一种多参数动物脑皮层血流监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多参数动物脑皮层血流监测装置及方法，所述装置包括：聚焦超声换能器，具有中间的成像孔，连接成像系统和病理诱导系统；成像系统，用于利用光源通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明，捕捉并生成所述光源照射所述动物大脑皮层表面特定位置时的图像；病理诱导系统，用于利用激发光源照射所述动物大脑皮层表面的特定位置，诱导该位置的病理变化，本发明专利技术可实现实时监测生理和脑卒中病理条件下脉冲式经颅超声刺激(pTUS)引起的脑血流的变化，并且用多参数的血流动力学变化实现对pTUS神经调控效应的评估的目的。

A multi parameter animal cerebral cortex blood flow monitoring device and method

The invention discloses a multi parameter animal cerebral blood flow monitoring device and method, the device comprises a focused ultrasound transducer with a center hole imaging, connecting the imaging system and imaging system, the pathological guidance system; for the imaging range of cortical surface imaging using the light source device can bore through the change of animal focused ultrasound the lighting, capture and generate the image light irradiating the animal cerebral cortex surface specific position; pathological guidance system for the excitation light to the specific position of animal cerebral cortex surface, pathological changes of the position of the induction, the invention can realize the real-time monitoring of physiological and pathological conditions of pulse stroke transcranial stimulation (pTUS) caused by the changes of cerebral blood flow, and hemodynamic changes with multi parameter to achieve the effect of pTUS neural control The purpose of the assessment.

【技术实现步骤摘要】
一种多参数动物脑皮层血流监测装置及方法
本专利技术涉及生物医学
，特别是涉及一种用于经颅超声刺激影响下的多参数动物脑皮层血流监测装置和方法。
技术介绍
脉冲式经颅超声刺激(pulsedTranscranialUltrasoundStimulation,pTUS)是近年来发展迅速，得到广泛关注的一种大脑神经调控技术。它通过超声穿过完整的颅骨作用于大脑皮层的神经元细胞，从而改变大脑的神经活动。相比于其他神经调控技术，比如深部脑刺激(DBS)、经颅磁刺激(TMS)、经颅直流电刺激(tDCS)，pTUS具有安全无创、精准刺激等优点。通过其神经调控效应，pTUS在神经系统疾病治疗、大脑功能研究等方面具有独特的潜力。例如，脑卒中是一种影响脑中动脉系统的疾病。脑卒中发生时，脑中动脉被堵塞或者破裂，血液无法及时向脑组织供应充足的氧气与养料，继而致使脑细胞死亡。脑卒中一直呈高发态势，是导致病人死亡或残疾的主要原因之一。有动物研究表明pTUS对于治疗脑卒中很可能具有一定效果，而pTUS对血流动力学的影响可能是其作用的机制之一。因此实时监测pTUS刺激下脑血流的变化具有重要意义。更进一步，在脑卒中的病理条件下监测pTUS引起的脑血流变化更能直接反映pTUS治疗脑卒中的可能机制。而在脑卒中的研究中，动物实验具有重要意义，在动物体内诱导脑卒中是进行动物实验的前提。光化学法是一种具有代表性的微创、快速、精确的脑卒中诱导技术。研究表明，某些光敏物质在特定波长光照的激发下会发生化学变化，变化产物可以进一步与血管壁发生反应从而堵塞血管。光化学法诱导的脑卒中由于光照的位置、范围、能量可控，相比于其他方法，具有精确、稳定的优势。因此光化学法具有广泛的应用。另外，由于存在神经血管耦合，对多个脑皮层血流动力学参数，例如血液流速、脑血容量等的监测可以反映神经活动的变化，因此可以作为反映大脑神经活动的指标，进而可以用来研究pTUS对脑皮层的神经调控效应。光学成像技术具有高时空分辨率特性，作为一种重要的脑成像手段被广泛应用于脑科学的研究中。其中的激光散斑衬比成像(laserspecklecontrastimaging,LSCI)、内源光成像(opticalimagingofintrinsicsignals,OIS)，可以分别得到血液流速和脑血容量的信息。而在脑卒中病理的研究过程中，病理过程早期的治疗和监测对寻找最佳治疗窗口具有重要意义。然而，由于传统的超声换能器，光学成像技术以及光化学法的工作方式，现阶段的实验条件无法完成pTUS刺激过程中的血流动力学参数的实时监测，更无法实现光化学法诱导过程中的全程pTUS刺激和实时监测。因此本专利技术将pTUS系统、光学成像系统和脑卒中诱导系统相互结合，提出一种实现生理和病理条件下pTUS刺激和监测系统具有重要意义。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种多参数动物脑皮层血流监测装置和方法，以通过将pTUS系统、光学成像系统和脑卒中诱导系统相互结合，实现实时监测生理和脑卒中病理条件下脉冲式经颅超声刺激(pTUS)引起的脑血流的变化，并且用多参数的血流动力学变化实现对pTUS神经调控效应的评估。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种多参数动物脑皮层血流监测装置，包括：聚焦超声换能器，具有中间的成像孔，连接成像系统和病理诱导系统；成像系统，用于利用光源通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明，捕捉并生成所述光源照射所述动物大脑皮层表面特定位置时的图像；病理诱导系统，用于利用激发光源照射所述动物大脑皮层表面的特定位置，诱导该位置的病理变化。进一步地，所述聚焦超声换能器、成像系统、病理诱导系统保持同一轴心。进一步地，所述聚焦超声换能器前端与一超声耦合模块相连，并于其中注入除气去离子水用于超声和被刺激部位之间的耦合。进一步地，所述超声耦合模块包括：水密性薄膜，用于通过其中的除气去离子水实现所述聚焦超声换能器与被刺激部位之间的紧密耦合；进水口以及出水口，分别用于向所述超声耦合模块内注水，以及挤压所述水密性薄膜使之与被刺激部位紧密贴合过程中部分水的排出。进一步地，所述成像系统包括：光源，通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明；镜头及相机，用于通过所述聚焦超声换能器的成像孔捕捉所述光源照射所述动物的大脑皮层表面特定位置时的图像；滤光片，用于滤除成像光源波长之外的其他波长的光。进一步地，所述光源包括第一光源与第二光源，所述第一光源采用用于激光散斑衬比成像的波长范围在630-800nm激光二极管，所述第二光源采用用于内源光成像的580-600nm的发光二极管。进一步地，所述聚焦超声换能器的成像孔中间具有水密性的透明刚性部件，用于将所述成像系统的光电元件与超声耦合模块的除气去离子水相隔离。进一步地，所述病理诱导系统利用光化学法造模激发光源照射所述动物大脑皮层表面的特定位置，诱导该位置的病理变化。为达到上述目的，本专利技术还提供一种多参数动物脑皮层血流监测方法，包括如下步骤：步骤一，对聚焦超声换能器输入脉冲式驱动电压；步骤二，利用第一光源或第二光源通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明；步骤三，利用成像系统通过所述聚焦超声换能器的成像孔捕捉并生成所述第一或第二光源照射的动物大脑皮层表面特定位置的图像。进一步地，所述方法还包括：利用病理诱导系统的光化学法造模激发光源照射动物大脑皮层表面特定位置，诱导该位置的病理变化。与现有技术相比，本专利技术一种多参数动物脑皮层血流监测装置及方法通过在聚焦超声换能器中间设置成像孔与成像系统和病理诱导系统相连接，避免了超声刺激过程中对成像和病理诱导光路的遮挡，从而可以实现经颅超声刺激的同时对被刺激部位脑血流进行成像或者进行病理诱导，可实现实时监测生理和脑卒中病理条件下脉冲式经颅超声刺激(pTUS)刺激引起的脑血流的变化，并且用多参数的血流动力学变化实现对pTUS神经调控效应的评估的目的。附图说明图1为本专利技术一种多参数动物脑皮层血流监测装置的系统结构图；图2为本专利技术一种多参数动物脑皮层血流监测方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。图1为本专利技术一种多参数动物脑皮层血流监测装置的系统结构图。如图1所示，本专利技术一种多参数动物脑皮层血流监测装置，应用于动物的大脑皮层表面，用于多参数地监测动物在生理和病理条件下经颅超声刺激引起的脑血流的变化，其包括：聚焦超声换能器110，具有中间的成像孔111，成像孔111处有螺纹112用于连接成像系统和病理诱导系统；成像系统，用于利用光源通过所述聚焦超声换能器110的成像孔111对所述动物的大脑皮层表面121的成像范围照明，捕捉并生成所述光源照射动物大脑皮层表面121特定位置时的图像；病理诱导系统，包括光化学法造模激发光源131，用于照射动物大脑皮层表面121特定位置132，诱导该位置的病理变化，其中所述动物被注射过特定的药物，在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参数动物脑皮层血流监测装置，包括：聚焦超声换能器，具有中间的成像孔，连接成像系统和病理诱导系统；成像系统，用于利用光源通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明，捕捉并生成所述光源照射所述动物大脑皮层表面特定位置时的图像；病理诱导系统，用于利用激发光源照射所述动物大脑皮层表面的特定位置，诱导该位置的病理变化。

