CN116712672B - 面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法及设备，所述方法包括在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号；针对各个刺激点位组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；根据所述人体指标从所述多个刺激点位组合中确定一个最优刺激点位组合；在植入式脊髓刺激器通过所述最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号；针对各个刺激参数组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；根据所述人体指标从所述多个刺激参数组合中确定一个最优刺激参数组合。

Description

面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法及设备
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法及设备。
背景技术
慢性意识障碍(prolonged disorders of consciousness, pDoC)是指由脑外伤、脑卒中、缺血缺氧性脑病等各类脑损伤所导致意识丧失超过28 天的病理状态，可分为植物状态(vegetative state, VS)/无反应觉醒综合征(unresponsive wakefulnesssyndrome, UWS)、最低意识状态(minimally conscious state, MCS)。pDoC 患者神经系统受损严重、伴有复杂的功能障碍和并发症，康复周期长且难度大。因此，在pDoC 患者的整个治疗周期中康复是至关重要的，同时也面临着巨大的挑战。
目前对于意识障碍人群，临床上有多种治疗方法，包括无创感官刺激、无创电刺激、植入式脊髓电刺激、植入式脑起搏器刺激等方法，面向不同的意识障碍群体取得了一些有效的疗法进展。特别是近年来兴起的植入式电刺激疗法，由于直接与中枢神经进行接触，可以直接对意识障碍患者的神经系统起到较为精准的直接刺激。
但是由于意识群体缺乏有效的反馈能力，无法了解到医疗过程中刺激点位、刺激方式和刺激参数等对于患者是否有效，因此通过何种途径和方式确定有效的刺激点位、刺激方式和刺激参数，在整个治疗过程中显得格外重要，目前临床上缺乏该手段。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法，包括：
在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号；
针对各个刺激点位组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；
根据所述人体指标从所述多个刺激点位组合中确定一个最优刺激点位组合；
在植入式脊髓刺激器通过所述最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号；
针对各个刺激参数组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；
根据所述人体指标从所述多个刺激参数组合中确定一个最优刺激参数组合。
根据本发明实施例提供的电刺激方案确定方法，首先在固定刺激参数的情况下，通过不同的刺激点位组合输出电刺激信号，采集患者的身体指标，确定其对不同点位的响应情况，从而可以确定最有效的促醒刺激点位；然后锁定当前确定的最优刺激点位组合，采用不同的刺激参数输出刺激信号，再次采集患者的身体指标，确定其对不同刺激参数的响应情况，从而可以确定最有效的促醒刺激参数。通过两阶段的有限次轮询，基于客观的身体指标即可确定对患者最有效的刺激点位和刺激参数，本方案不需要患者的主观反馈，适用于意识障碍人群。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的促醒系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的促醒系统的正面场景示意图；
图3为本发明实施例提供的促醒系统的侧面场景示意图；
图4为本发明实施例提供的促醒系统的运行流程示意图；
图5为本发明实施例中的一种促醒电刺激方案确定方法的流程图；
图6为本发明实施例中的第二种促醒电刺激方案确定方法的流程图；
图7为本发明实施例中的第三种促醒电刺激方案确定方法的流程图；
图8为本发明实施例中的第四种促醒电刺激方案确定方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本发明的一个实施例，提供了一种面向意识障碍的促醒系统，包括：采集模块1、处理模块2、程控模块3和植入式脊髓刺激模块4，其中，
程控模块3，用于设定多个刺激点位组合和多个刺激参数组合，其中不同的刺激点位组合的区别包括点位数量、作用部位、极性中的至少一种区别；刺激参数包括刺激幅度、刺激频率、脉宽中的至少一种参数，不同的刺激参数组合的区别在于其中至少一种参数的值不同；
