CN109771855A - 基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法。其中，所述装置包括：多模成像导引、超声发射电路、超声探头和人机交互界面；所述多模成像导引，与所述超声探头连接，用于定位神经组织的位置；所述超声发射电路，与所述超声探头连接，用于产生超声波；所述超声探头，与所述超声发射电路连接，用于发送超声波，以调控所述神经组织；所述人机交互界面，与所述超声发射电路连接，用于设置相关参数。本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法，通过将多模成像导引、超声发射电路、超声探头和人机交互界面结合起来，可以在无创的前提下以较高分辨率，对不同深度的神经组织进行调控。
Description
技术领域
本发明实施例涉及超声神经调控技术领域，尤其涉及一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法。
背景技术
神经调控技术是利用导入神经回路内电、磁、光、声等物理刺激作用或药物化学反应来改变神经系统功能活性，进而改善神经疾病症状、提高生命质量的生物医学工程技术。目前常用的物理因子神经调控手段有深部脑刺激(deep brain stimulation，DBS)、经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)、重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)和光遗传学(optogenetics)或光控基因技术等.DBS需利用立体定向技术向病灶所在深部脑区植入刺激电极，通过引入适当强度的脉冲电场刺激该脑区神经组织、激发细胞电活动以实现神经系统生理功能活性的调控。DBS具靶向性高、可调节性和时间及空间分辨率好等优点，但DBS必须借助较复杂手术植入脑皮层深部电极，难避伤口感染或免疫反应危险。tDCS和rTMS皆为非侵害性脑内物理刺激手段，分别利用电与磁的物理因子作用调节大脑皮层神经元活性，但是在聚焦范围和穿透深度方面则相对局限。通常情况下，rTMS的空间分辨率在0.5～1cm，刺激深度局限于大脑皮质下2～3cm.而tDCS的空间分辨率相比于rTMS则更差.前述因素使得电与磁治疗深层脑区神经疾病(癫痫、帕金森)疗效受到极大限制.光控基因技术通过基因工程方法使受体神经元产生光敏蛋白而起到治疗作用，但也须手术植入光纤才能引进敏感光束使受体神经元兴奋，难免手术侵害以致临床应用受限.综上考虑，找到一种可以同时实现无创、空间分辨率较精确，以及调控深度神经组织的方法，就成为业界广泛关注的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法。
第一方面，本发明的实施例提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置，包括：
多模成像导引、超声发射电路、超声探头和人机交互界面；
所述多模成像导引，与所述超声探头连接，用于定位神经组织的位置；所述超声发射电路，与所述超声探头连接，用于产生超声波；所述超声探头，与所述超声发射电路连接，用于发送超声波，以调控所述神经组织；所述人机交互界面，与所述超声发射电路连接，用于设置相关参数。
进一步地，所述多模成像导引，包括：CT或MRI的多模成像导引；其中，所述MRI为核磁共振。
进一步地，所述超声探头的阵列间距，小于所述超声发射电路产生的超声波的半波长。
进一步地，所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，还包括：3D打印外壳，所述3D打印外壳内嵌所述超声探头，且根据目标生物组织外形，实时打印而成。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，所述方法由第一方面中基于多模成像的超声调控神经组织的装置实现，具体包括：多模成像导引对神经组织进行导引定位，针对定位后的神经组织，采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数；将超声探头置于定位后的神经组织处，实现对所述定位后的神经组织的超声调控。
进一步地，所述多模成像导引对神经组织进行导引定位，包括：采用CT或MRI的多模成像导引，对神经组织进行导引定位。
进一步地，所述采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数，相应地，所述相关参数包括：超声发射电路发射的超声波的频率、幅度和深度，以及相控阵的工作模式。
进一步地，所述的基于多模成像的超声调控神经组织的方法，还包括：在所述多模成像导引对神经组织进行导引定位之前，根据目标生物组织外形，实时打印3D打印外壳，并将所述超声探头安装于所述3D打印外壳内。
第三方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第二方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的基于多模成像的超声调控神经组织的方法。
第四方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第二方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的基于多模成像的超声调控神经组织的方法。
本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法，通过将多模成像导引(具体可以为CT或MRI的多模成像导引)、超声发射电路、超声探头和人机交互界面结合起来，可以在无创的前提下以较高分辨率，对不同深度的神经组织进行调控。
