CN104873192A - 微型脑功能监测与成像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型脑功能监测与成像装置和方法，同时进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，属于医学检测领域。该微型脑功能监测与成像装置主要由成像前端、控制和存储模块、电源和光源模块三大模块构成，本发明既可满足以动物模型为主的基础研究需要，也可为下一步临床应用奠定基础。

Description

微型脑功能监测与成像的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种微型脑功能监测与成像装置和方法，属于医学检测领域。

背景技术

复杂的心脏和脑外科手术往往需要心脏停止搏动、全身无血液循环的手术环境，临床上利用人工心肺机建立体外循环，并且采用深低温停循环来保护脑功能，防止脑损伤。然而在临床实践中，不同人对于深低温停循环的耐受时间具有明显的个体差异，如果手术时间过长，深低温循环可引起脑部血管功能和组织灌注功能损伤。现有临床技术手段无法满足对深低温停循环术中脑功能的精确监护，存在着手术风险的不可控性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种微型脑功能监测与成像装置和方法，可同时进行EEG (electroencephalogram)信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像的微型装置和方法。既可满足以动物模型为主的基础研究需要，也可为下一步临床应用奠定基础。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种微型脑功能监测与成像装置，包括成像前端、控制和存储模块、电源和光源模块，所述成像前端包括CMOS传感器、微距镜头、光纤束，所述微距镜头置于CMOS传感器下方，所述光纤束均匀排布到微距镜头周围；所述电源和光源模块包括激光光源、LED光源、电源，所述激光光源和LED光源并列排布在电源上方；所述控制和存储模块包括micro SD卡、控制电路板、EEG信号放大和采集模块，它们全部都集成到一块电路板上；所述电源和光源模块的电源通过电源线连接到控制存储模块上，电源和光源模块中的激光光源和LED光源通过光纤连接到成像前端的光纤束上，所述成像前端的CMOS传感器通过数据线连接控制和存储模块。

一种微型脑功能监测与成像方法，采用上述的微型脑功能监测与成像装置进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，步骤如下：

A.      给动物腹腔注射麻醉剂使其进入麻醉状态，之后将动物俯卧位安置在立体定位仪上，首先于头皮剃毛，并使用75%酒精消毒，术中保持无菌操作；

B.       从头皮中间位置将头皮打开，并用刀片清理附着在头骨上的组织，暴露头骨，使用高速牙科钻在头骨左右两侧各磨一个窗，把窗中的头骨磨薄，使其呈现半透明状态；

C.       打磨完头骨后，把所述成像前端放置到动物头上，用牙科水泥固定牢靠，装置的其余部分固定到动物的背上；

D.      待动物清醒后，打开EEG信号放大和采集模块、激光光源、LED光源和CMOS传感器，同时进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，采集的数据与上位机实时通信和数据传输；

E.       上位机分析微型脑功能监测与成像装置传输来的数据，从而实时显示EEG信号、脑皮层血管血流及组织灌注。

本发明的原理如下：

脑皮层血管血流的成像利用的是激光散斑衬比成像技术，它利用激光的相干性原理对流动的血液进行速度评估，当血液流动速度快的时候散斑的闪烁频率比较快，繁殖则散斑的闪烁频率比较慢，通过摄像机拍摄得到的散斑图像，利用衬比算法对散斑图像进行处理可以得到血流信息的二维图像，衬比度公式如下：

其中I _x,y 是N张图片中所有位置在(x,y)的像素点的均值，σ _x,y 是N张图片中所有位置在(x,y)的像素点的标准差。这是散斑衬比度的时间算法，另外还有一种空间算法，相对来说时间算法具有更高的空间分辨率和信噪比，本发明中采用的是时间算法。

组织灌溉利用的是内源光学成像（OIS）技术。在一定刺激条件下，脑内神经元的兴奋将会使局部脑对特定波长光的吸收率发生变化，利用脑内神经元活动关联的光学变化，用摄像机便可将整片脑区中的兴奋区域和相对不兴奋区域记录下来，并用计算机图像处理技术区分出来，显示于二维平面上，这就是内源信号光学成像技术。利用内源光学成像的技术可以对脑组织的组织灌溉进行评估。计算的方法是选择相邻的若干帧图像平均后再相减，以获得间隔时间内图像的灰度变化，以此来反映组织灌溉的空间变化模式。

