CN115634071A - 一种信号处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种信号处理系统,包括:信号处理设备、光纤设备和数据处理模块,所述信号处理设备分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:所述信号处理设备,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;所述信号处理设备,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;所述数据处理模块,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。通过将刺激信号通过光纤设备引入目标部位,提高了刺激信号的靶向性及可调性,降低了刺激风险。
Description
技术领域
本发明实施例涉及信号领域,尤其涉及一种信号处理系统。
背景技术
神经调控技术能够利用植入性或非植入性技术可逆性调控中枢神经、外周神经或自主神经系统活性。许多形式的神经调控已用于调节大脑功能,如经颅电刺激、光遗传技术、红外神经刺激等。
然而,基于现有技术,经颅电刺激的刺激位点的准确性以及刺激参数的精确性很难保证,且刺激的空间选择性和深度有限,无法精准的控制刺激范围。光遗传技术中外源光感基因表达的要求及其发热效应而带来组织损伤风险,限制了其应用。红外神经刺激是的作用机理普遍认为是光热作用,即红外光被水吸收而产热,温度的突然变化在细胞上产生跨膜电容电流或激活了热敏感离子通道,进而影响神经细胞的电活动。然而,过量的光热作用往往会引起细胞和组织的损伤,因此其作用局限。由此可见,提供一种精准、风险低的调控设备,是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种信号处理系统,以实现提高刺激信号的靶向性及可调性,降低刺激风险。
本发明实施例提供了一种信号处理系统,包括:信号处理设备、光纤设备和数据处理模块,所述信号处理设备分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述信号处理设备,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;
所述信号处理设备,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;
所述数据处理模块,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。
可选的,进一步的,所述光纤设备包括光纤输入端和光纤输出端,其中:
所述光纤输入端,用于接收所述刺激信号;
所述光纤输出端,用于将刺激信号对应的目标波段光刺激信号引入目标部位。
可选的,进一步的,所述光纤输入端设置有布儒斯特角的斜切角。
可选的,进一步的,所述信号处理设备包括电磁波源和电磁波调整装置,其中:
所述电磁波源,用于产生设定波段的原始电磁脉冲;
所述电磁波调整装置,用于对所述原始电磁脉冲进行调整,生成光纤传输信号。
可选的,进一步的,所述电磁波源的可调频范围为5微米-11微米,最大脉冲宽度为500纳秒,最大重复频率为100千赫兹。
可选的,进一步的,所述电磁波调整装置包括光束整形单元、三维微调平台和光纤耦合器,其中:
所述光束整形单元,用于将所述原始电磁脉冲整形并聚焦到所述光纤输入端;
所述三维立体微调平台,用于固定所述光纤耦合器,并将所述光纤输入端和光斑微调对准;
所述光纤耦合器,用于固定所述光纤输入端。
可选的,进一步的,所述光束整形单元对目标波段的透过率高于设定阈值,且所述光束整形单元设置在所述电磁波源出口的预设距离处,所述光束整形单元的光纤为内径在9微米-12微米之间,外径为170微米,数值孔径为0.3微米,有效波段为1.5微米-9.5微米的多模光纤。
可选的,进一步的,所述多维度微调平台包括微调架,所述微调架包括水平旋转、整体水平位移、整体垂直位移、耦合器水平位移、耦合器垂直位移中的至少一种调节方式。
可选的,进一步的,还包括声波刺激器,所述声波刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述声波刺激器,生成目标声波信号,并将所述目标声波信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
可选的,进一步的,还包括电波刺激器,所述电刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述电刺激器,生成目标电信号,并将所述目标电信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
