CN106037723A - 用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置及方法，装置包括：计算机、数据采集器、前置放大器、记录电极和超声换能器；所述记录电极下端伸入电极插入位点，记录电极的其余部分在电极插入位点处弯折且紧贴试验对象表面；所述超声换能器设置在电极插入位点之上且通过耦合介质与试验对象固定。用于深部脑区超声神经刺激时的电生理信号记录。

Description

用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置及方法
【技术领域】
本发明属于生物医学和信息领域，涉及一种脑部电生理信号的记录方法，具体地说是涉及一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置及方法。
【背景技术】
目前，对于超声神经刺激在全世界范围内已经做了很多探索性研究，已经有大量文献证明超声可以完成对运动皮层和感觉皮层、丘脑、视网膜等区域的神经组织进行刺激，实验后的脑组织结构安全性实验也证实了超声神经刺激的安全性。
经颅超声神经刺激引起的脑部电生理信号的记录是评价神经刺激成功与否、刺激效果以及超声神经刺激机理研究的重要手段。因此，能否提供脑电信号对于经颅超声神经刺激研究具有尤为重要的意义与价值，也是目前该领域研究实验中的一项技术难点。目前的研究中，由于超声换能器直接放置在实验对象头部上方，这就会造成传统脑部电生理信号记录中测量电极与超声换能器的空间位置冲突，这就需要改变其中一套实验系统以适应实验的要求，而这种改变往往也会影响到实验的效果和适用范围。例如，已有文献中针对经颅超声神经刺激时脑部电生理信号的记录采用的是减小换能器与实验对象头部的有效接触面积，并将记录电极以斜入射的方式插入脑区，或者直接将电极制作成L型，再埋入脑部进行测量，从而避免与换能器的空间干扰，其中L型的长度即为电极埋入脑部的深度。然而，这两种方法都存在各自的缺陷，第一种记录方式首先就局限了超声换能器的尺寸和换能器与实验对象的接触面积，很大程度上限制了较大直径的聚焦超声换能器的使用，而且这种记录电极斜插入的方式也增加了记录电极精确定位较深部脑区的操作难度。采用第二种方法时，由于神经元细胞直径仅为几个到几十个微米，而记录电极一旦做成，电极埋入深度就已经由L型的长短来确定，其长度很难控制在微米级别，很不利于实际记录时微米级精度调整电极埋入深度从而使电极尖端置于目标神经元附近的需求。目前，考虑的埋入深度难以精确控制，这种采集方式一般只出现在记录大脑皮层的电生理信号。
更为重要的是，随着研究的不断深入，经颅超声神经刺激的领域必然会扩展到脑部其他功能区域，而且对于包括海马体、丘脑和下丘脑等在内的具有重要功能的深部脑组织结构的功能性刺激将很有可能为相关疾病的研究与治疗提供新的方案，并且更能够发挥出超声脑神经刺激无创、高精度和作用大范围的优势。因此，提出一种适用于经颅超声神经刺激研究，尤其是针对深部脑区的电生理信号记录技术就显得尤为重要。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提出了一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置及方法的解决方案，尤其适用于深部脑区超声神经刺激时的电生理信号记录。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置，包括：计算机、数据采集器、前置放大器、记录电极和超声换能器；其中，
所述记录电极，用于记录脑部电生理信号，并将电生理信号传输至前置放大器；
所述前置放大器，用于接收记录电极记录到的电生理信号，将电生理信号放大后传输至数据采集器；
所述数据采集器，用于接收并采集经前置放大器放大后的电生理信号，并将其转换为数字信号，输入至计算机；
所述计算机，用于电生理信号的记录及后续数据处理与显示；
所述超声换能器，用于产生超声波，进而实现对目标神经组织的刺激功能；
所述记录电极下端伸入电极插入位点，记录电极的其余部分在电极插入位点处弯折且紧贴试验对象表面；所述超声换能器设置在电极插入位点之上且在超声换能器与实验对象接触面添加耦合介质。
作为本发明方进一步改进，所述记录电极包括电极连接线和金属电极丝，金属电极丝设置在电极连接线一端。
作为本发明方进一步改进，所述金属电极丝一般为镍铬丝或钨丝。
一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置的使用方法，包括以下步骤：
S201：将记录电极、前置放大器、数据采集器以及计算机依次连接完整；
S202：确定电极插入位点后钻小孔，将记录电极沿小孔插入实验对象脑部目标区域，上下微调记录电极位置，直到明显记录到峰电位信号；
