CN109621223A - 一种光刺激系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光刺激系统，包括：封装有Micro‑LED阵列的刺激光极；内设置于刺激光极，用于驱动刺激光极运行的第一控制器；与第一控制器无线相连，用于向第一控制器发送第一操作指令，并通过第一操作指令控制刺激光极发出灯光对待刺激对象进行刺激的第二控制器；与第二控制器有线相连，用于监控刺激光极对待刺激对象的刺激状态的监控器；与监控器无线相连，用于根据刺激光极对待刺激对象的刺激状态向Micro‑LED阵列发送第二操作指令，并通过第二操作指令对刺激光极对待刺激对象的刺激状态进行调控的移动终端。通过该系统可以达到对待刺激对象进行辅助治疗的目的。

Description

一种光刺激系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种光刺激系统。

背景技术

光遗传技术是一种用光来控制特定神经元活动的方法，具有高特异性、高时空分辨率等优点，利用光遗传技术可以控制神经元的活动，通过这样的方法，也就相当于对神经元有了重新编码的能力。因而，光遗传技术在对受损的神经元修复中具有重大的潜在应用价值。但是，目前市场上还没有出现一种利用光遗传技术来帮助拥有受损神经元的待刺激对象进行辅助治疗的医疗器械。

所以，提供怎样的一种光刺激系统来帮助拥有受损神经元的待刺激对象进行辅助治疗，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光刺激系统，其目的在于利用光遗传技术对拥有受损神经元的待刺激对象进行辅助治疗。其具体方案如下：

一种光刺激系统，包括：

封装有Micro-LED阵列的刺激光极；

内设置于所述刺激光极，用于驱动所述刺激光极运行的第一控制器；

与所述第一控制器无线相连，用于向所述第一控制器发送第一操作指令，并通过所述第一操作指令控制所述刺激光极对所述待刺激对象进行刺激的第二控制器；

与所述第二控制器有线相连，用于监控所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态的监控器；

与所述监控器无线相连，用于根据所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态向所述Micro-LED阵列发送第二操作指令，并通过所述第二操作指令对所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态进行调控的移动终端。

优选的，所述第一控制器和所述第二控制器通过无线射频连接。

优选的，所述第一控制器还包括：

用于消除所述第一控制器产生的电弧的继电保护电路。

优选的，还包括：

用于为所述刺激光极提供能量来源的驱动电源。

优选的，所述驱动电源具体为恒流驱动电源。

优选的，所述刺激光极具体为设置在柔性电路板上的刺激光极。

优选的，所述监控器还包括：

用于执行人机交互操作的人机交互界面。

优选的，所述监控器还包括：

用于存储所述刺激光极对所述对待刺激对象进行刺激的刺激数据的存储器。

优选的，所述第二控制器包括：

用于向所述Micro-LED阵列发送PWM信号，并通过所述PWM信号控制所述刺激光极发出不同颜色和/或不同亮度和/或不同频率的LED灯光的操作控制器。

可见，在本发明所提供的光刺激系统中，首先是在刺激光极中封装有Micro-LED阵列，并在刺激光极中设置用于控制刺激光极进行运动的第一控制器，然后，设置与第一控制器无线相连的第二控制器，再设置与第二控制器有线相连的监控器，最后，设置与监控器无线相连的移动终端。当操作人员在对光刺激系统的使用过程中，首先，是通过第二控制器向第一控制器发送第一操作指令，以使得第一控制器可以驱动控制刺激光极发出相应的灯光，并对待刺激对象进行刺激。此时，刺激光极对待刺激对象的刺激状态也会显示在监控器当中，那么，操作人员就可以根据监控器所反馈的刺激光极对待刺激对象的刺激状态，向刺激光极中的Micro-LED阵列发送第二操作指令，以对刺激光极对待刺激对象的刺激状态进行调控，从而使得刺激光极可以对待刺激对象进行更好的刺激，从而达到对待刺激对象进行辅助治疗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光刺激系统的结构图；

