CN113197564A - 一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，包括图像采集模块、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、电信号采集模块及安装组件；安装组件安在实验对象头部，激光发射模块向实验对象头部发射倾斜激光在其上形成散斑；图像采集模块设在实验对象头部的上方采集试验对象对应散斑部位的脑皮层血流图像；电信号采集模块设于实验对象头部，配置用于采集实验对象脑电信号；信号处理模块配置用于将接收的脑皮层血流图像和脑电信号进行分析得出两者之间的耦合关系。本申请的有益效果是：通过安装组件便携安装在实验对象的头部，可对其在清醒且可活动的情况下进行脑电信号和脑皮层血流图像的采集，从而更加真实地得出神经血管耦合关系。
Description
技术领域
本公开涉及神经血管耦合检测技术领域，具体涉及一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置。
背景技术
血流速度是生命活动过程中非常重要的功能代谢参数之一。动态监测血流速度的时空变化对于研究生物组织生理变化过程，功能活动及药效评价等具有重大意义。激光散斑血流成像技术是近年来新出现的一种快速血流检测方法，具有光学成像无电离辐射、非接触测量的优势，该技术是利用生物组织后向散斑来获取相对血流速度信息，通过成像方式即获得全场的二维高分辨率血流分布成像，无需结合机械扫描；无需注入造影剂等外源性物质，可实现长时间连续的血流检测。脑电来自于脑部神经元群的自由放电活动，是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。脑电信号中包含了大量的生理与疾病信息，对于脑电信号的研究分析不仅可为某些脑疾病提供诊断依据，而且还可以为某些脑疾病提供有效的治疗手段。人们尝试通过脑-机接口(BCI)来有效提取和分析脑电信号，从而达到某种控制目的。由于脑电信号是不具备各态历经性的非平稳随机信号，其噪声影响也很大，所以关于脑电信号的分析与处理是一项重要研究内容。
神经血管耦合是指，局部神经活动与脑血流(CBF)变化之间的关系，血流变化的幅度和空间分布通过神经元、神经胶质和血管细胞等一系列耦合因素而与神经活动的变化产生关联。许多基于血管的脑功能成像技术(例如fMRI)都需要依赖这种耦合关系来推断神经活动的变化。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种能够在超声刺激下实现脑电信号采集和血流成像同时工作的装置，并且解决移动性差的问题。
第一方面，本申请提供一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，包括图像采集模块、激光发射模块、信号处理模块、电源模块、电信号采集模块及安装组件；所述电源模块与信号处理模块电连接，所述信号处理模块分别与图像采集模块及电信号采集模块信号连接；所述安装组件安装在实验对象的头部，所述图像采集模块通过安装组件设置在实验对象头部的上方，配置用于采集试验对象对应散斑部位的脑皮层血流图像并将其发送至信号处理模块；所述激光发射模块发射的激光倾斜照射在实验对象的头部并在其上形成散斑；所述电信号采集模块设于实验对象头部，配置用于采集实验对象对应散斑部位的脑电信号并将其发送至信号处理模块；所述信号处理模块配置用于将接收的脑皮层血流图像和脑电信号进行分析得出两者之间的耦合关系。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述安装组件包括固定壳体及身体背包；所述实验对象的头部的第一设定范围设为实验区域，所述实验区域内的第二设定范围设为信号获取区域；所述固定壳体固定在实验区域的颅骨上，所述激光发射模块发射的激光倾斜打在信号获取区域的脑皮层上并在其表面形成散斑，图像采集模块固定在固定壳体的顶端以获取散斑对应区域的脑皮层血流图像；所述电信号采集模块设于所述信号获取区域内以获取该区域内脑皮层的脑电信号；所述信号处理模块及电源模块设置在身体背包内，所述身体背包固定在实验对象身体上。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述检测装置还包括与电源模块电连接的超声刺激模块，所述超声刺激模块安装在实验对象的头部以对其产生超声刺激，当超声刺激模块使能时，图像采集模块及电信号采集模块可分别采集实验对象在超声刺激下的脑皮层血流图像及脑电信号，并分别将其传送至信号处理模块。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述超声刺激模块包括超声换能器及准直器，所述超声换能器与准直器固定连接，所述准直器远离超声换能器的一端与实验区域的颅骨表面接触。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述图像采集模块设置为CMOS相机。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述激光发射模块设置为激光二极管。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述激光二极管型号设置为HL6322G。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述信号处理模块设置为嵌入式ARM***。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述检测装置还包括数据存储模块，所述信号处理模块与数据存储模块信号连接，所述数据存储模块配置用于接收信号处理模块发送的数据，以对其进行离线分析。
