CN117339101A - 一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脑深部电刺激技术领域。具体的，涉及一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统。其包括脑部虚拟模型生成单元、区域标记单元、刺激通道开设单元、刺激参数分析单元、电荷传递检测单元以及区域电荷参数比对单元；脑部虚拟模型生成单元用于在神经影像设备中记录脑部影像数据，并根据记录的脑部影像数据分别生成脑部虚拟模型，从而建立脑部模型数据库；区域标记单元用于根据脑部虚拟模型生成单元记录的脑部影像数据进行电刺激区域分析，然后将分析获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域。
Description
技术领域
本发明涉及脑深部电刺激技术领域，具体地说，涉及一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统。
背景技术
脑深部电刺激技术经过近些年的发展用于对病人的脑部神经进行刺激，常规DBS刺激调控采用单一固定频率及强度对靶点核团施加电脉冲，电脉冲在靶点核团周围会产生一定范围的电荷传递效应，导致保护区域受到电刺激进而出现一些不良反应，但降低刺激参数，虽然可以避免刺激保护区域，但导致电刺激区域受到的电荷达不到刺激标准，为了减少这种情况，鉴于此，提出一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，提供了一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，包括脑部虚拟模型生成单元、区域标记单元、刺激通道开设单元、刺激参数分析单元、电荷传递检测单元以及区域电荷参数比对单元；
所述脑部虚拟模型生成单元用于在神经影像设备中记录脑部影像数据，并根据记录的脑部影像数据分别生成脑部虚拟模型，从而建立脑部模型数据库；
所述区域标记单元用于根据脑部虚拟模型生成单元记录的脑部影像数据进行电刺激区域分析，然后将分析获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域；
所述刺激通道开设单元用于控制电刺激设备和脑部虚拟模型进行工作连接，并使电刺激设备根据电刺激区域开设多个刺激通道，同时为多个刺激通道进行实施序列标号；
所述刺激参数分析单元用于脑部虚拟模型的电刺激区域进行神经刺激参数分析，并将获取的刺激参数输入电刺激设备，使电刺激设备通过刺激通道开设单元标号的刺激通道进行刺激；
所述电荷传递检测单元用于在刺激参数分析单元对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整；
所述区域电荷参数比对单元用于对电刺激区域边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
作为本技术方案的进一步改进，所述脑部虚拟模型生成单元通过和磁共振成像设备建立信息传播连接API，从而获取磁共振成像设备工作状态下采集的脑部影像数据，然后将获取的脑部影像数据进行保存记录。
作为本技术方案的进一步改进，所述脑部虚拟模型生成单元将获取的脑部影像数据进行模型特征提取，根据提取的特征数据利用计算机图像处理技术建立脑部虚拟模型，然后将生成的脑部模型保存到数据库中，该数据库为脑部模型数据库。
作为本技术方案的进一步改进，所述区域标记单元利用计算机断层扫描对脑部虚拟模型进行扫描，通过扫描获取深部导电结构的位置和目标区域以及刺激顺序。
作为本技术方案的进一步改进，所述区域标记单元包括区域显示模块；
所述区域显示模块用于将获取的目标区域定义为脑部虚拟模型中需要进行电刺激的区域，然后将获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域，将对电刺激区域根据刺激顺序进行排列。
作为本技术方案的进一步改进，所述刺激通道开设单元用于通过网络通信协议和电刺激设备建立控制连接，控制电刺激设备根据区域显示模块显示的电刺激区域进行开设刺激通道，即在脑部虚拟模型中植入电极，并将根据电刺激区域的刺激顺序对刺激通道进行实施序列标号。
作为本技术方案的进一步改进，所述刺激参数分析单元通过结合神经影像学和神经生理学对电刺激区域进行神经刺激参数分析。
作为本技术方案的进一步改进，所述电荷传递检测单元包括区域干扰检测模块；
所述区域干扰检测模块用于在刺激参数分析单元对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整，直至在刺激之后保护区域未收到电荷数据，反之，若电刺激区域的电荷传递效应没有干扰到保护区域，将刺激之后的电刺激区域数据发送至区域电荷参数比对单元。
作为本技术方案的进一步改进，所述区域电荷参数比对单元包括区域接收模块和区域电荷检测模块；
所述区域接收模块用于接收区域干扰检测模块发送的电刺激区域数据；
