一种超声神经刺激设备及系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种超声神经刺激设备及系统，该超声神经刺激设备包括：箱体、输入装置、数字信号处理器、激励信号处理电路和阻抗匹配电路、超声波换能器；输入装置接收配置参数；数字信号处理器根据配置参数产生数字信号，并输出数字信号和一控制信号；激励信号处理电路接收控制信号时启动工作状态或关闭工作状态，并在工作状态下将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号输出至阻抗匹配电路；阻抗匹配电路提供与激励信号处理电路的输出阻抗和超声波换能器的输入阻抗相匹配的阻抗；超声波换能器从阻抗匹配电路接收模拟信号并产生超声波信号。本实用新型专利技术使用时无需手动连接，便携性好，操作简单，而且具备阻抗匹配、低功耗等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及动物神经刺激
，具体地，涉及一种超声神经刺激设备及系统。
技术介绍
超声波的机械波力学效应控制神经元电活动的新机制的发现，使其成为能无创地开展神经刺激和神经科学研究的新手段。近来神经科学家发现超声瞬态刺激在分子、动物和人脑水平的神经调控实验表明超声可以控制神经元的活动。超声还可以通过不同的强度、频率、脉冲重复频率、脉冲宽度、持续时间等参数使刺激部位的中枢神经产生兴奋或抑制效应。从而对神经功能产生双向调节的可逆性变化。无创的超声作为一种新工具，对神经科学研究、神经环路的调控机制、深部脑刺激、脑疾病的发病机理和治疗干预等研究具有重要价值。
技术实现思路
目前传统的超声神经刺激方法是使用信号发生器加功率放大仪器产生超声波换能器的信号，从而驱动超声换能器输出超声波实现对动物神经的刺激，这种方法的缺点在于采用分离式的几种大仪器组合方式而非一个独立的仪器，占用空间大，便携性差，需要手动连接配套线缆，而且容易引入干扰和噪声。为了克服以上问题，本技术实施例提供一种超声神经刺激设备及系统。本技术实施例提供一种超声神经刺激设备，包括:箱体，装设于所述箱体表面的输入装置，装设于所述箱体内部的数字信号处理器、激励信号处理电路和阻抗匹配电路，以及装设于所述箱体外部的超声波换能器；所述输入装置接收配置参数并转发给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据所述配置参数产生数字信号，并将所述数字信号和一控制信号输出至所述激励信号处理电路；所述激励信号处理电路接收所述控制信号时启动工作状态或关闭工作状态，并在工作状态下将所述数字信号转换成模拟信号，将所述模拟信号输出至所述阻抗匹配电路；所述阻抗匹配电路提供与所述激励信号处理电路的输出阻抗和所述超声波换能器的输入阻抗相匹配的阻抗；所述超声波换能器从所述阻抗匹配电路接收所述模拟信号并产生超声波信号。本技术还提供一种超声神经刺激系统，包括:如上所述的超声神经刺激设备、电生理采集设备、计算机。借助于上述技术方案，本技术提供了一种超声神经刺激设备，该设备将进行超声神经刺激所需的各种元器件集成在一个独立的箱体中，使用时无需手动连接，便携性好，操作简单，而且具备阻抗匹配、低功耗等优点，适用于针对鼠、线虫、果蝇、人等进行各类神经生物学实验研究。【附图说明】为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术中超声神经刺激设备的结构框图；图2是本技术中超声神经刺激设备的各个器件的连接示意图；图3是本技术中超声波换能器的结构示意图；图4是本技术中超声波换能器的形状示意图；图5是本技术中超声神经刺激设备输出的超声波信号的波形示意图；图6是本技术中实施例一的激励信号处理电路的电路结构图；图7是本技术中实施例二的激励信号处理电路的电路结构图；图8是本技术中实施例三的激励信号处理电路的电路结构图；图9是本技术中超声神经刺激系统的示意图。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。示例性设备本技术提供一种超声神经刺激设备，如图1所示，该设备包括:箱体11、输入装置12、数字信号处理器13、激励信号处理电路14、阻抗匹配电路15、超声波换能器16。