CN116492597B - 一种外周-中枢神经调控装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种外周‑中枢神经调控装置及存储介质，该装置在传导时间测定阶段，由总参数控制器根据中枢端控制器采集的诱发电位信号进行处理和分析，得到外周神经电刺激诱发神经网络产生反应的传导时间，并将该传导时间作为外周神经电刺激和中枢神经电刺激的参数，在调控刺激阶段，由外周端控制器在施加电脉冲后，再由中枢端基于该传导时间延迟施加电脉冲，从而将外周端电刺激与中枢端电刺激进行偶联，则外周端电刺激与中枢端电刺激能够协同作用于神经网络中的多靶点，实现多靶点的协同调控，有利于增加调控范围、提升调控效果。
Description
技术领域
本申请涉及医学中的理疗技术领域，尤其涉及一种外周-中枢神经调控装置及存储介质。
背景技术
目前，针对脑神经损伤后的神经调控技术主要可分为有创和无创。有创技术包括脊髓电刺激、深部脑刺激等，这类技术通常需要配合外科手术进行刺激器的放置，使用成本高昂、操作复杂、风险高、专业性强因而使用的局限性较高。无创神经调控技术主要包括经颅磁刺激、经颅电刺激、经颅超声刺激、正中神经刺激以及迷走神经刺激等。然而目前无创神经调控的主流技术多采用单靶点式的刺激方法，单靶点刺激未考虑大脑系统的网络特性，难以实现对大脑多靶点神经网络的协同调控，调控范围窄。
发明内容
针对上述问题，本申请提供了一种外周-中枢神经调控装置及存储介质，以外周神经电刺激诱发神经网络产生反应的传导时间将外周端电刺激与中枢端电刺激进行偶联，以实现神经网络中多靶点的协同调控，有利于增加调控范围、提升调控效果。
本申请第一方面提供了一种外周-中枢神经调控装置，该装置包括总参数控制器、外周端控制器和中枢端控制器，总参数控制器分别与外周端控制器和中枢端控制器连接，外周端控制器与外周端刺激电极连接，中枢端控制器与中枢端刺激电极和中枢端采集电极连接；
外周端控制器，用于根据总参数控制器确定的第一参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数；
中枢端控制器，用于通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；N次电刺激与N个诱发电位信号一一对应；
总参数控制器，用于根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间；
外周端控制器，用于根据第二参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激；
中枢端控制器，用于基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在传导时间到达时，根据第二参数集，通过中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，中枢端控制器，还用于：
将N个诱发电位信号转换为N个数字信号，并将N个数字信号发送给总参数控制器；N个诱发电位信号与N个数字信号一一对应；
总参数控制器，具体用于：
对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N；
根据M个数字信号，得到传导时间；
基于传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和调控总时长得到第二参数集。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总参数控制器，具体用于：
基于施加N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
基于第一信号段对数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
基于第一信号段，确定是否对预处理后的数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
基于第二信号段和判定范围，确定剔除预处理后的数字信号或保留预处理后的数字信号，以得到M个数字信号。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总参数控制器，具体用于：
对M个数字信号进行叠加求平均，得到目标信号；
基于目标信号中第一个波峰或波谷出现的时间，得到传导时间。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总参数控制器，具体用于：
对第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值；
采用第一平均值对数字信号进行拉低。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总参数控制器，具体用于：
以设定的时间窗和步长在第一信号段上滑动，对时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算P个第二平均值的标准差；
基于第一平均值和标准差，确定判定范围。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，外周神经电刺激参数包括外周端脉冲幅度、外周端脉冲宽度和外周端脉冲的间隔时间；中枢神经电刺激参数包括中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度和中枢端脉冲的间隔时间；其中，外周端脉冲的间隔时间与中枢端脉冲的间隔时间相等。
