CN117018453A - 一种中枢联合外周刺激装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种中枢联合外周刺激装置，涉及医疗器械技术领域，解决了目前无法根据患者当下的情况精准判断中枢联合外周刺激的刺激靶点以及刺激参数，并且治疗时仅通过中枢皮层刺激进行治疗，不能与其他刺激协同，达不到一个良好的协同效果的技术问题，本发明包括电源模块、信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块；其目的在于，控制系统以及微处理器接收到表面肌电极提供需要中枢皮层刺激以及外周磁刺激线圈的信息参数从而对患者进行精准神经调控治疗。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种中枢联合外周刺激装置。
背景技术
脑卒中，又称中风，是一种急性脑血管疾病，目前已成为继心脏病和癌症之后全世界第三大最常见的死亡原因，脑卒中后致残率高，多数患者遗留有不同程度的肢体运动功能障碍，磁刺激是一种非侵入性的治疗脑卒中后运动功能障碍的方法，根据作用靶点的不同，可分为皮层刺激和外周磁刺激，当经颅磁刺激线圈作用于外周神经时，称为外周磁刺激；外周磁刺激越来越多地被应用到各种疾病的康复治疗中，外周磁刺激通过带电线圈产生脉冲磁场，引起离子流并形成感生电流，达到足够的强度时，电流穿透外周神经和肌肉主轴改变了神经肌肉的传播，从而改善脑卒中后足下垂患者下肢肌张力的异常；经过研究，多种感觉输入在人体姿势控制中起着重要作用 ，目前的神经调控刺激装置治疗方式比较单一，通常仅对患者进行中枢皮层刺激，无法根据患者当下的情况进行精准判断需要进行中枢联合外周刺激的精确刺激靶点（包含皮层刺激靶点与外周刺激靶点）以及具体刺激参数，并且治疗时仅通过中枢皮层刺激以及外周刺激进行单独治疗，不能与其他刺激协同，达不到一个良好的协同效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种中枢联合外周刺激装置装置，通过设置音响能对使用者提供语音提示，从而促进大脑的康复；训练支架用于辅助使用者进行上肢、下肢以及躯干等控制运动的关键肌肉的活动，使机体在各种姿势干扰因素的作用下，可以通过中枢神经系统主导的无意识性的前馈控制、反馈控制和有意识性的随意运动控制机制，依次激活姿势肌肉活动、发动动作肌肉活动以及协调姿势肌肉与动作肌肉之间的活动，从而快速有效地应对各种突发姿势对身体重心稳定性和肢体空间定位的干扰，实现大脑对身体姿势的“多肌群多机制协同控制”；与此同时，佩戴于使用者体表的表面肌电电极一方面能够客观反映被检肌肉激活与关闭的时间序列（可以通过与健康人基线水平以及自身的不同时间线进行对比），从而计算非意识性预期姿势调节下和补偿姿势调节下的不同生理参数，从而提供需要皮层刺激以及外周磁刺激的信息参数；另一方面表面肌电电极也能够提供被检肌肉的激活水平，比如检测健侧和患侧具有相同运动功能的肌肉激活水平；控制系统以及微处理器接收到表面肌电电极提供需要皮层刺激线圈以及外周磁刺激线圈的信息参数从而对使用者进行刺激，使刺激更加具有针对性以及高效性，不同的区域采用不同的刺激参数进行刺激，使神经调控治疗得到中枢联合外周协同刺激的目的，最大程度的激发神经可塑性效应，改善卒中后患者运动功能障碍与姿势控制的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种中枢联合外周刺激装置，包括电源模块、信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块；所述信号处理控制单元分别与外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块电连接，所述信号处理控制单元用于控制外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块协同作用；所述电源模块与信号处理控制单元电连接，所述电源模块能分别为信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块供电；所述刺激模块联合进行经颅直流电皮层刺激以及外周磁刺激；所述对比监测模块用于监测肌肉电信号从而确定出刺激模块需要刺激的具体部位；所述外部辅助模块辅助使用者的肢体进行运动同时进行声音指导，从而辅助对比监测模块进行肌电监测，辅助刺激模块在外周磁刺激和经颅直流电刺激的同时达到肢体训练的协同作用。
