[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

说明书

本发明公开了一种基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统，包括以下步骤：采集T1加权MRI头部影像数据；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；将分割的五部分组织进行人工修正；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；对带有电极的头模型进行有限元三角面片化处理；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；计算出优化策略。该多目标脑区精确电刺激方法无需反复挪动电电极位置，即可实现多目标脑区精确tDCS的多种刺激，灵活性较强。

【技术领域】

本发明涉及一种电刺激方法，具体涉及一种基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统。

【背景技术】

经颅直流电刺激(tDCS)是一种利用恒定微小直流电非侵入调控大脑神经元活动的技术，目前对各种脑疾病(脑卒中、癫痫、帕金森病、抑郁症、耳鸣、阿尔茨海默病等)的治疗具有重要的支持作用。其是利用放置在头皮上的电极来注入电流，使神经元静息电位呈现去极化或超极化效应。这种刺激形成的电场很大程度受到个体头部解剖结构和生物物理学的影响，难以在目标脑感兴趣区域(ROI)中获得所需的电流密度场。若采用密集电极阵列对整个头皮全方位覆盖，通过一定的优化策略计算出各电极应注入的电流强度，注入不同大小的电流可以将刺激得到的整体的刺激电场分布限制在ROI中。而大脑功能的实现通常会涉及多个脑区的交互，同时刺激多个不同的脑区可能能够更好地影响特定的大脑功能，鉴于此Dmochowski提出一种基于最小二乘的优化策略，该策略通过头皮各电极记录的EEG信号给与生成这些EEG波形的神经元一定程度的电刺激，但此模式无法指定目标脑区的位置。

【发明内容】

针对上述方法无法指定目标脑曲位置的问题，本发明提供一种基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统。

本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种基于密集电极阵列的多目标脑区精确电刺激系统，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。

特别的，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。

特别的，所述S7中优化策略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，代表第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：