本发明的有益效果：本申请提供一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，将实验对象头部的预设区域设为检测区域将安装组件固定在对应预设区域的位置，安装组件采用可便携安装的方式安装在实验对象的预设区域。安装组件固定后通过激光发射模块向预设区域发射激光在预设区域形成散斑，再分别通过图像采集模块及电信号采集模块采集实验对象在清醒且可活动的情况下的脑皮层血流图像和脑电信号，从而可真实分析实验对象在清醒且可活动情况下的神经血管耦合关系，检测装置简单、安装方便、检测数据更加真实准确。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的结构示意图；
图中所述文字标注表示为：1、图像采集模块；2、激光发射模块；3、信号处理模块；4、电源模块；5、电信号采集模块；6、实验对象；7、固定壳体；8、身体背包；9、超声换能器；10、准直器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括图像采集模块1、激光发射模块2、信号处理模块3、电源模块4、电信号采集模块5及安装组件；所述电源模块4用于对信号处理模块3供电，所述信号处理模块3分别与图像采集模块1及电信号采集模块5信号连接；所述安装组件安装在实验对象6的头部，所述激光发射模块2倾斜照射在实验对象6的头部在实验对象6的头部形成散斑；所述图像采集模块1通过安装组件设置在实验对象6头部的上方垂直采集试验对象对应散斑部位的脑皮层血流图像，并将所述脑皮层血流图像发送至信号处理模块3；所述电信号采集模块5设于实验对象6头部，配置用于采集实验对象6脑电信号并将其发送至信号处理模块3；所述信号处理模块3配置用于将接收的脑皮层血流图像和脑电信号进行分析得出两者之间的耦合关系。
本实施例中，安装组件方便通过绑带等形式穿戴在实验对象6上，本实施例中的实验对象6采用试验室常用的大白鼠进行检测。由于安装组件通过简单的连接结构穿戴在实验对象6上，并通过将光发射模块、信号处理模块3、电源模块4、电信号采集模块5分别安装在安装组件上，因此将安装组件穿戴在实验对象6后相当于将整套检测装置连接在实验对象6上。安装组件穿戴在实验对象6后，检测过程的数据采集过程不影响实验对象6的活动，因为本检测装置检测时可在实验对象6清醒而且可活动的状态下进行，而不同于现有技术中只能将实验对象6麻醉后将其固定在大白鼠定位仪上，因此通过本检测装置进行的检测数据更真实地反映实验对象6的真实情况下的数据，因此应用本装置进行检测获得的检测结果更真实准确，更加真实地反映同一时刻下实验对象6脑皮层血流图像和脑电信号之间的关系。本实施例中，图像采集模块1为了较好地获取实验对象6在散斑部位的图像，将图像采集模块1设置在对应实验对象6的散斑部位的正上方，也即图像采集模块1垂直采集实验对象6在散斑部位的图像，因此由于图像采集模块1的位置占用，只能将激光发射模块2布置使得其发出的激光倾斜照射在实验对象的头部。
在一优选实施例中，所述安装组件包括固定壳体7及身体背包8；所述实验对象的头部的第一设定范围设为实验区域，所述实验区域内的第二设定范围设为信号获取区域；所述固定壳体固定在实验区域的颅骨上，所述激光发射模块发射的激光倾斜打在信号获取区域的脑皮层上并在其表面形成散斑，图像采集模块固定在固定壳体的顶端以获取散斑对应区域的脑皮层血流图像；所述电信号采集模块设于所述信号获取区域内以获取该区域内脑皮层的脑电信号；所述信号处理模块及电源模块设置在身体背包内，所述身体背包固定在实验对象身体上。
本优选实施例中，在实验对象的头部的第一设定范围设为实验区域，在实验区域内的第二设定范围设为信号获取区域，例如在大白鼠的头部选定直径为6mm的圆形区域作为实验区域，将该实验区域的头皮、硬脑膜剥离裸露出实验区域的颅骨，将固定壳体7抵接在实验区域颅骨表面，在实验区域内选取3mm圆形范围作为信号获取区域，将信号获取区域的颅骨剥离露出该范围的脑皮层即脑组织，使得激光发射模块2发生的激光倾斜打在信号获取区域的脑皮层上并在其上形成散斑。当散斑形成后图像采集模块1及电信号采集模块5同步对信号获取区域的脑皮层进行数据采集：图像采集模块1获取信号获取区域的脑皮层上的脑皮层血流图像；电信号采集模块5设置在信号活动区域的脑皮层上获取该区域的脑电信号。
本优选实施例中将身体背包8穿戴在实验对象6的背部以不影响其正常活动。
