CN110975153B - 一种深度脑刺激的配置方法及系统、电子设备、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深度脑刺激的配置方法，包括如下步骤：获取数据、形成刺激通道以及深度刺激。本发明还涉及一种深度脑刺激的配置系统及电子设备、储存介质。本发明通过主控板对多个刺激通道的脉冲信号的频率、相位信号的单独调节，使得多通道之间电磁场叠加合成实现深度脑区的精准刺激的功能，提高对功能性和器质性精神病变的治疗效果。另外，每个刺激通道配置单独的控制单元分别为各个通道的线圈提供刺激信号，提高了该装置的灵活性与精准性。

Description

一种深度脑刺激的配置方法及系统、电子设备、存储介质

技术领域

本发明涉及脑神经功能领域，尤其涉及一种深度脑刺激的配置方法。

背景技术

理解大脑的运转机制，是人类与科学面临的最伟大的挑战之一，目前，世界各国都投入了大量的人力和财力进行脑部功能研究。美国把九十年代最后十年定为“脑的十年”，欧洲确定了“脑的二十年研究计划”，脑科学的研究热潮遍布全球，中国也已加入全球人类脑计划之中，“了解大脑、认识自身”是21世纪的科学面临的最大挑战。

经颅磁刺激技术利用物理手段施加电磁场脉冲波给予特定的脑区有规律的刺激，从而实现对神经信号的有效干预，能够有效改善精神状况症状，且无明显副作用，因此应用于各种精神官能失调疾病中。经颅磁刺激技术利用电线圈施加高压大电流脉冲产生刺激神经活动的电场，由于电磁场分布的连续性和随距离衰减的特性，为了在目标刺激靶区产生满足神经激活的电场强度结果，往往需要施加较大的刺激电脉冲，也就是说距离线圈越近，电磁场强度越高，这样刺激实现实际上是条状或者面状。通过改进磁刺激线圈的结构，可以提高刺激电磁场的聚焦性和强度，但是无法实现仅目标靶区的精确刺激，尤其在深度脑区激发的应用中，经颅磁刺激应用中受到诸多限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种深度脑刺激的配置方法。

本发明通过利用多通道刺激信号调制和叠加补偿，实现深度脑区精确磁刺激的功能，以解决上述问题。

本发明提供一种深度脑刺激的配置方法，包括如下步骤：

获取数据，通过对目标头颅的扫描建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标；

形成刺激通道，根据所述三维立体模型配置若干线圈至目标头颅的设定位置，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道；

深度刺激，配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值并进行深度脑刺激。

优选地，在步骤深度刺激中，所述配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号还包括：

若干所述刺激通道通过主控板发送的指令进行配置，所述主控板发送指令给若干所述控制单元，以使得所述线圈接收脉冲信号并作用于目标区域。

优选地，所述控制单元包括振荡器，所述振荡器用于产生高频载波信号与低频有效信号，所述控制单元输出将所述低频有效信号加载到所述高频载波信号上的载波脉冲信号，所述线圈接收所述载波脉冲信号；若干不同的所述载波脉冲信号在目标区域叠加补偿以获得所述刺激值并进行深度刺激。

优选地，所述刺激通道包括第一刺激通道与第二刺激通道，所述第一刺激通道包括第一控制单元，所述第一控制单元包括第一振荡器，所述第一振荡器产生第一高频载波信号与第一低频有效信号；所述第二刺激通道包括第二控制单元，所述第二控制单元包括第二振荡器，所述第二振荡器产生第二高频载波信号；所述第一振荡器与第二振荡器产生的载波信号在目标区域叠加补偿获得所述第一低频有效信号即所述刺激值。

优选地，所述控制单元还包括开关组件，当所述高频载波信号与低频有效信号达到设定阈值信号时，所述高频载波信号与低频有效信号所对应的第一开关与第二开关打开，通过充放电电路使得所述低频有效信号加载到所述高频载波信号形成所述载波脉冲信号。

优选地，所述线圈的内部包括磁场检测电路，所述磁场检测电路用于检测所述线圈的磁场强度，所述磁场检测电路将检测的信号发送给所述主控板；所述磁场检测电路包括感应线圈、放大器、积分电路以及放大电路，所述放大器与放大电路用于将所述感应线圈检测的信号进行放大，所述积分电路用于将磁场的变化率转换成磁场的强度，以使得所述磁场检测电路将检测到的磁场的强度发送给所述主控板。