植入式脊髓刺激模块4，用于按照多个刺激点位组合和多个刺激参数组合依次输出刺激信号；
采集模块1，用于采集刺激信号作用于意识障碍患者时的脑电信号和肌电信号；
处理模块2，用于将脑电信号和肌电信号进行处理得到人体指标，并根据人体指标从多个刺激点位组合和多个刺激参数组合中确定最优刺激点位组合和最优刺激参数组合。
本系统接收到患者的脑电信息和肌电信息后，对患者的脑电信息和肌信息进行分析，并且通过控制植入式脊髓刺激器，调整植入式脊髓刺激器的电极点位、电刺激幅度、电刺激脉宽、电刺激频率等参数，植入式脊髓电刺激器通过植入人体内部的电极可以将刺激脉冲直接引入到中枢神经上，显著提高电刺激的精准度和电刺激效率，通过体外的脑电、肌电采样设备和植入人体的脊髓电刺激设备配合，形成闭环系统，通过闭环系统中的实时脑电和肌电的信息采集和计算，得到最优的电刺激电极点位组合和电刺激参数，提高促醒的效率。
如图3所示，在优选实施例中，程控模块3包括第一信号输入单元31、刺激点位参数设置单元32、刺激参数设置单元33和参数无线输出单元34；
第一信号输入单元31，用于接收若干刺激点位和若干刺激参数；
刺激点位参数设置单元32，用于根据若干刺激点位设定多个刺激点位组合；
刺激参数设置单元33，用于根据若干刺激参数设定多个刺激参数组合；
参数无线输出单元34，用于将多个刺激点位组合和多个刺激参数组合输出至植入式脊髓刺激模块。
刺激点位参数设置单元32和刺激参数设置单元33都为软件界面，参数无线输出单元34为无线传输硬件。
程控模块3在两次轮询时（位点和参数各一轮），根据接收的若干刺激点位和若干刺激参数设定多个刺激点位组合和多个刺激参数组合，并输出至植入式脊髓刺激模块3，在完成两次轮询时，由第二信号输出单元24将最优刺激点位组合和最优刺激参数组合发送至程控模块3的第一输入单元31，然后参数无线输出单元34控制植入式脊髓刺激模块4自动进行持续康复治疗。
通过程控模块3中的刺激点位参数设置单元32和刺激参数设置单元33将第一信号输入单元31接收的若干刺激点位和若干刺激参数设定为多个刺激点位组合和刺激参数组合，刺激点位组合是指在脊髓上选择不同位置的刺激电极，以便目标神经区域受到刺激。刺激参数组合涉及刺激信号的强度、频率、脉冲宽度等参数，这些参数的不同组合可以产生不同的刺激效果，并通过参数无线输出单元34多个刺激点位组合和所述多个刺激参数组合输出至植入式脊髓刺激模块，以实现对患者进行不同方式的刺激治疗。
优选实施例中，如图3所示，植入式脊髓刺激模块4包括植入式脊髓刺激器41、脊髓刺激电极42和脊髓电极导线43；植入式脊髓刺激模块还可以是植入式脊髓刺激器、脊髓刺激电极和脊髓电极导线的功能集成的整体植入式脊髓刺激产品。
植入式脊髓刺激器41，用于接收多个刺激点位组合和多个刺激参数组合，并通过脊髓电极导线43控制脊髓刺激电极42按照多个刺激点位组合和多个刺激参数组合依次输出刺激信号。
植入式脊髓刺激器41利用脊髓电极导线43控制脊髓刺激电极42，并按照预先设定的多个刺激点位组合和刺激参数组合依次输出刺激信号。
植入式脊髓刺激器41的刺激参数通常包括电压或电流（刺激幅度）、输出刺激信号的频率、刺激信号的波宽（脉宽），可以根据经验设定刺激参数的值，在本步骤中预设刺激参数的取值是唯一的、不变的，例如预设刺激参数为电压2.5 V、频率70 Hz、波宽120μs。
脊髓刺激电极42的输出电极触点（点位）有多个，具体数量例如是16个（更多或者更少），刺激点位组合是指全部触点中的一个或多个，比如刺激触点编号为#1~#16，其中触点#1和触点#2即可作为一个刺激点位组合；触点#1、触点#2和触点#4可作为另一个刺激点位组合，上述组合方式只是为了说明触点组合的含义而进行的举例，实际应用中不同的点位组合可以由部分相同编号、全部不同编号、不同数量、相同编号或数量但不同时序或极性的触点组合。因为植入在人体内的各个电极触点作用于不同的人体/神经部位，因此当不同点位或者组合输出刺激信号时，所产生的刺激效果可能有差异。
通过这些刺激点位以对应的刺激参数对患者输出刺激信号，这些刺激信号可以直接作用于脊髓神经纤维，脊髓刺激电极42依次使用不同的刺激点位组合输出刺激信号（不属于组合中的触点处于关闭状态不输出刺激信号），在每个刺激点位组合设置下，输出刺激信号的持续时间相同，例如是15分钟；另一方面，植入式脊髓刺激器41还可以利用脊髓电极导线43控制脊髓刺激电极42按照计算得到最优刺激点位和最优刺激参数依次输出刺激信号，刺激经上行网状激活系统传至大脑皮质，增加脑的局部葡萄糖代谢率及脑血流，促进兴奋性递质的释放，增强意识冲动及脑电活动，以此来促进患者苏醒。
如图2所示，在优选实施例中，采集模块1包括脑电采集单元11、肌电采集单元12和第一信号输出单元13；
脑电采集单元11，用于通过脑电采集帽采集刺激信号作用前和作用于意识障碍患者时的脑电信号；
肌电采集单元12，用于通过体表电极采集刺激信号作用前和作用于意识障碍患者时的肌电信号；
第一信号输出单元13，用于通过电极线的方式或无线传输的方式将脑电信号输出至处理模块，通过无线将肌电信号输出至处理模块。
脑电采集帽包括帽内电极和帽支撑结构，通过帽内电极采集脑电信号，帽支撑结构用于支撑脑电采集帽，提供稳定和舒适的支撑，有助于确保帽内电极能够准确地贴合头皮，从而保证脑电信号的质量和准确性。