优选的，所述信号处理控制单元包括微处理器、控制系统以及数据处理单元；所述电源模块与微处理器电连接，所述控制系统分别与微处理器以及数据处理单元双向互连；所述控制系统分别与刺激模块、对比监测模块以及外部辅助模块电连接，所述数据处理单元与对比监测模块电连接。
采用上述技术方案，所述微处理器控制预先设定程序的执行、数据的采集和处理，微处理器在控制面板上事先存储有不同的肌电电极、经颅直流电刺激电极以及外周磁刺激线圈的佩戴位置，设定表面肌电电极的多次监测起始时间，设定不同情况下经颅直流电皮层刺激以及外周磁刺激线圈的刺激强度等治疗的关键参数；控制系统读取微处理器中的信息，转换成信号分别传输至刺激模块、对比检测模块以及外部辅助模块，从而控制上述三个模块协同运作；对比监测模块将数据传输回数据处理单元，数据处理单元将数据信号进行分析处理后依次反馈至控制系统以及微处理器。
优选的，所述外部辅助模块包括训练支架以及音响，所述控制系统分别与训练支架以及音响电连接。
采用上述技术方案，音响能对使用者提供语音提示，并且音响发出的声音能对使用者的脑部神经提供声音指导，从而促进大脑的康复；训练支架用于辅助使用者进行上肢、下肢以及躯干等控制运动的关键肌肉的活动，使机体在各种姿势干扰因素的作用下，可以通过中枢神经系统主导的无意识性的前馈控制、反馈控制和有意识性的随意运动控制机制，依次激活姿势肌肉活动、发动动作肌肉活动以及协调姿势肌肉与动作肌肉之间的活动，从而快速有效地应对各种突发姿势对身体重心稳定性和肢体空间定位的干扰，实现大脑对身体姿势的“多肌群多机制协同控制”；与此同时，佩戴于使用者体表的表面肌电极一方面能够客观反映被检肌肉激活与关闭的时间序列（可以通过与健康人基线水平以及自身的不同时间线进行对比），从而计算非意识性预期姿势调节下和补偿姿势调节下的不同生理参数，从而提供需要经颅直流电皮层刺激以及外周磁刺激的信息参数；另一方面表面肌电电极也能够提供被检肌肉的激活水平，比如检测健侧和患侧具有相同运动功能的肌肉激活水平；控制系统以及微处理器接收到表面肌电电极提供需要经颅直流电刺激以及外周磁刺激的信息参数从而对使用者进行刺激，使刺激更加具有针对性以及高效性，不同的区域采用不同的刺激参数进行刺激，使神经调控的效果达到中枢-联合外周协同增加的目的；
大脑皮层刺激联合外周磁刺激过程中可直接调控所刺激肢体的感觉运动神经纤维，并通过产生节律性的肌肉收缩、振动间接兴奋机械感受器，而二者共同汇流形成的本体感受传入信号作用于中枢神经系统；当中枢皮层刺激联合外周磁刺激作用于慢肌纤维时，可促进神经肌肉连接效率的整合，提高运动神经的兴奋性。除以上两点，中枢刺激联合外周磁刺激通过在局部血流中产生微电流，从而影响血液中的离子含量，并最终影响植物神经系统和周围循环后的表现。
优选的，所述刺激模块包括脉冲产生模块、功率升压放大电路、数个经颅直流电刺激电极以及数个外周磁刺激线圈；所述控制系统与脉冲产生模块电连接，所述脉冲产生模块与功率升压放大电路电连接，所述功率升压放大电路分别与数个所述经颅直流电刺激电极以及数个所述外周磁刺激线圈电连接。
采用上述技术方案，脉冲产生模块产生符合频率要求的脉冲波形，功率放大升压电路对脉冲产生模块产生的脉冲波形进行功率放大，经颅直流电刺激主要对大脑皮层进行颅磁刺激（包括初级运动区（M1）、运动辅助区（SMA）、小脑、前额叶背外侧（DLPFC）等），外周磁刺激线圈电能对下肢肌肉（腓骨长短肌、股四头肌、股二头肌）、腰丛、上肢肌肉（肱三头肌、腕背伸肌）、上臂丛、前锯肌、腹横肌、冈上肌以及冈下肌分区进行刺激。
优选的，数个所述经颅直流电刺激电极采用盘状电极；数个所述外周磁刺激线圈采用方形、日字型、蝴蝶型以及环状形中的一种或多种。
采用上述技术方案，不同的形状便于固定于不同的位置，从而提高刺激的效果。
优选的，所述对比监测模块包括差别放大器以及数个表面肌电电极，所述差别放大器分别与控制系统以及数个所述肌电电极双向互连，所述差别放大器还与数据处理单元电连接。
