[发明专利]一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统

说明书

本发明涉及一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统，包括脉冲重复频率编码与扫描模块、声电信号采集模块、脉冲重复频率特征提取模块、插值成像模块、脉冲重复频率解调重建模块，其中，脉冲重复频率编码与扫描模块用于调节脉冲重复频率的编码模式并发射聚焦超声，包括脉冲重复频率编码模块和可编程相控阵；声电信号采集模块，用于在聚焦超声发射与扫描模块扫描目标区域的同时采集脉冲重复频率编码的声电信号；脉冲重复频率特征提取模块用于对采集到声电信号提取有效特征；插值成像模块用于将提取到的声电信号特征转换成声电图像；脉冲重复频率解调重建模块用于解调声电信号，重建源信号。

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统。

背景技术

现有的神经功能成像技术，如脑电图(electroencephalogram,EEG)、功能磁共振成像、功能近红外光谱等，通常难以兼具高时空分辨率。其中，EEG记录大脑活动时神经元集群同步发生突触后电位的合成信号，是大脑皮层神经电生理活动的总体反映，已广泛应用于临床实践。目前基于头皮电极采集的EEG技术可以获得频率高达1kHz的电生理数据。由于大部分EEG的内源活性皆低于100Hz，因此EEG在时间分辨率上占有极大的优势。但是受到颅内组织容积导体效应的影响，EEG空间分辨率相对较低，通常在厘米量级。这使得几乎不可能基于头皮EEG在颅外监测深层脑功能。为了突破这个限制，声电成像作为一种新兴的成像技术有望用于提高EEG的空间分辨率，实现高时空分辨的神经成像。

利用声电效应原理与经颅聚焦超声靶向定位的优势，声电神经成像通过声场与电场两种物理场的耦合作用，巧妙地将脑电的高时间分辨率与聚焦超声的高空间分辨率结合起来，从激活源源头对脑电信号进行空间编码，获取具有精确位置信息的脑电信号。脉冲重复频率作为重要的超声场参数，可用于脑电信号的高效编码。为了探明如何利用脉冲重复频率实现脑电空间编码及声电神经成像，提出一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统。

经颅聚焦超声(transcranial focus ultrasound,tFUS)具有无损伤地在颅内脑皮层空间聚焦特性，能通过声场作用调制其所聚焦空间的组织电生理信号，赋予其高空间分辨特征，从而增强颅内深层EEG或MEG的电生理神经成像空间分辨率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统。本发明采用的技术方案是：

一种基于脉冲重复频率的声电神经成像系统，包括脉冲重复频率编码与扫描模块、声电信号采集模块、脉冲重复频率特征提取模块、插值成像模块、脉冲重复频率解调重建模块，其中，脉冲重复频率编码与扫描模块用于调节脉冲重复频率的编码模式并发射聚焦超声，包括脉冲重复频率编码模块和可编程相控阵；声电信号采集模块，用于在聚焦超声发射与扫描模块扫描目标区域的同时采集脉冲重复频率编码的声电信号；脉冲重复频率特征提取模块用于对采集到声电信号提取有效特征；插值成像模块用于将提取到的声电信号特征转换成声电图像；脉冲重复频率解调重建模块用于解调声电信号，重建源信号。

脉冲重复频率编码与扫描模块利用可编程相控阵设置不同的脉冲重复频率编码模式，用于聚焦超声的高精度三维扫描，编码满足如下数学关系：

其中，为声电信号，J^I＝J^I(x，y，z)为分布电流源，为导程i的导程场，σ₀为初始电导率，K为声电效应系数，ΔP为声压，f_PRF为脉冲重复频率，t为超声传播时间，(x，y，z)为超声聚焦域的三维直角坐标。

声电信号采集模块：在脉冲重复频率编码与扫描模块扫描目标脑区的同时采集脉冲重复频率编码的声电信号，将微弱的声电信号放大、滤波后存储。