[发明专利]一种磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置与方法

权利要求书

1.一种磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置，包括超声探头、磁场发生组件和信号采集组件；磁场发生组件包括操作台和亥姆霍兹线圈；其特征在于，亥姆霍兹线圈放置在操作台上，且连接电源；待刺激对象置于操作台上，待刺激对象的头部位于亥姆霍玆线圈的中间，亥姆霍兹线圈通电产生磁场，通过改变电源输出电流的大小和类型，调节磁场的大小和类型；超声探头作用在待刺激对象的头部，光电信号采集组件用于采集待刺激对象受到刺激后的荧光信号和局部场电位信号。

2.根据权利要求1所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置，其特征在于，该装置能够产生直流磁场、交流磁场和混合磁场；当电源输出直流电，则亥姆霍兹线圈产生均匀磁场；当电源输出交流电，亥姆霍兹线圈产生交流磁场；当电源交替输出直流电和交流电，亥姆霍兹线圈产生直流和交流交替的混合磁场。

3.根据权利要求1所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置，其特征在于，所述光电信号采集组件包括光电信号电极片、电信号发射模块、激光发射模块和信号采集与处理模块；光电信号电极片植入在待刺激对象的颅脑内，光电信号电极片上设有电极端子和光纤端子，电极端子与电信号收集模块连接，光纤端子与激光发射模块连接；信号采集与处理模块采集荧光信号和局部场电位信号。

4.根据权利要求3所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置，其特征在于，光电信号电极片上包含四个呈阵列排布的电极端子，相邻电极端子之间的中心距为300μm，单个电极端子的直径为25μm。

5.根据权利要求1所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激装置，其特征在于，所述超声探头上设有超声相控阵列，阵元数为64，阵元宽度为0.25mm，阵元长度为14mm，相邻阵元的间距为0.3mm。

6.一种磁场可控的经颅磁声耦合电刺激方法，其特征在于，包括以下内容：

(1)将标记物植入到待刺激对象的颅脑内，在待刺激对象的脑部安装光电信号电极片，采集无刺激下的荧光信号和局部场电位信号，作为对照信号；

(2)将待调控对象的头部置于操作台上，位于两个电磁铁之间；

(3)将超声探头作用在待刺激对象的目标脑区，接通磁场控制电路和超声发射系统，对待刺激对象进行超声和静磁场刺激，超声方向和磁场方向相互垂直，在超声和静磁场的共同作用下神经组织内产生感应电流，刺激神经组织；

(4)光电信号采集组件采集磁声电刺激下的荧光信号和局部场电位信号，分析得到磁声电刺激下荧光信号和局部场电位信号相对于对照信号的变化情况，通过改变磁场强度和超声基频对待刺激对象实现精准神经调控。

7.根据权利要求6所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激方法，其特征在于，步骤(4)的分析过程为：

4-1、对采集的局部场电位信号进行去基线漂移、去工频干扰和滤波处理，将光电信号电极片其中一条对角线上的两个电极端子采集的局部场电位信号的相位进行交叉频率耦合，得到局部场电位信号的相-相耦合强度；

4-2、将光电信号电极片另一条对角线上的两个电极端子采集的局部场电位信号中低频段的相位和高频段的幅值进行交叉频率耦合，得到局部场电位信号的相-幅耦合强度；

4-3、对采集的荧光信号进行相位与幅值耦合，得到荧光信号调制指数；

4-4、构建式(11)所示的调控指标C：

其中，MI表示局部场电位信号的相-幅耦合强度，SI表示局部场电位信号的相-相耦合强度，MIF表示荧光信号调制指数，ΔF表示荧光信号的强度变化率；

设置调控阈值C1，当C＜C1，则增大磁场强度或超声基频；当C＞C1，则减小磁场强度或超声基频，进而对待刺激对象实现精准神经调控。

8.根据权利要求7所述的磁场可控的经颅磁声耦合电刺激方法，其特征在于，步骤4-2的具体过程为：

将局部场电位信号记为时间序列x(t)，将光电信号电极片另一条对角线上的两个电极端子采集的局部场电位信号分别经过最小二乘滤波器处理后，分别得到低频序列和高频序列根据式(6)、(7)分别提取其中一个局部场电位信号对应的低频序列的相位序列和另一个局部场电位信号对应的高频序列的幅值包络序列

其中，f_p、f_A分别为时间序列x(t)的相位和幅值；H表示标准化熵度量，表达式为：

式(8)中，p_j的表达式为：

式(9)中，表示将相位序列划分为J个区间段，第j个区间段的平均幅值；

局部场电位信号的相-幅耦合强度MI的表达式为：

当p_j＝1/J时，H有最大值H_max。