一种电刺激诱发神经磁信号采集分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号的采集分析装置及方法，其系统包括：控制分析平台、采集模块、诱发模块和采集分析软件；采集模块用于采集在不同状态下的动物体的躯体和/或脑部的磁场信号；诱发模块的电极输出端设置于处于磁屏蔽空间内的动物体上，用于依据控制分析平台输出的电流脉冲形式和刺激参数，通过电极输出端输出对应的刺激范式，给予动物体电刺激，并将实际电流脉冲及刺激时钟信号反馈至控制分析平台；控制分析平台控制采集模块和诱发模块协同工作，并数据的同步采集和分析处理。本发明专利技术可在身体处于坐姿、站立、运动等条件下同步或单独测量躯体部位和大脑磁场，其灵敏度高，稳定性、可扩展性及实用性强。性强。性强。

【技术实现步骤摘要】
一种电刺激诱发神经磁信号采集分析装置及方法


[0001]本专利技术涉及生物极弱磁场信号量子精密测量
，尤其涉及一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置及方法。

技术介绍

[0002]当躯体收到外界刺激后，引起刺激区域周围神经兴奋，产生动作电位，经神经纤维传导至脊髓，直至大脑皮层。在传导通路各分段的电位反应产生相应磁场。电刺激是常用的测量躯体感觉诱发磁场的方式。与气动、触动等刺激方式相比，电刺激诱发神经磁场具有简单方便，刺激参数可控性强，反映波幅较高，对脑躯体感觉皮层激活定位准确等优点，对神经肌肉疾病，神经系统疾病，肿瘤、脑损伤、中医针灸等具有重要的应用价值，现有的电刺激装置输出刺激参数可调性差，电极形式单一，不能满足多种条件下检测的需要。
[0003]常用测量微弱磁场的仪器为超导量子干涉仪，但由于工作温度处于低温的超导状态，需要液氦冷却，设备笨重，目前仅能进行大脑皮层、心脏部位的磁场记录，对于电刺激诱发如神经节、脊髓等躯体上神经传导通路的磁场需要对超导量子干涉仪重新设计改装，改装和使用成本昂贵。对于大脑皮层磁场的磁场测量时，超导量子干涉仪仅能进行仰卧位测量，无法进行坐姿，站立，运动等动物体更自然条件下躯体感觉诱发磁场的测量。由于不能同步采集躯体神经信号和脑磁神经信号，衡量其神经磁信号之间的信息交互和因果关系具有一定的困难。

