一种超声深部脑刺激方法及系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明是关于超声脑刺激技术，特别是关于一种超声深部脑刺激方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着社会老龄化和日渐加深的心理压力等因素的影响，世界范围内包括帕金森病、肌张力失常、强迫症、抑郁症、癫痫等神经精神疾病患者的数量急剧增加，目前全球患者已逾五亿六千万。德国的科学家报道了电刺激下犬的大脑皮层可引发特定的躯体反应。这一重大发现，在此后的一个世纪催生了大脑电刺激、磁刺激、神经植入等系列干预技术，极大促进了人们对脑皮层功能定位的认识和脑疾病研宄仪器的研发，并开启了情感、记忆、认知等脑功能调控和心理、精神疾病干预治疗的新篇章。
[0003]神经系统是机体内起主导作用的系统。中枢神经系统介导情绪、注意、学习、记忆等高级功能的产生，参与感觉的产生以及随意运动的发起。神经元是神经系统发挥多种功能的功能单位，神经元之间通过突触形成网络，彼此联络，传递信息，形成感觉、运动等系统，每个系统又可分为若干子系统，如感觉中的视觉、嗅觉、听觉、味觉及体表触觉等，其功能的实施依赖于不同类型、处于神经系统不同部位细胞之间精准联系而形成的神经环路。神经环路是联系分子细胞功能与整体行为功能之间的桥梁，特定功能神经环路的研宄有利于理解神经环路的形成与修饰，信息编码、加工与处理，以及其与行为间关系，从而可更深层次了解脑的工作原理。
[0004]神经调控是研宄神经环路的一种有效手段，脑深部电刺激(De印brainstimulat1n, DBS)，亦称“脑起搏器”，是一种神经系统疾病外科与电子技术相结合的新疗法，采用立体定向手术，将微电极植入患者的脑内靶点，通过可控的电刺激抑制靶点细胞的异常功能，达到有效干预疾病的目的(参见中国专利CN 102470247 A，CN 102762253 A4】)。该技术是目前唯一能够与大脑深部直接接触并干预大脑活动、治疗大脑疾病的技术手段，自1987年首次被用于震颤的控制以来，全世界共有超过10万名患者植入了 DBS装置，为众多难治性的脑疾病如抑郁症、帕金森病、难治性癫痫、肌张力失调、顽固性疼痛等提供了一种有效的新型干预方法【Halpem CH, Samadani U, Litt B, et al.Deep brain stimulat1nfor epilepsy.Neurotherapeutics, 2008, 5(I):59-67.】。
[0005]经颜直流电刺激(transcranialdirect current stimulat1in, tDCS)和经卢页磁刺激(transcranial magnetic stimulat1n, TMS)等技术是无痛无创的检测和治疗技术。前者经由两个盐水浸湿的头皮贴附电极片向颅内特定区域输入恒定电流，改变大脑表面神经元膜电位的去极化或超极化方向，从而改变自发神经活动的皮质兴奋性【CN 202538169U】。TMS由放置于头皮上的磁性线圈产生的瞬时、高伏脉冲产生一个垂直于线圈平面的磁场域，几乎无衰减地通过头皮和颅骨，到达大脑的深部组织并产生感应电流，使神经细胞去极化并产生诱发电位。通过单脉冲、双脉冲和重复经颅磁刺激等模式，调控神经细胞的兴奋或抑制特性，从而调节皮层的功能(参见中国专利CN 102462892A及美国专利US6827681B2 以及 Kirton A, Chen R, Friefeld S, Gunraj C，Pontigon A-M, et al.(2008)Contrales1nal repetitive transcranial magnetic stimulat1n for chronichemiparesis in subcortical paediatric stroke:a randomised trial.The LancetNeurology 7:507-513.)。两种技术均用于评价神经电生理传导通路，以及抑郁症、癫痫、中风、精神分裂症、自闭症等疾病的神经康复治疗。
[0006]微量药物泵技术(Drug Delivery Pump)通过在精确位置植入泵装置直接给药的手段来实现神经调控(参见美国专利US 6609030B1)。由于药物直接作用到局部，有效减少了用药剂量，减少了副作用。长期通过植入泵鞘内使用巴氯芬已经成为治疗难治性脊髓或者大脑起源的痉挛的基本方法。光感基因神经调控(Optogenetics)是探索神经环路的有力工具(参见中国专利CN 102283145A及美国专利US 20140142664 Al)。其基本原理是将视蛋白基因加上特异启动子通过病毒转染导入特定的神经元类群，并通过不同参数的光刺激，来改变该神经元的生理活动，从而实现所属神经通路的调控。
