一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及腦部病變區(qū)域定位領域，具體提供了一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)，包括：用于介入腦組織的柔性導管，柔性導管內(nèi)設置有超聲探頭和/或光探測器，其中，超聲探頭用于向腦組織發(fā)射超聲波信號并接收腦組織反射的超聲波信號，光探測器用于向腦組織發(fā)射光信號，并接收腦組織反射的光信號；處理器，用于根據(jù)超聲探頭接收的腦組織反射的超聲波信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，和/或，根據(jù)光探測器接收的腦組織反射和/或散射的光信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，以對腦部病變區(qū)域進行定位。本發(fā)明只需在患者腦部微創(chuàng)打孔，即可利用超聲波信號對腦部病變區(qū)域進行精確定位，并大大降低臨床風險和對患者的身體傷害。
【專利說明】
一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及腦部病變區(qū)域定位領域，具體涉及一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]腦部疾病是指顱內(nèi)組織器官的炎癥、血管病、腫瘤、變性、畸形、遺傳病等的總稱，其常表現(xiàn)意識、感覺、運動等障礙或植物精神功能障礙等癥狀，目前腦部疾病已經(jīng)成為人類或動物的常見疾病，嚴重影響患者的正常生活和學習，多數(shù)腦部疾病嚴重時直接危及生命。因此，關于腦部疾病的研究已經(jīng)成為整個醫(yī)學界的研究重點。
[0003]腦部疾病中大部分疾病都能夠引起神經(jīng)電、血管流動力學變化，涉及到神經(jīng)血管偶聯(lián)機制，比如:腦腫瘤、癲癇病、帕金森等大腦功能障礙性疾病。
[0004]在上述腦部疾病進行治療的過程中，需要先確定出腦部發(fā)生病變的區(qū)域，這樣才能夠針對該病變區(qū)域進行針對性治療。目前，對腦部病變區(qū)域的定位通常采用立體定向腦電圖技術(stereotactic electroencephalography，簡稱為SEEG)，它是通過立體定向技術植入腦深部電極，通過深部電極的記錄和監(jiān)測，進行癲癇的術前研究，其目的是研究病變的發(fā)作時間和空間演變過程，將立體定向-電極-腦電圖技術有機結(jié)合起來，形成腦部的空間三維立體網(wǎng)絡，更好地診斷和治療疾病。優(yōu)點有:可以三維化檢測病變的發(fā)作，對臨床病變發(fā)作機理有研究意義;在顱內(nèi)埋置電極后進行電刺激腦功能定位;直接對病灶進行熱凝治療。
[0005]然而，現(xiàn)有立體定向腦電圖技術有以下缺點:第一，該方法依靠電記錄來確定腦部病變區(qū)域，但是電記錄受容積導體現(xiàn)象的影響，其定位不夠精確，例如電信號不能反映腦部病變區(qū)域來自電極的哪個方向。第二，需要開顱或鉆孔放置電極，不管是否檢測到腦部病變區(qū)域，都需要第二次手術取出，對患者身體造成額外傷害。另外，在對皮層和血管的三維重建方面存在不足，術前對顱內(nèi)血管的位置顯示不清晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中對腦部病變區(qū)域定位不精確，從而提供一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明提供了一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)，包括:用于介入腦組織的柔性導管，所述柔性導管內(nèi)設置有超聲探頭和/或光探測器，其中，所述超聲探頭用于向所述腦組織發(fā)射超聲波信號并接收所述腦組織反射的超聲波信號，所述光探測器用于向所述腦組織發(fā)射光信號，并接收所述腦組織反射和/或散射的光信號;處理器，用于根據(jù)所述超聲探頭接收的所述腦組織反射的超聲波信號識別出所述腦組織的結(jié)構以及血容量變化，和/或，根據(jù)所述光探測器接收的所述腦組織反射和/或散射的光信號識別出所述腦組織的結(jié)構以及血容量變化，以對腦部病變區(qū)域進行定位。
