[发明专利]一种头戴式超声传导装置

说明书

本发明适用于超声神经刺激研究技术领域，公开了一种头戴式超声传导装置，包括可置于实验动物颅骨上的底座和连接于所述底座的顶盖，所述底座内具有用于容纳耦合剂的内腔，所述顶盖连接有工作面朝向于所述内腔底部的超声换能器；所述头戴式超声传导装置还包括用于将所述底座固定于实验动物颅骨的固定器件，所述固定器件包括前端可嵌入实验动物颅骨的颅骨连接件，所述底座贴于实验动物颅骨且与所述固定器件直接连接或通过粘结剂连接。本发明所提供的一种头戴式超声传导装置，其可实现对自由活动的实验动物的大脑实施位置准确可控、可重复操作的超声刺激，适合用于开展与感觉、情感、认知等和记忆有关的动物实验，实施效果佳。

技术领域

本发明属于超声神经刺激研究技术领域，尤其涉及一种头戴式超声传导装置。

背景技术

神经刺激和神经调控是指采用电、光、声、冷热或者机械等物理性刺激以及化学性刺激，作用于活体神经系统(如生物体、器官、组织、细胞等)并引起反应的过程。按刺激调控的效果可分为使功能显示或增强的兴奋性刺激和使功能消失或减弱的抑制性刺激。通过刺激，调控神经活动，有助于研究神经系统疾病及精神疾病，同时也是研究人脑感受、动作和认知功能的基本手段。

超声刺激属于既古老又新兴的无创神经刺激手段。早在1929年，已经出现超声对蛙、龟的神经(心)肌肉的有效调控的文献报道。随后在1958年，有文献记录超声穿透开颅猫的颅骨，并能可逆地抑制视网膜的光激发电位。高强度聚焦超声(HIFU)常用作中枢神经系统的干预手段。2008年，Tyler等证实超声刺激海马脑片，可激发动作电位、压控钠离子、钙离子瞬态及突触传递。2010年，Tyler团队首次正面经颅超声刺激小鼠颅脑运动皮层，可诱发动作电位，引起肢体及尾巴的动作响应。从此，采用超声作为神经刺激和调控的手段引起人们的广泛关注。

然而，超声刺激的作用机制和应用参数尚未足够明确。除了开展基于细胞和离体组织的研究外，针对清醒、可自由活动的啮齿类小动物(尤其是疾病模型丰富、在生物医药领域被广泛使用的小鼠)开展与记忆学习认知相关的行为学实验也非常重要。但是，目前针对动物的超声刺激，通常采用体积庞大的单阵元聚焦超声换能器来实现。由于这种换能器体积大，重量重，在使用过程中，探头必须由相应的定位装置来固定，而被刺激的动物则需要被麻醉，其头部也需要被固定。上述这些步骤极大限制了行为学实验的开展。设计适用于清醒、自由活动小动物的超声刺激装置，将有助于推动超声刺激技术在神经科学的研究应用。

现有技术中，申请号为201610326489.0的专利文献“可穿戴经颅超声神经刺激与电生理记录联合系统与方法”，提出了一种可穿戴经颅超声神经刺激与电生理记录联合系统，包括：计算机控制与数据处理单元、数模/模数转换单元、功率放大器、可穿戴超声换能器、电极组件和信号放大单元。当中提及的“可穿戴超声换能器”仅提及换能器与实验对象通过密封胶布固定，相互接触面要耦合处理。显然，对于清醒动物，其活动频繁且头皮相对颅骨极容易滑动，仅用密封胶布是难以准确可靠地固定超声探头来实施超声刺激。此外，专利中提及的电极组件是通过在超声换能器上设置通孔来实现记录电极的安装，上述的密封胶布固定换能器的方法难以保证记录电极的合理安装。

申请号为申请号为201610327257.7的文献“一种无线控制的可穿戴式超声神经刺激装置”，提出了一种无线可穿戴式的超声神经刺激的装置，包括：用户控制终端、控制发射芯片、超声换能器和贴片外壳。当中提及的“贴片外壳”仅提及贴片外壳与作用对象间填充耦合剂并通过密封胶布固定。显然，对于清醒动物，其活动频繁且头皮相对颅骨极容易滑动，仅用密封胶布是难以准确可靠地固定超声探头；而超声换能器与作用对象之间并未提及采用有效结构来防止耦合剂滑落流失。

申请号为201710138442.6的专利文献“清醒动物超声神经调控装置”，提出了清醒动物神经调控装置，包括：脉冲信号发生模块、超声换能器模块和固定模块。当中提及的“固定模块”仅笼统地描述通过行业通用的方法把固定模块固定在动物神经调控靶点。然而，如何设计合理的结构来实现超声换能器与颅骨的可靠连接并保证超声能有效传导至颅骨内部，对整个超声刺激系统来说是极其关键的技术，上述专利并没有对此提出可行方案。