CN105268104B - 一种控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，包括：磁刺激模块、控制模块、远程调节模块、远程显示模块、信号输入模块、运动阈值确定模块以及信号感应模块，只需要一名操作者就可以完成被刺激者运动阈值的测量工作，大大节省了人力，并且避免了多人操作协同工作中可能出现的失误，同时能够自动确定运动阈值，简化了工作流程，提高了测量效率和测量速度，增加了磁刺激有效性判断的准确性，降低了人工判断出现误判的几率。

Description

一种控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统

技术领域

本发明涉及一种经颅磁刺激仪的控制技术，尤其是涉及一种经颅磁刺激仪系统以及一种运动阈值的测量方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation，TMS)技术是一种利用交变的脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑)，改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。因其无痛、非创伤的物理特性，能够辅助实现对脑功能及高级认知功能的探索，与PET、fMRI、MEG并称为“二十一世纪四大脑科学技术”。

运动阈值(Motor threshold，MT)，是刺激运动皮质在相应靶肌记录肌肉运动复合电位时(即运动诱发电位)，能记录到大于50uV MEP输出时的最小头部刺激强度。其主要用于评价皮质束的兴奋性，脊髓损伤或脑卒中导致皮质脊髓束受损后运动阈值将明显升高，低阈值表示皮质脊髓束的高兴奋性。现有技术中运动阈值一般主要依靠经颅磁刺激技术来测量。

重复经颅磁刺激(Repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)是经颅磁刺激技术中的一种刺激模式，它主要通过不同的频率来达到治疗目的。现阶段磁刺激领域临床主要使用重复经颅磁刺激模式进行精神类疾病的治疗。

现有技术中的经颅磁刺激仪设备的构成主要包括管控系统(上位机管理控制软件、主控制电路)、高压电源放电模块和磁刺激线圈三部分。

目前在使用磁刺激技术在临床上的应用主要有四个参数：刺激强度、刺激频率、串刺激时间和串间等待时间。其中刺激强度是指刺激过程中刺激线圈表面产生的磁感应强度，通常以运动阈值作为个体的基准强度，按加减的百分比来决定实际使用的相对刺激强度。一般在临床和科研上用的最多的刺激强度约为基准强度的80％～120％。

现有的经颅磁刺激设备在测量运动阈值中存在以下问题：由于运动阈值测量一般使用刺激线圈采用单次刺激的方式刺激大脑皮质的运动中枢，操作者需要同时考虑到线圈在头皮的位置和刺激强度。刺激位置一般通常使用脑电图10-20电极分布系统的C3或者C4区附近(根据左右利手区分)，该处进行磁刺激可以诱发被刺激者的母短展肌伸缩引起的拇指舒张运动。但是由于个体差异，被刺激者头骨表面位置与颅内神经皮质往往不能精确对应，同时现有磁刺激设备的线圈较大，磁场的聚焦效果很难确定刺激点部位与颅内大脑皮质的准确对应关系，而现有的磁刺激设备触发磁刺激的开关一般都在主机上，为了在被刺激者相同的头部位置不断变换刺激强度，以找到最小刺激强度(运动阈值)，一般需要2名操作者，其中一名操作者一手扶住线圈在被刺激者头部进行刺激，另一只手按压被刺激者头部以进行定位，第二名操作者在磁刺激设备的主机上调整刺激强度并记录强度信息，两名操作人员协同经过多次的刺激位置和刺激强度的调整以找到最小刺激强度MT(运动阈值)，这样导致浪费了一名操作人员的精力，并且两位操作人员之间的协同工作也容易造成失误。

实用新型专利ZL200820190281.1公开了一种磁场刺激器刺激拍，其是与本发明最接近的现有技术(授权公告号：CN201324444Y)，通过在手柄上设计有触发按钮和显示屏以控制磁刺激，但是该刺激拍存在以下缺陷：第一，其虽然在手柄上设计了触发按钮，但是其只能用于触发刺激(例如单次磁刺激)，而不能用于调节刺激强度，如果要调节刺激强度仍然需要操作人员在主机上进行操作，换句话说，其仍然需要两名操作人员进行协同操作。第二，操作人员在使用上述刺激拍时，需要人工辨别刺激的有效性，非常容易造成误判，并且依靠经验和记忆力判断当前刺激强度是否为最小刺激强度MT，不仅操作过程繁琐复杂，还容易发生错误。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，利于单人操作，并可以准确判断磁刺激的有效性，还可以快速自动寻找出最小磁刺激强度MT(运动阈值)，同时提高测量的效率和准确性，并降低操作的难度和劳动强度。