S203：利用电极插入位点固定记录电极位置；
S204：在电极插入位点弯折记录电极，使电极其余部分紧贴实验对象表面，并利用牙科水泥将记录电极其余部分与实验对象表面固定；
S205：在电极插入位点上方加入超声换能器，并在超声换能器与实验对象接触面添加耦合介质后，即可实施超声神经刺激时目标脑区的电生理信号记录。
记录电极的制作方法为：
S101：选取柔软的、可弯折的电极丝，刮去电极丝一端长度为3mm的绝缘层；
S102：刮去绝缘电线一端长度为3mm的绝缘层；
S103：将电极丝裸露端和绝缘电线裸露端焊接，并在焊点处包裹一层绝缘胶；绝缘电线另一端与前置放大器连接，并进行绝缘处理；
S104：测量制作的记录电极电阻值，调整电极使满足脑电生理记录前置放大器的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的记录装置由于记录电极的弯折，就可将原本处于实验对象头部上方的脑部电生理信号记录装置转移到其他合适位置，为经颅超声神经刺激所需的超声换能器留出必要的空间，从而实现经颅超声神经刺激时的脑区电生理信号记录。可以直接用于接触式、水浸式以及各种尺寸超声换能器作用下的经颅超声神经刺激研究中脑部电生理信号的记录。较现有方法，本发明尤其适用于针对实验目标区域为较深部脑区的情况，而且在有效记录经颅超声神经刺激时电生理信号的基础上，还具有实验操作简单、不需要额外添置设备仪器、不影响超声神经刺激实验结构、易推广实施的优势。
本发明的装置的使用方法简单、快捷，尤其是只进行记录电极的弯折，就可将原本处于实验对象头部上方的脑部电生理信号记录装置转移到其他合适位置，为经颅超声神经刺激所需的超声换能器留出必要的空间，从而实现经颅超声神经刺激时的脑区电生理信号记录。
【附图说明】
图1为本发明实施例的脑部电生理信号记录电极的制作流程图；
图2为本发明实施例的脑部电生理信号记录的操作流程图；
图3为本发明实施例的脑部电生理信号记录的操作过程中插入记录电极时的示意图；
图4为本发明实施例的脑部电生理信号记录的最终效果示意图；
其中，301、金属电极丝；302、电极连接线；303、前置放大器；304、数据采集器；305、计算机；306、大鼠头部；307、前囟；308、后囟；309、电极插入位点；310、记录电极；311、焊点；312、导线连接点；401、超声换能器；402、耦合介质。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，本发明不限于以下实施例。
如图4所示，本发明是一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置，包括：计算机305、数据采集器304、前置放大器303、记录电极310和超声换能器401；其中，
所述记录电极310，用于记录脑部电生理信号，并将电生理信号传输至前置放大器303；
所述前置放大器303，用于接收记录电极310记录到的电生理信号，将电生理信号放大后传输至数据采集器304；
所述数据采集器304，用于接收并采集经前置放大器303放大后的电生理信号，并将其转换为数字信号，输入至计算机305；
所述计算机305，用于电生理信号的记录及后续数据处理与显示；
所述超声换能器401，用于产生超声波，进而实现对目标神经组织的刺激功能；
所述记录电极310下端伸入电极插入位点309，记录电极310的其余部分在电极插入位点309处弯折且紧贴试验对象表面；所述超声换能器401设置在电极插入位点309之上且在超声换能器401与实验对象接触面添加耦合介质402。
本发明提出了一种适用于经颅超声神经刺激研究的电生理信号记录方法，如发明内容中所属，首先需制作电生理信号记录电极，其制作流程如图1所示，包括：
S101：记录电极材质的选取与预处理，由于实验中需要折叠记录电极，故一般选择较为柔软的金属电极丝，此处我们选取有效直径35um的泰富龙包裹的镍铬电极丝301。本实施例中，电生理信号记录目标位于颅骨下约5mm处，故取镍铬丝长度约为15mm，刮去一端长度为3mm左右绝缘层；
S102：绝缘电线选取与预处理，取足够连接记录电极和前置放大器长度的绝缘电线，剥离一端长度为3mm左右绝缘层或做其他处理方便焊接。所选取的绝缘电线需具备良好的导电性能，带有电磁屏蔽功能为最佳。本实施例中选取AM公司连接线302，长度约10cm；，电极连接线用于将金属电极丝301记录到的电生理信号传输至前置放大器303。
S103：将电极裸露端和绝缘电线一端焊接，并在焊点311包裹一层绝缘胶。绝缘电线另一端312用于电生理记录实验时与前置放大器303连接，连接同样做绝缘处理；
S104：测量制作好记录电极310电阻值，判断是否满足脑电生理记录前置放大器的要求，若阻值过大或过小，则应调整电极材质和长度等参数。