图2为本实施例提供的第二控制器通过无线通信向第一控制器发送第一操作指令的流程图；

图3为本实施例提供的第一控制器通过无线通信接收第二控制器发送的第一操作指令的流程图；

图4为本发明实施例提供的利用驱动光源驱动刺激光极的结构图；

图5为本发明实施例提供的PWM信号的占空比与产生光强关系的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种光刺激系统的结构图。如图1所示，该光刺激系统包括：

封装有Micro-LED阵列的刺激光极11；

内设置于刺激光极11，用于驱动刺激光极11运行的第一控制器12；

与第一控制器12无线相连，用于向第一控制器12发送第一操作指令，并通过第一操作指令控制刺激光极11发出灯光对待刺激对象进行刺激的第二控制器13；

与第二控制器13有线相连，用于监控刺激光极11对待刺激对象的刺激状态的监控器14；

与监控器14无线相连，用于根据刺激光极11对待刺激对象的刺激状态向Micro-LED阵列发送第二操作指令，并通过第二操作指令对刺激光极11对待刺激对象的刺激状态进行调控的移动终端15。

在本实施例中，为了利用光遗传技术对待刺激对象的受损神经元进行修复，首先，是在刺激光极11中设置Micro-LED阵列，以通过刺激光极11发出的灯光对待刺激对象的受损神经元进行刺激，并达到对待刺激对象进行辅助治疗的目的。在实际应用当中，可以将Micro-LED阵列设置为不同颜色的Micro-LED阵列，这样就可以使得刺激光极11发出不同颜色的LED灯光。需要说明的是，本实施例中的待刺激对象可以是人和/或小鼠和/或其它动物的受损神经元，此处，不作具体限定。

作为一种优选的实施方式，可以将刺激光极11中的Micro-LED阵列设置为白色(white)、红色(red)、绿色(green)和蓝色(blue)这四种颜色，因这四种颜色的LED灯光进行任意组合，可以使得刺激光极11发出任意颜色的灯光。显然，通过此种设置方式，可以解决传统医学光遗传技术中光源颜色单一的问题。

能够想到的是，刺激光极11对待刺激对象的神经组织进行刺激的过程中，需要对待刺激对象上不同区域的神经组织进行刺激，所以，在本实施例中，还在刺激光极11内部设置了用于控制刺激光极11进行运动的第一控制器12，这样设置的目的一方面是为了减少刺激光极11与第一控制器12对空间体积的占用，另一方面也是为了刺激光极11可以运动到待刺激对象的不同神经组织区域，并对待刺激对象的不同神经组织进行刺激，以达到对待刺激对象进行辅助治疗的目的。

然后，在光刺激系统中，设置与第一控制器12无线相连，用于向第一控制器发送第一操作指令，并通过第一操作指令控制刺激光极11发出灯光对待刺激对象进行刺激的第二控制器13，以及与第二控制器13有线相连，用于监控刺激光极11对待刺激对象的刺激状态的监控器14。

如图2所示，为本实施例提供的第二控制器通过无线通信向第一控制器发送第一操作指令的流程图。具体的，如果第二控制器13准备向第一控制器12发送第一操作指令时，首先是将自身初始化为无线发送状态，当第二控制器13将无线发送状态初始化完毕之后，向第一控制器12发送相应的第一操作指令，并判断第一控制器12是否能够接收第二控制器13发送的第一操作指令，如果第一控制器12能够接收到第二控制器13所发送的第一操作指令，则继续通过无线通信向第一控制器12发送第一操作指令，如果第一控制器12不能接收到第二控制器13所发送的第一操作指令，则第二控制器13继续对自身状态进行初始化，以使得第二控制器13可以初始化为无线发送状态。