本发明的磁刺激仪包括主机和操作手柄，主机包括机体、操作平台、输入设备和显示设备。其中输入设备可以包括键盘或者鼠标，显示设备可以是液晶显示器。并且，显示器还可以是触摸式的显示器，支持触摸式的操作系统。

本发明的磁刺激仪还包括：磁刺激模块，用于产生所需的磁场强度；控制模块，用于对磁刺激模块进行控制，并且提供人机接口以利于操作；其特征在于还包括：远程调节模块，用于选择或者切换当前刺激方案，改变磁刺激的强度；远程显示模块，用于实时显示当前磁刺激方案的相关信息；信号输入模块，用于产生磁刺激有效性信号，并将该信号传给运动阈值确定模块和远程显示模块；运动阈值确定模块，其用于根据磁刺激有效性信息以及当前磁刺激强度自动计算出MT值。

本发明的经颅磁刺激仪，其还包括：信号感应模块，其用于感测被刺激者的生理反应，并发出电信号，并将该电信号传给信号输入模块。所述信号输入模块判断该变化的电信号的值是否在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，如果该电信号的值在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，信号输入模块会自动产生一个磁刺激有效性信息。

本发明的经颅磁刺激仪，其优选地，所述远程显示模块包括一个安置在线圈操作手柄上或单独的线控板上的液晶显示屏。所述远程调节模块包括一个安置在线圈操作手柄上或单独的线控板上的调节旋钮或按键，或多个组合按键。所述远程显示模块和远程调节模块合二为一，其包括一个触摸式显示屏。所述信号感应模块包括一个电极感应装置。所述信号输入模块包括一个安装在线圈操作手柄上的按键。所述信号感应模块包括一个电极感应装置。所述运动阈值确定模块接收磁刺激有效性信息，并与当前的磁刺激强度值进行对应存储，操作者进一步调整磁刺激强度值继续检测MT值，如果主机再次接收到磁刺激有效性信息，则将调整后的磁刺激强度值与调整前的磁刺激强度值进行比较，自动记录较小的强度值信息，由此继续操作，直至找到MT值。

本发明的优点在于：只需要一名操作者就可以完成被刺激者运动阈值的测量工作，大大节省了人力，并且避免了多人操作协同工作中可能出现的失误。同时能够自动确定运动阈值，简化了工作流程，提高了测量效率和测量速度，并且增加了磁刺激有效性判断的准确性，降低了人工判断出现误判的几率。

本发明引入了能够调节强度的旋钮和进行刺激的按钮并增加显示强度的显示屏的方案，通过人体工程光学设计，保证医生在双手把持线圈的同时，使用一个拇指就能完成调节强度和进行单刺激操作。

附图说明

图1本发明的经颅磁刺激仪的手柄

图2本发明的经颅磁刺激仪的主机侧视图

图3本发明各模块结构关系图

图4本发明运动阈值确定模块确定MT值的工作流程图

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的磁刺激仪包括主机和操作手柄，如图2所示，主机包括机体、操作平台、输入设备和显示设备。其中输入设备可以包括键盘或者鼠标，显示设备可以是液晶显示器。并且，显示器还可以是触摸式的显示器，支持触摸式的操作系统。以上均属于本领域现有技术，并不是本发明的发明点所在，因此不再赘述。

如图3所示，本发明的磁刺激仪的特征在于：其包括磁刺激模块、控制模块、远程调节模块、远程显示模块、信号输入模块、信号感应模块以及运动阈值确定模块。磁刺激模块用于产生治疗所需的磁刺激。调节模块用于选择或者切换当前的刺激类型、刺激方案，改变磁刺激的强度。输入模块用于输入磁刺激有效性信息。运动阈值确定模块用于根据当前的磁刺激方案、磁刺激强度和输入模块输入的磁刺激有效性信息确定运动阈值。

在一个实施例中，本发明的磁刺激仪的磁刺激模块通过高压电源放电的方法在手柄线圈产生磁场强度，并对被刺激者的头部施加磁刺激，这属于本领域成熟的现有技术。

控制模块用于对磁刺激模块进行控制，并且提供人机接口以利于操作。本领域技术人员可以理解，本发明的人机接口可以涵盖一切可能实现的模式。在一个实施例中，控制模块为操作者提供了一个可视化的操作模式，以控制刺激模块产生所需的磁刺激方案。一个优选方案是通过主机显示器的操作系统界面，操作者利用鼠标和键盘对磁刺激方案进行编辑、选择以及删除等操作，例如操作者可以自定义磁刺激的名称、刺激类型、刺激强度、刺激时间等参数，并对自定义方案进行保存。当操作者再次进入操作界面时，可以选择已经存在的刺激方案，从而无需重复编辑。在另外一个优选方案中，主机显示器可以采用触摸屏显示器，操作者可以利用触摸式操作系统对磁刺激方案进行编辑、选择以及删除等操作。