本申请第二方面提供了一种外周-中枢神经调控方法，应用于第一方面中的外周-中枢神经调控装置，该方法包括：
外周端控制器根据总参数控制器确定的第一参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数；
中枢端控制器通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；N次电刺激与N个诱发电位信号一一对应；
总参数控制器根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间；
外周端控制器根据第二参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激；
中枢端控制器基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在传导时间到达时，根据第二参数集，通过中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，在通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号之后，方法还包括：
中枢端控制器将N个诱发电位信号转换为N个数字信号，并将N个数字信号发送给总参数控制器；N个诱发电位信号与N个数字信号一一对应；
根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集，包括：
总参数控制器对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N；
总参数控制器根据M个数字信号，得到传导时间；
总参数控制器基于传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和调控总时长得到第二参数集。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号，包括：
总参数控制器基于施加N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
总参数控制器基于第一信号段对数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
总参数控制器基于第一信号段，确定是否对数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
总参数控制器基于第二信号段和判定范围，确定剔除数字信号或保留数字信号，以得到M个数字信号。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，基于第一信号段对数字信号进行拉低，包括：
总参数控制器对M个数字信号进行叠加求平均，得到目标信号；
总参数控制器基于目标信号中第一个波峰或波谷出现的时间，得到传导时间。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，基于第一信号段对数字信号进行拉低，包括：
对第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值；
采用第一平均值对数字信号进行拉低。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，基于第一信号段，确定是否对数字信号进行坏试次剔除的判定范围，包括：
以设定的时间窗和步长在第一信号段上滑动，对时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算P个第二平均值的标准差；
基于第一平均值和标准差，确定判定范围。
结合第二方面，在一种可能的实施方式中，外周神经电刺激参数包括外周端脉冲幅度、外周端脉冲宽度和外周端脉冲的间隔时间；中枢神经电刺激参数包括中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度和中枢端脉冲的间隔时间；其中，外周端脉冲的间隔时间与中枢端脉冲的间隔时间相等。
本申请第三方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有用于设备执行的计算机程序，计算机程序被执行时实现上述第二方面任意一个实施例中的方法。
本申请第四方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品被设备运行，使得设备执行上述第二方面任意一个实施例中的方法。
本申请的上述方案至少包括以下有益效果：