采用上述技术方案，数个表面肌电电极分别监测使用者的表面肌电信号，将单个、多个肌细胞或者部分肌肉组织活动时所产生的生物电变化经电极引导、放大、记录和显示所获得的电压变化的时间序列信号，它由神经肌肉系统活动时产生的原始生物电信号和干扰噪声信号组成；差别放大器将表面肌电电极捕捉到的肌电信号放大至数据处理单元的接收强度，之后传输至数据处理单元进行处理。
优选的，所述电源模块包括开关以及电源，所述开关与电源电连接，所述电源与微处理器双向互连。
采用上述技术方案，开关用于开启以及关闭电源。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
音响能对使用者提供语音提示，患者根据发出的语音提示在训练支架的辅助下做出相应的动作，从而促进大脑的康复；训练支架用于辅助使用者进行上肢、下肢以及躯干等控制运动的关键肌肉的活动，使机体在各种姿势干扰因素的作用下，可以通过中枢神经系统主导的无意识性的前馈控制、反馈控制和有意识性的随意运动控制机制，依次激活姿势肌肉活动、发动动作肌肉活动以及协调姿势肌肉与动作肌肉之间的活动，从而快速有效地应对各种突发姿势对身体重心稳定性和肢体空间定位的干扰，实现大脑对身体姿势的“多肌群多机制协同控制”；与此同时，佩戴于使用者体表的表面肌电电极一方面能够客观反映被检肌肉激活与关闭的时间序列（可以通过与健康人基线水平以及自身的不同时间线进行对比），从而计算非意识性预期姿势调节下和补偿姿势调节下的不同生理参数，从而提供需要经颅直流电刺激以及外周磁刺激的信息参数；另一方面表面肌电电极也能够提供被检肌肉的激活水平，比如检测健侧和患侧具有相同运动功能的肌肉激活水平；控制系统以及微处理器接收到表面肌电电极提供需要经颅直流电刺激以及外周磁刺激的信息参数从而对使用者进行刺激，使刺激更加具有针对性以及高效性，不同的区域采用不同的刺激强度进行刺激，使治疗刺激的神经效应得到协同增加。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明中一种经颅直流电刺激装置的连接结构示意图；
图2是本发明中一种经颅直流电刺激装置的使用流程示意图；
图3是本发明中训练支架的侧视结构示意图；
图4是本发明中刺激线圈结构示意图；
图5是本发明中经颅直流电刺激电极在患者脑部的分布示意图。
附图标记
1-训练支架、6-经颅直流电刺激电极、8-环状形、9-日字型、10-蝴蝶型。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和标示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1~5对本发明作详细说明。
一种中枢联合外周刺激装置，参照附图1，包括电源模块、信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块；所述信号处理控制单元分别与外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块电连接，所述信号处理控制单元用于控制外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块协同作用；所述电源模块与信号处理控制单元电连接，所述电源模块能分别为信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块供电；所述刺激模块分别进行经颅直流电中枢皮层刺激以及外周磁刺激；所述对比监测模块用于监测肌肉电信号从而确定出刺激模块需要刺激的具体靶点；所述外部辅助模块辅助使用者的肢体进行运动同时进行声音指导，从而辅助对比监测模块进行肌电监测，辅助刺激模块在外周磁刺激和经颅直流电刺激的同时达到肢体训练的协同作用。
