CN222900035U - 多通道相控聚焦超声刺激器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，包括主控板、换能器和换能器识别电路；换能器的数量为两个以上，主控板与换能器电连接设置，换能器识别电路与换能器电连接设置，换能器识别电路与主控板电连接设置；主控板包括：主控电路、DDS电路和调节电路单元；主控电路与DDS电路电连接设置，DDS电路与调节电路单元电连接设置，调节电路单元与换能器电连接设置；DDS电路与换能器一一对应电连接设置，调节电路单元与换能器一一对应电连接设置；换能器包括振元，每个换能器的内部的振元的数量为多个；振元与调节电路单元对应电连接设置。

Description

多通道相控聚焦超声刺激器

技术领域

本申请涉及神经调控技术领域，尤其涉及一种多通道相控聚焦超声刺激器。

背景技术

低强度经颅聚焦超声(LIFU)是一种非侵入性的神经调节技术，旨在通过将聚焦超声波束传递到大脑中的小目标区域来调节神经活动。LIFU具有更好的空间分辨率，并且能够到达脑深部区域，这使得它有望比现有的非侵入性刺激技术更具吸引力。LIFU的应用前景广阔，例如癫痫、帕金森、抑郁症等神经或精神疾病的治疗，打开血脑屏障进行药物输送，和脑功能的研究。LIFU可以很容易地与神经成像方式相结合，如功能性磁共振成像(FMRI)和脑电图(EEG)，而不会干扰记录，因为它应用的是声波而不是电场或磁场。

目前市面上在给人体进行神经调控的应用中主要是使用单通道的换能器。这种技术方案不能进行多靶点刺激，要实现多靶点干预需要多台设备，成本昂贵，灵活性差。虽然在给动物使用的设备中有双通道的技术，但是它不适用于对人的治疗干预，而且其采用定焦的换能器不能调节刺激深度。因此，现有的单通道低强度经颅聚焦超声设备的综合性能还有待提升。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提出了一种多通道相控聚焦超声刺激器，来解决上述问题。

根据本申请的一方面，提供了一种多通道相控聚焦超声刺激器，包括主控板、换能器和换能器识别电路；所述换能器的数量为两个以上，所述主控板与所述换能器电连接设置，所述换能器识别电路与所述换能器电连接设置，所述换能器识别电路与所述主控板电连接设置；

所述主控板包括：主控电路、DDS电路和调节电路单元；所述主控电路与所述DDS电路电连接设置，所述DDS电路与所述调节电路单元电连接设置，所述调节电路单元与所述换能器电连接设置；

所述DDS电路与所述换能器一一对应电连接设置，所述调节电路单元与所述换能器一一对应电连接设置；

所述换能器包括振元，每个所述换能器的内部的所述振元的数量为多个；所述振元与所述调节电路单元对应电连接设置。

在一种可能的实现方式中，所述调节电路单元包括：波形调整及放大电路、功率放大电路和阻抗匹配电路；所述波形调整及放大电路、所述功率放大电路、所述阻抗匹配电路与所述振元的数量相匹配；所述波形调整及放大电路与所述DDS电路电连接设置，所述波形调整及放大电路与所述功率放大电路电连接设置，所述功率放大电路与所述阻抗匹配电路电连接设置，所述阻抗匹配电路与所述振元电连接设置。

在一种可能的实现方式中，所述调节电路单元还包括：滤波电路；所述滤波电路的数量与所述振元的数量相匹配，所述滤波电路与所述波形调整及放大电路一一对应电连接设置，所述滤波电路与所述功率放大电路一一对应电连接设置，所述功率放大电路与所述阻抗匹配电路一一对应电连接设置，所述阻抗匹配电路与所述振元一一对应电连接设置。

在一种可能的实现方式中，所述DDS电路的输出端电连接至所述波形调整及放大电路的输入端，所述波形调整及放大电路的输出端电连接至所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端电连接至所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端电连接至所述阻抗匹配电路的输入端，所述阻抗匹配电路的输出端电连接至所述振元的输入端。

在一种可能的实现方式中，还包括：驱动信号检测电路；所述阻抗匹配电路的输出端与所述驱动信号检测电路的输入端一一对应电连接设置，所述驱动信号检测电路的输出端电连接至所述主控电路。

在一种可能的实现方式中，所述阻抗匹配电路包括：第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和电阻；所述第一电容的一端通过所述第一电感电连接至所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端电连接至所述第二电容的另一端；

所述第二电容的一端通过所述第二电感电连接至所述电阻的一端，所述第二电容的另一端电连接至所述电阻的另一端。

在一种可能的实现方式中，所述换能器的输出端电连接至所述换能器识别电路的输入端，所述换能器识别电路的输出端电连接至所述主控电路的输入端。

在一种可能的实现方式中，所述换能器的数量为两个，两个所述换能器内部的所述振元的数量均为四个。

在一种可能的实现方式中，所述主控板还包括：时钟电路和通信电路；所述时钟电路与所述主控电路电连接设置；所述通信电路与所述主控电路电连接设置，其中，所述通信电路具有RS232、RS485和网口。