本申请实施例中，在传导时间测定阶段，总参数控制器根据中枢端控制器采集的诱发电位信号进行处理和分析，得到外周神经电刺激诱发神经网络产生反应的传导时间，并将该传导时间作为外周神经电刺激和中枢神经电刺激的参数，在调控刺激阶段，外周端控制器在施加电脉冲后，中枢端基于该传导时间延迟施加电脉冲，从而将外周端电刺激与中枢端电刺激进行偶联，则外周端电刺激与中枢端电刺激能够协同作用于神经网络中的多靶点，实现多靶点的协同调控，有利于增加调控范围、提升调控效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种外周-中枢神经调控装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种应用场景的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种传导时间测定模式的电刺激参数的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种划分信号段的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种外周-中枢偶联刺激中的电刺激参数的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种外周-中枢神经调控方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地进一步包括没有列出的步骤或单元，或可选地进一步包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同的对象，而并非用于描述特定的顺序。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
以下对本申请涉及的相关技术进行简要说明。
相关技术之一提供了单靶点电刺激的神经调控方法，如经颅电刺激只针对中枢端靶点，正中神经刺激和迷走神经刺激只针对外周端靶点。单靶点式的刺激方法无法实现对大脑网络化的调控，特别是意识障碍、抑郁症、中风等脑网络损伤的疾病，其调控作用范围较窄。
相关技术之二提供了外周-中枢多靶点刺激的方案，其通过简单的同步刺激或时序刺激，属于技术和设备的叠加，未考虑外周神经与中枢神经调控的协同作用，偶联作用机制不合理，因而难以实现大脑网络协作式的神经调控。此外，目前的方法均未考虑人与人之间的个体差异，未考虑外周神经刺激到中枢端的传导延迟，通过简单统一地设置不同刺激方法的时序无法真正实现在神经网络中多靶点的同步调控效果，没有做到真正的偶联。
相关技术之三提供了一种外周-中枢配对关联刺激的方法，通常使用外周电刺激脉冲与中枢磁刺激脉冲配对释放，以电刺激脉冲诱发神经响应的时间设置配对时间，考虑了个体化的差异。但是该配对方案在中枢端采用的是随机单个脉冲发放的方式，无法在大脑皮层产生兴奋性的改变，因而不具有神经调控的效果，无法实现神经可塑性的调节。因此通常只作为神经通路完整性以及关联性的检测方法，而不作为神经调控的方法。
为克服相关技术中的缺陷或不足，本申请实施例提供一种外周-中枢神经调控装置。请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种外周-中枢神经调控装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括总参数控制器、外周端控制器和中枢端控制器，总参数控制器分别与外周端控制器和中枢端控制器连接，外周端控制器与外周端刺激电极连接，中枢端控制器与中枢端刺激电极和中枢端采集电极连接。其中：
外周端控制器，用于根据总参数控制器确定的第一参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数。
本申请实施例中，如图2所示，选取中枢端刺激位置放置阳极刺激电极，比如：该位置可以是运动功能相关的初级运动区（对应脑电帽C3/C4位置）或脑认知相关的背外侧前额叶（对应脑电帽F3/F4位置）或意识损伤相关的楔前叶（对应脑电帽Pz位置）。在参考区放置阴极电极，比如：该位置可以是额眼眶处。以及，在刺激相关的皮层位置放置中枢端采集电极，包括信号采集电极、参考电极以及地电极。外周端，在右侧/左侧手腕正中位置贴外周端刺激电极，包括正负电极和地电极。
外周-中枢神经调控装置每个调控周期包括传导时间测定阶段和调控刺激阶段。在外周-中枢神经调控装置中选取传导时间测定模式，该模式设置有对应的电刺激参数，该参数构成第一参数集。具体而言，如图3所示，该第一参数集中的参数包括外周端脉冲宽度（单位为：微秒μs）、外周端脉冲幅度（即电流强度；单位为：毫安mA）、外周端脉冲的间隔时间（单位为：秒s）、外周端施加电刺激的次数N（即外周端控制器共发放N个脉冲，N为大于1的整数）。其中，外周端脉冲的间隔时间为给定范围内可调整的值，平均1s；外周端脉冲幅度为给定范围内可调整的值。
根据第一参数集中的电刺激参数，外周端控制器通过外周端刺激电极对受试者外周神经发放N个脉冲，即施加N次电刺激。
中枢端控制器，用于通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；N次电刺激与N个诱发电位信号一一对应。
本申请实施例中，中枢端控制器通过中枢端采集电极采集N次电刺激在受试者脑皮层产生的N个诱发电位信号，即外周端控制器每次施加的电刺激，中枢端控制器都将采集到对应的一个诱发电位信号，可采用一段模拟信号波形表示。
中枢端控制器将每个诱发电位信号转换为数字信号，得到与N个诱发电位信号一一对应的N个数字信号，并将N个数字信号发送给总参数控制器。
总参数控制器，用于根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间。
