本發(fā)明涉及超聲刺激的，尤其涉及一種支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、據(jù)統(tǒng)計(jì)，腦卒中患者產(chǎn)生卒中后認(rèn)知障礙(psci)的幾率大約為三分之一。psci患者的死亡率明顯高于無認(rèn)知障礙的患者。psci患者的認(rèn)知障礙會(huì)導(dǎo)致生活質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，患者的心理健康狀況顯著下降，進(jìn)一步增加了家庭與社會(huì)的疾病負(fù)擔(dān)。在臨床實(shí)踐中，針對(duì)psci的治療主要涉及三個(gè)方面：藥物治療、精神行為癥狀治療和康復(fù)治療。然而，這些治療方式各有其局限性，如長(zhǎng)期服用藥物可能存在安全性和耐受性問題，精神行為癥狀治療更適用于早期輕癥階段，而康復(fù)治療則需耗費(fèi)大量人力物力成本。此外，由于psci的具體發(fā)病機(jī)制尚不清晰，給psci的預(yù)后和康復(fù)帶來了巨大困難，因此亟需一種安全、副作用少、低成本的治療方法。

2、經(jīng)顱超聲刺激(tus)作為一種非侵入性的大腦調(diào)控技術(shù)，憑借其無創(chuàng)安全、空間分辨率高、深度穿透和易于與神經(jīng)影像同步記錄的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為神經(jīng)調(diào)控研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來的研究證實(shí)，經(jīng)顱超聲刺激可以根據(jù)其不同頻率、強(qiáng)度以及調(diào)制方式的不同組合，對(duì)皮質(zhì)興奮性可能具有興奮或抑制的作用，大量的實(shí)驗(yàn)也證明了經(jīng)顱超聲在神經(jīng)調(diào)控方面的應(yīng)用價(jià)值，經(jīng)顱超聲刺激在促進(jìn)缺血性腦卒中后認(rèn)知功能改善方面具有可行性和應(yīng)用潛力，但目前針對(duì)該領(lǐng)域的研究尚未充分展開，仍然有待進(jìn)一步的深入探索和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3、目前廣泛應(yīng)用的經(jīng)顱超聲刺激設(shè)備由波形發(fā)生器、功率放大器和通用換能器組裝而成，對(duì)于非電子背景的使用者具有很高的學(xué)習(xí)成本和操作難度，參數(shù)調(diào)節(jié)困難，缺乏靈活性?，F(xiàn)有的商用超聲刺激設(shè)備多用于理療，空間分辨率低，且往往存在輸出參數(shù)固定或輸出功率受限的問題。商用超高分辨率經(jīng)顱聚焦超聲刺激設(shè)備價(jià)格昂貴，難以批量應(yīng)用。

4、因此，設(shè)計(jì)一套具有便攜、易操作、多參數(shù)可調(diào)、多通道、高可靠性能的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)研究所需的超聲波刺激模式，探索一種簡(jiǎn)單有效的康復(fù)方法，促進(jìn)缺血性腦卒中后認(rèn)知功能的改善，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)及方法，支持間隔刺激和調(diào)頻超聲刺激，用于促進(jìn)腦卒中后認(rèn)知功能障礙康復(fù)，可以對(duì)輸出超聲的頻率、脈沖重復(fù)頻率、占空比等多種參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。

2、本發(fā)明的上述發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)，包括：上位機(jī)交互模塊、可編程邏輯模塊、超聲發(fā)射模塊和電源模塊；

4、所述上位機(jī)交互模塊，用于接收自定義配置的激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)，并依據(jù)所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)生成作為高精度信號(hào)的控制數(shù)據(jù)，向所述可編程邏輯模塊傳輸，其中自定義配置所述激勵(lì)超聲信號(hào)采用包括智能參數(shù)選擇模式和自主設(shè)定模式在內(nèi)的方式進(jìn)行配置；

5、所述可編程邏輯模塊，用于接收所述上位機(jī)交互模塊傳輸?shù)乃隹刂茢?shù)據(jù)，依據(jù)所述控制數(shù)據(jù)完成對(duì)波形數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的產(chǎn)生和配置后，按照固定的頻率將所述波形數(shù)據(jù)依次送入所述超聲發(fā)射模塊；

6、所述超聲發(fā)射模塊，用于完成對(duì)所述波形數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過超聲線性放大芯片放大后加載到超聲換能器上進(jìn)行輸出；

7、所述電源模塊，用于提供系統(tǒng)工作過程中所需的多個(gè)工作電平，以及提供高壓超聲脈沖所需的高壓，并對(duì)電壓進(jìn)行精細(xì)多檔調(diào)節(jié)。

8、進(jìn)一步地，在所述上位機(jī)交互模塊中，接收自定義配置的激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)，并依據(jù)所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)生成作為高精度信號(hào)的所述控制數(shù)據(jù)，向所述可編程邏輯模塊傳輸，具體為：