优选地，所述刺激通道还包括反馈检测线圈，所述反馈检测线圈连接所述主控板，所述反馈检测线圈用于检测所述线圈的输出信号。

一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行一种深度脑刺激的配置方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行一种深度脑刺激的配置方法。

一种深度脑刺激的配置系统，包括获取数据模块、形成刺激通道模块以及深度刺激模块；其中，

所述获取数据模块用于通过对目标头颅的扫描建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标；

所述形成刺激通道模块用于根据所述三维立体模型配置若干线圈至目标头颅的设定位置，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道；

所述深度刺激模块用于配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值并进行深度脑刺激。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种深度脑刺激的配置方法，该方法通过主控板对多个刺激通道的脉冲信号的频率、相位信号的单独调节，使得多通道之间电磁场叠加合成实现深度脑区的精准刺激的功能，提高对功能性和器质性精神病变的治疗效果。另外，每个刺激通道配置单独的控制单元分别为各个通道的线圈提供刺激信号，提高了该装置的灵活性与精准性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种深度脑刺激的配置方法的整体流程图；

图2为本发明的一种深度脑刺激的配置方法的整体逻辑图；

图3为本发明的一种深度脑刺激的配置方法的刺激通道中的控制单元的示意图；

图4为本发明的一种深度脑刺激的配置方法的磁场检测电路的示意图；

图5为本发明的一种深度脑刺激的配置系统的模块图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明提供一种深度脑刺激的配置方法，如图1-4所示，包括如下步骤：

S1、获取数据，通过对目标头颅的扫描建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标。在一个实施例中，在进行深度刺激之前将刺激对象的目标头颅扫描至软件，一般地，选择笛卡尔坐标系的三维坐标差将目标头颅表示为一个立方体结构，根据实际特定的脑组织，比如，海马，建立更为合理的空间尺寸坐标表达。根据三维立体模型模型准确算出各脉冲信号到达目标区域的时间、频率、相位从而使得各个刺激通道的脉冲信号准确叠加补偿以得到所需的刺激值，对目标区域进行精准刺激。

S2、形成刺激通道，根据所述三维立体模型配置若干线圈至目标头颅的设定位置，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道。在一实施例中，一个刺激通道配置有单独的控制单元与线圈，实现各个刺激通道的单独灵活控制，以使得所需的刺激值更加的精准。

若干所述刺激通道通过主控板发送的指令进行配置，所述主控板发送指令给若干所述控制单元，以使得所述线圈接收脉冲信号并作用于目标区域。主控板发送给每个刺激通道的指令不相同，若干刺激通道在主控板的调节下发出不同的脉冲信号并在目标区域处叠加补偿获得所需要的刺激值从而进行深度刺激。

S3、深度刺激，配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值并进行深度脑刺激。在一个实施例中，所述控制单元包括振荡器，所述振荡器用于产生高频载波信号与低频有效信号，所述控制单元输出将所述低频有效信号加载到所述高频载波信号上的载波脉冲信号，所述线圈接收所述载波脉冲信号；若干不同的所述载波脉冲信号在目标区域叠加补偿以获得所述刺激值并进行深度刺激。在一个实施例中，振荡器是一种能量转换装置，将直流电能转换为不同频率的交流电能，包括高频载波信号与低频有效信号，线圈接收将低频信号加载到高频载波信号上的载波脉冲信号，因高频载波信号对脑区是没有激活效应的，因此可以有效的避免单独的低频有效信号对其他脑区的影响。各个刺激通道的脉冲信号在目标区域叠加补偿将高频载波信号消除保留低频有效信号即所需的刺激值，从而进行深度刺激。

所述刺激通道包括第一刺激通道与第二刺激通道，所述第一刺激通道包括第一控制单元，所述第一控制单元包括第一振荡器，所述第一振荡器产生第一高频载波信号与第一低频有效信号；所述第二刺激通道包括第二控制单元，所述第二控制单元包括第二振荡器，所述第二振荡器产生第二高频载波信号；所述第一振荡器与第二振荡器产生的载波信号在目标区域叠加补偿获得所述第一低频有效信号即所述刺激值。所述线圈为线圈，若干个所述线圈分布设置于目标区域的上方。在一个实施例中，例如：现需要对某个深度脑区进行刺激，而这个深度脑区经颅磁刺激起作用的是1Hz的脉冲信号，但是将1Hz的脉冲信号直接经颅磁刺激线圈放到人头顶上之后，线圈下方脑组织都会被激发，如此方式对患者的治疗方式不显著甚至有副作用。本例中优选使用两个刺激通道，一个刺激通道的载波脉冲为将1Hz的低频有效脉冲加载到1KHz的高频载波脉冲上，另一个刺激通道的载波脉冲为1KHz的高频载波脉冲，当然两个刺激通道的相位相反，当达到目标深度脑区时，两个刺激通道的高频载波脉冲进行叠加补偿，两个刺激通道中的1KHz的高频载波脉冲相互抵消，剩下1Hz的低频有效脉冲作用于目标区域，即实现了深度脑区的刺激且避免了低频脉冲信号对其他脑组织的影响。