本申请实施例中，总参数控制器对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N。然后，总参数控制器对M个数字信号进行叠加求平均，得到一个目标信号，针对该目标信号进行波峰、波谷计算，基于第一个波峰或波谷出现的时间，得到外周端施加电刺激到中枢端引起神经反应（即产生诱发电位信号）的传导时间。示例性的，目标信号中第一个波峰或波谷出现的时间通常在外周端施加电刺激后的15-25毫秒内。总参数控制器将该传导时间设定为外周和中枢端电脉冲发放的延迟时间，即在调控刺激阶段，将该传导时间作为外周-中枢偶联刺激的参数之一。具体而言，总参数控制器将传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和单个调控周期的调控总时长确定为第二参数集。
示例性的，基于选定的外周端脉冲的间隔时间和中枢端脉冲的间隔时间，总参数控制器还可以提供高频刺激模式和低频刺激模式。比如：将外周端脉冲的间隔时间和中枢端脉冲的间隔时间均设置得较短，则提供的是高频刺激模式。
示例性的，在对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号方面，总参数控制器，具体用于：
基于施加N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
基于第一信号段对数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
基于第一信号段，确定是否对预处理后的数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
基于第二信号段和判定范围，确定剔除预处理后的数字信号或保留预处理后的数字信号，以得到M个数字信号。
本申请实施例中，每个诱发电位信号包括脉冲发放时间前t毫秒的信号和脉冲发放时间后t毫秒的信号，t为大于1的整数，则其对应的数字信号的长度也是脉冲发放时间的前t毫秒和脉冲发放时间的后t毫秒。如图4所示，针对M个数字信号中的任意一个数字信号，总参数控制器以对应的脉冲发放时间（即施加电刺激的时间）为分界点，取该时间的前t毫秒的信号为第一信号段，以及取该时间的后t毫秒的信号为第二信号段。
由于总参数控制器接收到的信号是经过放大后的信号，因此，总参数控制器需要对数字信号进行拉低。示例性的，总参数控制器对第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值，整个2t毫秒内的数字信号减去第一平均值，即得到拉低后的数字信号。总参数控制器对拉低后的数字信号滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号。
示例性的，在基于第一信号段，确定是否对预处理后的数字信号进行坏试次剔除的判定范围方面，总参数控制器，具体用于：
以设定的时间窗和步长在第一信号段上滑动，对时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算P个第二平均值的标准差；
基于第一平均值和标准差，确定判定范围。
具体的，假设时间窗为q毫秒，步长为q，总参数控制器以该时间窗和步长在第一信号段上滑动，则第一信号段被分割为P=t/q个子段，每个子段内的信号即时间窗覆盖范围内的信号，q为大于1的整数。对P个子段分别求平均，得到P个第二平均值，再计算该P个第二平均值的标准差，则总参数控制器将判定范围确定为[第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]。总参数控制器从第二信号段中选取出子信号段，该子信号段为对应的数字信号中第一个波峰或波谷出现后的某个时间至第二信号段末的信号段。比如：第二信号段的长度为300毫秒，则该子信号段可以是第二信号段后200毫秒的信号。总参数控制器对该子信号段内的信号求平均，得到第三平均值，若第三平均值不在判定范围 [第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]内，则剔除对应的数字信号，否则保留对应的数字信号。总参数控制器按照上述流程处理完N个数字信号，得到M个数字信号。
外周端控制器，用于根据第二参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激。
本申请实施例中，由于第二参数集中包括设定的外周神经电刺激参数，则在调控刺激阶段，总参数控制器控制外周端控制器按照外周神经电刺激参数工作，从而对受试者外周神经施加电刺激。
中枢端控制器，用于基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在传导时间到达时，根据第二参数集，通过中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激。
本申请实施例中，由于第二参数集中包括设定的中枢神经电刺激参数和传导时间，则在调控刺激阶段，总参数控制器控制中枢端控制器按照传导时间和中枢神经电刺激参数工作，从而对受试者中枢神经施加电刺激。比如：假设传导时间为T毫秒，在外周端控制器发放第一个脉冲后，中枢端控制器延后T毫秒，发放第一个脉冲，从而能够实现两种脉冲在神经网络中传导的共振，以协同作用于神经网络中的多靶点。示例性的，如图5所示，外周-中枢偶联刺激中，外周神经电刺激参数包括外周端脉冲幅度、外周端脉冲宽度和外周端脉冲的间隔时间；中枢神经电刺激参数包括中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度和中枢端脉冲的间隔时间。其中，外周端脉冲的间隔时间与中枢端脉冲的间隔时间相等，以保证外周端脉冲发出后经过传导时间与中枢端脉冲偶联的节奏不被打乱。当然外周-中枢偶联刺激中的参数还包括传导时间、单个调控周期的调控总时长。其中，外周端脉冲幅度、外周端脉冲的间隔时间、中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度、中枢端脉冲的间隔时间和单个调控周期的调控总时长均为给定范围内可调的值。
