CN110664372A - 磁兼容触觉刺激仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁兼容触觉刺激仪，所述磁兼容触觉刺激仪包括：立柱，与延伸臂连接；延伸臂，与立柱连接，相对于立柱上下前后移动或轴向旋转；陶瓷压电片，一端与延伸臂连接，在控制单元的控制下实现不同强度和频率的振动；刺激件，连接于陶瓷压电片的另一端，随着陶瓷压电片的振动而上下摆动，对受试者进行触觉刺激；控制单元，电性连接于陶瓷压电片，控制陶瓷压电片振动的强度和频率。本发明提供的磁兼容触觉刺激仪在磁共振环境下可以实现可控的触觉刺激力度。

Description

磁兼容触觉刺激仪

技术领域

本发明属于触觉刺激仪技术领域，特别涉及一种磁兼容触觉刺激仪。

背景技术

由于要记录脑部在接受刺激时相关区域的反应，需要透过核磁共振技术才能清楚地撷取刺激诱发的全脑功能影像数据。然而，就现有技术要进行定量可控的触觉刺激时，所依靠的器材设备大都是无法在核磁环境内进行的。目前，Zappe等人开发了一套磁兼容气动驱动触觉刺激装置，其利用气动压力推动活塞，并带动活塞杆移动，从而使连接到活塞杆末端的球形塑料帽与皮肤接触，最后借助弹簧恢复活塞杆的位置，最终实现触觉刺激。其缺点在于：

(1)触觉刺激力度不可控。由于气压的不稳定性，使得与皮肤接触部分的力度存在不可预测的变化。

(2)触觉刺激频率范围有限。基于机械构造和气动阀的控制模式，该装置只能实现6Hz以下的触觉刺激。

(3)触觉刺激空间分辨率低。基于活塞的构造，该装置的接触面直径为4毫米，无法达到精细的触觉空间分辨率。

尚有另一种由Golaszewski等人开发了一套基于磁扭矩的磁兼容触觉刺激装置。利用扭矩可在磁共振的静磁场借助洛伦兹力产生机械振动的原理，对扭矩施加微量电流，在MRI扫描仪中完成触觉刺激。此种设备的缺点在于：

(1)刺激器设计较为复杂且空间分辨率1厘米，无法达到精细的触觉空间分辨率。

(2)刺激频率依然存在限制范围低于130Hz，无法提供人类触觉接受器可感受的刺激全频率范围。

因此，该如何提供一种可以克服上述问题且可运用于核磁共振环境的触觉刺激设备，实为目前本领域相当重要的一大目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁兼容触觉刺激仪，在磁共振环境下可以实现可控的触觉刺激力度。

本发明提供如下技术方案；

一种磁兼容触觉刺激仪，所述磁兼容触觉刺激仪包括：

立柱，与延伸臂连接；

延伸臂，与立柱连接，相对于立柱上下前后移动或轴向旋转；

陶瓷压电片，一端与延伸臂连接，在控制单元的控制下实现不同强度和频率的振动；

刺激件，连接于陶瓷压电片的另一端，随着陶瓷压电片的振动而上下摆动，对受试者进行触觉刺激；

控制单元，电性连接于陶瓷压电片，控制陶瓷压电片振动的强度和频率。

其中，陶瓷压电片振动或摆动的强度、频率均可通过调整施加在陶瓷压电片上的电压幅值和频率实现。

本发明提供的磁兼容触觉刺激仪的工作原理为：陶瓷压电片在通电后产生振动并带动刺激件摆动，从而对受试者的特定部位刺激；并可以通过控制电压和频率产生不同的振荡频率，而得到对应的反应信息，实现可控的触觉刺激力度；并且本发明提供的磁兼容触觉刺激仪在核磁共振的环境下，不会受到磁场的影响或限制，具有准确性与安全性。

优选的，所述刺激件上设置一凸出于刺激件的刺激杆，所述刺激杆与受试者的接触面积小于刺激件与受试者的接触面积。利用刺激杆一端面积较小的特性，使得刺激时的区域可以更为精准，对于研究判断更有帮助。

所述刺激杆与刺激件为可拆卸连接，如螺纹连接，还可以通过螺纹对刺激杆与受试者的接触进行微调。

优选的，所述延伸臂的一端设有插槽，所述陶瓷压电片的一端插入插槽后用迫紧件进行固定；所述刺激件的一端设有插槽，所述陶瓷压电片的另一端插入插槽后用锁固件进行固定。通过上述方式的连接可以使得陶瓷压电片与该延伸臂的结合更紧密，在通电振动时更为稳定准确。