【技术特征摘要】
1.一种多参数动物脑皮层血流监测装置，包括：聚焦超声换能器，具有中间的成像孔，连接成像系统和病理诱导系统；成像系统，用于利用光源通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明，捕捉并生成所述光源照射所述动物大脑皮层表面特定位置时的图像；病理诱导系统，用于利用激发光源照射所述动物大脑皮层表面的特定位置，诱导该位置的病理变化。2.如权利要求1所述的一种多参数动物脑皮层血流监测装置，其特征在于：所述聚焦超声换能器、成像系统、病理诱导系统保持同一轴心。3.如权利要求1所述的一种多参数动物脑皮层血流监测装置，其特征在于：所述聚焦超声换能器前端与一超声耦合模块相连，并于其中注入除气去离子水用于超声和被刺激部位之间的耦合。4.如权利要求3所述的一种多参数动物脑皮层血流监测装置，其特征在于，所述超声耦合模块包括：水密性薄膜，用于通过其中的除气去离子水实现所述聚焦超声换能器与被刺激部位之间的紧密耦合；进水口以及出水口，分别用于向所述超声耦合模块内注水，以及挤压所述水密性薄膜使之与被刺激部位紧密贴合过程中部分水的排出。5.如权利要求1所述的一种多参数动物脑皮层血流监测装置，其特征在于，所述成像系统包括：光源，通过所述聚焦超声换能器的成像孔对动物的大脑皮层表面的成像范围照明；镜头及相机，用于通过所述聚焦超声换能器的成像孔捕捉所述光源照射所述动物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航道，孙俊峰，童善保，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31