本发明实施例提供的信号处理系统包括:信号处理设备、光纤设备和数据处理模块,所述信号处理设备分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:所述信号处理设备,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;所述信号处理设备,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;所述数据处理模块,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。通过将刺激信号通过光纤设备引入目标部位,提高了刺激信号的靶向性及可调性,降低了刺激风险。
附图说明
图1是本发明实施例一所提供的一种信号处理系统的结构示意图;
图2是本发明实施例二所提供的一种信号处理系统的结构示意图;
图3是本发明实施例二所提供的一种经鼻神经内镜引导光纤进入颅内的示意图;
图4是本发明实施例二所提供的一种经穿刺通过三叉神经出口卵圆孔进入颅内的示意图;
图5是本发明实施例二所提供的一种经中耳经鼓室进入颅内的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一所提供的一种信号处理系统的结构示意图。本实施例提供的信号处理系统可适用于灵长类动物进行三维视觉认知功能测试时的情形。如图1所示,信号处理系统包括信号处理设备20、光纤设备10和数据处理模块30,其中:
所述信号处理设备20,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备10引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;
所述信号处理设备20,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;
所述数据处理模块30,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。
为了解决现有技术中对脑部进行刺激时靶向性差的技术问题,本实施例中采用光纤设备将刺激信号引入目标部位,提高刺激信号的靶向性。整体来说,通过信号处理设备生成刺激信号,通过光纤设备将神经刺激探头精确的植入目标部位,以实现对目标部位的成像和调控。同时,通过光纤设备接收目标部位在刺激后的活动信号,并将活动信号输出至数据处理模块,数据处理模块将活动信号转换为目标数字信号后进行分析,以实现对目标部位的刺激状态分析。具体的分析方式可采用现有技术中的数据分析方式,在此不做限制。
可以理解的是,信号处理设备可以为至少一种信号的处理设备,在此不做限定,具体可以根据实际需求设置。示例性的,信号处理设备可以处理电磁信号、电信号、声波信号等至少一种信号,当信号处理设备可以处理多种信号时,可以实现对目标部位的不同种类信号的刺激。
本发明实施例提供的信号处理系统包括:信号处理设备、光纤设备和数据处理模块,所述信号处理设备分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:所述信号处理设备,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;所述信号处理设备,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;所述数据处理模块,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。通过将刺激信号通过光纤设备引入目标部位,提高了刺激信号的靶向性及可调性,降低了刺激风险。
可选的,所述光纤设备包括光纤输入端和光纤输出端,其中:
所述光纤输入端,用于接收所述刺激信号;
所述光纤输出端,用于将刺激信号对应的目标波段光刺激信号引入目标部位。
可以理解的是,光纤输入端与信号处理设备相连接,用于接收信号处理设备输出的刺激信号,光纤输出端将刺激信号对应的目标波段光刺激引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
为提高光纤输入的精准度,可以在光纤输入端设置有布儒斯特角的斜切角,当入射光的偏振方向与入射面平行时,耦合效率最优。另外,光纤的规格可以根据实际需求设置,如考虑到入脑途径不同,靶向治疗脑区也有差异,可以根据靶向脑区的大小可选择用不同规格的光纤,如当靶向脑区较大时可采用数值孔径更大的光纤而当靶向脑区较小时则采用数值孔径更小的光纤。