优选的，所述立柱与延伸臂垂直连接。

优选的，所述立柱与延伸臂通过设置有两相互垂直穿孔的连接块连接。立柱和延伸臂分别穿设在两相互垂直穿孔，且连接块可相对于延伸臂或立柱移动并固定，进而改变延伸臂与立柱之间的相对位置。

优选的，所述延伸臂与陶瓷压电片之间设置调整块，所述调整块的一端枢接于延伸臂，所述调整块的另一端通过插槽和迫紧件与陶瓷压电片连接。通过调整块的设置，使得陶瓷压电片与延伸臂之间的夹角可调整。

本发明提供的磁兼容触觉刺激仪可以根据检查者(受试者)的手掌厚度和手指位置改变延伸臂在立柱的高度和水平旋转角度、前后位置调整和轴向旋转，刺激件可以进一步地通过刺激件上的螺纹在高度上进行微调以便与检查者指腹相接触；触觉刺激的强度、频率均可通过调整施加在陶瓷压电片上的电压幅值和频率实现。本发明提供的磁兼容触觉刺激仪可以实现多自由度、可控频率及强度的触觉刺激。

与现有技术相比，本发明提供的磁兼容触觉刺激仪解决了现有磁兼容触觉刺激仪在磁共振环境下存在的触觉刺激力度不可控、空间分辨率较低和频率范围较小等问题。以及，现有触觉刺激仪由于机械构造或控制原理有较强的电磁特性无法实现在磁共振环境下的触觉刺激的问题。

附图说明

图1为实施例1中的磁兼容触觉刺激仪的侧视示意图。

图2为实施例2中的磁兼容触觉刺激仪的侧视示意图。

图3为实施例2中的磁兼容触觉刺激仪应用时的俯视示意图。

图4为进行脑部测试时磁兼容触觉刺激仪伴随扫描的MRI结构图像覆盖皮层激活区域图。

图5为磁兼容触觉刺激仪触觉刺激下的脑部激活区域的血氧依赖水平功能磁共振影像的信号变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供的磁兼容触觉刺激仪包括：

立柱1，与延伸臂2通过连接块6垂直连接；

延伸臂2，与立柱1通过连接块6垂直连接，相对于立柱1上下前后移动或轴向旋转；

陶瓷压电片4，一端与延伸臂2连接，另一端与刺激件5连接，并在控制单元的控制下实现不同强度和频率的振动；

刺激件5，连接于陶瓷压电片4的另一端，随着陶瓷压电片4的振动而上下摆动，对受试者进行触觉刺激；

控制单元，电性连接于陶瓷压电片4，控制陶瓷压电片4振动的强度和频率。

其中，刺激件5上设置一凸出于刺激件5的刺激杆51，刺激杆51与受试者的接触面积小于刺激件5与受试者的接触面积，则刺激的位置将更准确，可以使所量测的数据更具有参考性。并且，刺激杆51与刺激件5之间为可拆卸连接，可以更换成各种不同形式来进行对应之测试。

其中，立柱1与延伸臂2的具体连接结构为：连接块6内设置两相互垂直的穿孔61、62，供立柱1与延伸臂2穿设。连接块6可相对于延伸臂2或立柱1移动并固定，进而改变延伸臂2与立柱1之间的相对位置。另外，立柱1与延伸臂2相对于连接块6的固定方式可包含有迫紧件的穿设或是可调节式迫紧开关等。

其中，陶瓷压电片4与延伸臂2和刺激件5的具体连接结构为：延伸臂2末端包括一插槽21，当陶瓷压电片4插入该插槽21后，再由一迫紧件22穿过该延伸臂2之一侧以紧抵该陶瓷压电片4的一端。刺激件5上也设置一插槽52，供陶瓷压电片4的另一端插入，并再经由一锁固件53穿过刺激件5的紧压抵陶瓷压电片4，以避免松脱。

