CN117679643A - 用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统，涉及电刺激技术领域，该方法包括：S1、基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；S3、根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。本发明通过确认不同的脊髓节段，从脊髓损伤节段位置以及支配上下肢活动的脊髓节段位置协同刺激脊髓组织，能够从根本上加速脊髓损伤患者的功能恢复。
Description
技术领域
本发明涉及电刺激技术领域，特别是涉及一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统。
背景技术
创伤性脊髓损伤(traumatic spinal cord injury，TSCI)主要是由于低空坠落等暴力性因素导致的中枢神经系统损伤，常会造成多个脊髓节段的损伤，并导致患者出现感觉、运动和自主神经功能障碍。
脊髓损伤后，会造成损伤部位产生炎症反应以及出血、水肿，并产生胶质瘢痕等继发性损伤；同时，损伤部位的脊髓切断了上下脊髓传导。因此，脊髓损伤会造成患者器质性以及功能性的双重障碍。
目前，电刺激是针对脊髓损伤有效的治疗手段之一，研究证明脊髓电刺激可以改变脊髓信号通路的传递，增加营养因子表达，从而促进轴突再生，并减小炎症发生，促进患者功能恢复。相关研究(胡成功，李俊岑，党彦丽等，经皮电刺激对大鼠脊髓损伤后神经胶质酸性蛋白和神经生长因子表达的影响[J].中国康复医学杂志，2011,26(11):1009-1013+1019.以及Yu H,Geng X,Sun T,et al.Electroacupuncture in the repair of spinalcord injury:Inhibiting the Notch signaling pathway and promoting neural stemcell Proliferation[J].Neural Regeneration Research,2015,10(3):394.)常通过使用经皮电刺激或者植入式电刺激，从而刺激脊髓损伤患者的损伤节段，降低损伤部位的炎症因子，促进少突胶质细胞分化，从而促进神经再生，改善患者功能恢复；另外，相关研究(Xiao W-P,Ding L-L-Q,Min Y-J,et al.<；p>；Electroacupuncture PromotingAxonal Regeneration in Spinal Cord Injury Rats via Suppression of Nogo/NgRand Rho/ROCK Signaling Pathway<；/P>；[J].Neuropsychiatric Disease andTreatment,2019,Volume 15:3429–3442.以及Parhizi B,Barss T S,MushahwarVK.Simultaneous Cervical and Lumbar Spinal Cord Stimulation InducesFacilitation of Both Spinal and Corticospinal Circuitry in Humans[J].Frontiers in Neuroscience,2021,15.)通过同时刺激支配上肢活动的脊髓节段(第3颈椎到第6颈椎)以及支配下肢活动的脊髓节段(第11胸椎到第1腰椎)，增加脊髓固有束以及脊髓固有中间神经元的表达，从而改善脊髓损伤患者上肢或下肢的功能障碍。但是，现有的脊髓损伤电刺激治疗部位选择单一，只刺激损伤部位或支配上下肢活动的脊髓节段，尚未针对脊髓整体进行电刺激，无法进行系统电刺激康复。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统，实现了在确认脊髓损伤阶段、支配上下肢活动的脊髓节段基础上，对多处脊髓节段进行协同电刺激，能够从根本上加速脊髓损伤患者的功能恢复。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，包括：
S1、基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S3、根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
进一步的，所述S1中，所述基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，具体包括以下步骤：
S101、基于脊髓损伤图像，使用yolov5模型，向该模型传入脊髓损伤图像初步判断脊髓损伤的椎体的损伤位置，所述脊髓损伤图像包含多个检测框，根据所述检测框的位置信息，初步确定所述脊髓损伤图像中的损伤位置；
S102、采用yolov5m.pt模型对所述脊髓损伤图像进行检测，获取所有检测框的置信度，并预设所述置信度的阈值，去除所有置信度小于阈值的检测框，输出符合置信度的检测框，作为具有脊髓损伤位置的脊髓图像检测结果。
进一步的，所述支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置具体为：
支配上肢活动的脊髓节段为第3颈椎到第6颈椎，支配下肢活动的脊髓节段为第11胸椎到第1腰椎。
进一步的，所述电刺激参数具体包括：电流频率、电流强度、电流脉宽以及刺激时间。
进一步的，所述S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，设置电刺激参数，进行电刺激，具体包括：
通过超声引导，确认支配人体上肢活动的脊髓节段位置为第3颈椎到第6颈椎，以及支配人体下肢活动的脊髓节段位置为第11胸椎到第1腰椎；将直径为2cm的圆形电极置于第3颈椎到第6颈椎中间，以及第11胸椎到第1腰椎脊柱节段中间，正极放置于左侧，负极放置于右侧，两电极相距4cm；初步设置电流频率为30赫兹，电流脉宽500毫秒，电流强度为10mA。
本发明还提供了一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激系统，应用所述用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，包括：