脑电采集单元11和肌电采集单元12采集的刺激信号作用前的意识障碍患者的脑电信号和肌电信号，可以输出至处理模块转化为人体指标，并与刺激信号作用于意识障碍患者的脑电信号和肌电信号转化的人体指标进行比对。
第一信号输出单元13采用的无线传输方式可以是蓝牙或WIFI等。
采集模块1中的脑电刺激单元11和肌电采集单元12通过脑电采集帽和体表电极采集刺激信号作用于意识障碍患者时的脑电信号和肌电信号，体表电极的肌电采集点的数量可以是1~32个，比如四肢上分别布置若干肌电采集电极，或者只在某一只胳膊或腿上布置一个肌电采集电极都是可行的，实现了采集预先设定的多个刺激点位组合和刺激参数组合作用于患者的对应的脑电信号和肌电信号，以用于分析计算出作用于患者的最优刺激点位组合和最优刺激参数组合。
处理模块2包括第二信号输入单元21、算法判断单元22、存储与显示单元和第二信号输出单元24；
第二信号输入单元21，用于接收脑电信号和肌电信号；
算法判断单元22，用于将脑电信号和肌电信号进行转化得到人体指标，并根据人体指标从多个刺激点位组合和多个刺激参数组合中比对确定最优刺激点位组合和最优刺激参数组合；
存储与显示单元，用于存储和显示脑电信号和所述肌电信号、通过算法转化后的人体指标以及最优刺激点位组合和最优刺激参数组合；
第二信号输出单元24，用于将最优刺激点位组合和最优刺激参数组合输出至程控模块3。
处理模块2中的算法处理与比对单元通过算法判断单元22将第二信号输入单元21接收的脑电信号和肌电信号通过预存的内置算法对脑电图和肌电图进行数据处理和分析，提取出脑电图和肌电图的关键信息，以得到最优刺激点位组合和最优刺激参数组合，然后通过存储与显示单元存储和显示脑电信号、肌电信号、通过算法转化后的人体指标以及最优刺激点位组合和最优刺激参数组合，最后第二信号输出单元24将通过有线的方式将最优刺激点位组合和最优刺激参数组合直接输出至程控模块3，以根据最优刺激点位组合和最优刺激参数自动的进行刺激器的设置，对患者进行后续的连续刺激治疗。
优选实施例中，存储与显示单元包括显示器231和存储器232，存储器232用于存储采集的脑电信号、肌电信号、转化后的人体指标以及最优刺激点位组合和最优刺激参数组合，显示器231向用户显示采集的脑电信号、肌电信号、转化后的人体指标、比对过程数据和比对后的最优刺激点位组合和最优刺激参数组合。
软件在显示屏中向用户（医生）显示采集的脑电信号、肌电信号、转化后的人体指标、比对过程数据和比对后的最优刺激点位组合和最优刺激参数组合，医生可以通过参考显示屏上的显示结果进行参考，并通过刺激参数设置单元33和刺激点位参数设置单元32手动设置针对该意识障碍患者的最佳方案进行连续刺激治疗。
优选实施例中，人体指标包括脑活动指标和身体活动指标，其中脑活动指标包括根据脑电信号计算的平均幅度、节律、有序熵、排列熵、信息交互联通性信息、脑间隔变化递归信息中的至少一种指标；身体活动指标包括根据所述肌电信号计算的动作监测幅值。
举例来说，比如对于多个刺激点位组合为组合1~组合n，根据组合1输出刺激信号的过程中的脑电信号1和肌电信号1可以计算出脑活动指标1和身体活动指标1……根据组合n输出刺激信号的过程中的脑电信号n和肌电信号n可以计算出脑活动指标n和身体活动指标n。为了便于描述，称为刺激点位组合对应的人体指标。
当采用上述人体指标中的多个时，可以预设相应的优先级或者权重，从而有侧重地对待不同类型指标的优化效果，比如可以根据权重先后分别逐项比对，比如也可以将各种指标的优化量与相应的权重进行加权统计，计算出数值作为总的优化效果。
本系统目标在于确定植入式脊髓刺激模块（植入式脊髓刺激器）的最优刺激点位和最优刺激参数，首先系统初始化，程控模块根据医务人员的设置输入，采用经验参数（即若干刺激点位和若干刺激参数）作为初始化参数，对植入式脊髓刺激器的点刺激点位和点刺激参数进行设置，如中心两电极，施加电压2.5V、频率70Hz、波宽120μs的电刺激脉冲，持续时间15分钟，对患者开展刺激后采集模块采集脑电信号和肌电信号，完成该电极组合的刺激后，更换电极组合（刺激点位组合和刺激参数组合），如改成边缘两电极，施加电压2.5V、频率70 Hz、波宽120μs的电刺激脉冲，持续15分钟，对患者开展刺激后采集模块采集脑电信号和肌电信号，继续更换电极组合并进行信息采集，直到电极组合轮询完成后，处理模块通过数据处理算法得到脑电的平均幅度、节律、有序熵、信息交互连通性信息和脑间隔变化递归信息等人体指标结果，以及肌电的动作监测幅值人体指标结果，并通过对比各个电机组合的人体指标选择最优的电极点位组合，确定刺激效果最好的电极点位。
进一步确定电刺激参数，通过固定的电极点位，分别对电刺激的幅度、频率和脉宽参数进行扫描，每种参数组合刺激持续刺激15分钟，将得到不同参数组合下的脑电和肌电信息，处理模块通过数据处理算法得到脑电的平均幅度、节律、有序熵、信息交互连通性信息和脑间隔变化递归信息等人体指标结果，以及肌电的动作监测幅值人体指标结果，选择最优的电刺激参数，确定刺激效果最好的电刺激参数。