其中，输入装置12装设于箱体11的表面，数字信号处理器13、激励信号处理电路14和阻抗匹配电路15装设于箱体11的内部，超声波换能器16装设于箱体11的外部。如图2所示，输入装置12、数字信号处理器13、激励信号处理电路14、阻抗匹配电路15、超声波换能器16依次连接。本技术提供的超声神经刺激设备的工作原理如下:输入装置12接收配置参数并转发给数字信号处理器13;数字信号处理器13根据配置参数产生数字信号，并将数字信号和一控制信号输出至激励信号处理电路14;激励信号处理电路14接收控制信号时启动工作状态或关闭工作状态，并在工作状态下将数字信号转换成模拟信号，将模拟信号输出至阻抗匹配电路15;阻抗匹配电路15提供与激励信号处理电路14的输出阻抗和超声波换能器16的输入阻抗相匹配的阻抗;超声波换能器16从阻抗匹配电路15接收模拟信号并产生超声波信号。具体的，输入装置12接收的配置参数可以由用户输入或由外部设备输入，例如，当输入装置12是键盘或触摸屏时，用户可自行输入配置参数，当输入装置12是数据接口时，可由连接该数据接口的外部设备输入配置参数。其中配置参数例如可以包括但不限于是超声辐射力大小、作用方式、基波频率、脉冲重复频率、脉冲幅值、脉冲数、强度、脉冲持续时间、刺激间隔等。可选地，输入装置12例如可以是键盘、触摸屏、数据接口等可用于输入信息的装置。可选地，当输入装置12是键盘或触摸屏时，可以在输入装置12中设置相应的功能按键，以便于用户输入或调节配置参数的类型和数值。例如，设置一系列功能按键，当用户触发这些功能按键时，可自动将各种配置参数的默认值发送给数字信号处理器13。本申请中，控制信号的作用是控制激励信号处理电路14启动工作状态或关闭工作状态，由于激励信号处理电路14只有在工作状态下才会将数字信号转换成模拟信号，因此，利用控制信号可以降低整个超声神经刺激设备的系统功耗，减少热量散发。具体的，控制信号可以是具有固定频率、振幅和周期的高电平信号或低电平信号。并且，控制信号可以是由数字信号处理器13自身生成，也可以是由外部设备生成然后传输至该超声神经刺激设备，并由数字信号处理器13传输给模拟信号处理器。可选地，数字信号处理器13可以选用现场可编程门阵列FPGA或单片机实现。本申请中，阻抗匹配电路15提供适当的阻抗，可以提高整个超声神经刺激设备抗干扰和噪声的能力，提升模拟信号的传输能力。可选地，阻抗匹配电路15可以采用电感串联匹配、电感并联匹配、变压器匹配、多个金属氧化物半导体场效应管MOSFET(即MOS管)并联等形式的电路结构。可选地，超声波换能器16可以采用如图3所示的物理结构，包括匹配层、压电陶瓷、背衬、外壳和线缆;其中，匹配层、压电陶瓷、背衬位于外壳中，线缆穿过外壳连接压电陶瓷。可选地，超声波换能器16的形状可以采用如图4所示的针式、凹面(聚焦型)或平面(平面型)。如图5所示为该超声神经刺激设备最终输出的超声波信号的示意图，该超声波信号的脉冲幅值Po、基波周期Ι/fc、脉冲周期1/PRF、基波数N等属性都可以通过改当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声神经刺激设备，其特征在于，包括：箱体，装设于所述箱体表面的输入装置，装设于所述箱体内部的数字信号处理器、激励信号处理电路和阻抗匹配电路，以及装设于所述箱体外部的超声波换能器；所述输入装置接收配置参数并转发给所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据所述配置参数产生数字信号，并将所述数字信号和一控制信号输出至所述激励信号处理电路；所述激励信号处理电路接收所述控制信号时启动工作状态或关闭工作状态，并在工作状态下将所述数字信号转换成模拟信号，将所述模拟信号输出至所述阻抗匹配电路；所述阻抗匹配电路提供与所述激励信号处理电路的输出阻抗和所述超声波换能器的输入阻抗相匹配的阻抗；所述超声波换能器从所述阻抗匹配电路接收所述模拟信号并产生超声波信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海荣，邱维宝，周娟，曹寿国，孟德，苏敏，黎国锋，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44