单个周期的调控结束后，进入下一个调控周期，同样包括传导时间测定阶段和调控刺激阶段，总参数控制器在传导时间测定阶段确定出一参数集，由外周端控制器和中枢端控制器执行传导时间的测定，以及总参数控制器确定出外周-中枢偶联刺激的参数集，调控刺激阶段，由外周端控制器和中枢端控制器分别执行相应操作，实现外周-中枢的协同调控。
可以看出，在传导时间测定阶段，总参数控制器根据中枢端控制器采集的诱发电位信号进行处理和分析，得到外周神经电刺激诱发神经网络产生反应的传导时间，并将该传导时间作为外周神经电刺激和中枢神经电刺激的参数，在调控刺激阶段，外周端控制器在施加电脉冲后，中枢端基于该传导时间延迟施加电脉冲，从而将外周端电刺激与中枢端电刺激进行偶联，则外周端电刺激与中枢端电刺激能够协同作用于神经网络中的多靶点，实现多靶点的协同调控，有利于增加调控范围、提升调控效果。在每个调控周期加入诱发神经电反应检测，以引导电刺激参数的优化，避免了个体化差异导致的神经调控针对性不明确的问题，以及解决了个体状态动态变化导致的神经调控效果不稳定的问题。在纳入传导时间这一参数的基础上，本申请实施例提供的调控方案还具备脑网络化调控机制明确、个体化适用性强等优点。
基于上述外周-中枢神经调控装置实施例的描述，本申请还提供一种外周-中枢神经调控方法，该方法可应用于图1所示的实施例中的装置。请参见图6，图6为本申请实施例提供的一种外周-中枢神经调控方法的流程示意图，如图6所示，该方法可以包括步骤601-605：
601：外周端控制器根据总参数控制器确定的第一参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数；
602：中枢端控制器通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；N次电刺激与N个诱发电位信号一一对应；
603：总参数控制器根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间；
604：外周端控制器根据第二参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激；
605：中枢端控制器基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在传导时间到达时，根据第二参数集，通过中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激。
在一种可能的实施方式中，在通过中枢端采集电极采集N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号之后，方法还包括：
中枢端控制器将N个诱发电位信号转换为N个数字信号，并将N个数字信号发送给总参数控制器；N个诱发电位信号与N个数字信号一一对应；
根据N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集，包括：
总参数控制器对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N；
总参数控制器根据M个数字信号，得到传导时间；
总参数控制器基于传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和调控总时长得到第二参数集。
在一种可能的实施方式中，对N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号，包括：
总参数控制器基于施加N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
总参数控制器基于第一信号段对数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
总参数控制器基于第一信号段，确定是否对数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
总参数控制器基于第二信号段和判定范围，确定剔除数字信号或保留数字信号，以得到M个数字信号。
在一种可能的实施方式中，基于第一信号段对数字信号进行拉低，包括：
总参数控制器对M个数字信号进行叠加求平均，得到目标信号；
总参数控制器基于目标信号中第一个波峰或波谷出现的时间，得到传导时间。
在一种可能的实施方式中，基于第一信号段对数字信号进行拉低，包括：
对第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值；
采用第一平均值对数字信号进行拉低。
在一种可能的实施方式中，基于第一信号段，确定是否对数字信号进行坏试次剔除的判定范围，包括：
以设定的时间窗和步长在第一信号段上滑动，对时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算P个第二平均值的标准差；
基于第一平均值和标准差，确定判定范围。