本实施例中，所述信号处理控制单元包括微处理器、控制系统以及数据处理单元；所述电源模块与微处理器电连接，所述控制系统分别与微处理器以及数据处理单元双向互连；所述控制系统分别与刺激模块、对比监测模块以及外部辅助模块电连接，所述数据处理单元与对比监测模块电连接；微处理器通过E^ROM存储有信号发射模式，所述微处理器控制预先设定程序的执行、数据的采集和处理，微处理器在控制面板上事先存储有不同的肌电电极、经颅直流电刺激电极6以及外周磁刺激线圈的刺激靶区，设定表面肌电电极的多次监测起始时间，设定不同情况下经颅直流电刺激电极6以及外周磁刺激线圈的刺激频率与强度等治疗的关键参数；控制系统读取微处理器中的信息，转换成信号分别传输至刺激模块、对比检测模块以及外部辅助模块，从而控制上述三个模块协同运作；对比监测模块将数据传输回数据处理单元，数据处理单元将数据信号进行分析处理后依次反馈至控制系统以及微处理器。
本实施例中，参照附图3，所述外部辅助模块包括训练支架1以及音响，所述控制系统分别与训练支架1以及音响电连接；音响能对使用者提供语音提示，患者根据发出的语音提示在训练支架1的辅助下做出相应的动作，从而促进大脑的康复；训练支架1用于辅助使用者进行上肢、下肢以及躯干等控制运动的关键肌肉的活动，使机体在各种姿势干扰因素的作用下，可以通过中枢神经系统主导的无意识性的前馈控制、反馈控制和有意识性的随意运动控制机制，依次激活姿势肌肉活动、发动动作肌肉活动以及协调姿势肌肉与动作肌肉之间的活动，从而快速有效地应对各种突发姿势对身体重心稳定性和肢体空间定位的干扰，实现大脑对身体姿势的“多肌群多机制协同控制”；与此同时，佩戴于使用者体表的表面肌电电极一方面能够客观反映被检肌肉激活与关闭的时间序列（可以通过与健康人基线水平以及自身的不同时间线进行对比），从而计算非意识性预期姿势调节下和补偿姿势调节下的不同生理参数，从而提供需要经颅直流电刺激电极6以及外周磁刺激的信息参数；另一方面表面肌电电极也能够提供被检肌肉的激活水平，比如检测健侧和患侧具有相同运动功能的肌肉激活水平；控制系统以及微处理器接收到表面肌电电极提供需要经颅直流电刺激电极6以及外周磁刺激的信息参数从而对使用者进行刺激，使刺激更加具有针对性以及高效性，不同的区域采用不同的刺激强度进行刺激，使治疗刺激的强度得到协同增加；
大脑刺激联合外周磁刺激过程中可直接兴奋所刺激肢体的感觉运动神经纤维，并通过产生节律性的肌肉收缩、振动间接兴奋机械感受器，而二者共同汇流形成的本体感受传入信号作用于中枢神经系统；大脑刺激以及外周磁刺激作用于慢肌纤维，因此可以促进神经肌肉传递的整合，提高运动神经的兴奋性，大脑刺激以及外周磁刺激通过在局部血流中产生微电流，从而影响血液中的离子含量，并最终影响植物神经系统和周围循环后的表现。
本实施例中，所述刺激模块包括脉冲产生模块、功率升压放大电路、数个经颅直流电刺激电极6以及数个外周磁刺激；所述控制系统与脉冲产生模块电连接，所述脉冲产生模块与功率升压放大电路电连接，所述功率升压放大电路分别与数个所述经颅直流电刺激电极6以及数个所述外周磁刺激线圈电连接；脉冲产生模块产生符合频率要求的脉冲波形，功率放大升压电路对脉冲产生模块产生的脉冲波形进行功率放大，参照附图5，经颅直流电刺激电极6对大脑皮层进行颅磁刺激，外周磁刺激线圈电能对下肢肌肉、上肢肌肉、前锯肌、腹横肌、冈上肌以及冈下肌分区进行刺激。
其中，脉冲产生模块与通过I2C接口与IO接口与控制系统连接。
本实施例中，参照附图4，数个所述经颅直流电刺激电极6采用圆形盘装电极；数个所述外周磁刺激线圈采用方形、日字型9、蝴蝶型10以及环状形8中的一种或多种；不同的形状便于固定于不同的位置，从而提高刺激的效果。
其中，经颅直流电刺激电极6可根据需要进行多个不同刺激区域的佩戴，从而可以个性化选择好几个刺激点同时刺激。
本实施例中，所述对比监测模块包括差别放大器以及数个表面肌电电极，所述差别放大器分别与控制系统以及数个所述肌电电极双向互连，所述差别放大器还与数据处理单元电连接；数个表面肌电电极分别监测使用者的表面肌电信号，将单个、多个肌细胞或者部分肌肉组织活动时所产生的生物电变化经电极引导、放大、记录和显示所获得的电压变化的时间序列信号，它由神经肌肉系统活动时产生的原始生物电信号和干扰噪声信号组成；差别放大器将表面肌电电极捕捉到的肌电信号放大至数据处理单元的接收强度，之后传输至数据处理单元进行处理。
本实施例中，所述电源模块包括开关以及电源，所述开关与电源电连接，所述电源与微处理器双向互连；开关用于开启以及关闭电源。
工作原理和使用过程：
参照附图2，具体的使用步骤如下：