如图3所示，为本实施例提供的第一控制器通过无线通信接收第二控制器发送的第一操作指令的流程图。具体的，当第一控制器12初始化为无线接收状态之后，首先是判断是否接收到第二控制器13发送的第一操作指令，如果第一控制器12没有接收到第二控制器13发送的第一操作指令，则第一控制器12继续对自身状态进行初始化，以达到无线接收状态；如果第一控制器12接收到第二控制器13发送的第一操作指令时，第一控制器12开始驱动刺激光极11对待刺激对象进行刺激，以达到对待刺激对象进行修复的目的。

在本实施例中，第二控制器13和监控器14之间是通过有线进行连接，第一控制器12和第二控制器13是通过无线进行连接，因为通过这样的设置，不仅方便操作人员在实际应用当中的操作，而且，也容易对待刺激对象的神经组织进行更好的刺激。

值得注意的是，第二控制器13控制着刺激光极11的运行，是整个光刺激系统运行的控制核心，相当于光刺激系统的大脑，第二控制器13控制着第一控制器12的运行，而第一控制器12是驱动着刺激光极11对待刺激对象的刺激状态。所以，在实际应用当中，第一控制器12和第二控制器13的选型要考虑到光刺激系统在功能实现与运行过程中的稳定性，所以，第二控制器13除了应该具备较强的运算处理能力之外，还应该兼顾器件的尺寸大小，以能够达到实际应用目的为标准。

最后，考虑到光刺激系统应用领域的特殊性，是利用监控器14对刺激光极对待刺激对象的刺激状态进行监控与观察，并且，考虑到第二控制器对待刺激对象刺激过程中的局限性，所以，在本实施例中，还在光刺激系统中设置了与监控器14无线相连，用于根据刺激光极对待刺激对象的刺激状态向Micro-LED阵列发送第二操作指令，并通过第二操作指令对刺激光极对待刺激对象的刺激状态进行调控的移动终端15，也即，设置移动终端15的目的是对刺激光极11对待刺激对象的刺激状态进行调整，换句话说，通过移动终端15对刺激光极11产生的灯光颜色和/或灯光频率和/或灯光亮度作适应性的调整，以达到对待刺激对象的神经组织更好的刺激效果。并且，将监控器14与移动终端15设置为无线连接，也可以使得操作人员更加方便地利用移动终端15对刺激光极11的运行状态进行调控，以此来实现操作人员对光刺激系统控制过程中的可移动化。

在具体实施中，如果需要利用光系统对小鼠的脑神经进行刺激时，可以将刺激光极11和第二控制器13放入小鼠的脑内，并通过监控器14来观察刺激光极在小鼠脑内的刺激状态，最后，通过移动终端15对刺激光极在小鼠脑内的刺激状态进行调控，并以此达到对小鼠受损脑神经进行修复的目的。

可见，在本实施例所提供的光刺激系统中，首先是在刺激光极中封装有Micro-LED阵列，并在刺激光极中设置用于控制刺激光极进行运动的第一控制器，然后，设置与第一控制器无线相连的第二控制器，再设置与第二控制器有线相连的监控器，最后，设置与监控器无线相连的移动终端。当操作人员在对光刺激系统的使用过程中，首先，是通过第二控制器向第一控制器发送第一操作指令，以使得第一控制器可以驱动控制刺激光极发出相应的灯光，并对待刺激对象进行刺激。此时，刺激光极对待刺激对象的刺激状态也会显示在监控器当中，那么，操作人员就可以根据监控器所反馈的刺激光极对待刺激对象的刺激状态，向刺激光极中的Micro-LED阵列发送第二操作指令，以对刺激光极对待刺激对象的刺激状态进行调控，从而使得刺激光极可以对待刺激对象进行更好的刺激，从而达到对待刺激对象进行辅助治疗的目的。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，第一控制器12和第二控制器13通过无线射频连接。

可以理解的是，无线射频是通过无线电波来传送控制信号的，无线射频在传输过程中没有方向性，所以，在使用过程中更为方便、快捷，而且，无线射频还具有传输距离远、功率消耗低等优点，所以，在实际应用当中，将第一控制器12和第二控制器13通过无线射频连接时，不仅可以提高第一控制器12与第二控制器13之间的数据交互速率，而且，也可以降低第一控制器12与第二控制器13在进行数据交互过程中的功率损耗。