[0008]進一步地，所述超聲探頭為多個，多個所述超聲探頭分別設置在所述柔性導管的不同位置。
[0009]進一步地，所述超聲探頭為單陣元超聲探頭或者多陣元超聲探頭，其中，在所述超聲探頭為單陣元超聲探頭的情況下，所述單陣元超聲探頭在所述柔性導管內(nèi)通過機械移動對所述腦組織進行掃描。
[0010]進一步地，還包括:脈沖發(fā)射電路，通過所述柔性導管與所述超聲探頭相連接，用于控制驅(qū)動所述超聲探頭發(fā)射所述超聲波信號；信號處理電路，與所述超聲探頭和所述處理器分別相連接，用于將所述超聲探頭接收的所述腦組織反射的超聲波信號轉(zhuǎn)化成所述處理器可識別的信號。
[0011]進一步地，所述柔性導管內(nèi)還設置有電極片，用于探測所述腦組織中的神經(jīng)電信號。
[0012]進一步地，還包括:電極放大電路，與所述電極片相連接，用于對所述電極片記錄的神經(jīng)電信號進行濾波和放大處理。
[0013]進一步地，所述光探測器包括:發(fā)光二極管，用于發(fā)射照明光;光電傳感器，用于接收所述腦組織發(fā)射的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
[0014]進一步地，還包括:光驅(qū)動電路，與所述光探測器和所述處理器分別相連接，用于驅(qū)動所述光探測器工作。
[0015]進一步地，所述光探測器發(fā)射的光信號為波長為400nm至1200nm的光信號。
[0016]進一步地，所述系統(tǒng)用于對癲癇病灶的位置進行定位。
[0017]本實施例中，通過采用設置有超聲探頭和/或光探測器的柔性導管，根據(jù)超聲探頭接收的腦組織反射的超聲波信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，和/或，根據(jù)光探測器接收的腦組織反射和/或散射的光信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，以對腦部病變區(qū)域進行定位，實現(xiàn)對腦部病變區(qū)域的準確定位，另外，將柔性導管介入患者腦組織，無需進行多次開顱手術，只需在患者腦部微創(chuàng)打孔，大大降低臨床風險和對患者的身體傷害。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發(fā)明實施例的腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)的一個具體示例的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例的一種柔性導管的示意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明實施例的另一種柔性導管的示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例的腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)的另一個具體示例的示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實施例的又一種柔性導管的示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實施例的腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)的又一個具體示例的示意圖；
[0025]圖7為本發(fā)明實施例的又一種柔性導管的示意圖。
[0026]附圖標記:I O-柔性導管，20-處理器，30-脈沖發(fā)射電路，40-信號處理電路，50-電極放大電路，60-光驅(qū)動電路，101-超聲探頭，102-電極片，103-光探測器。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0030]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結(jié)合。
[0031]本實施例提供一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于對腦部病變區(qū)域進行定位，可以用于對腦腫瘤、癲癇病、帕金森等大腦功能障礙性疾病的病變區(qū)域進行定位，尤其是對癲癇病灶的定位。