在一种可能的实现方式中，还包括：显示屏；所述显示屏与所述主控电路电连接设置，所述显示屏的类型是触摸显示屏。

在一种可能的实现方式中，所述主控电路包括：MCU单元和FPGA单元；

所述MCU单元与所述FPGA单元双向电连接设置，所述FPGA单元与所述DDS电路双向电连接设置。

本申请的有益效果：

本实施例提出的多通道相控聚焦超声刺激器，相比于以往技术，频率和相位调制更加灵活准确，产生的焦点更加准确。更换探头后可以自动识别，方便智能。本申请提供的多通道相控聚焦超声刺激器通过设置两个及以上的换能器，使得本申请的多通道相控聚焦超声刺激器能够使得一个设备可以独立输出两种波形。再通过换能器识别电路向主控电路输入反馈信号，使得主控电路能够以恰当的阻抗分别控制换能器内的振元，因此，本申请的多通道相控聚焦超声刺激器具有低强度经颅超声刺激的功能。且使得本申请的多通道相控聚焦超声刺激器在采用相控阵技术时，焦距、焦斑大小以及强度均可独立调节。为临床治疗干预提供了多种治疗参数的选择。且主机可以独立使用也可联合电脑。多通道同时刺激，进行多靶点治疗调控，低强度刺激且安全性相对较高。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。

图1示出本申请实施例的多通道相控聚焦超声刺激器的原理示意图；

图2示出本申请实施例的阻抗匹配电路的电路图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

如图1和图2所示，该多通道相控聚焦超声刺激器，包括主控板100、换能器200和换能器识别电路300；换能器200的数量为两个以上，主控板100与换能器200电连接设置，换能器识别电路300与换能器200电连接设置，换能器识别电路300与主控板100电连接设置；主控板100包括：主控电路110、DDS电路120和调节电路单元；主控电路110与DDS电路120电连接设置，DDS电路120与调节电路单元电连接设置，调节电路单元与换能器200电连接设置；DDS电路120与换能器200一一对应电连接设置，调节电路单元与换能器200一一对应电连接设置；换能器200包括振元210，每个换能器200的内部的振元210的数量为多个；振元210间隔设置在换能器200的内部；振元210与调节电路单元对应电连接设置。

本实施例提出的多通道相控聚焦超声刺激器，相比于以往技术，频率和相位调制更加灵活准确，产生的焦点更加准确。更换探头后可以自动识别，方便智能。本申请提供的多通道相控聚焦超声刺激器具有低强度经颅超声刺激功能，通过采用多通道使得一个设备可以独立输出两种波形。采用相控阵技术，焦距、焦斑大小以及强度均可独立调节。为临床治疗干预提供了多种治疗参数的选择。且主机可以独立使用也可联合电脑。多通道同时刺激，进行多靶点治疗调控，低强度刺激且安全性相对较高。具体地，通过DDS电路120产生驱动信号，焦点距离控制更精确。通过相控技术结合不同的换能器200可实现皮层和皮下不同深度脑组织的刺激调控。其次设置多通道设计，实现多靶点同时刺激。主机可以单独进行刺激设置，也可以选配PC机控制主机进行刺激设置。低强度刺激在满足神经调控的前提下保证了使用的安全性。还需要说明的是，DDS电路120产生200kHz～1300kHz的光滑正弦波信号；八路同频，支持任意相位差的上述正弦波信号设置，精确控制焦点位置；每通道均设计有对应的射频放大单元，支持正弦波幅度线性调整；支持刺激周期设置，支持每个周期时长、正弦波信号持续时间及间断时间设置；每通道均设计有高低通滤波器，滤波器的上下截至频率可根据换能器200探头的类型，自动调整。自动识别探头型号。进一步需要说明的是，DDS电路120是直接数字合成技术。

此处，需要说明的是，本申请的多通道相控聚焦超声刺激器中的通道数量指的是探头的数量，文中的CH1-CH8是振元通道。

在其中一个具体的实施例中，调节电路单元包括：波形调整及放大电路131、功率放大电路132和阻抗匹配电路133；波形调整及放大电路131的数量、功率放大电路132的数量和阻抗匹配电路133的数量均与所述振元的数量相匹配。波形调整及放大电路131与DDS电路120电连接设置，波形调整及放大电路131与与功率放大电路132电连接设置，功率放大电路132与阻抗匹配电路133电连接设置，阻抗匹配电路133与振元210电连接设置。