技术实现思路

[0004]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置及方法，其解决了现有超导量子干涉仪无法进行躯体诱发磁场的测量，对测试者的测试部位与测试时的姿态均有所限制的技术问题，可实现计算躯体神经信号和脑神经信号的信息交互和因果网络分析。另一方面解决了目前电刺激装置输出刺激参数可调性差，电极形式单一，不能满足多种条件下检测的需要的技术问题。
[0005]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一方面，本专利技术实施例提供一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，包括：控制分析平台以及与所述控制分析平台连接的采集模块、诱发模块和采集分析软件；所述采集模块设置于处于磁屏蔽空间内的动物体的各个身体部位上，用于采集在不同状态下的动物体的躯体和/或脑部的磁场信号；所述诱发模块的电极输出端设置于处于磁屏蔽空间内的动物体的各个身体部位上，用于依据所述控制分析平台输出的电流脉冲形式和刺激参数，通过所述电极输出端输出对应的刺激范式，给予动物体电刺激，并将实际电流脉冲及刺激时钟信号反馈至所述控
制分析平台；所述控制分析平台控制采集模块和诱发模块协同工作，并进行所述躯体和/或脑部的磁场信号、实际电流脉冲及刺激时钟信号的同步采集和分析处理；其中，所述磁屏蔽空间由磁屏蔽房提供，用于屏蔽外部杂散磁场。
[0006]可选地，所述采集模块包括：头戴式传感组件、分布式传感组件以及参考阵列；所述头戴式传感组件包括：头盔以及设置于所述头盔上的若干原子磁强计传感器；所述分布式传感组件包括：心磁测量子组件、眼磁测量子组件以及设置于心脏、眼部之外的测量子组件；所述心磁测量子组件、眼磁测量子组件以及设置于心脏、眼部之外的测量子组件均包括：若干原子磁强计传感器及用于固定原子磁强计传感器于躯体皮肤的传感器皮肤固定组件；所述参考阵列包括：3
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4个相互垂直设置的原子磁强计传感器，所述参考阵列所采集的数据作为头戴式传感组件和分布式传感组件所采集数据的参考数据，用于去除所述头戴式传感组件和分布式传感组件所采集数据的噪声；其中，所述原子磁强计传感器用于测量磁场信号，原子磁强计传感器根据无自旋交换弛豫原理，由一束激光极化原子，一束激光检测原子进动，原子磁强计传感器包括：封装以及设置于所述封装内的原子气室，加热模块，检测模块以及激光模块。
[0007]可选地，所述传感器皮肤固定组件包括：用于粘接皮肤的粘接层、用于隔绝原子磁强计传感器所产生的热量的隔热层以及用于将原子磁强计传感器固定的卡扣；所述头盔为3D打印制作而成的刚性头盔或由柔性编织材料制作而成的柔性头盔，且头盔上具有可固定原子磁强计传感器的卡扣；其中，躯体和头盔上的原子磁强计传感器的三维位置信息可通过三维光学扫描仪或位置追踪器提供。
[0008]可选地，所述诱发模块包括：电流脉冲输出模块及与所述电流脉冲输出模块依次连接的具有磁屏蔽功能的导线和直接作用于动物体的电极；所述电流脉冲输出模块用于输出动物体安全范围内的包括矩形、正弦、三角方式的电流脉冲；所述电流脉冲输出模块配备有与多个电极相连的插孔；所述动物体安全范围内的电流脉冲为：电流大小：0
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1A，脉冲宽度：20
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2500ms；所述电极包括：非侵入式的接触电极和/或侵入式电极；所述接触电极另一端通过所述电极固定贴片固定于皮肤表面；且所述接触电极另一端的类型包括针式、线式、片式、环形、鞍形以及多针式；所述侵入式电极设置于皮肤下预设深度处；所述具有磁屏蔽功能的导线包括：坡莫合金层、铝箔层、绝缘层以及铜丝导线；所述坡莫合金层和铝箔层依次提供磁屏蔽和电磁屏蔽；所述绝缘层和铜丝导线以环绕的形式缠绕，用于进一步相互抵消电脉冲产生的磁场。
[0009]可选地，所述电极固定贴片包括：用于粘接皮肤表面的粘接层、用于提供绝缘功能
的绝缘层以及用于加固电极与所述接触电极连接处的固定圈。
[0010]可选地，所述控制分析平台包括：总控模块、与所述采集模块连接的原子磁强计控制模块、与所述原子磁强计控制模块连接的心磁QRS波检测模块、与所述电流脉冲输出模块和所述原子磁强计控制模块均连接的信号同步采集模块；所述电流脉冲输出模块、心磁QRS波检测模块、信号同步采集模块 原子磁强计控制模块均连接于所述总控模块；所述总控模块用于控制所述信号同步采集模块、原子磁强计控制模块、心磁QRS波检测模块、电流脉冲输出模块协同工作；所述原子磁强计控制模块用于控制原子磁强计传感器工作及测量得到的磁场信号传输至所述信号同步采集模块；所述信号同步采集模块用于同步采集所述原子磁强计控制模块传输的躯体和/或脑神经磁信号以及接收所述电流脉冲输出模块；所述心磁QRS波检测模块用于接收原子磁强计控制模块的中心磁测量信号并分离QRS波，依据所述QRS波确定电流脉冲输出模块输出电流脉冲的时刻并反馈给总控模块。
[0011]可选地，所述总控模块还用于进行躯体磁场信号和脑部磁场信号的信息交互和因果网络分析，包括如下步骤：设定用于获取躯体磁场信号的躯体磁强计通道数为r，用于获取脑部磁场信号的脑部磁强计探头数为N
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r,则在t时刻，N维磁场信号可以表示为：
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（1）应用格兰杰因果关系分析中的多元自回归模型表示N维磁场信号为： （2）令：，则有：
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（3）
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（4）