综合最优的刺激点位和最优的刺激参数，可以确定针对该意识障碍患者的最佳方案，并开展后续的联系刺激治疗可以向用户（医生）呈现本方法所使用的各个刺激点位组合和刺激参数组合及其对应人体指标，并在其中标识出本方法所确定的最优组合下的结果，供用户（医生）对全部结果整体阅览，自行选择合适的刺激组合。
结合图4所示，具体介绍面向意识障碍的促醒系统中各个模块的运行流程：
采集模块1开始进行采集工作，采集未向意识障碍患者输出刺激信号的脑电信号和肌电信号。
程控模块3通过第一信号输入单元31输入若干刺激点位和若干刺激参数，通过刺激点位参数设置单元32设定多个刺激点位组合，同时通过刺激参数设置单元33设定多个刺激参数组合，然后通过参数无线输出单元34将设定好的多个刺激点位组合和多个刺激参数组合传输至植入式脊髓刺激模块4，植入式脊髓刺激模块4中的植入式脊髓刺激器41接收多个刺激点位组合和多个刺激参数组合，然后通过脊髓电极导线43将多个刺激点位组合和多个刺激参数组合传输到脊髓刺激电极42，并依次输出刺激信号到患者身体，在植入式脊髓刺激模块4在对患者输出刺激信号（治疗）时，采集模块1中的脑电采集单元11通过脑电采集帽采集刺激信号作用于意识障碍患者时的脑电信号，同时肌电采集单元12通过体表电极采集刺激信号作用于意识障碍患者时的肌电信号，然后第一信号输出单元13通过电极线或无线（蓝牙、WIFI等）将脑电信号、肌电信号输出至处理模块2，处理模块2中的第二信号输入单元21接收脑电信号和肌电信号，算法判断单元将脑电信号和肌电信号进行转化得到人体指标，并根据人体指标从多个刺激点位组合和多个刺激参数组合中比对确定最优刺激点位组合和最优刺激参数组合，过程中，存储与显示单元22存储与显示脑电信号和肌电信号、人体指标，比对过程数据和比对结果数据（最优刺激点位组合和最优刺激参数组合）等。
在存储与显示单元通过显示屏显示的多个最优刺激参数组合和多个最优刺激参数组合后，用户（医生）可根据显示的多个最优刺激参数组合和多个最优刺激参数组合进行挑选，此时第二信号输出单元24和第一信号输入单元31已关闭，刺激点位参数设置单元32和刺激参数设置单元33均由用户（医生）进行手动输入设置，然后通过参数无线输出单元将用户（医生）选择的最优刺激点位组合和最优刺激参数组合输出至植入式脊髓刺激模块4，最后植入式脊髓刺激模块4对意识障碍患者进行持续康复治疗。
也可以由第二信号输出单元24输出唯一的最优刺激点位组合和最优刺激参数组合直接至程控模块3的第一输入单元31，然后参数无线输出单元34控制植入式脊髓刺激模块4自动进行持续康复治疗。
本系统通过体外的脑电、肌电采样设备和植入人体的脊髓电刺激设备配合，形成闭环系统，通过闭环系统中的实时脑电和肌电的信息采集和计算，得到最优的电刺激电极点位组合和电刺激参数，提高促醒的效率。
如图5所示，本发明实施例提供一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法，该方法可以由上述系统中的处理模块执行，包括如下操作：
S1，在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号。
植入式脊髓刺激器的刺激参数通常包括电压或电流（刺激幅度）、输出刺激信号的频率、刺激信号的波宽（脉宽），可以根据经验设定刺激参数的值，在本步骤中预设刺激参数的取值是唯一的、不变的，例如预设刺激参数为电压2.5 V、频率70 Hz、波宽120μs。
植入式脊髓刺激器的输出电极触点（点位）有多个，具体数量例如是16个（更多或者更少）。本方案中刺激点位组合是指全部触点中的一个或多个，比如刺激触点编号为#1~#16，其中触点#1和触点#2即可作为一个刺激点位组合；触点#1、触点#2和触点#4可作为另一个刺激点位组合，上述组合方式只是为了说明触点组合的含义而进行的举例，实际应用中不同的点位组合可以由部分相同编号、全部不同编号、不同数量、相同编号或数量但不同时序或极性的触点组合。因为植入在人体内的各个电极触点作用于不同的人体/神经部位，因此当不同点位或者组合输出刺激信号时，所产生的刺激效果可能有差异。
在固定刺激参数的情况下，刺激器依次使用不同的刺激点位组合输出刺激信号（不属于组合中的触点处于关闭状态不输出刺激信号），在每个刺激点位组合设置下，输出刺激信号的持续时间相同，例如是15分钟。本步骤所获取的是与这些刺激过程相应的脑电信号和肌电信号。
举例来说，比如多个刺激点位组合为组合1~组合n，由此可以采集到组合1输出刺激信号的过程中的脑电信号1和肌电信号1……组合n输出刺激信号的过程中的脑电信号n和肌电信号n，即每个刺激点位组合对应有一段连续时间的脑电信号和肌电信号。
多个刺激点位组合可以是根据患者的实际情况以及医疗经验所设定的可能有效的点位组合，而不是全部组合，以避免使用那些不可能产生预期效果的点位执行刺激过程，从而提高本方案的效率。
脑电信号和肌电信号的采集位置、采集方式和采集设备有多种选择，本方案不对此进行限定。在一些实施例中，脑电信号是通过设有多个采集点的脑电帽所采集的多个脑区的脑电信号。肌电信号是通过至少一个布置在人体四肢皮肤表面的体表电极采集的肌电信号，肌电采集点的数量可以是1~32个，比如四肢上分别布置若干肌电采集电极，或者只在某一只胳膊或腿上布置一个肌电采集电极都是可行的。
