[发明专利]一种用于全脑网络连接的无创刺激和检测的系统与方法

说明书

本发明涉及一种用于全脑网络连接的无创刺激和检测的系统与方法，属于生物医学技术领域，系统包括架体、控制模块、照明模块、图像采集模块、超声刺激模块和图像处理模块；方法包括：将小鼠固定在架体的组合位移平台内；照明模块向小鼠的脑体同时进行470nm和617nm的照射；图像采集模块采集小鼠脑体图像信息；超声刺激模块对小鼠全脑超声刺激；图像处理模块将图像信息输出为钙离子荧光信号和脱氧血红蛋白代谢信号以及脑功能连接信号，控制模块控制超声刺激模块对小鼠大脑进行调控治疗。本发明能够自动检测全脑脱氧血红蛋白和钙离子浓度的相对变化，观察超声刺激对神经活动与血氧代谢活动的影响，实现了检测和治疗的一体化。

技术领域

本发明涉及一种用于全脑网络连接的无创刺激和检测的系统与方法，属于生物医学技术领域。

背景技术

跨大脑区域的神经元活动与血氧代谢信号的测量对于理解认知和运动过程(如注意力、决策和行动选择)的神经相关性非常重要。然而，高分辨率的设备往往价格昂贵，并且需要大量的专业基础知识，使用时有很多局限性。多波长的广域光学成像是一种高通量、成本效益高且灵活的方法，用于测量具有高时间分辨率和皮层范围视野的特定细胞群的活动。

低强度经颅超声刺激(TUS)对大脑皮层神经活动、脑血流动力学和神经血管耦合有较强的调节作用。TUS可以在大鼠皮层诱发动作电位(200赫兹)，产生动作电位的兴奋性神经元和抑制性神经元对超声脉冲重复频率的反应不同。因此，超声刺激对神经振荡(频率4赫兹)有显著的调制作用，且调制效果与超声参数密切相关。

脑功能连通性是测量脑区之间自发血流动力学信号的相关性指标，被广泛用于无创性脑网络研究。典型的多光谱成像系统利用相机和照明在几个波长，允许区分脱氧血红蛋白浓度。然而，多光谱成像系统利用白光源和机械滤光轮进行多路复用照明波长缓慢且难以同步高帧率，当外部触发器驱动时，相机通常无法以最大帧速率进行采集；另外，一个滤光轮通常有6个位置，需要为每个位置配置一个滤光片，除非配置完全相同的滤镜，否则会将获取一个波长的帧率限制为相机帧率的1/6，因为每个光谱图像都是在不同的时间点捕获的，这也会影响光谱分析的准确性，导致难以对全脑脱氧血红蛋白浓度变化与钙离子浓度的变化达到高分辨率的实时监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于全脑网络连接的无创刺激和检测的系统与方法，能够准确、连续、实时、多点位的测量出全脑脱氧血红蛋白浓度变化与钙离子浓度变化，造价便宜。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于全脑网络连接的无创刺激和检测的系统，包括架体、控制模块、照明模块、图像采集模块、超声刺激模块和图像处理模块；

所述架体上设有固定小鼠的组合位移平台；

所述照明模块用于对小鼠的脑体进行照明；

所述图像采集模块用于采集小鼠脑体的图像信息；

所述超声刺激模块用于对小鼠进行全脑超声刺激；

所述图像处理模块与图像采集模块电连接，用于根据图像信息输出钙离子荧光信号、脱氧血红蛋白代谢信号和脑功能连接信号；

所述控制模块用于控制图像采集模块，采集相机的快门信号，并根据采集到的相机快门信号对超声刺激模块进行外触发实现全脑超声刺激。