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做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置结构示意图；
图2为本发明又一实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置结构示意图；
图3为本发明再一实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置结构示意图；
图4为本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的方法流程示意图；
图5为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了实现无创、高分辨率和较大深度的神经组织调控，本发明实施例提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置，参见图1，该装置包括：
多模成像导引103、超声发射电路102、超声探头101和人机交互界面104；
所述多模成像导引103，与所述超声探头101连接，用于定位神经组织的位置；
所述超声发射电路102，与所述超声探头101连接，用于产生超声波；所述超声发射电路102，在超声发射芯片的作用下，能够产生使超声探头101触发的脉冲序列，并在不同延时偏转下实现对超声探头101的相控阵控制；产生0.1MHz-3Mhz以及0.1-150W/cm2的超声波信号。
所述超声探头101，与所述超声发射电路102连接，用于发送超声波，以调控所述神经组织；所述超声探头101，能够适应生物组织的外部结构，并在超声发射电路102的触发下，进行相控阵触发产生超声波，实现精确定位；优选地，所述超声探头101的配置参数为0.1MHz-3MHz以及0.1-150W/cm2,根据不同的生物对象进行调控，其误差为0.01MHz及0.1W/cm2。超声探头101中的阵列间距,按照小于所述超声发射电路102产生的超声波的半波长的标准进行结构加工，以实现相控阵的偏转。
所述人机交互界面104，与所述超声发射电路102连接，用于设置相关参数。人机交互功能是基于电脑系统功能实现的。在人机交互界面104上通过设置超声发射电路102的激励参数，这些参数包括：频率、幅度、功率、深度以及相控阵的工作模式，从而完成不同神经组织的精确触发。所述人机交互界面104，利用vc++编程实现，在对于不同深度以及不同的生物组织，进行激励端的修改，可以实现对于不同神经组织的灵活调控
在上述装置实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，所述多模成像导引，包括：CT或MRI的多模成像导引；其中，所述MRI为核磁共振。具体可以参见图2，图2中包括：超声探头201、超声发射电路202、CT或MRI的多模成像导引203和人机交互界面204。所述CT或MRI的多模成像导引203用于确定被调控神经组织的精确位置，并进行标记。其余超声探头201、超声发射电路202和人机交互界面204与前述实施例中的功能作用相同，在此不再赘述。
在上述装置实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，所述超声探头的阵列间距，小于所述超声发射电路产生的超声波的半波长。
在上述装置实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，还包括：3D打印外壳。具体可以参见图3，图3中包括：超声探头301、超声发射电路302、多模成像导引303、人机交互界面304和3D打印外壳305。其中，301至304与前述实施例中的相应部件的功能作用相同，在此不再赘述。所述3D打印外壳305内嵌所述超声探头，且3D打印外壳305是根据目标生物组织外形，实时打印而成，因此具有较好的生物体表面贴合度和适应性。
本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，通过将多模成像导引(具体可以为CT或MRI的多模成像导引)、超声发射电路、超声探头和人机交互界面结合起来，可以在无创的前提下以较高分辨率，对不同深度的神经组织进行调控。
本发明实施例还提供了一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，参见图4，该方法由前述各实施例中的基于多模成像的超声调控神经组织的装置实现，具体包括：
401、多模成像导引对神经组织进行导引定位，针对定位后的神经组织，采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数；针对特定的神经组织，在人机交互界面设定超声探头激励的具体参数，并在神经组织进行调整后，能对参数进行修改，从而再次完成其他区域的激励。具体地，针对特定的神经组织，在人机交互界面设定超声探头激励的具体参数，基波脉冲频率在0.1MHz-3Mhz，脉冲持续时间在50-500个脉冲，脉冲重复频率在0-10KHz，激励幅度在0-24V，以及根据不同的组织对象设置不同的功率大小，如：正常小鼠的海马区域在36.2-84.32mW/cm2；正常羊的初级感觉运动皮层在11.8W/cm2；健康人的初级感觉皮层在0.12-50W/cm2；健康人的初级和刺激感觉皮层在35W/cm2；健康人的初级感觉皮层在1.5W/cm2；健康人的初级视觉皮层在16.6W/cm2；慢性疼痛患者的前额颞叶皮层在152mW/cm2；创伤后意识障碍患者的丘脑在720mW/cm2，并在不同组织进行调整后，能对参数进行修改再次完成其他区域的激励。