远程显示模块用于显示当前磁刺激方案的相关信息，包括刺激类型、刺激强度、刺激的有效性以及最小阈值信息等信息。在优选实施例中，远程显示模块提供了一个安置在线圈操作手柄上的液晶显示屏，如图1所示，其中包括一块液晶显示屏2，以方便操作者在对被刺激者头部施加磁刺激的时候即时查看有关信息，该显示屏2在操作手柄上的位置应方便操作者查看。本领域技术人员可以理解，远程显示模块不仅仅限于安置在手柄上的显示屏一种实施方式，其显示屏的位置可以在一个单独的线控板上，也可以安装在被测试者的头部固定装置上(例如：头盔)，而其位置的设计必须方便操作者在测量的同时实时查看，而无需移动位置或另外一位操作人员帮忙。

远程调节模块用于选择或者切换当前的刺激类型、刺激方案，改变磁刺激的强度，而无需在主机显示屏上进行修改，以利于单人操作。在一个实施例中，远程调节模块提供了一个安置在线圈手柄上的调节旋钮，以利于操作者在手持线圈手柄进行对MT进行测量的同时调节磁刺激强度。在一个实施例中，远程调节模块提供了一个安置在线圈手柄上的按键或多个组合按键，如图1所示，其线圈手柄包括一个强度调节与刺激按键1，以利于操作者在手持线圈手柄进行对MT进行测量的同时调节磁刺激强度，并对磁刺激方案进行选择或修改。本领域技术人员可以理解，在这几个实施例中，远程调节模块需要与远程显示模块进行协作，使操作者在查看远程显示模块显示的磁刺激信息的同时可以对磁刺激强度进行调节，并对磁刺激方案进行选择或修改。刺激强度调节信息以及刺激方案选择或修改信息也同步在远程显示模块进行显示。本领域技术人员同时还可以理解，远程调节模块不仅仅限于安置在手柄上的旋钮或按键这样的实施方式，其旋钮或按键的位置可以在一个单独的线控板上，也可以安装在被测试者的头部固定装置上(例如：头盔)，而其位置的设计必须方便操作者在测量的同时实时操作，而无需移动位置或另外一位操作人员帮忙。

在另外一个实施例中，远程显示模块和远程调节模块合二为一，同时实现磁刺激信息的显示、对磁刺激强度进行调节以及对磁刺激方案进行选择或修改的功能。在具体的实施例中，合二为一的远程显示模块和远程调节模块提供一个安置在线圈操作手柄上的触摸式显示屏，显示屏上可以实时显示磁刺激相关信息，例如强度值、刺激类型、刺激时间等，并可以提供多个触摸式操作系统以供操作者实现对磁刺激强度进行调节以及对磁刺激方案进行选择或修改的功能。本领域技术人员可以理解，这种触摸式显示屏操作技术在本领域属于现有技术，再此不再赘述。

本发明的磁刺激仪还包括信号感应模块，其用于感测被刺激者的生理反应，并发出电信号。在现有的技术方案中，操作者通过目测的方法观察被刺激者的母短展肌伸缩引起的拇指舒张运动，以确定磁刺激的有效性，但是人工目测的方法容易引起误判，造成测量的MT值不准。在一个实施例中，信号感应模块提供了一个固定在被测试者手指上的肌电感应装置，当被测试者在受到磁刺激后，其拇指的舒张运动会造成肌电感应装置产生微小的电极变化，并将该变化的电信号传给信号输入模块。

信号输入模块用于产生磁刺激有效性信号，并将该信号传给运动阈值确定模块和远程显示模块。在一个实施例中，操作者采用观察被测试者的生理反应以判断磁刺激信号的有效性，信号输入模块提供了一个安装在线圈操作手柄上的按键，如图1所示，该线圈手柄包括一个动作确认按键3，当操作者判断被测试者产生有效磁刺激的生理反应后按压该按键3，产生一个磁刺激有效性信息，同时在线圈手柄上的显示屏上进行实时显示该有效性信息，并将该有效性信息传给运动阈值确定模块。在另外一个实施例中，操作者通过信号感应模块提供的一个固定在被测试者手指上的电极感应装置以检测磁刺激的有效性，当被测试者产生磁刺激的生理反应后，电极感应装置传送一个变化的电信号给信号输入模块，信号输入模块判断该变化的电信号的值是否在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，如果该电信号的值在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，信号输入模块会自动产生一个磁刺激有效性信息，同时在线圈手柄上的显示屏上进行实时显示该有效性信息，并将该有效性信息传给运动阈值确定模块，而无需人工判断或按键确认操作，以避免误判、漏判的几率。