需要说明的是，在实际应用当中，第一控制器12和第二控制器13可以通过2.4G无线射频建立通信连接，以此来减少第一控制器12和第二控制器13在建立通信连接过程中的干扰，并由此来提高第一控制器12和第二控制器13在建立通信连接过程中的稳定性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，第一控制器12还包括：

用于消除电弧的继电保护电路。

在实际应用当中，第一控制器12是内置于刺激光极11中，并通过接口与刺激光极11相连，在此过程中，可能会产生电弧，所以，在本实施例中，还在第一控制器12中设置了用于消除第一控制器12产生的电弧的继电保护电路，这样就可以避免电弧对第一控制器12工作过程中的干扰，从而保证了第一控制器12在使用过程中的稳定性。此外，通过继电保护电路也可以减少第一控制器12在使用过程中所产生的热量，由此进一步保证了刺激光极11在使用过程中的安全性与稳定性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，该应用于脑神经修复的光刺激系统还包括：

用于为刺激光极11提供能量来源的驱动电源16。

如图4所示，为本实施例提供的一种利用驱动电源16驱动刺激光极11的结构图。在实际应用当中，为了刺激光极11在使用过程中的稳定性，还在光刺激系统中设置了用于为刺激光极11提供能量来源的驱动电源16，也即，利用驱动电源16来为刺激光极11提供稳定的能量来源。在实际应用当中，可以将驱动电源16设置为电池、AC-DC电源、开关恒流源、线性IC电源和阻容降压电源等等。

显然，在光刺激系统中设置用于为刺激光极11提供能量来源的驱动电源16，可以保证刺激光极11在使用过程中的安全性及稳定性。

作为一种优选的实施方式，驱动电源16具体为恒流驱动电源。

在本实施例中，可以将驱动电源16设置为恒流驱动电源，因为通过恒流驱动电源可以为刺激光极11提供更为安全、稳定的电流输出，这样就能够使得刺激光极11的照明效果更加稳定、柔和，从而达到对待刺激对象的神经组织更好的刺激效果。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，刺激光极11具体为设置在柔性电路板上的刺激光极。

可以理解的是，因为刺激光极11是对受损的神经组织进行刺激，由于应用领域的特殊性，所以，在本实施例中，是将刺激光极11设置为设置在柔性电路板上的刺激光极，因为，柔性电路板的生物性兼容性较好，使用柔性电路板加工工艺制作光极基板，这样制作而成的刺激光极11作用于待刺激对象时，无排斥反应，并且，对待刺激对象的神经组织的功能和活动没有任何不良影响。

所以，将刺激光极设置为设置在柔性电路板上的刺激光极，可以进一步保证刺激光极在使用过程中的安全性及可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，监控器14还包括：

用于执行人机交互操作的人机交互界面。

为了提高操作人员在使用光刺激系统过程中的使用体验，在本实施例中，还在监控器14上设置了用于操作人员执行人机交互操作的人机交互界面，具体的，可以将监控器14上的人机交互界面设置为键盘、按键或者是触摸屏，亦或者是其它形式的人机交互界面，本实施例对其不作具体限定。

能够想到的是，当在监控器14上设置了用于执行人机交互操作的人机交互界面之后，操作人员就可以通过人机交互界面改变光刺激系统的各项控制参数，并使得操作人员可以更加精准的控制光刺激系统的运行，以提高对待刺激对象的神经组织的刺激效果。

显然，通过在监控器14上设置用于操作人员执行人机交互操作的人机交互界面，不仅可以提高操作人员在操作光刺激系统时的使用体验，而且，也可以进一步提高操作人员在操作光刺激系统中的便捷性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，监控器14还包括：