[0032]如圖1所示，該系統(tǒng)包括:用于介入腦組織(例如腦溝或者腦回)的柔性導管10和處理器20，其中，柔性導管內(nèi)設置有超聲探頭101和/或光探測器103，其中，超聲探頭101用于向腦組織發(fā)射超聲波信號并接收腦組織反射的超聲波信號，光探測器103用于向腦組織發(fā)射光信號，并接收腦組織反射和/或散射的光信號;處理器20用于根據(jù)超聲探頭接收的腦組織反射的超聲波信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，和/或，根據(jù)光探測器接收的腦組織反射和/或散射的光信號識別出腦組織的結(jié)構以及血容量變化，以對腦部病變區(qū)域進行定位。
[0033]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，腦部疾病發(fā)作時，劇烈的神經(jīng)活動導致腦部病變區(qū)域處的血流速度上升，血容量上升。功能超聲成像的原理是應用通過組織中超聲反射的變化來反映組織中的血容量變化。因此針對腦部病變發(fā)作過程血容量會變化特點，可利用超聲功能成像反映深部腦活動，在大范圍的腦域中實時監(jiān)測腦部病變發(fā)作期腦回及腦溝的發(fā)生及傳播。本實施例中，柔性導管10可用于微創(chuàng)介入到腦組織的深部，通過其上設置的超聲探頭發(fā)射和接收超聲波信號，處理器通過反射的超聲波信號的變化情況來探測腦組織內(nèi)的血容量變化，從而確定出腦部病變區(qū)域。
[0034]作為另一種可選的實施方式，如圖7所示，柔性導管10內(nèi)還可以設置有光探測器103，光探測器103用于向腦組織發(fā)射光信號，并接收腦組織反射的光信號。由于腦組織會對光探測器103發(fā)射的光信號進行反射，當腦組織結(jié)構發(fā)生變化，例如癲癇病發(fā)時，能夠通過反射的光信號的變化來反應腦組織內(nèi)部結(jié)構的變化，識別出腦組織中出現(xiàn)血容量變化的位置，這樣，即可實現(xiàn)對腦組織的結(jié)構的監(jiān)測，以便于確定病發(fā)位置。
[0035]本實施例中，可以采用超聲探頭或者光探測器或者二者結(jié)合來對腦部病變區(qū)域進行定位。
[0036]本實施例中，通過采用設置有超聲探頭和/或光探測器的柔性導管，將其介入患者腦組織，無需進行多次開顱手術，只需在患者腦部微創(chuàng)打孔，即可利用超聲波信號或者光信號探測腦部病變區(qū)域，對患者的創(chuàng)傷大大減小。
[0037]另外，由于腦部組織比較復雜，通過在腦外進行超聲波或光探測無法真實體現(xiàn)出腦組織深部的血容量變化，本實施例則是將超聲探頭通過柔性導管介入到腦組織內(nèi)部進行探測，能夠更加準確定反應腦組織內(nèi)部的血容量變化和機構特征，提高探測定位的準確性，最終提尚腦部手術的成功率。
[0038]優(yōu)選地，如圖2所示，超聲探頭101為多個，多個超聲探頭分別設置在柔性導管的不同位置。本實施例中，采用多個超聲探頭來實現(xiàn)腦組織內(nèi)部探測，可以提高探測結(jié)果的準確性。
[0039]可選地，本實施例的超聲探頭為單陣元超聲探頭或者多陣元超聲探頭，其中，單陣元超聲探頭能夠探測該探頭的超聲波信號發(fā)射方向上的超聲波反射信號，多陣元超聲探頭則可以實現(xiàn)多角度的超聲波探測，多陣元超聲探頭如圖3所示。
[0040]在超聲探頭為單陣元超聲探頭的情況下，單陣元超聲探頭在柔性導管內(nèi)通過機械移動對腦組織進行掃描。如果采用單陣元超聲探測，則可以通過在柔性導管內(nèi)進行移動掃描，從而能夠掃描到多個角度的超聲波反射信號。
[0041]進一步地，如圖4所示，系統(tǒng)還包括:脈沖發(fā)射電路30和信號處理電路40，脈沖發(fā)射電路30通過柔性導管10與超聲探頭101相連接，用于控制驅(qū)動超聲探頭101發(fā)射超聲波信號；信號處理電路40與超聲探頭101和處理器20分別相連接，用于將超聲探頭101接收的腦組織反射的超聲波信號轉(zhuǎn)化成處理器20可識別的信號。
[0042]在使用過程中，介入到腦組織的可以只是柔性導管，而本實施例的脈沖發(fā)射電路30和信號處理電路40則屬于外部驅(qū)動電路。
[0043]超聲探頭101可以成為換能器探頭，用于將電能轉(zhuǎn)化為超聲波，其中，信號處理電路40包括前端處理電路、信號采集電路等部分，具體地，一種可選的超聲單元的信號鏈路如下:
[0044]脈沖發(fā)射電路30輸出高壓脈沖到超聲探頭101，對超聲探頭101進行激勵(逆壓電效應)，反射回的聲波信號經(jīng)過超聲探頭101接收(正壓電效應)?；夭ㄐ盘柵c疊加的高壓脈沖一起進入前端處理電路，該部分可以包括發(fā)射/接收開關(高壓脈沖發(fā)射時阻止高壓脈沖通過、接收時使得弱回波信號通過)、濾波放大電路(對信號進行濾波放大處理)等。前端處理電路處理后的回波信號(模擬信號)進入信號采集電路，以便于輸出給處理器20進行相應的處理。
[0045]優(yōu)選地，在結(jié)合電極片和光探測器的情況下，上述信號采集電路得到的超聲波信號可以與電信號和光信號同步記錄。采集后的電光聲信號通過處理器(波束形成、包絡檢波處理、相關性分析等)最后成像。
[0046]優(yōu)選地，上述每個電路模塊均包含對應的控制模塊，處理器可以提供各個模塊協(xié)同工作的控制信號(時序)。
[0047]作為一種優(yōu)選的實施方式，如圖5所示，本實施例的柔性導管內(nèi)還可以設置有電極片102，用于探測腦組織中的神經(jīng)電信號。
[0048]本實施例中，在柔性導管內(nèi)還設置有電極片，可以用于探測腦組織中的神經(jīng)電活動，當患者病發(fā)時，通過檢測到的神經(jīng)活動可以及時確定病發(fā)時間，以便于對腦部病變區(qū)域的及時定位和治療。
[0049]進一步地，如圖6所示，系統(tǒng)還包括:電極放大電路50，與電極片102和處理器20分別相連接，用于對電極片102接收到的電信號進行處理。該電極放大電路50可以包括放大器，用于對電信號進行濾波放大處理，然后輸出給信號采集模塊，以便于與光學信號、超聲波信號統(tǒng)計被處理器記錄。
[0050]進一步優(yōu)選地，光探測器包括:發(fā)光二極管(LED)，用于發(fā)射照明光;光電傳感器，用于接收腦組織發(fā)射的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
[0051]本實施例中，通過采用光信號來實現(xiàn)對腦組織結(jié)構的變化的監(jiān)測，進一步地，可以選用波長為400nm至1200nm的光信號，由于該波長的光信號屬于血紅蛋白光以及水分子的高吸收譜線，因此，在監(jiān)測腦組織內(nèi)部的血液變化的效果更佳。
[0052]優(yōu)選地，如圖6所示，系統(tǒng)還包括:光驅(qū)動電路60，與光探測器103和處理器20分別相連接，用于驅(qū)動光探測器103工作。光驅(qū)動電路60向LED發(fā)送直流或者脈沖方波信號，以驅(qū)動LED發(fā)出特定波長的光。光線通過腦組織散射，被光電傳感器接收，轉(zhuǎn)化為電流變化。電流變化通過放大器進行適當?shù)姆糯蠛蜑V波處理，進入信號采集模塊，以便于與電信號、超聲信號同步被計算機記錄。
[0053]下面，結(jié)合圖6來對本方案的一種可選的實施方式進行描述。如圖6所示，處理器20可以是計算機、服務器等用于進行數(shù)據(jù)處理的設備，該處理器20中，可以預置有相應的算法程序，以使得能夠?qū)z測到的超聲波信號、電信號和光信號進行處理和轉(zhuǎn)化，得到需要的信息。
[0054]脈沖發(fā)射電路30、信號處理電路40、電極放大電路50和光驅(qū)動電路60則組成了外圍的硬件電路，柔性導管10則可介入到腦組織內(nèi)部，實現(xiàn)腦組織的內(nèi)部探測。該實施例具體來說是通過分布一個或多個超聲探頭深入腦組織，整合光探測和電極，通過檢測血流速度、血容量、神經(jīng)電活動以及腦組織結(jié)構來實現(xiàn)一定程度的腦部病變區(qū)域立體定位成像。
[0055]通過上述描述可知，本實施例的定位系統(tǒng)具有以下效果:時間精度高、空間分辨率好、多模態(tài)(電光超聲融合成像)同時采集神經(jīng)電信號和血流動力學信號，可以長時程連續(xù)記錄，可以同步記錄不同深度的神經(jīng)活動，對病人的軀體運動噪聲不敏感。能對患者病變發(fā)作期進行實時的監(jiān)測，檢測到不同深度的腦部病變的發(fā)生及傳播。植入式光電聲還可以通過實時監(jiān)測血流變化作為預測腦部病變發(fā)作的監(jiān)測預警裝置。
