[发明专利]基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统

权利要求书

1.基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1采集T1加权MRI头部影像数据；

S2使用FSL软件对采集的MRI头部影响数据进行组织分割，分割成头皮、头骨、脑脊液、脑灰质、脑白质五部分；

S3将S2分割的五部分组织进行人工修正；

S4将N个电极紧贴于头皮表面，取各个电极与头皮接触端向上1mm作为导电胶得到带有电极的头模型；

S5对带有电极的头模型进行有限元三角面片化处理；

S6使用COMSOL计算出各电极注入单位电流强度时大脑有限元节点处的电场分布矩阵；

S7计算出优化策略，其按具体如下方法实施：

S71构建目标函数：

于公式(1)中，I为电极电流强度矩阵，E(r)为节点r处的电场强度，d(r)为节点r处的电流密度的期望方向；

S72简化目标函数：

于公式(2)中，W_i为第i个脑区的系数矩阵，所述W_i按如下公式进行计算：

于公式(3)中，V_m为第m个元素的体积，为第m个元素内的电流密度期望方向的转置，所述A_m按如下公式进行计算：

A_m＝[a₁(r_m)，a₂(r_m)，…，a_N-1(r_m)] (4)，

于公式(4)中，a为单位电场分布矩阵，N为电极个数，r_m为第m个元素节点位置；

S73施加刺激前，根据各脑区尺寸对其对应的系数矩阵W_i进行加权，按如下公式进行加权：

于公式(5)中，M为目标脑感兴趣区域个数，所述α_i按如下公式进行计算：

于公式(7)中，其中i＝1，2…M；j＝1，2…M；

对一部分目标脑区施加高强度刺激、另一部分施加低强度刺激时，对公式(6)引入第i个目标脑感兴趣区域所需要刺激强度的加权系数S_i，得到如下公式：

为保证电流输入的安全性，需引入安全限制条件，具体如下：

于公式(9)中，σ为电导率，E为电场分布矩阵，p_max表示安全限制下的功率最大值，若满足上式条件，表示电流安全，表示目标脑感兴趣区域外剩余脑区接受的刺激总功率小于最大允许功率，对进行数值逼近，得到如下公式：

当需要给每个目标脑区施加相同的刺激强度时，按如下公式约束结果精度：

std([W₁I，W₂I，…，W_MI])＜s₀ (12)，

当需要给一部分目标脑区施加高强度刺激、另一部分施加低强度刺激时，加入电流分布约束条件，约束条件如下：

2.根据权利要求1所述的基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统，其特征在于，所述S4中电极个数N＝64个，所述电极为直径12mm，深度3mm的圆柱形。