本发明同现有技术相比，具有以下优点及效果：

本发明可以在动物自由活动的时候进行监测；可实时监测分析；同时进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像；结构简单，容易操作。

附图说明

图1为本发明的微型脑功能监测与成像装置的主要结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

参见图1，一种微型脑功能监测与成像装置，包括成像前端、控制和存储模块、电源和光源模块，所述成像前端包括CMOS传感器6、微距镜头7、光纤束8，所述微距镜头7置于CMOS传感器6下方，八根光纤束8均匀排布到微距镜头7周围；所述电源和光源模块包括激光光源3、LED光源4、电源5，所述激光光源3和LED光源4并列排布在电源5上方；所述控制和存储模块包括micro SD卡1、控制电路板2、EEG信号放大和采集模块9，它们全部都集成到一块电路板上；所述电源和光源模块的电源5通过电源线连接到控制存储模块上，电源和光源模块中的激光光源3和LED光源4通过光纤连接到成像前端的八根光纤束8上，所述成像前端的CMOS传感器6通过数据线连接控制和存储模块。

一种微型脑功能监测与成像方法采用上述系统进行烧伤鉴定，鉴定步骤如下：

A.      给动物腹腔注射麻醉剂使其进入麻醉状态，之后将动物俯卧位安置在立体定位仪上，首先于头皮剃毛，并使用75%酒精消毒，术中保持无菌操作；

B.       从头皮中间位置将头皮打开，并用刀片清理附着在头骨上的组织，暴露头骨，使用高速牙科钻在头骨左右两侧各磨一个窗，把窗中的头骨磨薄，使其呈现半透明状态；

C.       打磨完头骨后，把所述成像前端放置到动物头上，用牙科水泥固定牢靠，装置的其余部分固定到动物的背上；

D.      待动物清醒后，打开EEG信号放大和采集模块9、激光光源3、LED光源4和CMOS传感器6，同时进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，采集的数据与上位机实时通信和数据传输；

E.       上位机分析微型脑功能监测与成像装置传输来的数据，从而实时显示EEG信号、脑皮层血管血流及组织灌注。

Claims (2)

1.一种微型脑功能监测与成像装置，包括成像前端、控制和存储模块、电源和光源模块，其特征在于，所述成像前端包括CMOS传感器（6）、微距镜头（7）、光纤束（8），所述微距镜头（7）置于CMOS传感器（6）下方，所述光纤束（8）均匀排布到微距镜头（7）周围；所述电源和光源模块包括激光光源（3）、LED光源（4）、电源（5），所述激光光源（3）和LED光源（4）并列排布在电源（5）上方；所述控制和存储模块包括micro SD卡（1）、控制电路板（2）、EEG信号放大和采集模块（9），它们全部都集成到一块电路板上；所述电源和光源模块的电源（5）通过电源线连接到控制存储模块上，电源和光源模块中的激光光源（3）和LED光源（4）通过光纤连接到成像前端的光纤束（8）上，所述成像前端的CMOS传感器（6）通过数据线连接控制和存储模块。

2.一种微型脑功能监测与成像方法，采用根据权利要求1所述的微型脑功能监测与成像装置进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，其特征在于，步骤如下：

A.      给动物腹腔注射麻醉剂使其进入麻醉状态，之后将动物俯卧位安置在立体定位仪上，首先于头皮剃毛，并使用75%酒精消毒，术中保持无菌操作；

B.       从头皮中间位置将头皮打开，并用刀片清理附着在头骨上的组织，暴露头骨，使用高速牙科钻在头骨左右两侧各磨一个窗，把窗中的头骨磨薄，使其呈现半透明状态；

C.       打磨完头骨后，把所述成像前端放置到动物头上，用牙科水泥固定牢靠，装置的其余部分固定到动物的背上；

D.      待动物清醒后，打开EEG信号放大和采集模块（9）、激光光源（3）、LED光源（4）和CMOS传感器（6），同时进行EEG信号采集、脑皮层血管血流成像及组织灌注成像，采集的数据与上位机实时通信和数据传输；

E.       上位机分析微型脑功能监测与成像装置传输来的数据，从而实时显示EEG信号、脑皮层血管血流及组织灌注。