脊髓器质性损伤节段位置刺激模块，用于基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
相关脊髓节段位置刺激模块，用于通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
多脊髓损伤协同电刺激模块，用于根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现所述用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统，通过确认不同的脊髓节段，从脊髓损伤节段位置以及支配上、下肢活动的脊髓节段位置协同刺激脊髓组织，能够从根本上加速脊髓损伤患者的功能恢复。本发明既可以针对具体器质性损伤脊髓节段进行电刺激，又可以针对支配上、下肢运动的脊髓节段进行电刺激；实现了在保证精准性电刺激脊髓损伤节段的同时，改善脊髓损伤患者上肢或下肢的功能障碍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法的流程图；
图2为本发明实施例的多脊髓损伤协同电刺激的示意图；
附图标记说明：1、支配人体上肢活动的脊髓节段；2、脊髓器质性损伤节段位置；3、支配人体下肢活动的脊髓节段。
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。
本发明的目的是提供一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统，实现了在确认脊髓损伤阶段、支配上下肢活动的脊髓节段基础上，对多处脊髓节段进行协同电刺激，能够从根本上加速脊髓损伤患者的功能恢复。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，包括：
S1、基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置2，并在脊髓器质性损伤节段位置2施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S3、根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
本实施例中，所述支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置具体为：
支配上肢活动的脊髓节段1为第3颈椎到第6颈椎，支配下肢活动的脊髓节段3为第11胸椎到第1腰椎。
本实施例中，所述电刺激参数具体包括：脊髓节段处的电流频率、电流强度、电流脉宽以及刺激时间。
本实施例中，所述S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激，具体包括：
通过超声引导，确认支配人体上肢活动的脊髓节段为第3颈椎到第6颈椎，以及支配人体下肢活动的脊髓节段位置为第11胸椎到第1腰椎(即T3-T4以及T7-T8)；将直径为2cm的圆形电极置于第3颈椎到第6颈椎中间，以及第11胸椎到第1腰椎脊柱节段中间，正极放置于左侧，负极放置于右侧，两电极相距4cm；初步设置电流频率为30赫兹，电流脉宽500毫秒，电流强度为10mA。
本实施例中，所述S1、基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置2，并在脊髓器质性损伤节段位置2施加电极，进行电刺激，具体包括：
根据患者影像学资料，确认患者的脊髓器质性损伤节段2位于第3胸椎到第4胸椎以及第7胸椎到第8胸椎脊柱节段(即T3-T4以及T7-T8)，通过超声引导，将直径为2cm的圆形电极置于第3胸椎到第4胸椎以及第7胸椎到第8胸椎脊柱节段中间(即，正极放置于左侧，负极放置于右侧，两电极相距4cm，初步设置频率为30赫兹，脉宽500毫秒，强度为10mA。
本实施例中，S3具体包括：对所述S1与所述S2构建的刺激节段施加的电刺激参数进行完善，频率为30赫兹，脉宽500毫秒，以患者整体皮肤耐受为度。
本实施例中，由于损伤椎体常出现爆裂性骨折等器质性特征改变，与常规椎体具有较大差异，因此使用损伤椎体检测算法对损伤椎体进行检测，能够提取出检测结果较为准确的损伤椎体，因此，所述S1中，基于脊髓损伤图像，确认脊髓器质性损伤节段位置2，具体包括以下步骤：
S101、基于脊髓损伤图像，将其传入yolov5模型，初步判断脊髓损伤的椎体的损伤位置，所述脊髓损伤图像包含多个检测框，根据所述检测框的位置信息，初步确定所述脊髓损伤图像中的损伤位置；同一脊髓图像可以存在多个检测框，也就是存在多处脊髓损伤位置，所述脊髓损伤图像中的损伤位置包括颈段损伤位置、胸段损伤位置、腰骶段损伤位置；
S102采用yolov5m.pt模型对所述脊髓损伤图像进行检测，获取所有检测框的置信度，并预设所述置信度的阈值，去除所有置信度小于阈值的检测框，输出符合置信度的检测框，作为具有脊髓损伤位置的脊髓图像检测结果。
本实施例中，所述S102，获取所有检测框的置信度，并预设所述置信度的阈值，去除所有置信度小于阈值的检测框，之后还包括，若存在同一脊髓图像检测框重合情况，按照置信度从大到小进行排序，使用非极大值抑制进行去重处理，以确保获得单一检测框。需要注意的是该步骤仅对检测框重合处进行去重处理，允许同一脊髓图像存在多处脊髓损伤位置，即存在多个检测框。
本实施例中，所述检测框以矩形形式存在。
本实施例中，S1中，基于脊髓损伤图像，确认脊髓器质性损伤节段位置2，具体过程如下：
S101、准备深度学习的运行环境：安装Pycharm和Anaconda软件；并在虚拟环境下，安装Pytorch、Numpy、Pandas、OpenCV、Pillow等依赖库；
S102、创建目录，存放存在脊髓损伤的图像数据，以及脊髓损伤处的标注数据信息；
S103、将所述存在脊髓损伤的图像数据划分为训练集、验证集、测试集；
S104、将正常位置与脊髓损伤处的图像数据标注为labels数据，将标注的labels数据转换为yolo可识别的格式，每一张图像数据对应一个标签txt用于表示脊髓损伤所在的位置；
