WO2024103468A1 - 一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统、设备和介质，其中系统包括：脑区定位装置(110)和经颅磁刺激信号发生装置(120)；其中，脑区定位装置(110)用于确定目标对象的额叶眼区；经颅磁刺激信号发生装置(120)用于将间歇性θ脉冲刺激序列作用于额叶眼区。解决了缓解焦虑的经颅磁刺激持续时间长的问题，能够精确作用于额叶脑区，减少刺激作用时长，提高经颅磁刺激缓解焦虑的效率。
Description
本发明实施例涉及经颅磁刺激技术领域，尤其涉及一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统、设备和介质。
目前通过将重复经颅磁刺激(repeated transcranial magnetic stimulation，rTMS)施加在背外侧前额叶皮层(dorsolateral prefrontal cortex，dlPFC)以缓解焦虑，刺激时长为10-30分钟，经颅磁刺激缓解焦虑的效率有待提高。
发明内容
本发明提供了一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统、设备和介质，解决了缓解焦虑的经颅磁刺激持续时间长的问题，能够精确作用于额叶脑区，减少刺激作用时长，提高经颅磁刺激缓解焦虑的效率。
根据本发明的一方面，提供了一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统，该系统包括：
脑区定位装置和经颅磁刺激信号发生装置；
其中，脑区定位装置用于确定目标对象的额叶眼区；
经颅磁刺激信号发生装置用于将间歇性θ脉冲刺激序列作用于额叶眼区。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的脑区定位装置或经颅磁刺激信号发生装置的功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可 读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例的脑区定位装置或经颅磁刺激信号发生装置的功能。
本发明实施例的技术方案，通过脑区定位装置确定目标对象的额叶眼区，经颅磁刺激信号发生装置将间歇性θ脉冲刺激序列作用于额叶眼区，解决了缓解焦虑的经颅磁刺激持续时间长的问题，能够精确作用于额叶脑区，减少刺激作用时长，提高经颅磁刺激缓解焦虑的效率。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明实施例提供的一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统的结构框图，本实施例可适用于经颅磁刺激的场景中，特别的，本实施例更适用于经颅磁刺激缓解焦虑的情况。该系统可以由软件和/或硬件的方式来实现，集成于具有应用开发功能的电子设备中。
如图1所示，该系统包括：脑区定位装置110和经颅磁刺激信号发生装置120。
其中，脑区定位装置110用于确定目标对象的额叶眼区。
经颅磁刺激信号发生装置120用于将间歇性θ脉冲刺激序列作用于额叶眼区。
目标对象为需要接受经颅磁刺激的对象。
额叶眼区(frontal eye fields，FEF)位于额中回后部，控制眼球随意运动，尤其与眼球的追随运动有关，参与视觉注意，也是负责个体注意抑制加工的脑区。
θ脉冲是一种rTMS的形式，通常由30Hz或50Hz的3个脉冲组成，每秒重复5次，共600个脉冲，按照刺激参数的不同分为连续性θ脉冲刺激(continuous theta burst stimulation，cTBS)和间歇性θ脉冲刺激(intermittent theta burst stimulation，iTBS)。iTBS为2秒的刺激序列和8秒间歇的组合重复，应用于患侧大脑能够增加运动皮层的兴奋性；cTBS由40秒不间断的TBS组成，应用于健侧大脑能够降低运动皮层的兴奋性。
可选的，经颅磁刺激信号发生装置120用于：以连续的3个预设强度脉冲组成一个丛，每10个丛作为一组θ脉冲刺激序列，进行多组脉冲刺激序列的信号输出；其中，丛内脉冲频率为50Hz，各丛间脉冲频率为5Hz。
具体的，经颅磁刺激的每一组θ脉冲刺激序列包括10个脉冲丛，每个 脉冲丛包括3个预设强度的脉冲，丛内脉冲频率为50Hz，各丛间脉冲频率为5Hz，从内脉冲的周期20ms，脉冲丛的周期为200ms。
经颅磁刺激的强度可以通过静息运动阈值(resting motor threshold，RMT)或活动运动阈值(active motor threshold，AMT)来确定。
静息运动阈值指连续刺激过程中至少有50％的刺激诱发出波幅超过50μV运动诱发电位的最小刺激强度，是反映大脑皮质兴奋性的神经电生理学指标，静息运动阈值越高、大脑皮质兴奋性越低。
