǎo)纖維不受電磁干擾，但TMS的刺激線圈在密布了光導(dǎo)纖維的頭部很難移動(dòng)操作，過多的光導(dǎo)纖維固定在頭架上費(fèi)時(shí)費(fèi)事，TMS的刺激線圈在光導(dǎo)纖維中間無法接近顱骨進(jìn)行有效的定位和準(zhǔn)確的刺激皮質(zhì)靶區(qū)部位，使得目前的TMS與fNIRS很難同時(shí)工作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的是提供一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，適合于在實(shí)施大腦功能刺激時(shí)，同時(shí)檢測(cè)刺激部位去氧血紅蛋白與血流量發(fā)生變化進(jìn)而反映刺激部位神經(jīng)活動(dòng)、神經(jīng)興奮性發(fā)生變化的一體化裝置。磁刺激中需要了解刺激部位對(duì)神經(jīng)雙向調(diào)節(jié)的結(jié)果-神經(jīng)興奮性是增加或抑制，相對(duì)應(yīng)的是氧合血紅蛋白増加或減少，還需要了解刺激作用的范圍與深度。本專利技術(shù)可以方便的實(shí)現(xiàn)邊刺激邊檢查，監(jiān)測(cè)經(jīng)顱磁刺激對(duì)大腦功能調(diào)制的方向、程度、影響范圍與深度，以便選擇更好的刺激模式、刺激參數(shù)來達(dá)到理想的刺激效果。本專利技術(shù)的技術(shù)方案本專利技術(shù)的一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置包括經(jīng)顱磁刺激儀和近紅外腦功能光學(xué)成像儀，所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀的微處理器通過延時(shí)觸發(fā)器與經(jīng)顱磁刺激儀的外觸發(fā)器連接，近紅外腦功能光學(xué)成像儀的發(fā)射探頭和接收探頭嵌套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈周圍。所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀為微型近紅外腦功能光學(xué)成像儀，包括微處理器，與微處理器連接的放大器、濾波器、模擬選擇器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、雙向恒流驅(qū)動(dòng)器、延時(shí)觸發(fā)器、液晶觸摸屏，雙向恒流驅(qū)動(dòng)器與發(fā)射探頭連接，接收探頭與放大器連接；近紅外腦功能光學(xué)成像儀及其液晶觸摸屏安裝在經(jīng)顱磁刺激儀的手柄上。所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀的發(fā)射探頭和接收探頭通過具有可塑性與弾性的硅膠套嵌套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈上，硅膠套包括底面、與底面垂直的外套和內(nèi)套，外套套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈的外側(cè)，內(nèi)套嵌在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈的內(nèi)側(cè)，夕卜套和內(nèi)套上有探頭安裝洞孔；外套和內(nèi)套的高度和內(nèi)外壁的形狀、尺寸與經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈匹配。所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀的外觸發(fā)器對(duì)經(jīng)顱磁刺激儀的觸發(fā)信號(hào)是在近紅外腦功能光學(xué)成像儀停止工作的Ims中鎖定探頭的輸入輸出，延時(shí)0. 5ms觸發(fā)經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈產(chǎn)生0. 3ms脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)輸出停止后，經(jīng)過0. 2ms后近紅外腦功能光學(xué)成像儀解除鎖定。所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀中的雙向恒流驅(qū)動(dòng)電路包括雙向橋式驅(qū)動(dòng)電路和與之連接的恒流電路，雙向橋式驅(qū)動(dòng)電路的輸出端直接驅(qū)動(dòng)雙向反并聯(lián)的兩個(gè)發(fā)光二極管LED或激光二極管LD組成的發(fā)射探頭，一個(gè)發(fā)光管的波長(zhǎng)是830nm，另一個(gè)發(fā)光管的波長(zhǎng)為690nm，由微處理器分時(shí)輪流控制不同波長(zhǎng)的兩個(gè)發(fā)光管的近紅外本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，包括經(jīng)顱磁刺激儀和近紅外腦功能光學(xué)成像儀，其特征在于：所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀的微處理器通過延時(shí)觸發(fā)器與經(jīng)顱磁刺激儀的外觸發(fā)器連接，近紅外腦功能光學(xué)成像儀的發(fā)射探頭和接收探頭嵌套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈周圍。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，包括經(jīng)顱磁刺激儀和近紅外腦功能光學(xué)成像儀，其特征在于所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀的微處理器通過延時(shí)觸發(fā)器與經(jīng)顱磁刺激儀的外觸發(fā)器連接，近紅外腦功能光學(xué)成像儀的發(fā)射探頭和接收探頭嵌套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈周圍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，其特征在于所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀為微型近紅外腦功能光學(xué)成像儀，包括微處理器，與微處理器連接的放大器、濾波器、模擬選擇器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、雙向恒流驅(qū)動(dòng)器、延時(shí)觸發(fā)器、液晶觸摸屏，雙向恒流驅(qū)動(dòng)器與發(fā)射探頭連接，接收探頭與放大器連接；近紅外腦功能光學(xué)成像儀及其液晶觸摸屏安裝在經(jīng)顱磁刺激儀的手柄上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，其特征在于近紅外腦功能光學(xué)成像儀的發(fā)射探頭和接收探頭通過具有可塑性與彈性的硅膠套嵌套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈上，硅膠套包括底面(2g)、與底面垂直的外套(2c)和內(nèi)套(2d)，外套(2c)套在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈的外側(cè)，內(nèi)套(2d)嵌在經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈的內(nèi)偵牝外套(2c)和內(nèi)套(2d)上有探頭安裝洞孔；外套(2c)和內(nèi)套(2d)的高度和內(nèi)外壁的形狀、尺寸與經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈匹配。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，其特征在于近紅外腦功能光學(xué)成像儀的外觸發(fā)器對(duì)經(jīng)顱磁刺激儀的觸發(fā)信號(hào)是在近紅外腦功能光學(xué)成像儀停止工作的Ims中鎖定探頭的輸入輸出，延時(shí)O. 5ms觸發(fā)經(jīng)顱磁刺激儀的刺激線圈產(chǎn)生O.3ms脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)輸出停止后，經(jīng)過O. 2ms后近紅外腦功能光學(xué)成像儀解除鎖定。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大腦功能調(diào)制與檢測(cè)的一體化裝置，其特征在于所述的近紅外腦功能光學(xué)成像儀中的雙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：路承彪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢碧蘿金科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：