一般地，线圈种类可以包括各种常规的经颅磁刺激线圈，如圆线圈、八字形线圈、四叶型线圈等。根据脑部尺寸、神经激活的幅值范围设定线圈的半径、圈数以及导线线径。通常为保持一致性对每个线圈单元选择相同的参数设计，但也可结合具体的情况针对每个线圈进行不一样的配置。

需要说明的是，在上述例子中，实现两个刺激通道的载波脉冲信号的叠加还需要刺激通道中的线圈的配合，线圈的位置通过主控板的调节以配合两个刺激通道的脉冲信号的叠加补偿以达到最佳的刺激效果。

所述控制单元还包括开关组件，当所述高频载波信号与低频有效信号达到设定阈值信号时，所述高频载波信号与低频有效信号所对应的第一开关与第二开关打开，通过充放电电路使得所述低频有效信号加载到所述高频载波信号形成所述载波脉冲信号。在一个实施例中，频率信号控制相应的控制脉冲打开开关控制充放电电路功能，放电电路接入激发线圈，实现激发线圈诱发磁场的功能。

所述线圈的内部包括磁场检测电路，所述磁场检测电路用于检测所述线圈的磁场强度，所述磁场检测电路将检测的信号发送给所述主控板。在一个实施例中，磁场检测电路用于检测线圈的磁场强度，用于判断磁场强度是否在安全阈值范围内。磁场检测电路将检测的信号发送给主控板，当磁场强度超出安全阈值范围时，主控板将接收到磁场检测电路反馈的异常信号，主控板将及时作出处理措施。

具体地，所述磁场检测电路包括感应线圈、放大器、积分电路以及放大电路，所述放大器与放大电路用于将所述感应线圈检测的信号进行放大，所述积分电路用于将磁场的变化率转换成磁场的强度，以使得所述磁场检测电路将检测到的磁场的强度发送给所述主控板。在本实施例中，一般地，感应线圈为单匝的小线圈，信号较弱，放大电路用于将感应线圈接收到的信号进行放大，将放大后的信号进行积分处理，因为线圈接触到的信号是磁场的变化率即磁场在时间维度上的变化率，所以通过积分电路将变化率转换成磁场的强度。放大器可以将信号本身进行放大，另外积分电路也有放大信号的作用。

所述刺激通道还包括反馈检测线圈，所述反馈检测线圈连接所述主控板，所述反馈检测线圈用于检测所述线圈的输出信号。在一个实施例中，反馈检测线圈用于测试校准每个线圈的实时输出，并将检测的信号反馈给主控板，使得主控板可以及时了解刺激通道的信息，提高了在刺激过程中安全性。

所述主控板连接一手持终端，所述手持终端用于将发送指令给所述主控板。在一个实施例中，主控板的操控过程通过有线手柄即手持终端的按键自定义，通过在手持终端对各个通道的脉冲的频率以及相位进行设置，大大提升了设备的操控感以及便捷性。当然手柄也可通过无线手柄来完成系统的操控，实现无线连接为现有技术，例如通过蓝牙。

本发明公开了一种深度脑刺激的配置方法，该方法通过主控板对多个刺激通道的脉冲信号的频率、相位信号的单独调节，使得多通道之间电磁场叠加合成实现深度脑区的精准刺激的功能，提高对功能性和器质性精神病变的治疗效果。另外，每个刺激通道配置单独的控制单元分别为各个通道的线圈提供刺激信号，提高了该装置的灵活性与精准性。

本发明还提供一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行一种深度脑刺激的配置方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行一种深度脑刺激的配置方法。