运动阈值确定模块用于根据信号输入模块产生的磁刺激有效性信息以及当前磁刺激强度信息自动计算出MT值。在一个实施例中，运动阈值确定模块可以利用主机接收磁刺激有效性信息，并与当前的磁刺激强度值进行对应存储，操作者进一步调整磁刺激强度值继续检测MT值，如果主机再次接收到磁刺激有效性信息，则将调整后的磁刺激强度值与调整前的磁刺激强度值进行比较，自动记录较小的强度值信息。由此继续操作，直至找到MT值，而无需人工记录或计算，大大提高了测量的效率和准确性。

如图4所示，就运动阈值确定模块的一个实施例工作流程对确定MT值的过程进行详细说明，操作者通过远程调节模块设置初始的MT值后，触发一次磁刺激，电极感应装置采集肌电信号，信号输入模块确定该电信号的值是否在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，如果该电信号的值在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，信号输入模块会自动产生一个磁刺激有效性信息，并将该有效性信息传给运动阈值确定模块，如果该电信号的值不在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，信号输入模块会提示并返回，重新开始新的一次磁刺激。运动阈值模块确定模块根据接收的磁刺激有效性信息以及存储的响应的强度值，判断当前的强度值是否为最小值，依次循环直至完成MT值的测量。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式仅仅代表本发明的部分可能实现方式，本领域技术人员可知任何在本发明基础上的可预见的变形和改变在不违背本发明精神或范畴内的实施方式均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，包括：

磁刺激模块，用于产生所需的磁场强度；

控制模块，用于对磁刺激模块进行控制，并且提供人机接口以利于操作；

其特征在于还包括：

远程调节模块，其安置在线圈操作手柄或单独的线控板上，用于选择或者切换当前刺激方案，改变磁刺激的强度；

远程显示模块，其安置在线圈操作手柄或单独的线控板或被测试者的头部固定装置上，用于实时显示当前磁刺激方案的相关信息；

信号输入模块，用于产生磁刺激有效性信号，并将该信号传给运动阈值确定模块和远程显示模块；所述信号输入模块提供了安装在线圈操作手柄上的按键，当操作者判断被测试者产生有效磁刺激的生理反应后按压该按键，产生一个磁刺激有效性信息；

信号感应模块，所述信号感应模块包括固定在被测试者手指上的电极感应装置，当被测试者产生磁刺激的生理反应后，电极感应装置传送一个变化的电信号给信号输入模块，信号输入模块判断该变化的电信号的值是否在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，如果该电信号的值在有效磁刺激的电信号的阈值范围内，信号输入模块自动产生相应的磁刺激有效性信息，同时将该磁刺激有效性信息远程显示模块进行实时显示，并将该有效性信息传给运动阈值确定模块；

运动阈值确定模块，所述运动阈值确定模块接收磁刺激有效性信息，并与当前的磁刺激强度值进行对应存储，操作者进一步调整磁刺激强度值继续检测MT值，如果主机再次接收到磁刺激有效性信息，则将调整后的磁刺激强度值与调整前的磁刺激强度值进行比较，自动记录较小的强度值信息，由此继续操作，直至计算出最小刺激强度MT值。

2.如权利要求1所述的控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，其特征在于：

所述远程显示模块包括一个安置在线圈操作手柄上的液晶显示屏。

3.如权利要求1所述的控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，其特征在于：

所述远程显示模块包括一个安置在单独的线控板上的液晶显示屏。

4.如权利要求1所述的控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，其特征在于：

所述远程调节模块包括一个安置在线圈操作手柄上的调节旋钮或按键，或多个组合按键。

5.如权利要求1所述的控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，其特征在于：

所述远程调节模块包括一个安置在单独的线控板上的调节旋钮或按键，或多个组合按键。

6.如权利要求1所述的控制刺激线圈端的经颅磁刺激仪系统，其特征在于：

所述远程显示模块和远程调节模块合二为一，其包括一个触摸式显示屏。