活动运动阈值是使用TMS刺激运动皮质，在10次刺激中至少5次诱发出波幅超过50μV的靶肌(通常为拇展短肌)运动诱发电位(motor evoked potentials，MEP)所需要的最低刺激强度，主要用于评价皮质束的兴奋性。其中，MEP是刺激运动皮质在对侧靶肌记录到的肌肉运动复合电位，用于检查运动神经从皮质到肌肉的传递、传导通路的整体同步性和完整性。
可选的，经颅磁刺激信号发生装置120用于：进行总时长为3分钟的脉冲刺激序列信号输出，且在每一组θ脉冲刺激序列之间间隔8秒。
具体的，通过经颅磁刺激信号发生装置120的参数，使经颅磁刺激信号发生装置120产生总时长为3分钟，以2秒的刺激序列和8秒间歇的组合重复的信号。
在一个具体的实施例中，经颅磁刺激的间歇性θ脉冲刺激序列的参数设置如表1所示，其中，刺激强度使用AMT来确定，刺激强度为80％AMT，从内脉冲频率为50Hz，每个丛内3个脉冲，丛间脉冲频率为5Hz，一组刺激10个丛，10组刺激，丛间歇时间为8s，脉冲个数为480，经颅磁刺激总刺激时长为3min。
表1
可选的，脑区定位装置110包括：红外信号获取模块和红外信号分析模块。
其中，红外信号获取模块用于获取目标对象的脑部位置信息。
脑部位置信息用于表示目标对象的头部轮廓或各脑区的位置。
红外信号获取模块通过红外传感器获取目标对象的脑部位置信息。红外传感器检测方式包括反射式、对射式和镜面反射式三种。红外传感器根据红外线对射管的驱动方式不同可分为电平型和脉冲型；根据探测原理的不同可分为基于光电效应的光子探测器和基于热效应的热探测器；根据功能的不同可分为辐射计、搜索跟踪系统、热成像系统、红外测距通信系统和混合系统五大类。
具体的，红外信号获取模块的光学子模块接受目标对象的红外辐射，经光谱滤波将红外辐射能量分布图形反映到焦平面上的红外探测器阵列的各光敏元件上，探测器将红外辐射能转换成电信号，由探测器偏置与前置放大的输入电路输出所需的放大信号，并注入到读出电路，以便进行多路传输。CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)多路传输器的读出电路能够执行线阵和面阵的红外焦平面阵列的信号积分、传输、处理和扫描输出，并进行A/D转换，得到目标对象的脑部位置信息并送入红外信号分析模块。
红外信号分析模块用于根据脑部位置信息重建得到三维头部模型，并基于三维头部模型和脑功能区分布信息确定额叶眼区。
脑功能区分布信息是脑的各功能脑区在脑中的分布位置。根据脑的沟回可以将功能脑区分成额叶、顶叶、枕叶和颞叶四个区域。其中，额叶负责思维、计划、中央执行职能以及运动执行；顶叶负责体感知觉、视觉和体空间信息的整合；颞叶主要负责语言功能和听觉感知，还参与长期记忆和情感；枕叶主要负责视觉感知和处理。还可以根据布罗德曼分区将大脑皮层划分为包括每个半球的52个区域，其中一些区域现在已经被细分，例如23区被分为23a和23b 区等。从物种间差异来讲，同一分区号码在不同的物种间并不一定代表相似的脑区。额叶眼区位于8区。
具体的，首先，红外信号分析模块计算出红外信号获取装置的图像坐标系与世界坐标系的对应关系；然后，利用脑部位置信息重建出三维信息，实现目标对象的脑部位置信息的D/A转换，得到目标对象的三维头部模型；最后，根据目标对象的三维头部模型和大脑皮层划分中各功能脑区的分布确定额叶眼区在三维头部模型中的位置/坐标。
可选的，红外信号分析模块用于：将脑功能区分布信息中的各功能脑区分布位置映射到三维头部模型中，并基于映射结果确定额叶眼区。
具体的，红外信号分析模块将脑功能区分布信息中的所有功能脑区的分布位置都对应到目标对象的三维头部模型中，得到各个功能脑区在三维头部模型中的位置，8区在三维头部模型中的位置就是额叶眼区。
为了提供与用户的交互，还可以在该系统设置显示器，也可以是其他用于显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)显示目标对象的三维头部模型。
可选的，该系统还包括脑电信号获取装置，用于获取目标对象在接受经颅磁刺激信号之前的第一阶段脑电波信号和接受经颅磁刺激信号之后的第二阶段脑电波信号，并对第一阶段脑电波信号和第二阶段脑电波信号进行对比分析。
使用脑电信号分析方法进行脑电波信号对比分析。脑电信号分析方法包括频域分析、时域分析、小波变换、人工神经网络分析和非线性动力学分析等方法。其中，频域分析方法包括功率谱估计、AR参数模型谱估计和双谱分析等方法；时域分析主要用于直接提取波形特征，时域分析方法包括过零截点分析、直方图分析、方差分析、相关分析、峰值检测、波形参数分析、相干平均和波形识别等方法。脑电信号是一种时变的非平稳信号，不同时刻有不同的频率成分。单纯的时域分析方法和频域分析方法是通过傅氏变换联系起来的，它们的截然分开是以信号的频率时不变特性或统计特性平稳为前提的。但由于时域和 频域分辨率的“不确定性原理”不可能在时域和频域同时获得较高的分辨率，只有把时间和频率结合起来进行处理，才能取得更好的结果。信号的时-频表示法为脑电信号处理的发展趋势，目前应用的较为广泛的方法有维格纳-费利分布(Wigner-Ville Distribution，WD)和小波变换。