在其中一个具体的实施例中，调节电路单元还包括：滤波电路134；滤波电路134的数量与所述振元的数量相匹配；滤波电路134与波形调整及放大电路131一一对应电连接设置，滤波电路134与功率放大电路132一一对应电连接设置，功率放大电路132与阻抗匹配电路133一一对应电连接设置，阻抗匹配电路133与振元210一一对应电连接设置。在此实施例中，需要说明的是，每通道各有一个波形调整及放大电路131，波形调整及放大电路131主要由可变增益放大器、运算放大器及外围电路组成。波形调整及放大电路131主要将DDS输出的差分正弦波信号转换为单端模式并进行程控线性放大。还需要说明的是，功率放大电路132功率放大电路132主要由驱动放大器、数字电位器及其他外围元件组成。数字电位器程控精密调节功率放大电路132的输出功率。

在其中一个具体的实施例中，DDS电路120的输出端电连接至波形调整及放大电路131的输入端，波形调整及放大电路131的输出端电连接至滤波电路134的输入端，滤波电路134的输出端电连接至功率放大电路132的输入端，功率放大电路132的输出端电连接至阻抗匹配电路133的输入端，阻抗匹配电路133的输出端电连接至振元210的输入端。在此实施例中，需要说明的是，DDS电路120的主要功能：在主控单元控制下，产生驱动换能器200所需的正弦波信号。

在其中一个具体的实施例中，还包括：驱动信号检测电路400；阻抗匹配电路133的输出端与驱动信号检测电路300的输入端一一对应电连接设置，驱动信号检测电路300的输出端电连接至主控电路110。

在其中一个具体的实施例中，阻抗匹配电路133包括：第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和电阻；第一电容CI的一端通过第一电感L1电连接至第二电容C2的一端，第一电容CI的另一端电连接至第二电容C2的另一端；第二电容C2的一端通过第二电感L2电连接至电阻R1的一端，第二电容C2的另一端电连接至电阻R1的另一端。在此实施例中，需要说明的是，阻抗匹配电路133如下图2所示，阻抗匹配电路133中第一电容CI、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2设计为可调，以灵活适配不同的换能器200。

在其中一个具体的实施例中，换能器200的输出端电连接至换能器识别电路300的输入端，换能器识别电路300的输出端电连接至主控电路110的输入端。

在其中一个具体的实施例中，换能器200的数量为两个，两个换能器200内部的振元210的数量均为四个。在此实施例中，需要说明的是，波形调整及放大电路131、功率放大电路132、阻抗匹配电路133和滤波电路134的数量均为八个。还需要说明的是，换能器200设置有四个振元210，能够适用于较多种类的换能器200探头，能够四路相控的作用深度的范围更广，更加满足医疗需求。具体的，本申请采用的硬件系统由主机、2个换能器200组成，该硬件系统支持与PC机进行交互。支持换能器200探头种类有：(1)200～140kHz，作用深度20～60mm，使用2路相控；(2)150～300kHz，作用深度32～72mm，使用4路相控；(3)900～1140kHz，作用深度32～72mm，使用4路相控；(4)2000～1300kHz，作用深度9.5～16.5mm，使用4路相控。还需要说明的是，本申请的两个换能器，其中一个换能器200内的四个振元210，且CH1振元通道、CH2振元通道、CH3振元通道和CH4振元通道对应电连接至换能器识别电路；该换能器200与对应设置的驱动信号检测电路400之间具有CH1振元通道、CH2振元通道、CH3振元通道和CH4振元通道，该换能器200与对应设置的DDS电路120之间具有CH1振元通道、CH2振元通道、CH3振元通道和CH4振元通道。另一个换能器200内的四个振元210分别传输CH5振元通道、CH6振元通道、CH7振元通道和CH8振元通道，且该换能器200与换能器识别电路300之间具有CH5振元通道、CH6振元通道、CH7振元通道和CH8振元通道，该换能器200与对应设置的驱动信号检测电路400之间具有CH5振元通道、CH6振元通道、CH7振元通道和CH8振元通道，该换能器200与对应设置的DDS电路120之间具有CH5振元通道、CH6振元通道、CH7振元通道和CH8振元通道。

在其中一个具体的实施例中，主控板100还包括：时钟电路140和通信电路150；时钟电路140与主控电路110电连接设置；通信电路150与主控电路110电连接设置，其中，通信电路150具有RS232、RS485和网口。

在其中一个具体的实施例中，还包括：显示屏500；显示屏500与主控电路110电连接设置，显示屏500的类型是触摸显示屏500。在此实施例中，需要说明的是，5寸触摸屏交互设计，频率、焦点、时间等参数设置及显示；支持与PC机通信，可通过PC机进行频率、焦点、时间等参数设置及显示。多通道设计，两个换能器200可以独立输出两种波形。