在本发明的一种实施方式中,所述信号处理设备包括电磁波源和电磁波调整装置,其中:
所述电磁波源,用于产生设定波段的原始电磁脉冲;
所述电磁波调整装置,用于对所述原始电磁脉冲进行调整,生成光纤传输信号。
可选的,可以采用电磁波作为刺激信号,基于电磁波生成光纤传输信号通过光纤设备传输至目标部位。太赫兹波是频率范围在0.1太赫兹~10太赫兹,波长在0.03毫米~3毫米之间的电磁波,介于微波和红外波段之间。太赫兹波对间质水和细胞密度及其空间排列具有高敏感性,因此可以利用太赫兹光谱技术观察肿瘤组织中含水量与正常细胞的差别,从而判断肿瘤的发展情况,也可利用含水量的多少鉴别正常组织和炎症皮肤组织,还能够最大程度切除病变的同时最大程度保留正常组织,利用太赫兹辐射确定脑肿瘤边界的方法,显著提高治疗脑肿瘤的效果。基于此,可以将刺激信号具体为设定波段的电磁信号,即通过电磁波源产生设定波段的原始电磁脉冲,具体的产生位于中红外波段至太赫兹波段的高频电磁脉冲,利用太赫兹波的特性实现目标部位的成像和调节。中红外光的频率属于化学键振动的频率范围,生物分子内部可能发生非线性共振,导致其构象和功能发生剧烈变化,从而对生物系统产生非热效应,更大程度的减少由于神经刺激而带来的组织损伤。也就是说,通过中红外波段神经刺激调控神经元活性,不会对脑组织产生热效应等副作用,且对神经元的调控作用是可逆的,风险更低。
在本实施例中,所述电磁波源的可调频范围为5微米-11微米,最大脉冲宽度为500纳秒,最大重复频率为100千赫兹,以实现发射精准的原始电磁脉冲。
可选的,所述电磁波调整装置包括光束整形单元、三维微调平台和光纤耦合器,其中:
所述光束整形单元,用于将所述原始电磁脉冲整形并聚焦到所述光纤输入端;
所述三维立体微调平台,用于固定所述光纤耦合器,并将所述光纤输入端和光斑微调对准;
所述光纤耦合器,用于固定所述光纤输入端。
可选的,可以通过光束整形和光斑微调的方式对原始电磁脉冲进行调整,以生成符合需求的光纤传输信号。具体的,光束整形可以通过光束整形单元实现,光束整形单元将原始电磁脉冲整形聚焦,使得原始电磁脉冲整形聚焦后传入光纤输入端,光纤输入端可以固定在光纤耦合器上,光纤耦合器安装在三维立体微调平台上,光纤耦合器安装时需要将光纤输入端和光斑微调对准,以使原始电磁脉冲能够顺利传入光纤输入端。
为了能够得到符合需求的光纤传输信号,需要对光束整形单元的透过率和位置进行设置,优选的,所述光束整形单元对目标波段的透过率高于设定阈值,且所述光束整形单元设置在所述电磁波源出口的预设距离处,所述光束整形单元的光纤为内径在9微米-12微米之间,外径为170微米,数值孔径为0.3,有效波段为1.5微米-9.5微米的多模光纤。可以理解的是,光束整形单元对目标波段的透过率是由光束整形单元的材质决定的。也就是说,光束整形单元采用对中红外至太赫兹波段的高频电磁脉冲的透过率高于预设阈值的材料制成且能够聚焦。光束整形单元设置在可调频高频电磁波源出口的3厘米处,能够使得光束整形单元的效果最佳。另外,为进一步提高信号传输效果,光束整形单元的光纤可以采用内径为9微米-12微米,外径为170微米,数值孔径为0.3微米,有效波段为1.5微米-9.5微米的多模光纤。多模光纤即允许有多个导模传输的光纤,由于多模光纤的芯径较大,可容许不同模式的光于一根光纤上传输。
在上述方案的基础上,所述多维度微调平台包括微调架,所述微调架包括水平旋转、整体水平位移、整体垂直位移、耦合器水平位移、耦合器垂直位移中的至少一种调节方式。为了能够实现对光纤耦合器的合理安装,使得光纤输入端和光斑微调能够准确对准,可以将多维度微调平台的微调架设置为支持多种调节方式的微调。优选的,可以将微调架设置为包括水平旋转、整体水平位移、整体垂直位移、耦合器水平位移、耦合器垂直位移共五种调节方式,每个维度的微调步长可以根据实际需求设置,示例性的,每个维度的微调步长可以为0.1毫米。
为实现多种信号的刺激,还可以在信号处理系统内设置其他形式的信号刺激设备。
一个实施例中,信号处理系统还包括声波刺激器,所述声波刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述声波刺激器,生成目标声波信号,并将所述目标声波信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
可选的,声波刺激器用于提供不同频率与强度的声波,生成设定频率、设定强度的目标声波信号,并将目标声波信号通过光纤设备引入目标部位进行刺激,光纤设备接收目标部位在刺激后的活动信号,并将活动信号输出至数据处理模块,数据处理模块将活动信号转换为目标数字信号后进行分析,以实现对目标部位的刺激状态分析。具体的分析方式可采用现有技术中的数据分析方式,在此不做限制。其中,声波刺激器可以具体包括声波控制器和频率控制器,具备多种不同的频率和声强的声学刺激系统,可根据需要定制相应的频率和声强。