[0007]经颅超声神经调控是近年来出现的无创性脑刺激新技术，通过不同的强度、频率、脉冲重复频率、脉冲宽度、持续时间使刺激部位的中枢神经产生刺激或抑制效应，对神经功能产生双向调节的可逆性变化(参见美国专利US20130197401，US20110092800)。最近，亚利桑那州立大学小组通过小鼠脑海马片实验证明了低频低压超声波诱发神经调控，而且也提出可能的调控机制，即超声波影响电压门控的钠离子和钙离子通道【Tyler WJ, TufailY, Finsterwald M, Tauchmann ML, Olson EJ, et al.(2008)Remote excitat1n of neuronalcircuits using low-1ntensity, low-frequency ultrasound.PLoS One 3:e3511.】。后来，该小组首次通过活体动物实验证明了利用低频低压超声波实现神经调控【TufailY, Matyushov A, Baldwin N, Tauchmann ML, Georges J, et al.(2010)Transcranial pulsedultrasound stimulates intact brain circuits.Neuron 66:681-694.]。弗吉尼亚理工大学Caril1n研宄所的Legon Wynn等将低频低压超声波直接作用于脑部特定区域，能增强人们对触觉的分辨能力。这项发现第一次证明了低强度、经颅聚焦超声波能调节人类脑活动，提高觉察能力【Legon W，Sato TF, Opitz A, Mueller J, Barbour A, et al.(2014)Transcranial focused ultrasound modulates the activity of primary somatosensorycortex in humans.Nature neuroscience 17:322- 329.】。
[0008]尽管上述脑刺激和神经调控技术的临床或科学实验效果已得到肯定，但其作用机制尚不清楚。目前认为脑刺激改变了电压门控通道的活性，神经递质耗竭，从而阻碍了突触信息的传递，阻抑了电极周围的神经信号输出，对所刺激的核团产生了功能性损毁效应；刺激作用于与电极周围神经元有突触联系的轴突终末，间接调节神经信号的输出，进而改变了病理性神经网络功能。
[0009]上述各种脑刺激装置仍存在多方面的局限性和技术挑战。例如，DBS是有创技术，装置和手术费用昂贵，存在一定的手术并发症、靶点耐受、排斥反应等风险，供电电池寿命为4-5年，电池耗尽后必须再次手术更换电池或者内部刺激器，给使用者造成更大的痛苦和经济负担，在很大程度上限制了 DBS的普及。无创的tDCS和TMS技术外对操作者和实验条件要求较高，结果受治疗频率、刺激部位、刺激持续的时间、病情严重程度、药物治疗情况等因素影响，疗效评价尚有争议。光感基因神经调控存在局限性，如采用宽场刺激模式，虽可激活或抑制神经元，但它会把整个动物样品或整个神经环路激活，无法实现特定细胞或一群细胞选择性光刺激激活；如采用基于扫描镜、声光偏转器、发光二极管阵列、空间光调制器、液晶或微反射镜技术，虽可实现高时空分辨率的刺激激活细胞，但通常必须结合倒置或正置荧光显微镜上，只适用于培养细胞、脑切片的光刺激激活，存在光刺激范围小，不适合研宄大的神经网络和调控活体动物的行为活动。这些限制了光感基因神经调控技术在神经环路研宄中的应用。此外，上述装置与MRI的兼容性问题尚未妥善解决。
[0010]经颅超声神经调控技术利用低频低压超声波实现了脑神经调控作用，但目前的超声调控装置简单，单点调控，而且目前超声神经调控的机制还不明确。
【发明内容】
[0011]本发明提供一种超声深部脑刺激方法及装置，以无创穿过颅骨进入深脑区域，获得发射穿颅聚焦超声所需要的最优超声发射序列。
[0012]为了实现上述目的，本发明提供一种超声深部脑刺激方法，所述的超声深部脑刺激方法包括:
[0013]对动物或人的头部进行医学成像，生成图像数据；
[0014]根据所述图像数据建立头部三维数字模型；
[0015]根据超声换能器阵列的结构、密度及声学参数信息建立超声换能器阵列的三维数字模型；
[0016]根据所述头部三维数字模型，所述超声换能器阵列的三维数字模型，颅骨和脑组织的结构、密度及声学参数，所述超声换能器阵列的结构、密度及声学参数生成第一超声发射序列；
[0017]控制所述超声换能器阵列按照所述第一超声发射序列发射超声波，对待刺激的脑部神经核团实施超声神脑刺激。
[0018]在一实施例中，所述的超声深部脑刺激方法还包括:选择一个或多个待刺激的脑部神经核团的位置，并在所述头部三维数字模型对所述待刺激的脑部神经核团的位置进行定位。
[0019]在一实施例中，根据所述头部三维数字模型，所述超声换能器阵列的三维数字模型，颅骨和脑组织的结构、密度及声学参数，所述超声换能器阵列的结构、密度及声学参数生成第一超声发射序列，包括:
[0020]在需要聚焦的一个或多个位置放置虚拟声源，并仿真所述虚拟声源所发出的超声波在所述头部三维数字模型中的传播状态；
[0021]当所述超声波传播到所述超声换能器阵列所处的虚拟空间位置时，仿真所述超声换能器阵列的电压信号；
[0022]对所述电压信号进行时间反演，生成第一时间反演信号，作为所述第一超声发射序列。
[0023]在一实施例中，当所述超声波传播到所述超声换能器阵列所处的虚拟空间位置时，仿真所述超声换能器阵列的电压信号，包括:
[0024]仿真所述超声波在超声换能器阵列表面的声强信号和声压信号，根据所述声强信号和声压信号以及所述超声换能器阵列的压电转换参数仿真