用于存储刺激光极11对待刺激对象进行刺激的刺激数据的存储器。

为了方便操作人员对待刺激对象的刺激状态进行动态监控，还可以在监控器14上设置用于存储刺激光极11对待刺激对象的刺激数据的存储器，这样一来，就可以将刺激光极11对待刺激对象进行刺激的刺激数据存储在存储器当中，操作人员就可以根据存储器中存储的刺激数据对待刺激对象的刺激情况进行对比、分析与监控。

并且，将存储器设置在监控器14当中，也可以大大缩短操作人员对刺激数据调用的时间。此外，在实际应用当中，为了减少刺激数据对存储空间的占用量，还可以将刺激光极11对待刺激对象进行刺激的刺激数据存储在云端。

可见，通过在监控器14上设置用于存储刺激光极11对待刺激对象的刺激数据的存储器，不仅可以方便操作人员对刺激光极11在使用过程中，对刺激数据的查找，而且，也提高了刺激数据在存储过程中的安全性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，第二控制器13包括：

用于向Micro-LED阵列发送PWM信号，并通过PWM信号控制刺激光极11发出不同颜色和/或不同亮度和/或不同频率的LED灯光的操作控制器。

在本实施例中，为了对刺激光极11的刺激状态进行调整，是通过PWM信号来对刺激光极11的刺激状态进行调整，也即，通过调整PWM信号的占空比来控制刺激光极11的刺激状态。具体的，是通过在第二控制器13中设置用于向Micro-LED阵列发送PWM信号，并通过PWM信号控制刺激光极11发出不同颜色和/或不同亮度和/或不同频率的LED灯光的操作控制器。

如图5所示，是本发明实施提供的一种PWM信号的占空比与产生光强关系的示意图。也即，操作控制器会根据PWM信号来调节第二控制器13输出电流的占空比D来改变驱动刺激光极11的电流大小I，这样操作控制器就可以根据PWM信号来控制刺激光极11发出不同颜色和/或不同亮度和/或不同频率的LED灯光。此处，通过调整PWM信号的占空比来调整刺激光极11所发出的LED灯光的颜色和/或亮度和/或频率是本领域技术人员所熟知的内容，此处不作具体赘述。

显然，通过本实施例中的方法，保证了第二控制器在控制刺激光极运行过程中的可实施性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。由于各个实施例公开的内容相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种光刺激系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种光刺激系统，其特征在于，包括：

封装有Micro-LED阵列的刺激光极；

内设置于所述刺激光极，用于驱动所述刺激光极运行的第一控制器；

与所述第一控制器无线相连，用于向所述第一控制器发送第一操作指令，并通过所述第一操作指令控制所述刺激光极发出灯光对所述待刺激对象进行刺激的第二控制器；

与所述第二控制器有线相连，用于监控所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态的监控器；

与所述监控器无线相连，用于根据所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态向所述Micro-LED阵列发送第二操作指令，并通过所述第二操作指令对所述刺激光极对所述待刺激对象的刺激状态进行调控的移动终端。

2.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器通过无线射频连接。

3.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，所述第一控制器还包括：

用于消除电弧的继电保护电路。

4.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，还包括：

用于为所述刺激光极提供能量来源的驱动电源。

5.根据权利要求4所述的光刺激系统，其特征在于，所述驱动电源具体为恒流驱动电源。

6.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，所述刺激光极具体为设置在柔性电路板上的刺激光极。

7.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，所述监控器还包括：

用于执行人机交互操作的人机交互界面。

8.根据权利要求1所述的光刺激系统，其特征在于，所述监控器还包括：

用于存储所述刺激光极对所述对待刺激对象进行刺激的刺激数据的存储器。

9.根据权利要求1至8任一项所述的光刺激系统，其特征在于，所述第二控制器包括：

用于向所述Micro-LED阵列发送PWM信号，并通过所述PWM信号控制所述刺激光极发出不同颜色和/或不同亮度和/或不同频率的LED灯光的操作控制器。