所述区域电荷检测模块用于根据区域接收模块接收的电刺激区域数据进行位置提取，提取电刺激区域数据中的中心处和边缘处，并同时获取中心处和边缘处分别受到的电荷参数，然后将边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统中，通过电荷传递检测单元对保护区域进行电荷检测，若保护区域受到电荷干扰，立即更换电荷参数，避免电荷刺激保护区域对大脑产生副作用，通过区域电荷参数比对单元对电刺激区域的电荷参数进行检测比对，避免电刺激区域受到的电荷达不到刺激标准，影响电刺激的质量。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理图。
图中各个标号意义为：
10、脑部虚拟模型生成单元；20、区域标记单元；30、刺激通道开设单元；40、刺激参数分析单元；50、电荷传递检测单元；60、区域电荷参数比对单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
实施例1
请参阅图1所示，本实施例目的在于，提供了一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，包括脑部虚拟模型生成单元10、区域标记单元20、刺激通道开设单元30、刺激参数分析单元40、电荷传递检测单元50以及区域电荷参数比对单元60；
脑部虚拟模型生成单元10用于在神经影像设备中记录脑部影像数据；
脑部虚拟模型生成单元10通过和磁共振成像设备建立信息传播连接API，从而获取磁共振成像设备工作状态下采集的脑部影像数据，然后将获取的脑部影像数据进行保存记录。步骤如下：
设计API接口：定义用于信息传播连接的API接口，包括请求和响应的数据格式、请求方法；
配置设备连接：通过网络或其他通信方式，将API接口与磁共振成像设备进行连接，并确保数据传输的稳定和安全；
监听设备状态：在API中实现监听磁共振成像设备的工作状态，包括设备的开关、扫描进度和采集完成状态；
启动数据采集：根据设备状态的变化，在API中触发数据采集命令，使磁共振成像设备开始采集脑部影像数据；
保存记录数据：在API中接收来自设备的脑部影像数据，并将其保存记录到数据库或其他数据存储介质中，以便后续的数据处理和分析。
并根据记录的脑部影像数据分别生成脑部虚拟模型，从而建立脑部模型数据库；
脑部虚拟模型生成单元10将获取的脑部影像数据进行模型特征提取，根据提取的特征数据利用计算机图像处理技术建立脑部虚拟模型，然后将生成的脑部模型保存到数据库中，该数据库为脑部模型数据库。步骤如下：
数据预处理：对获取的脑部影像数据进行预处理，包括去除噪声、图像配准和标准化操作，以提高数据质量和可比性；
特征提取：从预处理后的脑部影像数据中提取特征。常用的特征包括形状、灰度值、纹理。可以采用传统的图像处理方法或深度学习模型进行特征提取；
建立脑部虚拟模型：利用提取到的特征数据，采用计算机图像处理技术和机器学习算法方法，建立脑部虚拟模型；
数据库存储：将生成的脑部模型保存到脑部模型数据库中。可以选择合适的数据库技术，如关系型数据库或图数据库，并定义数据表结构和索引。
区域标记单元20用于根据脑部虚拟模型生成单元10记录的脑部影像数据进行电刺激区域分析；
区域标记单元20利用计算机断层扫描对脑部虚拟模型进行扫描，通过扫描获取深部导电结构的位置和目标区域以及刺激顺序。步骤如下；
设计扫描计划：确定计算机断层扫描的参数设置，包括施加的辐射剂量、扫描范围和切片厚度；
开始扫描：将虚拟模型放置在计算机断层扫描仪中，启动扫描程序，开始进行扫描；
重建图像：根据扫描获得的原始数据，进行图像重建，生成高分辨率的脑部断层图像；
定位导电结构：根据扫描图像中的特征信息，通过图像处理和分析算法，定位深部导电结构的位置；
提取目标区域：根据目标区域的特征，使用图像分割算法提取深部导电结构对应的区域；
分析刺激顺序：根据扫描获得的图像信息和模型的相关数据，进行数据分析，确定刺激顺序。
然后将分析获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域；
区域标记单元20包括区域显示模块；
区域显示模块用于将获取的目标区域定义为脑部虚拟模型中需要进行电刺激的区域，然后将获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域，将对电刺激区域根据刺激顺序进行排列。步骤如下：
定义目标区域：根据之前获取的数据，将目标区域定义为需要进行电刺激的区域。可以根据特定标记或特征进行区域的选择；
标记电刺激区域和保护区域：在脑部虚拟模型中，对目标区域进行标记，其中标记为电刺激区域和保护区域。可以使用不同的颜色、纹理或其他视觉特征进行标记；
刺激顺序排列：根据刺激的顺序，在脑部虚拟模型中对电刺激区域进行排列。可以按照特定的算法或规则确定刺激的顺序，如从表面向深部刺激或从一个区域到另一个区域依次刺激。
刺激通道开设单元30用于控制电刺激设备和脑部虚拟模型进行工作连接，并使电刺激设备根据电刺激区域开设多个刺激通道，同时为多个刺激通道进行实施序列标号；