S2，针对各个刺激点位组合对应的脑电信号和肌电信号计算人体指标。本方案所计算出的人体指标能够反映出人体对刺激信号输出过程的响应情况，具体可以包括脑活动指标和身体活动指标。更具体地，脑活动指标包括根据脑电信号计算的平均幅度、节律、有序熵、排列熵、信息交互联通性信息、脑间隔变化递归信息中的至少一种指标；身体活动指标包括根据肌电信号计算的动作监测幅值。
举例来说，比如对于多个刺激点位组合为组合1~组合n，根据组合1输出刺激信号的过程中的脑电信号1和肌电信号1可以计算出脑活动指标1和身体活动指标1……根据组合n输出刺激信号的过程中的脑电信号n和肌电信号n可以计算出脑活动指标n和身体活动指标n。为了便于描述，称为刺激点位组合对应的人体指标。
S3，根据人体指标从多个刺激点位组合中确定最优刺激点位组合。在固定刺激参数的情况下，不同刺激点位组合输出刺激信号的作用下，人体指标的值或状态通常是不同的，此步骤可以是从所有的刺激点位组合中筛选出对应最佳的人体指标的一个或多个刺激点位组合，也可以是筛选出达到预期刺激效果的一个或多个刺激点位组合。可选的确定逻辑有多种，具体在后续实施例中进行介绍。
通过步骤S1-S3确定了一个刺激点位组合i，在全部组合使用相同刺激参数分别输出刺激信号的情况下，点位组合i能够给患者带来最积极的促醒效果。
S4，在植入式脊髓刺激器通过最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号。刺激参数组合是指，例如刺激信号幅度、刺激信号频率和刺激信号脉冲宽度等不同取值的组合。刺激参数分别有相应的可设定范围，例如刺激幅度为0~10V等等，仅有一种可调刺激参数的情况下，取值不同也可以被理解为一个刺激参数组合，比如在一些实施例中可以仅改变刺激频率这一种参数，参数组合1为电压2.5 V、频率70 Hz、波宽120μs；参数组合2为电压2.5 V、频率140Hz、波宽120μs，两个参数组合相比实质上只是刺激信号的频率不同。
当有多种可调刺激参数时，可能的刺激参数组合的数量相比于上述刺激点位组合的数量更多，因此更需要根据患者的实际情况以及医疗经验预先设定的可能有效的刺激参数组合，而不是全部组合，以避免使用那些不可能产生预期效果的刺激参数执行刺激过程，以提高本方案的效率。
在固定刺激点位组合（即最优刺激点位组合）的情况下，刺激器依次使用不同的刺激参数组合输出刺激信号（不属于组合中的触点处于关闭状态），采用每个刺激参数组合输出刺激信号的持续时间相同，例如是15分钟。本步骤所获取的是与这些刺激过程相应的脑电信号和肌电信号。
举例来说，比如多个刺激参数组合为参数1~参数n，由此可以采集到采用参数1输出刺激信号的过程中的脑电信号1和肌电信号1……采用参数n输出刺激信号的过程中的脑电信号n和肌电信号n，
S5，针对各个刺激参数组合对应的脑电信号和肌电信号计算人体指标。具体可参照步骤S2，可采用与该步骤相同的指标和计算方法。
S6，根据人体指标从多个刺激参数组合中确定最优刺激参数组合。在固定刺激点位组合的情况下，不同刺激参数组合的作用下，人体指标的值或状态通常是不同的，此步骤可以是从所有的刺激参数组合中筛选出对应相对最佳人体指标的一个或多个刺激参数组合，也可以是筛选出达到预期刺激效果的一个或多个刺激参数组合。可选的确定逻辑有多种，具体在后续实施例中进行介绍。
通过步骤S4-S6确定了一个刺激参数组合j，在使用最优刺激点位组合且分别采用不同参数组合输出刺激信号的情况下，参数组合j能够给患者带来最积极的促醒效果。至此本方案确定了刺激点位组合i和刺激参数组合j，医生可以参考该结果指定针对该意识障碍患者的最佳方案进行连续刺激治疗。
具体地，可以向用户（医生）呈现本方法所使用的各个刺激点位组合和刺激参数组合及其对应人体指标，并在其中标识出本方法所确定的最优组合下的结果，供用户（医生）对全部结果整体阅览，自行选择合适的刺激组合。
如图6所示，在一个实施例中，步骤S3包括如下操作：
S31A，分别计算多个刺激点位组合对应的各种人体指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果。关于刺激开始前的人体指标，可以是在输出刺激信号前，先采集一段时间的脑电信号和肌电信号（例如15分钟，与每个组合输出刺激信号的持续时间相同），进而计算出相应的人体指标；也可以获取更早之前的人体指标，比如是患者在上一次接受诊断时所采集并计算的这些指标。
S32A,比对多个刺激点位组合对应的优化效果，将优化效果最佳的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合。在本实施例中是将所有的点位组合对应的优化效果进行相互比对，取其中优化效果最佳的点位组合。
如果采用平均幅度作为指标之一，假设组合1的优化效果为B1- C1 mV，B1＞C1，组合2的优化效果为0 mV，则组合1是优化效果相对更好的组合。根据此方式对全部组合进行比对，即可确定其中优化效果最佳的点位组合。
步骤S6包括如下操作：
S61A, 分别计算多个刺激参数组合对应的各种人体动指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果。具体可参照S31A，所使用的计算方法是相同的，本步骤计算出的是参数1对应的优化效果……参数n对应的优化效果。