步骤1：开启开关，佩戴表面肌电电极；
步骤2：通过微处理器在控制系统上预先记录表面肌电电极的佩戴位置，设定肌电电极的多次监测的起始时间；
步骤3：进行单次肌电监测流程；
步骤301：佩戴训练支架1，开启音响；
步骤302：控制系统控制训练支架1辅助使用者进行运动，音响发出动作指令，与此同时表面肌电电极进行单次肌电监测；
步骤4：循环重复步骤3至设定次数，每次表面肌电电极将监测数据传输至数据处理单元进行分析，之后传入控制系统以及微处理器记录；
步骤5：控制系统将多次监测结果对比修正，判断出是否需要线圈刺激，如果显示“否”，则整体刺激结束；
步骤6：如果步骤5结果为“是”，则判断需要刺激的部位，在需要刺激的部位放置外周磁刺激线圈，在脑部佩戴经颅直流电刺激电极6，在控制系统上设定经颅直流电刺激电极6以及外周磁刺激的刺激起始时间、刺激强度、刺激频率；
步骤7：佩戴训练支架1以及开启音响进行控制训练，与此同时刺激电级进行电刺激；
步骤8：单次刺激结束后，返回步骤2。
需要说明的是：
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：包括电源模块、信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块；
所述信号处理控制单元分别与外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块电连接，所述信号处理控制单元用于控制外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块协同作用；
所述电源模块与信号处理控制单元电连接，所述电源模块能分别为信号处理控制单元、外部辅助模块、刺激模块以及对比监测模块供电；
所述刺激模块联合进行经颅直流电皮层刺激以及外周磁刺激；
所述对比监测模块用于监测肌肉电信号从而确定出刺激模块需要刺激的具体部位；
所述外部辅助模块辅助使用者的肢体进行运动同时进行声音指导，从而辅助对比监测模块进行肌电监测，辅助刺激模块在外周磁刺激和经颅直流电刺激的同时达到肢体训练的协同作用。
2.根据权利要求1所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：所述信号处理控制单元包括微处理器、控制系统以及数据处理单元；所述电源模块与微处理器电连接，所述控制系统分别与微处理器以及数据处理单元双向互连；所述控制系统分别与刺激模块、对比监测模块以及外部辅助模块电连接，所述数据处理单元与对比监测模块电连接。
3.根据权利要求2所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：所述外部辅助模块包括训练支架(1)以及音响，所述控制系统分别与训练支架(1)以及音响电连接。
4.根据权利要求2所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：所述刺激模块包括脉冲产生模块、功率升压放大电路、数个经颅直流电刺激电极(6)以及数个外周磁刺激线圈(7)；所述控制系统与脉冲产生模块电连接，所述脉冲产生模块与功率升压放大电路电连接，所述功率升压放大电路分别与数个所述经颅直流电刺激电极(6)以及数个所述外周磁刺激线圈(7)电连接。
5.根据权利要求5所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：数个所述经颅直流电刺激电极(6)采用圆形盘状电极；数个所述外周磁刺激线圈采用方形、日字型(9)、蝴蝶型(10)以及环状形(8)中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：所述对比监测模块包括差别放大器以及数个表面肌电电极，所述差别放大器分别与控制系统以及数个所述肌电电极双向互连，所述差别放大器还与数据处理单元电连接。
7.根据权利要求2所述的一种中枢联合外周刺激装置，其特征在于：所述电源模块包括开关以及电源，所述开关与电源电连接，所述电源与微处理器双向互连。
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