[发明专利]一种经颅磁声刺激及刺激电流监测装置和方法

说明书

本发明涉及一种经颅磁声刺激及刺激电流监测装置和方法，装置包括：脉冲激励源、超声换能器、磁体、磁场传感器阵列及控制单元；脉冲激励源发射微秒级脉冲激励，用于激发超声换能器产生超声波；超声换能器产生聚焦超声波，作用于刺激区域，在磁体作用下产生刺激电流；磁场传感器阵列布置于受刺激大脑周围，检测刺激电流激发的脉冲磁场信号；经颅磁声刺激电流监测方法包括：第一步，根据预先设计的刺激目标区域计算系数矩阵；第二步，磁声刺激大脑同时，通过布置于受刺激大脑周围的磁场传感器阵列检测刺激电流激发的脉冲磁场信号；第三步，计算磁声刺激电流的电流密度。本发明中的上述装置和方法，为优化磁声脑部刺激系统以及分析刺激机理提供有效工具和手段。

技术领域

本发明涉及经颅刺激领域，特别是涉及一种经颅磁声刺激及刺激电流监测装置和方法。

背景技术

脑部刺激是一种治疗精神或者神经类疾病的重要手段。深部脑刺激技术手术风险高，经颅磁刺激和经颅电刺激无需手术，但是主要针对浅层脑刺激。超声刺激是一种无损的深部脑刺激技术，但是刺激作用机理不明。磁声脑部刺激一种耦合超声和电磁场的深部脑刺激技术，通过超声作用于脑部组织，在磁场作用下形成动生电流，作用机制与电刺激、磁刺激类似。刺激电流强度和分布直接影响磁声刺激效果。现有技术中，结合超声磁声的电刺激电流监测装置及监测方法(CN201810509097.7)采用反投影重建得到声源图像作为电流监测手段针对的是传统的电刺激方法，并且无法得到刺激电流的分布情况。传统磁测量技术主要用于脑磁或者电阻抗成像等领域，针对的是低频电磁场，因此只适合低频电流监测。磁声脑部刺激采用微秒级脉冲激励信号激发超声波进而产生刺激电流，该刺激电流属于脉冲信号，频率主要分布在几百kHz～1MHz范围。目前，尚缺乏一种有效的监测磁声脑部刺激的刺激电流的技术手段，从而无法切实有效评估刺激电流强度和分布。

发明内容

本发明的目的是提供一种经颅磁声刺激及刺激电流监测装置和方法，能够监测磁声脑部刺激过程中激发的脉冲刺激电流。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种经颅磁声刺激及刺激电流监测装置，所述装置包括：

脉冲激励源、超声换能器、第一磁体、第二磁体、磁场传感器阵列以及控制单元；

所述脉冲激励源用于发射微秒级脉冲激励信号，并激励所述超声换能器产生超声波，所述超声换能器产生聚焦超声波作用于刺激区域；

所述第一磁铁和所述第二磁铁用于产生磁场，与超声波共同作用产生刺激电流；

所述磁场传感器阵列用于检测磁声刺激电流激发的脉冲磁场信号；

所述控制单元用于同步所述脉冲激励源和所述磁场传感器，所述控制单元还用于处理脉冲磁场信号并计算刺激电流的电流密度。

可选的，所述磁场传感器阵列中的单个磁场传感器包括：三分量检测线圈、前置放大器、积分器、带通滤波器以及后置放大器；所述三分量检测线圈、所述前置放大器、所述积分器、所述带通滤波器以及所述后置放大器依次连接。

基于本发明中的上述装置，本发明另外提供一种经颅磁声刺激及刺激电流监测方法，所述监测方法应用于上述装置，所述方法包括：

根据刺激目标区域计算系数矩阵；

进行脑部刺激时，通过部署在脑部周围的磁场传感器阵列同步检测刺激电流激发的脉冲磁场信号；

根据设定的计算时间步长，基于所述系数矩阵和所述脉冲磁场信号确定所有计算时刻的刺激电流的电流密度。

可选的，基于所述系数矩阵和所述脉冲磁场信号确定每个计算时刻的刺激电流的电流密度具体采用以下公式：

b^k＝AJ^k