在一种可能的实施方式中，外周神经电刺激参数包括外周端脉冲幅度、外周端脉冲宽度和外周端脉冲的间隔时间；中枢神经电刺激参数包括中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度和中枢端脉冲的间隔时间；其中，外周端脉冲的间隔时间与中枢端脉冲的间隔时间相等。
需要说明的是，该方法实施例中各个步骤的实现，可对应参照图1-图5所示的装置实施例中各个器件的实现，且在系统侧模块功能发生变化的情况下，方法侧也可参照系统侧的变化而进行适应性调整。
可以理解的是，由于方法实施例与装置实施例为相同技术构思的不同呈现形式，因此，本申请实施例装置侧的内容应同步适配于本申请实施例方法侧，且能达到相同或相似的有益效果，此处不再赘述。
可以看出，在图6所示的方法实施例中，在传导时间测定阶段，总参数控制器根据中枢端控制器采集的诱发电位信号进行处理和分析，得到外周神经电刺激诱发神经网络产生反应的传导时间，并将该传导时间作为外周神经电刺激和中枢神经电刺激的参数，在调控刺激阶段，外周端控制器在施加电脉冲后，中枢端基于该传导时间延迟施加电脉冲，从而将外周端电刺激与中枢端电刺激进行偶联，则外周端电刺激与中枢端电刺激能够协同作用于神经网络中的多靶点，实现多靶点的协同调控，有利于增加调控范围、提升调控效果。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是信息处理设备或信息发送设备或信息接收设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端中的内置存储介质，当然也可以包括终端所支持的扩展存储介质，或者还可以包括与芯片配套使用的存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被芯片加载并执行的一条或多条的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是随机存储记忆体（random access memory，RAM）、双倍速率同步动态随机存储器（Double Data RateSynchronous Dynamic Random Access Memory，DDR），等等，也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器；可选的，还可以是至少一个位于远离前述芯片的计算机可读存储介质。在一个实施例中，可由设备加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或多条指令，以实现图6中所示的外周-中枢神经调控方法。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，其中，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，该计算机程序可操作来使设备执行图6中所示的外周-中枢神经调控方法。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (4)
1.一种外周-中枢神经调控装置，其特征在于，所述装置包括总参数控制器、外周端控制器和中枢端控制器，所述总参数控制器分别与所述外周端控制器和所述中枢端控制器连接，所述外周端控制器与外周端刺激电极连接，所述中枢端控制器与中枢端刺激电极和中枢端采集电极连接；所述装置每个调控周期包括传导时间测定阶段和调控刺激阶段；所述中枢端采集电极放置于运动功能相关的初级运动区的皮层位置；
所述外周端控制器，用于根据所述总参数控制器确定的第一参数集，通过所述外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数；
所述中枢端控制器，用于通过所述中枢端采集电极采集所述N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；所述N次电刺激与所述N个诱发电位信号一一对应；
所述总参数控制器，用于根据所述N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；所述第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间；
所述外周端控制器，用于根据所述第二参数集，通过所述外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激；
所述中枢端控制器，用于基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在所述传导时间到达时，根据所述第二参数集，通过所述中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激；
所述中枢端控制器，还用于：
将所述N个诱发电位信号转换为N个数字信号，并将所述N个数字信号发送给所述总参数控制器；所述N个诱发电位信号与所述N个数字信号一一对应；
所述总参数控制器，具体用于：
对所述N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N；
根据所述M个数字信号，得到所述传导时间；
基于所述传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和调控总时长得到所述第二参数集；
所述总参数控制器，具体用于：
