[发明专利]一种聚焦经颅磁声耦合刺激装置与方法

说明书

本发明涉及一种聚焦经颅磁声耦合刺激装置及方法，所述刺激装置包括：超声聚焦模块，用于发射和调节聚焦超声波；刺激对象固定模块，用于固定刺激对象；刺激电流检测模块，用于实时监控聚焦点处的电流密度；控制模块，与所述超声聚焦模块、所述刺激对象固定模块以及所述刺激电流检测模块连接，用于控制所述超声聚焦模块的超声发射和波形的输出，还用于控制刺激对象的多方位移动，还用于控制刺激电流检测模块的实时检测与电流密度重构。本发明中的上述装置及方法能够实现高空间分辨率的脑部无创电刺激。

技术领域

本发明涉及经颅刺激领域，特别是涉及一种聚焦经颅磁声耦合刺激装置与方法。

背景技术

经颅磁声耦合神经调控技术是一种新型的脑刺激技术，即利用磁场和超声波的耦合效应产生电场，进而对神经活动进行调控，不同于单纯电、磁、光、声调控手段，经颅磁声耦合神经调控是一种结合了声场与磁场的复合型神经刺激技术，借助低强度聚焦超声对大脑的高穿透深度与高聚焦性实现对神经组织的精准电调控。常见的经颅神经刺激如经颅直流电刺激、经颅磁刺激等，目前无法实现毫米级高分辨率聚焦而且难以达到对深部脑区刺激。经颅磁声耦合刺激兼具刺激聚焦性和刺激深度的优势，因经颅磁声耦合刺激中聚焦电场的电场强度由聚焦点处的超声声压和静磁场的磁感应强度共同决定，经颅磁声技术中的磁声耦合聚焦磁场强度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚焦经颅磁声耦合刺激装置与方法，用于实现高空间分辨率的脑部无创电刺激。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种聚焦经颅磁声耦合刺激装置，所述刺激装置包括：

超声聚焦模块，用于发射和调节聚焦超声波；

刺激对象固定模块，用于固定刺激对象；

刺激电流检测模块，用于实时监控聚焦点处的电流密度；

控制模块，与所述超声聚焦模块、所述刺激对象固定模块以及所述刺激电流检测模块连接，用于控制所述超声聚焦模块的超声发射和波形的输出，还用于控制刺激对象的多方位移动，还用于控制刺激电流检测模块的实时检测与电流密度重构。

可选的，所述超声聚焦模块包括：

环形相控阵列，用于发射聚焦超声波；

超声发射和接收子系统，与所述环形相控阵列连接，用于调节所述聚焦超声波的波形。

可选的，所述刺激对象固定模块包括：

大鼠固定架，用于固定实验鼠；

三维控制子系统，与所述大鼠固定架连接，用于对所述大鼠固定架进行三维控制。

可选的，所述刺激电流检测模块包括：

检测线圈，用于接收动生电流产生的感应电场信号；

信号处理子系统，与所述检测线圈连接，用于基于所述感应电场信号确定监控聚焦点处的电流密度。

基于本发明中的上述方法，本发明另外提供一种聚焦经颅磁声耦合刺激方法，所述刺激方法包括：

获取磁矢位、电标位和涡流密度；

将所述磁矢位、所述电标位以及所述涡流密度进行时空分离，得到电场标量电位的空间分量满足的泊松方程；

基于所述泊松方程确定互易过程的感应电流密度的空间分量方程；

对所述空间分量方程进行求解，得到特定脑区靶点处的电流密度。

可选的，所述泊松方程的表达式如下：