9、提供用于輸入所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的gui界面，通過所述gui界面調(diào)整包括波形、頻率、相位、幅度、刺激時(shí)長(zhǎng)、間隔刺激模式的輸出時(shí)長(zhǎng)和間隔時(shí)長(zhǎng)在內(nèi)的所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)；

10、將所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述控制數(shù)據(jù)之后，通過串行外設(shè)接口uart協(xié)議實(shí)現(xiàn)向所述可編程邏輯模塊傳輸；

11、所述上位機(jī)交互模塊顯示波形采樣情況，以根據(jù)所述波形采樣情況對(duì)所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

12、進(jìn)一步地，在所述上位機(jī)交互模塊中，采用智能參數(shù)選擇模式進(jìn)行所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的設(shè)定，具體為：

13、a：構(gòu)建治療數(shù)據(jù)庫：

14、收集數(shù)據(jù)：收集不同的所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的組合治療前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和檢測(cè)效果，包括光學(xué)成像結(jié)果、神經(jīng)功能評(píng)分、染色結(jié)果、炎癥減輕程度在內(nèi)的數(shù)據(jù)；

15、建立評(píng)分機(jī)制：根據(jù)包括炎癥減輕程度、組織恢復(fù)情況和病理學(xué)染色在內(nèi)的不同指標(biāo)設(shè)定評(píng)分權(quán)重，給出每個(gè)所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的組合的治療效果評(píng)分；

16、b：數(shù)據(jù)分析

17、嚴(yán)重程度判定：根據(jù)包括光學(xué)成像結(jié)果、改良神經(jīng)功能評(píng)估、轉(zhuǎn)角測(cè)試在內(nèi)的內(nèi)容對(duì)患者的嚴(yán)重程度進(jìn)行判定，分為輕度、中度和重度三類；

18、指標(biāo)權(quán)重設(shè)定：為包括炎癥減輕程度、組織恢復(fù)情況和病理學(xué)染色在內(nèi)不同的治療效果指標(biāo)設(shè)定權(quán)重；

19、評(píng)分計(jì)算：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的組合的綜合評(píng)分；

20、c：參數(shù)選擇

21、檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入：輸入患者的檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括光學(xué)成像結(jié)果、行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及神經(jīng)功能評(píng)分在內(nèi)的數(shù)據(jù)；

22、評(píng)分匹配：根據(jù)輸入數(shù)據(jù)匹配所述治療數(shù)據(jù)庫中的所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的組合，選擇評(píng)分最高的所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的組合。

23、進(jìn)一步地，所述嚴(yán)重程度判定，具體為：

24、所述光學(xué)成像結(jié)果：對(duì)損傷區(qū)域損傷前后的光聲信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行分析，以損傷前損傷區(qū)域的光聲信號(hào)強(qiáng)度為基準(zhǔn)值，計(jì)算損傷后損傷部位的光聲信號(hào)減弱程度為|i損傷后-i損傷前|/i損傷前*100％；

25、所述改良神經(jīng)功能評(píng)估：進(jìn)行包括提尾試驗(yàn)、行走試驗(yàn)、感覺試驗(yàn)、平衡木試驗(yàn)、反射和異常運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的神經(jīng)缺損情況的實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)不同的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分并累加；

26、所述轉(zhuǎn)角測(cè)試：用于評(píng)估由于單側(cè)或不對(duì)稱紋狀體損傷引起的感覺運(yùn)動(dòng)障礙，測(cè)量不對(duì)稱感覺運(yùn)動(dòng)障礙和用于檢測(cè)缺血性腦卒中模型中感覺和運(yùn)動(dòng)功能的單側(cè)異常，進(jìn)行若干次的轉(zhuǎn)角連續(xù)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)角測(cè)試的ct分?jǐn)?shù)＝[r/(r+l)]×100％，其中r為右轉(zhuǎn)次數(shù)；l為左轉(zhuǎn)次數(shù)；

27、根據(jù)所述光學(xué)成像結(jié)果、所述改良神經(jīng)功能評(píng)估和所述轉(zhuǎn)角測(cè)試的權(quán)重進(jìn)行綜合判斷，所述所述嚴(yán)重程度判定分為輕度、中度和重度三類。

28、進(jìn)一步地，在所述上位機(jī)交互模塊中，采用自主設(shè)定模式進(jìn)行所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)的設(shè)定，具體為：

29、在所述上位機(jī)交互模塊提供的所述gui界面上進(jìn)行自主參數(shù)設(shè)定；

30、其中，目標(biāo)頻率f_wave為激發(fā)的超聲頻率，分鐘設(shè)置和秒設(shè)置是刺激總時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的分鐘數(shù)和秒數(shù)，prf為脈沖重復(fù)頻率，dc為占空比，waketime和sleep?time分別對(duì)應(yīng)間隔刺激模式中的輸出時(shí)長(zhǎng)和間隔時(shí)長(zhǎng)，gain1和gain0對(duì)應(yīng)超聲線性放大電路中兩級(jí)放大電路的增益控制，其中g(shù)ain1代表高增益，gain0代表低增益，通過設(shè)置wave_amp對(duì)量化的波形數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行控制；