基于施加所述N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
基于所述第一信号段对所述数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
基于所述第一信号段，确定是否对所述预处理后的数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
基于所述第二信号段和所述判定范围，确定剔除所述预处理后的数字信号或保留所述预处理后的数字信号，以得到所述M个数字信号；
所述总参数控制器，具体用于：
对所述第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值；
采用所述第一平均值对所述数字信号进行拉低；
所述总参数控制器，具体用于：
以设定的时间窗和步长在所述第一信号段上滑动，对所述时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算所述P个第二平均值的标准差；
基于所述第一平均值和所述标准差，确定所述判定范围；所述判定范围为[第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]；
所述总参数控制器，具体用于：
从所述第二信号段中选取出子信号段；所述子信号段为对应的数字信号中第一个波峰或波谷出现后的某个时间至所述第二信号段末的信号段；
对所述子信号段内的信号求平均，得到第三平均值，若所述第三平均值不在所述判定范围 [第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]内，则剔除对应的数字信号，否则保留对应的数字信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述总参数控制器，具体用于：
对所述M个数字信号进行叠加求平均，得到目标信号；
基于所述目标信号中第一个波峰或波谷出现的时间，得到所述传导时间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述外周神经电刺激参数包括外周端脉冲幅度、外周端脉冲宽度和外周端脉冲的间隔时间；所述中枢神经电刺激参数包括中枢端脉冲幅度、中枢端脉冲宽度和中枢端脉冲的间隔时间；其中，外周端脉冲的间隔时间与中枢端脉冲的间隔时间相等。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有用于设备执行的计算机程序，所述计算机程序被执行时实现以下步骤：
根据总参数控制器确定的第一参数集，通过外周端刺激电极对受试者外周神经施加N次电刺激；其中，N为大于1的整数；
通过中枢端采集电极采集所述N次电刺激在脑皮层产生的N个诱发电位信号；所述N次电刺激与所述N个诱发电位信号一一对应；
根据所述N个诱发电位信号确定外周-中枢偶联刺激的第二参数集；所述第二参数集中包括施加外周神经电刺激到诱发电位信号产生的传导时间；
根据所述第二参数集，通过所述外周端刺激电极对受试者外周神经施加电刺激；
基于对受试者外周神经施加电刺激的时间，在所述传导时间到达时，根据所述第二参数集，通过中枢端刺激电极对受试者中枢神经施加电刺激；
所述计算机程序被执行时还实现以下步骤：
将所述N个诱发电位信号转换为N个数字信号，并将所述N个数字信号发送给所述总参数控制器；所述N个诱发电位信号与所述N个数字信号一一对应；
对所述N个数字信号进行预处理和坏试次剔除，得到M个数字信号；其中，M小于或等于N；
根据所述M个数字信号，得到所述传导时间；
基于所述传导时间、设定的外周神经电刺激参数、中枢神经电刺激参数和调控总时长得到所述第二参数集；
所述计算机程序被执行时还实现以下步骤：
基于施加所述N次电刺激的时间，将每次电刺激对应的数字信号划分为第一信号段和第二信号段；
基于所述第一信号段对所述数字信号进行拉低，并滤除50赫兹工频干扰，得到预处理后的数字信号；
基于所述第一信号段，确定是否对所述预处理后的数字信号进行坏试次剔除的判定范围；
基于所述第二信号段和所述判定范围，确定剔除所述预处理后的数字信号或保留所述预处理后的数字信号，以得到所述M个数字信号；
所述计算机程序被执行时还实现以下步骤：
对所述第一信号段内的信号求平均，得到第一平均值；
采用所述第一平均值对所述数字信号进行拉低；
所述计算机程序被执行时还实现以下步骤：
以设定的时间窗和步长在所述第一信号段上滑动，对所述时间窗每次覆盖范围内的信号求平均，得到P个第二平均值；其中，P为大于1的整数；
计算所述P个第二平均值的标准差；
基于所述第一平均值和所述标准差，确定所述判定范围；所述判定范围为[第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]；
所述计算机程序被执行时还实现以下步骤：
从所述第二信号段中选取出子信号段；所述子信号段为对应的数字信号中第一个波峰或波谷出现后的某个时间至所述第二信号段末的信号段；
对所述子信号段内的信号求平均，得到第三平均值，若所述第三平均值不在所述判定范围 [第一平均值-标准差，第一平均值+标准差]内，则剔除对应的数字信号，否则保留对应的数字信号。
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| CN116492597A (zh) | 2023-07-28 |
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