CN107510890A - 功能性脑深部电刺激控制系统及方法 - Google Patents

功能性脑深部电刺激控制系统及方法 Download PDF

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张云鹏
陈晓禾
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    • A61N1/36139—Control systems using physiological parameters with automatic adjustment

Abstract

本发明公开一种功能性脑深部电刺激控制系统及方法，其中，系统包括运动信号采集器，其用于采集手腕抖动的实时运动信号；功能性电刺激器，其产生脉冲电流用于刺激；控制器，其分别通信连接到所述运动信号采集器和所述功能性电刺激器；所述控制器预存有抖动程度等级和每个抖动程度等级对应的刺激参数；所述控制器接收所述实时运动信号并判断是否属于所述抖动程度等级；若属于，则所述控制器选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给所述功能性电刺激器以刺激。本发明实现量化当前发病程度、对功能性脑深部电刺激实时的自适应控制，尤其适合对帕金森患者手部抖动实时监控来监测发病情况并作自适应控制。

Description

功能性脑深部电刺激控制系统及方法
技术领域
本发明涉及功能性脑深部电刺激技术领域，更具体地说，本发明涉及一种功能性脑深部电刺激控制系统及方法。
背景技术
目前的商用和临床使用的功能性脑深部电刺激控制系统绝大部分为开环控制系统方法设计，即只能通过统一帕金森病评定量表(UPDRS)打分来判断当前患者的发病或康复状态，并根据医生经验去调整电刺激参数，包含电压幅值、电压频率、电压脉宽、刺激时长等参数。少数尝试引入生理参数反馈机制，如肌电异常、脑电异常等监护手段进行闭环调整参数，但都具有一定的缺陷，例如不适用于帕金森等运动神经障碍疾病，即帕金森病发病时肌电没有明显特征，采集到的头皮脑电信号不足以判定当前是否处于发病状态；也无法实现相应的康复控制。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种功能性脑深部电刺激控制系统及方法，对功能性脑深部电刺激进行实时的自适应控制。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种功能性脑深部电刺激控制系统，其包括：
运动信号采集器，其用于采集手腕抖动的实时运动信号；
功能性电刺激器，其产生脉冲电流用于刺激；
控制器，其分别通信连接到所述运动信号采集器和所述功能性电刺激器；
其中，所述控制器预存有抖动程度等级和每个抖动程度等级对应的刺激参数；所述控制器接收所述实时运动信号并判断是否属于所述抖动程度等级；若属于，则所述控制器选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给所述功能性电刺激器以刺激。
优选的是，所述功能性电刺激器其包括：
脑深部电刺激器，其植入至人体皮肤下，用于产生刺激；
植入式电极，其由所述脑深部电刺激器延伸到脑深部刺激位点，将所述脑深部电刺激器产生的刺激传输至所述脑深部刺激位点。
优选的是，还包括预处理装置，其通信连接到所述运动信号采集器和所述控制器之间，用于将所述运动信号采集器采集的所述实时运动信号依次进行滤波和特征提取后发送给所述控制器。
优选的是，所述预处理装置集成设于所述控制器，所述控制器集成于所述功能性电刺激器。
优选的是，所述刺激参数至少包括电压幅度、脉冲频率、电压脉宽、刺激时长。
优选的是，所述实时运动信号包括三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号。
一种功能性脑深部电刺激控制方法，其包括以下步骤：
采集手腕抖动的实时运动信号；
对所述实时运动信号进行拟合和归一化，输出加速度曲线和角速度曲线；
结合预存的抖动程度等级以及刺激参数，选择所述加速度曲线和所述角速度曲线对应的抖动程度等级以及刺激参数用于刺激。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供的功能性脑深部电刺激控制系统，控制器接收运动信号采集器采集的实时运动信号并判断是否属于抖动程度等级；若属于，则控制器选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给功能性电刺激器以刺激，以实现量化当前发病程度、对功能性脑深部电刺激实时的自适应控制，尤其适合对帕金森患者手部抖动实时监控来监测发病情况并作自适应控制。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的功能性脑深部电刺激控制系统的通信示意图；
图2为本发明所述的功能性脑深部电刺激控制方法的流程图；
图中：
10-运动信号采集器；20-功能性电刺激器；30-控制器；40-预处理装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实施例1>
如图1所示，本发明实施例提供一种功能性脑深部电刺激控制系统，其包括运动信号采集器10、功能性电刺激器20以及控制器30。运动信号采集器10用于采集手腕抖动的实时运动信号，功能性电刺激器20产生脉冲电流用于刺激。控制器30分别通信连接到运动信号采集器10和功能性电刺激器20。控制器30预存有抖动程度等级和每个抖动程度等级对应的刺激参数，抖动程度等级和每个抖动程度等级对应的刺激参数优选为以量表形式存在，供查询。控制器30接收运动信号采集器10采集的实时运动信号并判断是否属于抖动程度等级；若属于，则说明是非正常状态，控制器30选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给功能性电刺激器20以刺激脑深部相应发病核团区域。
上述实施方式中，控制器30接收运动信号采集器10采集的实时运动信号并判断是否属于抖动程度等级；若属于，则控制器30从量表中选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给功能性电刺激器20，以刺激脑深部相应发病核团区域，从而实现量化当前发病程度、对功能性脑深部电刺激实时的自适应控制。由于帕金森患者发病时会造成手部抖动加剧，因此，本发明尤其适合对帕金森患者手部抖动实时监控来监测发病情况并作自适应控制。