一个实施例中,信号处理系统还包括电波刺激器,所述电刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述电刺激器,生成目标电信号,并将所述目标电信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
可选的,电刺激器用于产生直流电刺激,具体可以包括用于刺激脑区的直流电极以及控制直流电极上刺激电流的控制电路,由控制电路输出根据刺激对象状态所预设的刺激电流极性、强度、时长和顺序;电刺激器生成目标电信号后将目标电信号通过光纤设备引入目标部位进行刺激,光纤设备接收目标部位在刺激后的活动信号,并将活动信号输出至数据处理模块,数据处理模块将活动信号转换为目标数字信号后进行分析,以实现对目标部位的刺激状态分析。具体的分析方式可采用现有技术中的数据分析方式,在此不做限制。
在本发明的一种实施方式中,数据处理模块可以具体包括数据收集模块和处理器,数据收集模块用于接收光纤设备传输的活动信号,处理器用于接收数据收集模块接收的活动信号,并将其转换为数字信号,输出至计算机进行数据处理分析。
实施例二
图2是本发明实施例二所提供的一种信号处理系统的结构示意图。本实施例在上述方案的基础上,提供了一种优选实施例。本发明实施例适用于对脑部部位的刺激及检测。
整体来说,本发明实施例利用太赫兹波段的高频电磁脉冲对大脑病变组织行成像检测,并结合中红外波段神经刺激调控神经元活性,进而改善大脑功能。该方法无需开颅,最大程度的减少手术操作带来的损伤和心理应激,且中红外波段神经刺激为可逆性调控,刺激不会产生热效应因此不会造成细胞损伤,风险低。
如图2所示,本发明实施例提供的信号处理系统包括可调频高频电磁波源1、光束整形单元2、光纤耦合器3、多维度微调平台4、声波刺激器5、电刺激器6、光纤成像与刺激探头7和处理器8。其中:
可调频高频电磁波源1,用于产生高频电磁脉冲;
光束整形单元2,用于将可调频高频电磁波源产生的高频电磁脉冲整形并聚焦到光纤输入端;
光纤耦合器3,用于固定光纤输入端;
三维立体微调平台4,用于将光纤输入端和光斑微调对准;
声波刺激器5,用来提供不同频率与强度的声波;
电刺激器6,用于产生直流电刺激;
光纤成像与刺激探头7,用于接收高频电磁脉冲,并通过光纤输出端将高频电磁脉冲引入脑神经系统;
处理器8,用于接收由光学、声学或者电学刺激后脑部活动的变化,并将其转换为数字信号,输出至计算机。
通过光纤系统将高频电磁信号、声学信号和/或电信号精确引入神经系统,实现对特定脑区微创、高靶向性和高效率的调控与增强,以达到诊断治疗脑疾病的目的。
具体的,可调频高频电磁波源,用于产生位于中红外波段至太赫兹波段的高频电磁脉冲,可调频高频电磁波源的可调频范围为5微米-11微米,最大脉冲宽度为500纳秒,最大重复频率为100千赫兹;光束整形单元采用对中红外至太赫兹波段的高频电磁脉冲的透过率高于预设阈值的材料制成且能够聚焦。光束整形单元设置在可调频高频电磁波源出口的3厘米处。光纤采用内径为9微米-12微米,外径为170微米,数值孔径为0.3微米,有效波段为1.5微米-9.5微米的多模光纤;光纤输入端带有布儒斯特角的斜切角,当入射光的偏振方向与入射面平行时,耦合效率最优。光纤耦合器,用于将光纤输入端通过旋钮固定在光纤耦合器上;三维立体微调平台,用于固定所述光纤耦合器,且将光纤输入端和光斑微调对准,三维立体微调平台包括微调架,所述微调架包括水平旋转、整体水平位移、整体垂直位移、耦合器水平位移、耦合器垂直位移共五种调节方式,且每个维度的微调步长为0.1毫米。光纤的中段设置有橡胶套管用以保护光纤,加强光纤机械结构强度;光纤的末端剥除橡胶套管用于暴露出裸纤,便于定位;光纤的末端呈切断状态,切面光滑而平整;声波频率刺激器、电刺激器,提供频率可调的声学或者电学刺激系统,声波频率刺激器,包括声波控制器和频率控制器,具备多种不同的频率和声强的声学刺激系统,可根据需要定制相应的频率、声强的声学刺激源;电刺激器,包括用于刺激脑区的直流电极以及控制直流电极上刺激电流的控制电路,由控制电路输出根据刺激对象状态所预设的刺激电流极性、强度、时长和顺序;光纤刺激探头,用于通过光纤输入端接收所述高频电磁脉冲,通过光纤输出端将所述中红外波段光刺激引入脑神经系统。
其中,由于入脑途径不同,靶向治疗脑区也有差异,根据靶向脑区的大小可选择用不同规格的光纤,如当靶向脑区较大时可采用数值孔径更大的光纤而当靶向脑区较小时则采用数值孔径更小的光纤,此外,中红外波段刺激的时长与强度均可依刺激对象的状态与特征而相应调整。