本发明还提供一种深度脑刺激的配置系统，如图5所示，包括获取数据模块、形成刺激通道模块以及深度刺激模块；其中，

所述获取数据模块用于通过对目标头颅的扫描建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标；

所述形成刺激通道模块用于根据所述三维立体模型配置若干线圈至目标头颅的设定位置，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道；

所述深度刺激模块用于配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值并进行深度脑刺激。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种深度脑刺激的配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取数据，获取目标头颅扫描信息建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标；

形成刺激通道，根据所述三维立体模型中待刺激的目标区域的坐标配置若干线圈，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道；

深度刺激，配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值；

在步骤深度刺激中，所述配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号还包括：

若干所述刺激通道通过主控板发送的指令进行配置，所述主控板发送指令给若干所述控制单元，以使得所述线圈接收脉冲信号并作用于目标区域；

所述控制单元包括振荡器，所述振荡器用于产生高频载波信号与低频有效信号，所述控制单元输出将所述低频有效信号加载到所述高频载波信号上的载波脉冲信号，所述线圈接收所述载波脉冲信号；若干不同的所述载波脉冲信号在目标区域叠加补偿以获得所述刺激值并进行深度刺激；

所述刺激通道包括第一刺激通道与第二刺激通道，所述第一刺激通道包括第一控制单元，所述第一控制单元包括第一振荡器，所述第一振荡器产生第一高频载波信号与第一低频有效信号；所述第二刺激通道包括第二控制单元，所述第二控制单元包括第二振荡器，所述第二振荡器产生第二高频载波信号；所述第一振荡器与第二振荡器产生的载波信号在目标区域叠加补偿获得所述第一低频有效信号即所述刺激值。

2.如权利要求1所述的一种深度脑刺激的配置方法，其特征在于，所述控制单元还包括开关组件，当所述高频载波信号与低频有效信号达到设定阈值信号时，所述高频载波信号与低频有效信号所对应的第一开关与第二开关打开，通过充放电电路使得所述低频有效信号加载到所述高频载波信号形成所述载波脉冲信号。

3.如权利要求1所述的一种深度脑刺激的配置方法，其特征在于，所述线圈的内部包括磁场检测电路，所述磁场检测电路用于检测所述线圈的磁场强度，所述磁场检测电路将检测的信号发送给所述主控板；

所述磁场检测电路包括感应线圈、放大器、积分电路以及放大电路，所述放大器与放大电路用于将所述感应线圈检测的信号进行放大，所述积分电路用于将磁场的变化率转换成磁场的强度，以使得所述磁场检测电路将检测到的磁场的强度发送给所述主控板。

4.如权利要求3所述的一种深度脑刺激的配置方法，其特征在于，所述刺激通道还包括反馈检测线圈，所述反馈检测线圈连接所述主控板，所述反馈检测线圈用于检测所述线圈的输出信号。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1所述的方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行如权利要求1所述的方法。

7.一种深度脑刺激的配置系统，其特征在于，包括获取数据模块、形成刺激通道模块以及深度刺激模块；其中，

所述获取数据模块用于获取目标头颅扫描信息建立三维立体模型，所述三维立体模型包括待刺激的目标区域的坐标；

所述形成刺激通道模块用于根据所述三维立体模型中待刺激的目标区域的坐标配置若干线圈，所述线圈对应连接一控制单元以形成刺激通道；

所述深度刺激模块用于配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号在所述目标区域的坐标处进行叠加补偿，以获得所需刺激值；

所述深度刺激模块中所述配置若干所述刺激通道的输出脉冲信号还包括：

若干所述刺激通道通过主控板发送的指令进行配置，所述主控板发送指令给若干所述控制单元，以使得所述线圈接收脉冲信号并作用于目标区域；

所述控制单元包括振荡器，所述振荡器用于产生高频载波信号与低频有效信号，所述控制单元输出将所述低频有效信号加载到所述高频载波信号上的载波脉冲信号，所述线圈接收所述载波脉冲信号；若干不同的所述载波脉冲信号在目标区域叠加补偿以获得所述刺激值并进行深度刺激；

所述刺激通道包括第一刺激通道与第二刺激通道，所述第一刺激通道包括第一控制单元，所述第一控制单元包括第一振荡器，所述第一振荡器产生第一高频载波信号与第一低频有效信号；所述第二刺激通道包括第二控制单元，所述第二控制单元包括第二振荡器，所述第二振荡器产生第二高频载波信号；所述第一振荡器与第二振荡器产生的载波信号在目标区域叠加补偿获得所述第一低频有效信号即所述刺激值。