S105、下载预训练模型，选择yolov5m.pt模型；
S106、通过train.py中的训练参数，对yolov5m.pt模型进行训练，得到训练后的yolov5m.pt模型；
S107、对训练后的yolov5m.pt模型进行测试，以均值平均精度mAP为评估指标测试训练结果，调整训练参数，进行多次模型训练；
S108、在detect.py文件中修改待检测图像的存储路径，进行检测工作。
本实施例中，所述S106中，修改train.py中的训练参数具体包括：修改epochs为100，修改batch-size为64，修改img-size为640*640。
实施例2
本实施例提供了一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激系统，应用实施例1所述用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，包括：
脊髓器质性损伤节段位置刺激模块，用于基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
相关脊髓节段位置刺激模块，用于通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
多脊髓损伤协同电刺激模块，用于根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现所述用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法。
综上，本发明提供的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法及系统，通过确认不同的脊髓节段，从脊髓损伤节段位置以及支配上下肢活动的脊髓节段位置协同刺激脊髓组织，能够从根本上加速脊髓损伤患者的功能恢复。能够从脊髓损伤阶段以及支配上下肢活动的脊髓节段两方面协同激活脊髓神经组织，并从器质性损伤治疗以及功能性损伤治疗两方面改善脊髓损伤患者的功能恢复，有望获得可观的社会效益和经济效益。
在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。
本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。
本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。
Claims (7)
1.一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，包括：
S1、基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
S3、根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
2.根据权利要求1所述的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，所述S1中，所述基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，具体包括以下步骤：
S101、基于脊髓损伤图像，使用yolov5模型，向该模型传入脊髓损伤图像初步判断脊髓损伤的椎体的损伤位置，所述脊髓损伤图像包含多个检测框，根据所述检测框的位置信息，初步确定所述脊髓损伤图像中的损伤位置；
S102、采用yolov5m.pt模型对所述脊髓损伤图像进行检测，获取所有检测框的置信度，并预设所述置信度的阈值，去除所有置信度小于阈值的检测框，输出符合置信度的检测框，作为具有脊髓损伤位置的脊髓图像检测结果。
3.根据权利要求1所述的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，所述支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置具体为：
支配上肢活动的脊髓节段为第3颈椎到第6颈椎，支配下肢活动的脊髓节段为第11胸椎到第1腰椎。
4.根据权利要求1所述的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，所述电刺激参数具体包括：电流频率、电流强度、电流脉宽以及刺激时间。
5.根据权利要求1所述的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，所述S2、通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，设置电刺激参数，进行电刺激，具体包括：
通过超声引导，确认支配人体上肢为第3颈椎到第6颈椎，以及以及下肢活动的脊髓节段位置为第11胸椎到第1腰椎；将直径为2cm的圆形电极置于第3颈椎到第6颈椎中间，以及第11胸椎到第1腰椎脊柱节段中间，正极放置于左侧，负极放置于右侧，两电极相距4cm；初步设置电流频率为30赫兹，电流脉宽500毫秒，电流强度为10mA。
6.一种用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激系统，应用于权利要求1-5任一项所述的用于脊髓损伤康复的多脊髓节段协同电刺激方法，其特征在于，包括：
脊髓器质性损伤节段位置刺激模块，用于基于脊髓损伤患者影像学资料，确认脊髓器质性损伤节段位置，并在脊髓器质性损伤节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
相关脊髓节段位置刺激模块，用于通过超声引导，确认支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置，并在支配人体上、下肢活动的脊髓节段位置施加电极，初步设置电刺激参数，进行电刺激；
多脊髓损伤协同电刺激模块，用于根据人体皮肤耐受程度，调整步骤S1以及步骤S2中的电刺激参数，进行多脊髓损伤协同电刺激。
7.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
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