[发明专利]结合磁场和超声进行无创聚焦性电刺激的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无创聚焦电刺激的方法。特别是涉及一种结合磁场和超声产生无创聚焦电刺激的方法。

背景技术

究大脑神经功能是当今科学研究最前沿的内容。其中，利用无创经颅磁刺激技术将线圈置于人体头部进行刺激，产生的磁场穿透颅骨，在脑内相应区域引起感应电场，在脑组织产生的电流密度达到或超过一定阈值时，可以激活或者抑制该区域神经活性。进而，结合核磁共振、128导脑电数据分析被刺激的神经活动在整体脑网络神经活动中引起的响应，在脑科学研究中被大量使用。但磁刺激技术在脑科学研究中面临的一个问题是聚焦性差，难以聚焦在一定区域(如平方毫米量级)内对靶组织实施刺激。本发明提供了一种结合磁场、超声技术的无创聚焦电刺激方式。

根据霍尔效应，在电磁场中运动的可导电物体会产生电荷分离的现象，进而产生电压，即霍尔电压，该现象的产生主要源于样本内部运动的正负电荷在磁场作用下受到相反方向的洛伦兹力。该原理将磁场、电场和声场结合在一起，并将该理论应用到无创聚焦电刺激领域是本发明的核心部分。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种将磁场、电场和声场结合在一起的结合磁场和超声进行无创聚焦性电刺激的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种结合磁场和超声产生无创聚焦电刺激的方法，是基于一种结合磁场和超声产生矢量性无创聚焦电刺激的装置所进行的无创聚焦电刺激的方法，是将待刺激样本置于电磁场中，将待刺激样本固定，使用聚焦型超声换能器发出超声，垂直于电磁场方向射入待刺激样本，待刺激样本内产生垂直于磁场和超声的方向的电场，通过调节磁场和超声传播方向控制电刺激方向，实现电刺激。

包括如下步骤：

1)根据电磁场的方向摆放待刺激样本，使待刺激样本所需要的电刺激方向与电磁场方向垂直，并将待激励样本固定；

2)选择聚焦型超声换能器；

3)施加磁场；

4)激励超声；

5)调整电刺激方向，是通过调节聚焦型超声换能器的超声传播方向来调整待刺激样本中电刺激的方向；

6)调整电刺激强度，是通过调节聚焦型超声换能器的激励信号的强度和磁场发生与监测模块中电源的电流大小，来改变声场强度和电磁场的强度，进一步调节电刺激的强度；

7)采用传感器放置于被刺激区域，用示波器记录传感器两端所产生的电压，移动传感器，得到产生电刺激的区域面积和幅值分布，用于指导后续的电刺激应用。

步骤2)所述的选择聚焦型超声换能器，是根据待刺激样本需要进行电刺激区域的大小和位置要求，确定所需聚焦型超声换能器的焦斑和焦距，产生电刺激的频率范围在聚焦型超声换能器的频带之内，最后，再根据焦斑、焦距和频带等相关的参数选择聚焦型超声换能器。

步骤3)所述的施加磁场，是使用电磁铁对待刺激样本施加相应强度的且可调的和均匀的电磁场。

步骤4)所述的激励超声，是在超声聚焦换能器和样本之间加上耦合剂，使用超声激励源激励超声聚焦换能器发出超声信号，并将超声打入待刺激样本中。

所述的耦合剂是水或绝缘油或琼脂。

步骤7)所述的传感器是设定长度和直径的导电性的导线。

本发明的结合磁场和超声进行无创聚焦性电刺激的方法，用聚焦超声换能器向置于电磁场中的待刺激样本打入超声，超声传播方向垂直于电磁场的方向，由于跟随超声振动的带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，样本中的正负电荷将沿垂直于电磁场和超声传播的方向反向移动，在被刺激样本中产生电场，该电场的分布情况与超声换能器的声场分布情况具有一致性，实现样本的聚焦电刺激。

附图说明

图1是本发明使用的结合磁场和超声产生矢量性无创聚焦电刺激的装置的结构示意图；

图中

1：超声激励模块2：磁场发生与监测模块

3：样本4：固定装置

11：超声脉冲发射接收器12：聚焦型超声换能器

13：声耦合剂21：电源

22：电磁铁23：特斯拉计

41：底座42：精密平移台

43：旋转台44：载物盘

图2a是换能器在轴向上的声场归一化分布图；

图2b是与图2a相同换能器在磁场作用下在轴向上产生的电场分布图；

图3a是换能器在焦距处的横向截面上的声场分布图；

图3b是与图3a相同换能器在磁场作用下在焦距处的横向截面上产生电场的分布图；