作为上述实施方式的优选，功能性电刺激器20包括脑深部电刺激器和植入式电极。脑深部电刺激器佩戴于头部，用于产生控制器30筛选更新的刺激参数的刺激。植入式电极由脑深部电刺激器延伸到脑深部刺激位点，将脑深部电刺激器产生的刺激传输至脑深部刺激位点。
作为上述实施方式的优选，本发明提供的功能性脑深部电刺激控制系统还包括预处理装置40，其通信连接到运动信号采集器10和控制器30之间，用于将运动信号采集器10采集的实时运动信号依次进行滤波和特征提取后发送给控制器30，用于提供一种精确的手腕部运动信号供控制器30做进一步数据处理与分析。作为进一步优选，预处理装置40集成设于控制器30，控制器30集成于功能性电刺激器20，植入至人体皮肤下。作为进一步优选，控制器30与运动信号采集器10之间采用无线通信，无线通信方式至少包括wifi、射频、蓝牙、zigbee中的一种。
作为上述实施方式的优选，功能性电刺激器20输出的电刺激脉冲波形采用双极型。刺激参数至少包括电压幅度、脉冲频率、电压脉宽、刺激时长，通过刺激参数的更新与调整，以驱动功能性电刺激器20提供一个合理、安全地刺激。
作为上述实施方式的优选，运动信号采集器10的采样频率根据实际情况设置，保证其能完全捕捉手腕部位有效的抖动信号。作为进一步优选，运动信号采集器10是佩戴于手腕实时采集手腕抖动信号的手表，佩戴、采集方便，实时性好。
作为上述实施方式的优选，实时运动信号包括三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号，则控制器30接收运动信号采集器10采集的实时运动信号并判断是否属于抖动程度等级，是通过对三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号进行拟合和归一化处理，获得一条加速度曲线和一条角速度曲线，控制器30再通过当前的加速度和角速度曲线值结合预存的量表，筛选得出当前最优的电刺激参数组合，再将该参数组合反馈到功能性电刺激器20，对功能性电刺激器20进行参数更新，使得功能性电刺激器20输出所需的脉冲电流，以刺激脑深部相应发病核团区域，同时实现对功能性电刺激器20进行实时的自适应控制。
<实施例2>
在实施例1提供的功能性脑深部电刺激控制系统的基础上，本发明实施例提供一种功能性脑深部电刺激控制方法，如图2所示，其包括以下步骤：
S10，采集手腕抖动的实时运动信号；
S20，对实时运动信号进行拟合和归一化，输出加速度曲线和角速度曲线；
S30，结合预存的抖动程度等级以及刺激参数，选择加速度曲线和角速度曲线对应的抖动程度等级以及刺激参数用于刺激。
上述实施方式中，步骤S10中，优选采用佩戴于手腕部的手表形式来采集手腕抖动的实时运动信号，实时运动信号包括三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号。步骤S20中，对实时运动信号进行拟合和归一化，指的是对三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号进行拟合和归一化处理，获得一条加速度曲线和一条角速度曲线。步骤S30中，预存的抖动程度等级以及刺激参数以量表形式存储于控制器30中，供查询。控制器30根据当前的加速度和角速度曲线值，在预存的量表中查询，筛选得出当前最优的电刺激参数组合，再将该参数组合反馈到功能性电刺激器20，对功能性电刺激器20进行参数更新，使得功能性电刺激器20输出所需的脉冲电流以刺激脑深部相应发病核团区域，同时实现对功能性电刺激器20进行实时的自适应控制。其中，刺激参数至少包括电压幅度、脉冲频率、电压脉宽、刺激时长，用过刺激参数的更新与调整，以提供一个合理、安全地刺激。
本发明提供的功能性脑深部电刺激控制方法上，采集手腕抖动的实时运动信号，对实时运动信号进行拟合和归一化输出加速度曲线和角速度曲线，结合预存的抖动程度等级以及刺激参数，选择加速度曲线和角速度曲线对应的抖动程度等级以及刺激参数用于刺激，以实现量化当前发病程度、对功能性脑深部电刺激实时的自适应控制。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，其包括：
运动信号采集器，其用于采集手腕抖动的实时运动信号；
功能性电刺激器，其产生脉冲电流用于刺激；
控制器，其分别通信连接到所述运动信号采集器和所述功能性电刺激器；
其中，所述控制器预存有抖动程度等级和每个抖动程度等级对应的刺激参数；所述控制器接收所述实时运动信号并判断是否属于所述抖动程度等级；若属于，则所述控制器选择与抖动程度等级对应的刺激参数发送给所述功能性电刺激器以刺激。
2.如权利要求1所述的功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，所述功能性电刺激器其包括：
脑深部电刺激器，其植入至人体皮肤下，用于产生刺激；
植入式电极，其由所述脑深部电刺激器延伸到脑深部刺激位点，将所述脑深部电刺激器产生的刺激传输至所述脑深部刺激位点。
3.如权利要求1所述的功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，还包括预处理装置，其通信连接到所述运动信号采集器和所述控制器之间，用于将所述运动信号采集器采集的所述实时运动信号依次进行滤波和特征提取后发送给所述控制器。
4.如权利要求3所述的功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，所述预处理装置集成设于所述控制器，所述控制器集成于所述功能性电刺激器。
5.如权利要求1所述的功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，所述刺激参数至少包括电压幅度、脉冲频率、电压脉宽、刺激时长。
6.如权利要求1所述的功能性脑深部电刺激控制系统，其特征在于，所述实时运动信号包括三维方向上的三个加速度信号和三个角速度信号。
7.一种功能性脑深部电刺激控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
采集手腕抖动的实时运动信号；
对所述实时运动信号进行拟合和归一化，输出加速度曲线和角速度曲线；
结合预存的抖动程度等级以及刺激参数，选择所述加速度曲线和所述角速度曲线对应的抖动程度等级以及刺激参数用于刺激。
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