在上述方案的基础上,频率发生器装置还包括显微镜和用于数据收集的电脑设备,光纤的末端、组织样品等可以在显微镜下进行位置调整,调整光纤的末端刺激探头距离组织样本的距离,以使光纤输出的刺激信号能够起到神经调控的作用,可选的,光纤的末端刺激探头距离组织样品20毫米以内可以发挥神经调控的功能。
基于光纤探头的微小特性,还可以将光纤探头通过部分生理结构进入颅内,通过神经内镜和穿刺的方法入脑。示例性的,可以将光纤探头通过鼻神经内镜引导光纤进入颅内、经穿刺通过三叉神经出口卵圆孔进入颅内、经中耳经鼓室进入颅内等,图3是本发明实施例二所提供的一种经鼻神经内镜引导光纤进入颅内的示意图。图4是本发明实施例二所提供的一种经穿刺通过三叉神经出口卵圆孔进入颅内的示意图。图5是本发明实施例二所提供的一种经中耳经鼓室进入颅内的示意图。上述引入方法是基于内镜技术的不断发展以及临床经验的不断积累,无需开颅,最大程度的减少手术创伤并增加了长时间留置和长时间治疗的可能。上述三种方式根据入路不同,分别用于刺激不同脑区的脑部神经,如经鼻入路可用于刺激蝶鞍区脑神经,对激蝶鞍区脑疾病有一定的治疗作用,经卵圆孔入路用于刺激脑干神经,对脑干脑疾病有一定的治疗作用,通过中耳经鼓室入脑可用于刺激颞叶脑神经,对颞叶脑疾病有一定的治疗作用等。
本发明实施例提供了一种针对脑部刺激的频率发生器,经鼻、卵圆孔或中耳等生理结构无需开颅,通过神经内镜和穿刺的方法入脑,为植入性技术,可逆调控脑活动,无需进行开颅手术,创伤小,可将光纤长时间留置于颅内而不影响刺激对象的日常活动;并且结合太赫兹技术和中红外波段刺激两种成像与治疗方法,将神经刺激探头精确的植入病变脑区,能够对病变脑区进行早期成像诊断同时通过调控神经活动而治疗脑疾病。此外,结合三维立体微调平台精确控制光斑的准确性结合植入性技术能够更加精准的靶向各个脑区,达到精准治疗的目的;另外同时连接了声波刺激器和电刺激器,可以依照不同的情景如同时结合开颅手术给予声学、光学或者电学刺激达到更佳的效果。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种信号处理系统,其特征在于,包括:信号处理设备、光纤设备和数据处理模块,所述信号处理设备分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述信号处理设备,用于生成刺激信号,并将所述刺激信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激;
所述信号处理设备,还用于接收目标部位刺激后的活动信号,并将所述活动信号传输至所述数据处理模块;
所述数据处理模块,用于接收所述信号处理设备输出的活动信号,并将所述活动信号转换为目标数字信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述光纤设备包括光纤输入端和光纤输出端,其中:
所述光纤输入端,用于接收所述刺激信号;
所述光纤输出端,用于将刺激信号对应的目标波段光刺激信号引入目标部位。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述光纤输入端设置有布儒斯特角的斜切角。
4.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述信号处理设备包括电磁波源和电磁波调整装置,其中:
所述电磁波源,用于产生设定波段的原始电磁脉冲;
所述电磁波调整装置,用于对所述原始电磁脉冲进行调整,生成光纤传输信号。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述电磁波源的可调频范围为5微米-11微米,最大脉冲宽度为500纳秒,最大重复频率为100千赫兹。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述电磁波调整装置包括光束整形单元、三维微调平台和光纤耦合器,其中:
所述光束整形单元,用于将所述原始电磁脉冲整形并聚焦到所述光纤输入端;
所述三维立体微调平台,用于固定所述光纤耦合器,并将所述光纤输入端和光斑微调对准;