综上需要说明的是，主控电路110包括：MCU单元111和FPGA单元112；MCU单元111与FPGA单元112双向电连接设置，FPGA单元112与DDS电路120双向电连接设置。在此实施例中，需要说明的是，MCU的主要功能：完成开机初始化工作，使主机各功能单元工作在初始设置状态或使用者已配置的状态。其次MCU单元111与触摸屏或PC机进行交互，接收参数设置信息，并对FPGA、功率放大电路132进行参数设置。进而MCU单元111自动识别换能器200类型，并对FPGA、功率放大器、高低通滤波器的上下限截至频率进行配置。还需要说明的是，FPGA的主要功能：接收来自MCU的参数设置信息，控制DDS输出频率符合要求的相控正弦波信号。其次，FPGA单元112通过各通道的驱动信号反馈电路接受相应通道的驱动信号，通过内部的PLL电路，控制输出信号相位，从而使驱动端信号和输出信号同相。

还需要说明的是，还包括电源单元，其中电源电路包含驱动电源电路610、数字电源电路620、模拟电源电路630。驱动电源电路610为系统总电源，向数字电源电路620、模拟电源电路630及高压运算放大器提供电源。数字电源电路620向MCU、FPGA、DDS等数字电路部分提供电源，数字电源电路620的输出电压优选为1.2V，1.8V，2.5V，3.3V。模拟电源电路630为DDS模拟电路部分，各通道程控运算放大电路，模拟开关、高低通滤波器、驱动信号反馈电路等系统模拟电路提供电源，模拟电源电路630的输出电压为5V，±12V。

需要说明的是，尽管以本申请作为示例介绍了多通道相控聚焦超声刺激器如上，但本领域技术人员能够理解，本申请应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定参数，只要合理即可。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，包括主控板、换能器和换能器识别电路；所述换能器的数量为两个以上，所述主控板与所述换能器电连接设置，所述换能器识别电路与所述换能器电连接设置，所述换能器识别电路与所述主控板电连接设置；

所述主控板包括：主控电路、DDS电路和调节电路单元；所述主控电路与所述DDS电路电连接设置，所述DDS电路与所述调节电路单元电连接设置，所述调节电路单元与所述换能器电连接设置；

所述DDS电路与所述换能器一一对应电连接设置，所述调节电路单元与所述换能器一一对应电连接设置；

所述换能器包括振元，每个所述换能器的内部的所述振元的数量为多个；所述振元与所述调节电路单元对应电连接设置。

2.根据权利要求1所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述调节电路单元包括：波形调整及放大电路、功率放大电路和阻抗匹配电路；

所述波形调整及放大电路、所述功率放大电路和所述阻抗匹配电路均与所述振元的数量相匹配；

所述波形调整及放大电路与所述DDS电路电连接设置，所述波形调整及放大电路与所述功率放大电路电连接设置，所述功率放大电路与所述阻抗匹配电路电连接设置，所述阻抗匹配电路与所述振元电连接设置。

3.根据权利要求2所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述调节电路单元还包括：滤波电路；所述滤波电路与所述振元的数量相匹配；

所述滤波电路与所述波形调整及放大电路一一对应电连接设置，所述滤波电路与所述功率放大电路一一对应电连接设置，所述功率放大电路与所述阻抗匹配电路一一对应电连接设置，所述阻抗匹配电路与所述振元一一对应电连接设置。

4.根据权利要求3所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述DDS电路的输出端电连接至所述波形调整及放大电路的输入端，所述波形调整及放大电路的输出端电连接至所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端电连接至所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端电连接至所述阻抗匹配电路的输入端，所述阻抗匹配电路的输出端电连接至所述振元的输入端。

5.根据权利要求2所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，还包括：驱动信号检测电路；所述阻抗匹配电路的输出端与所述驱动信号检测电路的输入端一一对应电连接设置，所述驱动信号检测电路的输出端电连接至所述主控电路。

6.根据权利要求2所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括：第一电容、第二电容、第一电感、第二电感和电阻；

所述第一电容的一端通过所述第一电感电连接至所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端电连接至所述第二电容的另一端；

所述第二电容的一端通过所述第二电感电连接至所述电阻的一端，所述第二电容的另一端电连接至所述电阻的另一端。

7.根据权利要求1所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述换能器的输出端电连接至所述换能器识别电路的输入端，所述换能器识别电路的输出端电连接至所述主控电路的输入端。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述换能器的数量为两个，两个所述换能器内部的所述振元的数量均为四个。

9.根据权利要求7所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，所述主控板还包括：时钟电路和通信电路；所述时钟电路与所述主控电路电连接设置；所述通信电路与所述主控电路电连接设置，其中，所述通信电路具有RS232、RS485和网口。

10.根据权利要求7所述的多通道相控聚焦超声刺激器，其特征在于，还包括：显示屏；所述显示屏与所述主控电路电连接设置，所述显示屏的类型是触摸显示屏。