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（5）其中，p为模型阶数，使用包括赤池信息量准则(Aka本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，包括：控制分析平台以及与所述控制分析平台连接的采集模块、诱发模块和采集分析软件；所述采集模块设置于处于磁屏蔽空间内的动物体的各个身体部位上，用于采集在不同状态下的动物体的躯体和/或脑部的磁场信号；所述诱发模块的电极输出端设置于处于磁屏蔽空间内的动物体的各个身体部位上，用于依据所述控制分析平台输出的电流脉冲形式和刺激参数，通过所述电极输出端输出对应的刺激范式，给予动物体电刺激，并将实际电流脉冲及刺激时钟信号反馈至所述控制分析平台；所述控制分析平台控制采集模块和诱发模块协同工作，并进行所述躯体和/或脑部的磁场信号、实际电流脉冲及刺激时钟信号的同步采集和分析处理；其中，所述磁屏蔽空间由磁屏蔽房提供，用于屏蔽外部杂散磁场。2.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述采集模块包括：头戴式传感组件、分布式传感组件以及参考阵列；所述头戴式传感组件包括：头盔以及设置于所述头盔上的若干原子磁强计传感器；所述分布式传感组件包括：心磁测量子组件、眼磁测量子组件以及设置于心脏、眼部之外的测量子组件；所述心磁测量子组件、眼磁测量子组件以及设置于心脏、眼部之外的测量子组件均包括：若干原子磁强计传感器及用于固定原子磁强计传感器于躯体皮肤的传感器皮肤固定组件；所述参考阵列包括：3
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4个相互垂直设置的原子磁强计传感器，所述参考阵列所采集的数据作为头戴式传感组件和分布式传感组件所采集数据的参考数据，用于去除所述头戴式传感组件和分布式传感组件所采集数据的噪声；其中，所述原子磁强计传感器用于测量磁场信号，原子磁强计传感器根据无自旋交换弛豫原理，由一束激光极化原子，一束激光检测原子进动，原子磁强计传感器包括：封装以及设置于所述封装内的原子气室，加热模块，检测模块以及激光模块。3.如权利要求2所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述传感器皮肤固定组件包括：用于粘接皮肤的粘接层、用于隔绝原子磁强计传感器所产生的热量的隔热层以及用于将原子磁强计传感器固定的卡扣；所述头盔为3D打印制作而成的刚性头盔或由柔性编织材料制作而成的柔性头盔，且头盔上具有可固定原子磁强计传感器的卡扣；其中，躯体和头盔上的原子磁强计传感器的三维位置信息可通过三维光学扫描仪或位置追踪器提供。4.如权利要求1所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述诱发模块包括：电流脉冲输出模块及与所述电流脉冲输出模块依次连接的具有磁屏蔽功能的导线和直接作用于动物体的电极；所述电流脉冲输出模块用于输出动物体安全范围内的包括矩形、正弦、三角方式的电流脉冲；所述电流脉冲输出模块配备有与多个电极相连的插孔；所述动物体安全范围内的电流
脉冲为：电流大小：0
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1A，脉冲宽度：20
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2500ms；所述电极包括：非侵入式的接触电极和/或侵入式电极；所述接触电极另一端通过所述电极固定贴片固定于皮肤表面；且所述接触电极另一端的类型包括针式、线式、片式、环形、鞍形以及多针式；所述侵入式电极设置于皮肤下预设深度处；所述具有磁屏蔽功能的导线包括：坡莫合金层、铝箔层、绝缘层以及铜丝导线；所述坡莫合金层和铝箔层依次提供磁屏蔽和电磁屏蔽；所述绝缘层和铜丝导线以环绕的形式缠绕，用于进一步相互抵消电脉冲产生的磁场。5.如权利要求4所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述电极固定贴片包括：用于粘接皮肤表面的粘接层、用于提供绝缘功能的绝缘层以及用于加固电极与所述接触电极连接处的固定圈。6.如权利要求4所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述控制分析平台包括：总控模块、与所述采集模块连接的原子磁强计控制模块、与所述原子磁强计控制模块连接的心磁QRS波检测模块、与所述电流脉冲输出模块和所述原子磁强计控制模块均连接的信号同步采集模块；所述电流脉冲输出模块、心磁QRS波检测模块、信号同步采集模块 原子磁强计控制模块均连接于所述总控模块；所述总控模块用于控制所述信号同步采集模块、原子磁强计控制模块、心磁QRS波检测模块、电流脉冲输出模块协同工作；所述原子磁强计控制模块用于控制原子磁强计传感器工作及测量得到的磁场信号传输至所述信号同步采集模块；所述信号同步采集模块用于同步采集所述原子磁强计控制模块传输的躯体和/或脑神经磁信号以及接收所述电流脉冲输出模块；所述心磁QRS波检测模块用于接收原子磁强计控制模块的中心磁测量信号并分离QRS波，依据所述QRS波确定电流脉冲输出模块输出电流脉冲的时刻并反馈给总控模块。7.如权利要求6所述的一种基于原子磁强计的电刺激诱发神经磁信号采集分析装置，其特征在于，所述总控模块还用于进行躯体磁场信号和脑部磁场信号的信息交互和因果网络分析，包括如下步骤：设定用于获取躯体磁场信号的躯体磁强计通道数为r，用于获取脑部磁场信号的脑部磁强计探头数为N
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r,则在t时刻，N维磁场信号可以表示为：
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（1）应用格兰杰因果关系分析中的多元自回归模型表示N维磁场信号为：
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（2）令：，则有：
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（3）
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（4）
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（5）其中，p为模型阶数，使用包括赤池信息量准则(Akaike Information Criterion，AIC)、施瓦兹贝叶斯准则(Schwarz Bayes Criterion，SBC)、最终预测误差准则(Final Prediction Error Criterion，FPE)、汉南奎恩准则(Hannan Quinn Criterion，HQ)的最小化信息准则进行确定；w(t)为均值为0且方差为R的高斯噪声；矩阵A
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为多元自回...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，马宇宇，宁晓琳，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：