所述光纤耦合器,用于固定所述光纤输入端。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述光束整形单元对目标波段的透过率高于设定阈值,且所述光束整形单元设置在所述电磁波源出口的预设距离处,所述光束整形单元的光纤为内径在9微米-12微米之间,外径为170微米,数值孔径为0.3微米,有效波段为1.5微米-9.5微米的多模光纤。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述多维度微调平台包括微调架,所述微调架包括水平旋转、整体水平位移、整体垂直位移、耦合器水平位移、耦合器垂直位移中的至少一种调节方式。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括声波刺激器,所述声波刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述声波刺激器,生成目标声波信号,并将所述目标声波信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括电波刺激器,所述电刺激器分别与所述光纤设备和所述数据处理模块连接,其中:
所述电刺激器,生成目标电信号,并将所述目标电信号通过光纤设备引入目标部位,以实现对目标部位的刺激。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102039007A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-04 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 具有靶向功能的治疗装置 |
CN109199359A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-15 | 暨南大学 | 光电联合刺激系统和光电联合刺激神经纤维方法 |
CN109557092A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-02 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种用于增强大脑认知功能的脑神经刺激装置 |
CN110478617A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-22 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种脑深部电磁耦合刺激与电信号检测的探针 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110125078A1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-05-26 | Medtronic, Inc. | Optical stimulation therapy |
CN209575533U (zh) * | 2018-12-27 | 2019-11-05 | 肯维捷斯(武汉)科技有限公司 | 一种微型植入式光刺激器 |
CN111973875B (zh) * | 2020-08-14 | 2023-04-14 | 北京航空航天大学 | 一种神经光电组合刺激装置及方法 |
CN112023271B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-11-28 | 天津工业大学 | 亚毫米尺寸活体植入式多通道微磁刺激器 |
-
2021
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102039007A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-04 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 具有靶向功能的治疗装置 |
CN109199359A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-15 | 暨南大学 | 光电联合刺激系统和光电联合刺激神经纤维方法 |
CN109557092A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-02 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种用于增强大脑认知功能的脑神经刺激装置 |
CN110478617A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-22 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种脑深部电磁耦合刺激与电信号检测的探针 |
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