402、将超声探头置于定位后的神经组织处，实现对所述定位后的神经组织的超声调控。
在上述方法实施例的基础上，本发明实施例提供的一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，所述多模成像导引对神经组织进行导引定位，包括：采用CT或MRI的多模成像导引，对神经组织进行导引定位。
在上述方法实施例的基础上，本发明实施例提供的一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，所述采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数，相应地，所述相关参数包括：超声发射电路发射的超声波的频率、幅度和深度，以及相控阵的工作模式。
在上述方法实施例的基础上，本发明实施例提供的一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，还包括：在所述多模成像导引对神经组织进行导引定位之前，根据目标生物组织外形，实时打印3D打印外壳，并将所述超声探头安装于所述3D打印外壳内。
本发明实施例提供的基于多模成像的超声调控神经组织的方法，采用前述实施例中提供的各种基于多模成像的超声调控神经组织的装置，通过将多模成像导引(具体可以为CT或MRI的多模成像导引)、超声发射电路、超声探头和人机交互界面结合起来，可以在无创的前提下以较高分辨率，对不同深度的神经组织进行调控。
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)504、至少一个存储器(memory)502和通信总线503，其中，至少一个处理器501，通信接口504，至少一个存储器502通过通信总线503完成相互间的通信。至少一个处理器501可以调用至少一个存储器502中的逻辑指令，以执行如下方法：多模成像导引对神经组织进行导引定位，针对定位后的神经组织，采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数；将超声探头置于定位后的神经组织处，实现对所述定位后的神经组织的超声调控。
此外，上述的至少一个存储器502中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。例如包括：多模成像导引对神经组织进行导引定位，针对定位后的神经组织，采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数；将超声探头置于定位后的神经组织处，实现对所述定位后的神经组织的超声调控。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于多模成像的超声调控神经组织的装置，其特征在于，包括：
多模成像导引、超声发射电路、超声探头和人机交互界面；
所述多模成像导引，与所述超声探头连接，用于定位神经组织的位置；
所述超声发射电路，与所述超声探头连接，用于产生超声波；
所述超声探头，与所述超声发射电路连接，用于发送超声波，以调控所述神经组织；
所述人机交互界面，与所述超声发射电路连接，用于设置相关参数。
2.根据权利要求1所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，其特征在于，所述多模成像导引，包括：
CT或MRI的多模成像导引；
其中，所述MRI为核磁共振。
3.根据权利要求1所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，其特征在于，所述超声探头的阵列间距，小于所述超声发射电路产生的超声波的半波长。
4.根据权利要求1所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置，其特征在于，还包括：
3D打印外壳，所述3D打印外壳内嵌所述超声探头，且根据目标生物组织外形，实时打印而成。
5.一种基于多模成像的超声调控神经组织的方法，所述方法由权利要求1至4任一权利要求所述的装置实现，其特征在于，包括：
多模成像导引对神经组织进行导引定位，针对定位后的神经组织，采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数；
将超声探头置于定位后的神经组织处，实现对所述定位后的神经组织的超声调控。
6.根据权利要求5所述的基于多模成像的超声调控神经组织的方法，其特征在于，所述多模成像导引对神经组织进行导引定位，包括：
采用CT或MRI的多模成像导引，对神经组织进行导引定位。
7.根据权利要求5所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法，其特征在于，所述采用人机交互界面设定超声发射电路的相关参数，相应地，所述相关参数包括：
超声发射电路发射的超声波的频率、幅度和深度，以及相控阵的工作模式。
8.根据权利要求5所述的基于多模成像的超声调控神经组织的装置及方法，其特征在于，还包括：
在所述多模成像导引对神经组织进行导引定位之前，根据目标生物组织外形，实时打印3D打印外壳，并将所述超声探头安装于所述3D打印外壳内。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行如权利要求5至8任一项所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求5至8中任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190521 |