如图2所示，利用上述制作电极进行脑部电生理信号记录的实验流程图，包括：
S201：将上述制作好的记录电极310、前置放大器303、数据采集器304以及计算机305连接完整。
S202：麻醉并固定实验对象，本实施例中选取大鼠作为实验对象。根据大鼠头部306前囟307和后囟308确定电极插入位点，并在记录电极插入处钻开直径约2mm孔309，将记录电极沿小孔插入实验对象脑部目标区域，上下微调记录电极位置，直到明显记录到峰电位信号为止，即认为此处为目标脑区神经核团位置。
S203：固定电极位置，利用牙科水泥在颅骨开孔处309固定记录电极，确保电极不会出现上下移动。
S204：在颅骨开孔处309弯折记录电极310，使电极其余部分紧贴颅骨表面，并利用牙科水泥将记录电极其余与颅骨接触部分固定于颅骨表面。
S205：于实验对象头部上方加入超声换能器401，并添加耦合介质402于换能器401与头部之间，即可进行超声神经刺激实验，记录超声神经刺激时目标位点的电生理信号。由于记录电极的弯折，就可将原本处于实验对象头部上方的脑部电生理信号记录装置转移到其他合适位置，为经颅超声神经刺激所需的超声换能器留出必要的空间，从而实现经颅超声神经刺激时的脑区电生理信号记录。
需要注意的是，在S202中确定电极扎入位置和深度之后的剩余操作中应谨慎处理，防止记录电极出现移动，确保记录电极仍能记录到明显峰电位。
上述仅本发明较佳可行的实施例，但本发明不限于此，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置，其特征在于，包括：计算机(305)、数据采集器(304)、前置放大器(303)、记录电极(310)和超声换能器(401)；其中，
所述记录电极(310)，用于记录脑部电生理信号，并将电生理信号传输至前置放大器(303)；
所述前置放大器(303)，用于接收记录电极(310)记录到的电生理信号，将电生理信号放大后传输至数据采集器(304)；
所述数据采集器(304)，用于接收并采集经前置放大器(303)放大后的电生理信号，并将其转换为数字信号，输入至计算机(305)；
所述计算机(305)，用于电生理信号的记录及后续数据处理与显示；
所述超声换能器(401)，用于产生超声波，进而实现对目标神经组织的刺激功能；
所述记录电极(310)下端伸入电极插入位点(309)，记录电极(310)的其余部分在电极插入位点(309)处弯折且紧贴试验对象表面；所述超声换能器(401)设置在电极插入位点(309)之上且在超声换能器(401)与实验对象接触面添加耦合介质(402)。
2.根据权利要求1所述的一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置，其特征在于，所述记录电极(310)包括电极连接线(302)和金属电极丝(301)，金属电极丝(301)设置在电极连接线(302)一端。
3.根据权利要求2所述的一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置，其特征在于，所述金属电极丝(301)为镍铬丝或钨丝。
4.权利要求1所述的一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S201：将记录电极(310)、前置放大器(303)、数据采集器(304)以及计算机(305)依次连接完整；
S202：确定电极插入位点(309)后钻小孔，将记录电极(310)沿小孔插入实验对象脑部目标区域，上下微调记录电极(310)位置，直到明显记录到峰电位信号；
S203：利用电极插入位点(309)固定记录电极(310)位置；
S204：在电极插入位点(309)弯折记录电极(310)，使电极其余部分紧贴实验对象表面，并利用牙科水泥将记录电极(310)其余部分与实验对象表面固定；
S205：在电极插入位点(309)上方加入超声换能器(401)，并在超声换能器(401)与实验对象接触面添加耦合介质(402)后，实施超声神经刺激时目标脑区的电生理信号记录。
5.根据权利要求4所述的一种用于经颅超声神经刺激的脑部电生理信号记录装置的安装方法，其特征在于，记录电极(310)的制作方法为：
S101：选取柔软的、可弯折的电极丝，刮去电极丝一端的绝缘层；
S102：刮去绝缘电线一端的绝缘层；
S103：将电极丝裸露端和绝缘电线裸露端焊接，并在焊点处包裹一层绝缘胶；绝缘电线另一端与前置放大器(303)连接，并进行绝缘处理；
S104：测量制作的记录电极(310)电阻值，调整电极使其满足脑电生理记录前置放大器的要求。
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