实施例2

本实施例提供的磁兼容触觉刺激仪包括：

立柱1，与延伸臂2通过连接块6垂直连接；

延伸臂2，与立柱1通过连接块6垂直连接，相对于立柱1上下前后移动或轴向旋转；

陶瓷压电片4，一端与延伸臂2连接，另一端与刺激件5连接，并在控制单元的控制下实现不同强度和频率的振动；

刺激件5，连接于陶瓷压电片4的另一端，随着陶瓷压电片4的振动而上下摆动，对受试者进行触觉刺激；

控制单元，电性连接于陶瓷压电片4，控制陶瓷压电片4振动的强度和频率。

其中，刺激件5上设置一凸出于刺激件5的刺激杆51，刺激杆51与受试者的接触面积小于刺激件5与受试者的接触面积，则刺激的位置将更准确，可以使所量测的数据具参考性。并且，刺激杆51与刺激件5之间为可拆卸连接，可以更换成各种不同形式来进行对应之测试。

其中，立柱1与延伸臂2的具体连接结构为：连接块6内设置两相互垂直的穿孔61、62，供立柱1与延伸臂2穿设。连接块6可相对于延伸臂2或立柱1移动并固定，进而改变延伸臂2与立柱1之间的相对位置。另外，立柱1与延伸臂2相对于连接块6的固定方式可包含有迫紧件的穿设或是可调节式迫紧开关等。

其中，陶瓷压电片4与延伸臂2和刺激件5的具体连接结构为：延伸臂2枢接调整块3的一端，调整块3的另一端设置插槽31，当陶瓷压电片4插入插槽31后，再由一迫紧件32穿过该调整块3的一侧以紧抵该陶瓷压电片4的一端。通过调整块3的设置，使得陶瓷压电片4可调整与延伸臂2之间的夹角，以配合不同环境来配合调整角度或是转弯的路径，增加测试时的便利性。刺激件5上也设置一插槽52，供陶瓷压电片4的另一端插入，并再经由一锁固件53穿过刺激件5的紧压抵陶瓷压电片4，以避免松脱。

本发明提供的磁兼容触觉刺激仪并不需要使用马达带动，故不会受到核磁共振环境的影响，其在通电后的振动或是摆动仍可以维持可控状态，对于相关检测的进行，其数据将具有可参考价值。

应用例

本发明提供的磁兼容触觉刺激仪的使用方式为：将刺激仪放置于检查者手掌前侧，仅将刺激件或刺激杆与检查者手指指腹相接触。

如图3所述，检查者在7TMRI环境下，平躺在检查床，手臂放置于身体两侧，手掌朝上。将实施例2提供的磁兼容触觉刺激仪放置于手掌前侧，仅将磁兼容触觉刺激件与检查者指腹中心相接触。

磁兼容触觉刺激仪可以在扫描过程中工作且不影响MRI图像成像质量(如图4)，刺激频率可选取(<1300Hz)的范围，如选取1Hz,6Hz,12Hz，24Hz，48Hz，刺激强度由施加电压控制，选取95V方波。结合功能磁共振扫描(fMRI)，刺激仪将在开始扫描后的30s–60s进行连续刺激。检查者仅需在扫描过程中将注意力集中于被刺激手指感知刺激，最终可通过血氧水平依赖功能磁共振成像得到在不同刺激条件下的血氧依赖水平功能磁共振影像的信号变化曲线图(如图5所示)。根据图5所示的曲线图，可以实现对检查者在核磁共振环境下，进行触觉感知功能的探究。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述磁兼容触觉刺激仪包括：

立柱，与延伸臂连接；

延伸臂，与立柱连接，相对于立柱上下前后移动或轴向旋转；

陶瓷压电片，一端与延伸臂连接，在控制单元的控制下实现不同强度和频率的振动；

刺激件，连接于陶瓷压电片的另一端，随着陶瓷压电片的振动而上下摆动，对受试者进行触觉刺激；

控制单元，电性连接于陶瓷压电片，控制陶瓷压电片振动的强度和频率。

2.根据权利要求1所述的磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述刺激件上设置一凸出于刺激件的刺激杆，所述刺激杆与受试者的接触面积小于刺激件与受试者的接触面积。

3.根据权利要求1所述的磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述延伸臂的一端设有插槽，所述陶瓷压电片的一端插入插槽后用迫紧件进行固定；所述刺激件的一端设有插槽，所述陶瓷压电片的另一端插入插槽后用锁固件进行固定。

4.根据权利要求1所述的磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述立柱与延伸臂垂直连接。

5.根据权利要求4所述的磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述立柱与延伸臂通过设置有两相互垂直穿孔的连接块连接。

6.根据权利要求1所述的磁兼容触觉刺激仪，其特征在于，所述延伸臂与陶瓷压电片之间设置调整块，所述调整块的一端枢接于延伸臂，所述调整块的另一端通过插槽和迫紧件与陶瓷压电片连接。

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