S62A,比对多个刺激参数组合对应的优化效果，将优化效果最佳的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。具体可参照S32A，在本实施例中是将所有的参数组合对应的优化效果进行相互比对，取其中优化效果最佳的参数组合，根据此方式对全部参数组合进行比对，即可确定其中优化效果最佳的参数组合。
关于上述人体指标及相应的优化效果，进一步包括：
平均幅度，其优化效果是指刺激过程中的平均幅值的提升量，即刺激过程中的平均幅值与刺激开始前的平均幅值的差值，该差值越大表示优化效果越好。
节律，其优化效果是指，幅值连续性提高，刺激开始前表现为间断性，刺激过程表现为持续连续性。
有序熵，其优化效果是指，刺激过程中各个监测区域有序熵值相比于刺激前的有序熵值的提升量，提升量越大表示优化效果越好。
排列熵，其优化效果是指，刺激过程中各个监测区域排列熵值相比于刺激前的排列熵值提升量，提升量越大表示优化效果越好。
信息交互联通性，其优化效果是指，刺激过程中活跃通道数相比于刺激前显著增加，以及活跃度的提升量，活跃通道的增加数量越多、活跃度提升量越高表示优化效果越好。
脑间隔变化递归信息，其优化效果是指，刺激过程中脑间隔变化指标值相比于刺激前的脑间隔变化指标值的降低量，降低量越多表示优化效果越好。
主动动作监测幅值，其优化效果是指，其优化效果是指刺激过程中的主动动作监测幅值的提升量，即刺激过程中的主动动作监测幅值与刺激开始前的主动动作监测幅值（意识障碍患者的主动动作监测幅值为0）的差值，该差值越大表示优化效果越好。
在每种指标的优化效果基础上，还可以综合计算出所有指标总的优化效果。
在上述步骤S3和S6中，当采用上述人体指标中的多个时，可以预设相应的优先级和/或权重，从而有侧重地对待不同类型指标的优化效果。比如可以根据优先级分别逐项比对多种人体指标的优化效果；比如也可以将各种指标的优化量与相应的权重进行加权统计，计算出数值作为总的优化效果；还可以同时采用上述两种方式，分别逐项比对多种人体指标的优化效果的同时，计算并比对总的优化效果，根据两种比对结果确定最优点位组合和最优参数组合。
在一些实施例中，在采用了平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息这四种人体指标以外，还采用上述更多的脑部指标。在这些实施例中，步骤S31A-S32A和S61A-S62A中比对优化效果的操作中，如果采用逐项分别比对，则优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息这四项指标，使得最优点位组合i和最优参数组合j具有相对最高的平均幅度提升量、排列熵提升量、主动动作监测幅值提升量、信息交互连通性信息提升量和增加的活跃通道数；如果采用计算总的优化效果的方式，可以为这四种指标设定更高的权重，使计算结果受此四种指标提升量的影响更大。
实际应用时可向用户呈现比对结果，按优化效果的程度将最优组合在前的排列方式，整体排序给出全部刺激组合，或者只呈现出最优的一组或前几组，供使用者（医生）参考后选用。
如图7所示，在一个实施例中，步骤S3包括如下操作：
S31B,分别计算多个刺激点位组合对应的人体指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果。
S32B,比对优化效果与预期效果，将优化效果高于预期效果的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合。与前一实施例不同的是，本实施例预先设定了各种人体指标优化效果的合格条件，本步骤针对各个点位组合对应的人体指标及其优化效果分别判断是否达到合格条件，进而得到最优刺激点位组合。
步骤S6包括如下操作：
S61B,分别计算多个刺激参数组合对应的人体指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果；
S62B,比对优化效果与预期效果，将优化效果高于预期效果的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。
作为举例，各种人体指标的优化效果的预期效果（合格条件）可以是：
平均幅度：刺激开始后，平均幅值能从C1 mV增加至B1 mV，B1为预设阈值（合格条件），测试区间0 ~ A1 mV，其中0<C1<B1<A1。
节律：刺激开始后，幅值连续性提高，由间断性能变为持续连续性（合格条件）。
有序熵：刺激开始后，各个监测区域有序熵值能提升B2，B2为预设阈值（合格条件），测试区间0~A2，其中0<B2<A2。
排列熵：刺激开始后，各个监测区域排列熵值能提升B3，B3为预设阈值（合格条件），测试区间0~A3，其中0<B3<A3。
信息交互联通性：刺激开始后，活跃通道数能显著增加C4个或者C4%（合格条件）；被激活的通道，活跃度能从0变为B4，B4为预设阈值（合格条件），测试区间0~A4，其中0<B4<A4。
脑间隔变化递归指标：刺激开始后，脑间隔变化指标值能由B5降低为C5，C5为预设阈值（合格条件），测试区间0~A5，其中0<C5<B5<A5。