31、同時(shí)自主設(shè)定模式包括固定頻率超聲輸出模式和調(diào)頻超聲輸出模式，對(duì)于所述固定頻率超聲輸出模式的所述目標(biāo)頻率為固定值，所述調(diào)頻超聲輸出模式的所述目標(biāo)頻率需要設(shè)置初始頻率f0和結(jié)束頻率fe，以及一個(gè)周期持續(xù)的時(shí)間。

32、進(jìn)一步地，所述超聲發(fā)射模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、超聲線性功放、阻抗匹配和超聲換能器；

33、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換用于完成對(duì)所述波形數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，所述超聲線性功放用于對(duì)所述波形數(shù)據(jù)進(jìn)行超聲線性放大，所述阻抗匹配用于確保所述波形數(shù)據(jù)的信號(hào)源和作為負(fù)載的所述超聲換能器之間的阻抗匹配，所述超聲換能器用于最終輸出生成的超聲；

34、其中，所述超聲線性功放包括低壓信號(hào)緩沖器、高壓線性放大器、反饋電路和保護(hù)電路，所述低壓信號(hào)緩沖器接收來自所述可編程邏輯模塊的信號(hào)，采用高輸入阻抗放大器以防止信號(hào)細(xì)節(jié)損失，通過調(diào)節(jié)低增益gain0調(diào)節(jié)放大倍數(shù)為2或4倍，所述高壓線性放大器使用線性放大電路，以提供高質(zhì)量信號(hào)放大以及所需的功率輸出，通過調(diào)節(jié)高增益gain1調(diào)節(jié)放大倍數(shù)為6或46倍，采用所述反饋電路使輸出穩(wěn)定，所述保護(hù)電路包括過流、過熱保護(hù)電路，防止功放損壞。

35、進(jìn)一步地，所述電源模塊包括低壓電源和高壓程控電源；

36、所述低壓電源用于提供系統(tǒng)工作過程中所需的多個(gè)工作電平，所述高壓程控電源通過外部控制電壓或程序編碼進(jìn)行控制，用于提供高壓超聲脈沖所需的高壓，并對(duì)電壓進(jìn)行精細(xì)多檔調(diào)節(jié)。

37、一種采用如上述的支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激方法，包括以下步驟：

38、s1：上位機(jī)交互模塊接收自定義配置的激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)，并依據(jù)所述激勵(lì)超聲信號(hào)參數(shù)生成作為高精度信號(hào)的控制數(shù)據(jù)，向可編程邏輯模塊傳輸，其中自定義配置所述激勵(lì)超聲信號(hào)采用包括智能參數(shù)選擇模式和自主設(shè)定模式在內(nèi)的方式進(jìn)行配置；

39、s2：所述可編程邏輯模塊接收所述上位機(jī)交互模塊傳輸?shù)乃隹刂茢?shù)據(jù)，依據(jù)所述控制數(shù)據(jù)完成對(duì)波形數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的產(chǎn)生和配置后，按照固定的頻率將所述波形數(shù)據(jù)依次送入超聲發(fā)射模塊；

40、s3：所述超聲發(fā)射模塊完成對(duì)所述波形數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過超聲線性放大芯片放大后加載到超聲換能器上進(jìn)行輸出，并采用電源模塊提供系統(tǒng)工作過程中所需的多個(gè)工作電平，以及提供高壓超聲脈沖所需的高壓，并對(duì)電壓進(jìn)行精細(xì)多檔調(diào)節(jié)。

41、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和一個(gè)或多個(gè)處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)代碼，所述計(jì)算機(jī)代碼被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行如上述的方法。

42、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)代碼，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)代碼被執(zhí)行時(shí)，如上述的方法被執(zhí)行。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下有益效果：

44、通過提供一種支持間隔和調(diào)頻的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)，支持間隔刺激和調(diào)頻超聲刺激的包括智能參數(shù)選擇模式和自主設(shè)定模式的多參數(shù)調(diào)節(jié)，用于促進(jìn)腦卒中后認(rèn)知功能障礙康復(fù)，該系統(tǒng)可以采用高精度信號(hào)精密控制超聲的輸出劑量，能夠?qū)Τ暡ㄖ行念l率、脈沖重復(fù)頻率、占空比等參數(shù)進(jìn)行多檔精確調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)間隔刺激和一定頻率范圍內(nèi)的調(diào)頻超聲刺激，能夠滿足低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲神經(jīng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)探索的需要。同時(shí)電源模塊能夠?qū)Ω邏撼暶}沖所需的高壓進(jìn)行精細(xì)多檔調(diào)節(jié)。