在一优选实施例中，所述检测装置还包括与电源模块电连接的超声刺激模块，所述超声刺激模块安装在实验对象的头部以对其产生超声刺激，当超声刺激模块使能时，图像采集模块及电信号采集模块可分别采集实验对象在超声刺激下的脑皮层血流图像及脑电信号，并分别将其传送至信号处理模块。
本优选实施例中，设置了超声刺激模块使得本实施例的检测装置除了具备可对实验对象6在正常活动情况下的数据进行数据采集的功能外，还可对实验对象6进行超声刺激以检测实验对象6在受到超声刺激下的脑皮层血流图像及脑电信号，以更加全面地进行检测分析，也即可对比实验对象6在正常活动情况下以及受到超声刺激的情况下的脑皮层血流图像的对比以及脑电信号的对比。
在上述优选实施例的一优选实施方式中，所述超声刺激模块包括超声换能器9及准直器10，所述超声换能器9与准直器10固定连接，所述准直器10远离超声换能器9的一端与实验区域的颅骨表面接触。
本优选实施方式中，超声换能器9使能发出超声波并通过准直器10准确刺激到实验对象6的脑皮层区域。通过准直器10的引导可以准确刺激实验对象6的特定脑区。准直器10是一种将声波输出限定在一定范围内的装置，可以使超声波有针对性地刺激实验对象6目标脑区，从而排除不必要的干扰。准直器10内部填满超声耦合剂，可以很好地把超声传导到实验对象6的颅骨。
优选地，图像采集模块1选用CMOS相机；所述激光发射模块2设置为激光二极管，且所述激光二极管型号选用HL6322G；所述信号处理模块3选用嵌入式ARM***。
在一优选实施方式中，所述检测装置还包括数据存储模块，所述信号处理模块3与数据存储模块信号连接，所述数据存储模块配置用于接收信号处理模块3发送的数据，以对其进行离线分析。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，包括图像采集模块(1)、激光发射模块(2)、信号处理模块(3)、电源模块(4)、电信号采集模块(5)及安装组件；所述电源模块与信号处理模块电连接，所述信号处理模块分别与图像采集模块及电信号采集模块信号连接；
所述安装组件安装在实验对象(6)的头部，所述图像采集模块通过安装组件设置在实验对象头部的上方，配置用于采集试验对象对应散斑部位的脑皮层血流图像并将其发送至信号处理模块；
所述激光发射模块发射的激光倾斜照射在实验对象的头部并在其上形成散斑；
所述电信号采集模块设于实验对象头部，配置用于采集实验对象对应散斑部位的脑电信号并将其发送至信号处理模块；
所述信号处理模块配置用于将接收的脑皮层血流图像和脑电信号进行分析得出两者之间的耦合关系。
2.根据权利要求1所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述安装组件包括固定壳体(7)及身体背包(8)；
所述实验对象的头部的第一设定范围设为实验区域，所述实验区域内的第二设定范围设为信号获取区域；所述固定壳体固定在实验区域的颅骨上，所述激光发射模块发射的激光倾斜打在信号获取区域的脑皮层上并在其表面形成散斑，图像采集模块固定在固定壳体的顶端以获取散斑对应区域的脑皮层血流图像；所述电信号采集模块设于所述信号获取区域内以获取该区域内脑皮层的脑电信号；
所述信号处理模块及电源模块设置在身体背包内，所述身体背包固定在实验对象身体上。
3.根据权利要求2所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括与电源模块电连接的超声刺激模块，所述超声刺激模块安装在实验对象的头部以对其产生超声刺激，当超声刺激模块使能时，图像采集模块及电信号采集模块可分别采集实验对象在超声刺激下的脑皮层血流图像及脑电信号，并分别将其传送至信号处理模块。
4.根据权利要求3所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述超声刺激模块包括超声换能器及准直器，所述超声换能器(9)与准直器(10)固定连接，所述准直器远离超声换能器的一端与实验区域的颅骨表面接触。
5.根据权利要求2或4所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述图像采集模块设置为CMOS相机。
6.根据权利要求5所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述激光发射模块设置为激光二极管。
7.根据权利要求6所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述激光二极管型号设置为HL6322G。
8.根据权利要求1所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述信号处理模块设置为嵌入式ARM***。
9.根据权利要求1所述的用于清醒动物的便携式神经血管耦合检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括数据存储模块，所述信号处理模块与数据存储模块信号连接，所述数据存储模块配置用于接收信号处理模块发送的数据，以对其进行离线分析。
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