主动动作监测，刺激开始后，动作监测幅值能由平稳状态0值，变为波动状态非0值A6（合格条件）。
在上述步骤S32B和S62B比对优化效果与预期效果的操作中，优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息的优化效果与相应的预期效果，筛选出这四种人体指标达到合格条件的刺激点位组合和刺激参数组合。
实际应用时可向用户呈现比对结果，在各刺激组合对应的优化效果与相应预期效果比对后，输出最优的一组或前几组，供使用者（医生）参考后选用。
如图8所示，在一个实施例中，步骤S3包括如下操作：
S31C,分别计算多个刺激点位组合对应的人体指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果；
S32C,比对优化效果与相应预期效果，筛选出优化效果高于预期效果的刺激点位组合。与之前的实施例中步骤S32B类似但不同之处在于，本实施例设定相对较少的预期效果（比如只针对部分人体指标设置相应预期效果），或者相对较低的预期效果（阈值相对更低），先从所有的点位组合中筛选出达到预期效果的点位组合（可能是多个或者只有一个）。
S33C,比对筛选出的刺激点位组合对应的优化效果，将筛选出的刺激点位组合中具有最佳优化效果的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合。
步骤S6包括如下操作：
S61C,分别计算多个刺激参数组合对应的人体指标相比于刺激开始前的人体指标的优化效果；
S62C,比对优化效果与预期效果，筛选出优化效果高于预期效果的刺激参数组合；
S63C,比对筛选出的刺激参数组合对应的优化效果，将筛选出的刺激参数组合中具有最佳优化效果的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。
在上述步骤S32C和S62C比对优化效果与预期效果的操作中，优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息的优化效果与相应的预期效果，筛选出这四种人体指标达到合格条件的刺激点位组合和刺激参数组合。在步骤S33C和S63C中优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息的优化效果，只有在这四种指标的优化效果完全相同的情况下，才进一步判断其它指标的优化效果。
实际应用时可向用户呈现比对结果，在各刺激组合对应的优化效果与相应预期效果比对、组间相互比对后，输出最优的一组或前几组，供使用者（医生）参考后选用。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法，其特征在于，包括：
在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，其中不同的所述刺激点位组合的区别包括点位数量、作用部位、极性中的至少一种区别；
针对各个刺激点位组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标，所述人体指标包括脑活动指标和身体活动指标，其中所述脑活动指标包括根据所述脑电信号计算的平均幅度、节律、有序熵、排列熵、信息交互联通性信息、脑间隔变化递归信息中的至少一种指标；所述身体活动指标包括根据所述肌电信号计算的动作监测幅值；
分别计算所述多个刺激点位组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述多个刺激点位组合对应的所述优化效果，将具有最佳所述优化效果的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合；
在植入式脊髓刺激器通过所述最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，所述刺激参数包括刺激幅度、刺激频率、脉宽中的至少一种参数，不同的所述刺激参数组合的区别在于其中至少一种参数的值不同；
针对各个刺激参数组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；
分别计算所述多个刺激参数组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述多个刺激参数组合对应的所述优化效果，将具有最佳所述优化效果的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脑活动指标包括平均幅度、排列熵和信息交互联通性信息三种必要指标，以及节律、有序熵、脑间隔变化递归信息中的至少一种可选指标，在比对所述优化效果的操作中，优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息的优化效果。
3.一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法，其特征在于，包括：
在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，其中不同的所述刺激点位组合的区别包括点位数量、作用部位、极性中的至少一种区别；