刺激通道开设单元30用于通过网络通信协议和电刺激设备建立控制连接，控制电刺激设备根据区域显示模块显示的电刺激区域进行开设刺激通道，即在脑部虚拟模型中植入电极，并将根据电刺激区域的刺激顺序对刺激通道进行实施序列标号。步骤如下；
设计控制连接协议：确定用于控制电刺激设备的网络通信协议，包括请求和响应的数据格式、通信接口；
建立控制连接：利用网络通信协议和设备接口，建立控制连接，确保控制指令的传输和执行；
显示电刺激区域：在区域显示模块中，根据脑部虚拟模型的标记，显示电刺激区域的位置和范围；
植入电极：根据电刺激区域的位置信息，通过控制连接发送指令，控制电刺激设备在脑部虚拟模型对应位置植入电极；
刺激通道实施：根据电刺激区域的刺激顺序，在电刺激设备中对刺激通道进行实施序列标号，以指导电极在刺激过程中按照预定顺序进行刺激。
刺激参数分析单元40用于脑部虚拟模型的电刺激区域进行神经刺激参数分析；
刺激参数分析单元40通过结合神经影像学和神经生理学对电刺激区域进行神经刺激参数分析。步骤如下：
数据获取：通过神经影像学技术获取电刺激区域的神经影像数据和神经生理学数据；
影像数据预处理：对神经影像数据进行预处理，包括去除噪声、空间配准、脑部分割操作，以提高数据质量和准确性；
刺激参数提取：从神经影像数据中提取与电刺激区域相关的神经活动参数，如活动强度、功能连接性；
神经生理学数据分析：对神经生理学数据进行分析，如脑电波频谱分析、事件相关电位分析，以获取与电刺激区域相关的神经生理学参数；
数据整合与统计分析：将神经影像数据和神经生理学数据进行整合，进行统计分析，探索电刺激区域的神经活动特征和神经生理学响应；
解释和解读：根据分析结果，结合神经影像学和神经生理学的知识，在科学和临床背景下解释和解读电刺激区域的神经刺激参数，可能的生理效应和功能。
并将获取的刺激参数输入电刺激设备，使电刺激设备通过刺激通道开设单元30标号的刺激通道进行刺激；
电荷传递检测单元50用于在刺激参数分析单元40对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整；
电荷传递检测单元50包括区域干扰检测模块；
区域干扰检测模块用于在刺激参数分析单元40对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整，直至在刺激之后保护区域未收到电荷数据，反之，若电刺激区域的电荷传递效应没有干扰到保护区域，将刺激之后的电刺激区域数据发送至区域电荷参数比对单元60。步骤如下：
设置干扰检测机制：在刺激过程中，监测电刺激区域对保护区域的电荷传递效应；
干扰检测：在刺激过程中实时检测保护区域是否受到电刺激区域的电荷传递效应的干扰。可以通过检测电流、电压或电位差指标来判断是否有干扰发生；
干扰处理：若发现电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，采取相应的干扰处理措施。一种常见的处理方法是将脑部虚拟模型恢复到刺激之前的原始状态，并调整电刺激设备的刺激参数，如刺激电流强度、频率，直至保护区域未受到电荷传递的干扰；
数据发送至区域接收模块：若电刺激区域的电荷传递效应没有干扰到保护区域，将刺激之后的电刺激区域数据发送至区域接收模块进行进一步处理和分析。
区域电荷参数比对单元60用于对电刺激区域边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元30开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
区域电荷参数比对单元60包括区域接收模块和区域电荷检测模块；
区域接收模块用于接收区域干扰检测模块发送的电刺激区域数据；
区域电荷检测模块用于根据区域接收模块接收的电刺激区域数据进行位置提取，提取电刺激区域数据中的中心处和边缘处，并同时获取中心处和边缘处分别受到的电荷参数，然后将边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元30开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。步骤如下：
位置提取：根据电刺激区域数据，提取其中心位置和边缘位置，可以通过图像处理算法或特定的位置提取方法实现；
提取电荷参数：在中心处和边缘处分别提取电刺激区域受到的电荷参数，如电流强度、电位差；
比对电荷参数：对比中心处和边缘处受到的电荷参数，判断它们是否一致；
调整刺激通道位置：若边缘处和中心处受到的电荷参数不一致，对开设的刺激通道在电刺激区域进行位置调整，可以通过改变电极位置或调整刺激参数方式；
重新进行刺激：对调整后的刺激通道位置进行重新刺激，即重新施加电刺激；
检测电荷参数一致性：重复检测，直到电刺激区域的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (9)