[0056]另外，本實施例的系統(tǒng)還可用于動物體研究，可隨動物自由活動并實時對動物的腦部進行長時間的功能成像，監(jiān)測其在清醒狀態(tài)下面對各種刺激和條件的腦部電聲理和血液動力學參數(shù)來了解大腦的活動，確定大腦不同區(qū)域的功能。設備還可用小動物來進行相關腦功能診斷治療藥物的吸收分布情況檢測，對腦腫瘤新生血管高分辨率成像分析等。
[0057]相比現(xiàn)有的立體定向腦電圖技術，加入了超聲和光學檢測功能。超聲檢測、成像以安全并具有一定的穿透深度而被廣泛應用，利用微型點陣超聲或者線陣超聲功能成像反映深部腦活動，在大范圍的腦域中實時監(jiān)測不同深度的腦組織在腦部病變發(fā)作期的活動，以確定腦部病變的發(fā)生及傳播?？梢詳U大現(xiàn)有設備的測試深度，提到記錄的空間分辨率，以更好的進行致癇灶的定位。需要說明的是，本發(fā)明實施例的系統(tǒng)還可以用于對腦部疾病的治療，例如電擊或者超聲波刺激等方式，對定位出來的腦部疾病進行抑制或者治療。
[0058]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種腦部病變區(qū)域的定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 用于介入腦組織的柔性導管，所述柔性導管內(nèi)設置有超聲探頭和/或光探測器，其中，所述超聲探頭用于向所述腦組織發(fā)射超聲波信號并接收所述腦組織反射的超聲波信號，所述光探測器用于向所述腦組織發(fā)射光信號，并接收所述腦組織反射和/或散射的光信號； 處理器，用于根據(jù)所述超聲探頭接收的所述腦組織反射的超聲波信號識別出所述腦組織的結(jié)構以及血容量變化，和/或，根據(jù)所述光探測器接收的所述腦組織反射和/或散射的光信號識別出所述腦組織的結(jié)構以及血容量變化，以對腦部病變區(qū)域進行定位。2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲探頭為多個，多個所述超聲探頭分別設置在所述柔性導管的不同位置。3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲探頭為單陣元超聲探頭或者多陣元超聲探頭，其中，在所述超聲探頭為單陣元超聲探頭的情況下，所述單陣元超聲探頭在所述柔性導管內(nèi)通過機械移動對所述腦組織進行掃描。4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 脈沖發(fā)射電路，通過所述柔性導管與所述超聲探頭相連接，用于控制驅(qū)動所述超聲探頭發(fā)射所述超聲波信號； 信號處理電路，與所述超聲探頭和所述處理器分別相連接，用于將所述超聲探頭接收的所述腦組織反射的超聲波信號轉(zhuǎn)化成所述處理器可識別的信號。5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光探測器包括: 發(fā)光二極管，用于發(fā)射照明光； 光電傳感器，用于接收所述腦組織發(fā)射的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 光驅(qū)動電路，與所述光探測器和所述處理器分別相連接，用于驅(qū)動所述光探測器工作。7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光探測器發(fā)射的光信號為波長為400nm至1200nm的光信號。8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性導管內(nèi)還設置有電極片，用于探測所述腦組織中的神經(jīng)電信號。9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 電極放大電路，與所述電極片相連接，用于對所述電極片記錄的神經(jīng)電信號進行濾波和放大處理。10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)用于對癲癇病灶的位置進行定位。
【文檔編號】A61B8/06GK106037804SQ201610480776
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】崔崤峣, 李丹, 馬洪濤, 邵維維, 李培洋
【申請人】中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所