针对各个刺激点位组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标，所述人体指标包括脑活动指标和身体活动指标，其中所述脑活动指标包括根据所述脑电信号计算的平均幅度、节律、有序熵、排列熵、信息交互联通性信息、脑间隔变化递归信息中的至少一种指标；所述身体活动指标包括根据所述肌电信号计算的动作监测幅值；
分别计算所述多个刺激点位组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述优化效果与预期效果，将所述优化效果高于预期效果的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合；
在植入式脊髓刺激器通过所述最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，所述刺激参数包括刺激幅度、刺激频率、脉宽中的至少一种参数，不同的所述刺激参数组合的区别在于其中至少一种参数的值不同；
针对各个刺激参数组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；
分别计算所述多个刺激参数组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述优化效果与预期效果，将所述优化效果高于预期效果的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。
4.一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法，其特征在于，包括：
在植入式脊髓刺激器采用预设刺激参数并依次通过多个刺激点位组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，其中不同的所述刺激点位组合的区别包括点位数量、作用部位、极性中的至少一种区别；
针对各个刺激点位组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标，所述人体指标包括脑活动指标和身体活动指标，其中所述脑活动指标包括根据所述脑电信号计算的平均幅度、节律、有序熵、排列熵、信息交互联通性信息、脑间隔变化递归信息中的至少一种指标；所述身体活动指标包括根据所述肌电信号计算的动作监测幅值；
分别计算所述多个刺激点位组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述优化效果与相应预期效果，筛选出优化效果高于预期效果的刺激点位组合；
比对筛选出的刺激点位组合对应的所述优化效果，将筛选出的刺激点位组合中具有最佳所述优化效果的刺激点位组合确定为最优刺激点位组合；
在植入式脊髓刺激器通过所述最优刺激点位组合并依次采用多个刺激参数组合分别输出刺激信号的过程中，采集人体的脑电信号和肌电信号，所述刺激参数包括刺激幅度、刺激频率、脉宽中的至少一种参数，不同的所述刺激参数组合的区别在于其中至少一种参数的值不同；
针对各个刺激参数组合对应的所述脑电信号和所述肌电信号计算人体指标；
分别计算所述多个刺激参数组合对应的所述人体指标相比于刺激开始前的所述人体指标的优化效果；
比对所述优化效果与预期效果，筛选出优化效果高于预期效果的刺激参数组合；
比对筛选出的刺激参数组合对应的所述优化效果，将筛选出的刺激参数组合中具有最佳所述优化效果的刺激参数组合确定为最优刺激参数组合。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述脑活动指标包括平均幅度、排列熵和信息交互联通性信息三种必要指标，以及节律、有序熵、脑间隔变化递归信息中的至少一种可选指标，在比对所述优化效果与预期效果的操作中，优先比对平均幅度、排列熵、动作监测幅值和信息交互连通性信息的优化效果与相应的预期效果。
6.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，所述平均幅度的优化效果包括平均幅度的提升量；所述节律的优化效果包括幅值连续性提高，且由间断性能变为持续连续性；所述有序熵的优化效果包括各个监测区域的有序熵值提升量；所述排列熵的优化效果包括各个监测区域排列熵值的提升量；所述信息交互联通性信息的优化效果包括活跃通道的增加数量以及活跃通道的活跃度提升量；所述脑间隔变化递归信息的优化效果包括脑间隔变化指标值的降低量；所述动作监测幅值的优化效果包括动作监测幅值的提升量。
7.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，所述脑电信号是通过设有多个采集点的脑电帽所采集的多个脑区的脑电信号；所计肌电信号是通过至少一个布置在人体四肢皮肤表面的体表电极采集的肌电信号。
8.一种面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行如权利要求1-7中任意一项所述的面向意识障碍康复的促醒电刺激方案确定方法。
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