1.一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：包括脑部虚拟模型生成单元(10)、区域标记单元(20)、刺激通道开设单元(30)、刺激参数分析单元(40)、电荷传递检测单元(50)以及区域电荷参数比对单元(60)；
所述脑部虚拟模型生成单元(10)用于在神经影像设备中记录脑部影像数据，并根据记录的脑部影像数据分别生成脑部虚拟模型，从而建立脑部模型数据库；
所述区域标记单元(20)用于根据脑部虚拟模型生成单元(10)记录的脑部影像数据进行电刺激区域分析，然后将分析获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域；
所述刺激通道开设单元(30)用于控制电刺激设备和脑部虚拟模型进行工作连接，并使电刺激设备根据电刺激区域开设多个刺激通道，同时为多个刺激通道进行实施序列标号；
所述刺激参数分析单元(40)用于脑部虚拟模型的电刺激区域进行神经刺激参数分析，并将获取的刺激参数输入电刺激设备，使电刺激设备通过刺激通道开设单元(30)标号的刺激通道进行刺激；
所述电荷传递检测单元(50)用于在刺激参数分析单元(40)对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整；
所述区域电荷参数比对单元(60)用于对电刺激区域边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元(30)开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
2.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述脑部虚拟模型生成单元(10)通过和磁共振成像设备建立信息传播连接API，从而获取磁共振成像设备工作状态下采集的脑部影像数据，然后将获取的脑部影像数据进行保存记录。
3.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述脑部虚拟模型生成单元(10)将获取的脑部影像数据进行模型特征提取，根据提取的特征数据利用计算机图像处理技术建立脑部虚拟模型，然后将生成的脑部模型保存到数据库中，该数据库为脑部模型数据库。
4.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述区域标记单元(20)利用计算机断层扫描对脑部虚拟模型进行扫描，通过扫描获取深部导电结构的位置和目标区域以及刺激顺序。
5.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述区域标记单元(20)包括区域显示模块；
所述区域显示模块用于将获取的目标区域定义为脑部虚拟模型中需要进行电刺激的区域，然后将获取的电刺激区域在脑部虚拟模型中进行标记，使脑部虚拟模型中显示为电刺激区域和保护区域，将对电刺激区域根据刺激顺序进行排列。
6.根据权利要求5所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述刺激通道开设单元(30)用于通过网络通信协议和电刺激设备建立控制连接，控制电刺激设备根据区域显示模块显示的电刺激区域进行开设刺激通道，即在脑部虚拟模型中植入电极，并将根据电刺激区域的刺激顺序对刺激通道进行实施序列标号。
7.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述刺激参数分析单元(40)通过结合神经影像学和神经生理学对电刺激区域进行神经刺激参数分析。
8.根据权利要求1所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述电荷传递检测单元(50)包括区域干扰检测模块；
所述区域干扰检测模块用于在刺激参数分析单元(40)对脑部虚拟模型进行刺激时，对保护区域进行干扰检测，若电刺激区域的电荷传递效应干扰到了保护区域，将脑部虚拟模型恢复原始状态，并对电刺激设备的刺激参数进行调整，直至在刺激之后保护区域未收到电荷数据，反之，若电刺激区域的电荷传递效应没有干扰到保护区域，将刺激之后的电刺激区域数据发送至区域电荷参数比对单元(60)。
9.根据权利要求8所述的一种多通道多刺激源的脑深部电刺激系统，其特征在于：所述区域电荷参数比对单元(60)包括区域接收模块和区域电荷检测模块；
所述区域接收模块用于接收区域干扰检测模块发送的电刺激区域数据；
所述区域电荷检测模块用于根据区域接收模块接收的电刺激区域数据进行位置提取，提取电刺激区域数据中的中心处和边缘处，并同时获取中心处和边缘处分别受到的电荷参数，然后将边缘处和中心处受到的电荷参数进行比对，若边缘处和中心处受到的电荷参数不一，对刺激通道开设单元(30)开设的刺激通道在电刺激区域进行调整位置，并重新进行刺激，直至电刺激区域受到的边缘处和中心处受到的电荷参数一致。
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