可以理解的是，需要对第一阶段脑电波信号和第二阶段脑电波信号进行对比分析，用于评价目标对象的焦虑水平。首先，在经颅磁刺激开始之前，获取目标对象的脑电信号，作为第一阶段脑电波信号；然后，在经颅磁刺激结束之后，获取目标对象的脑电信号，作为第二阶段的脑电波信号；最后，使用脑电信号分析方法对刺激前后的进行脑电波信号对比分析。
可选的，该系统还包括调查问卷信息收集装置，用于获取目标对象对预设评估量表的反馈信息。
评估量表用于测量目标对象焦虑状态轻重程度及其在治疗过程中变化情况的心理量表，用于疗效评估，不能用于诊断。用户可以根据需求调整评估量表的设置，也可以直接使用焦虑自评量表(Self-Rating Anxiety Scale，SAS)作为评估量表。
反馈信息可以是目标对象对评估量表中各项统计指标的评分或描述内容，可以根据反馈信息与焦虑水平之间的映射关系确定目标对象的焦虑水平。
获取预设评估量表的反馈信息的具体方式，可以是在调查问卷信息收集装置中展示交互界面，可以在交互界面的填写界面中展示预设评估量表，目标对象进行填写，从而可以获取到目标对象对预设评估量表的反馈信息；也可以通过扫描纸质版的目标对象填写的预设评估量表，从而获取到目标对象对预设评估量表的反馈信息。
本发明实施例的技术方案，通过脑区定位装置确定目标对象的额叶眼区，经颅磁刺激信号发生装置将间歇性θ脉冲刺激序列作用于额叶眼区，解决了缓解焦虑的经颅磁刺激持续时间长的问题，能够精确作用于额叶脑区，减少刺激作用时长，提高经颅磁刺激缓解焦虑的效率。
图2是本发明的实施例提供的一种电子设备的结构框图。电子设备10旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机或其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)或其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接关系以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图2所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘或鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器或扬声器等；存储单元18，例如磁盘或光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器或无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、任何适当的处理器、控制器或微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个功能和处理，例如脑区定位装置110或经颅磁刺激信号发生装置120的功能。
在一些实施例中，脑区定位装置110或经颅磁刺激信号发生装置120的功能可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的脑区定位装置110或经颅磁刺激信号发生装置120的功能。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行脑区定位装置110或经颅磁刺激信号发生装置120的功能。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的脑区定位装置110或经颅磁刺激信号发生装置120的功能的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行或部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或 设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)或者LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户 端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
- 一种缓解焦虑的经颅磁刺激系统，其特征在于，包括：脑区定位装置和经颅磁刺激信号发生装置；其中，所述脑区定位装置用于确定目标对象的额叶眼区；所述经颅磁刺激信号发生装置用于将间歇性θ脉冲刺激序列作用于所述额叶眼区。
- 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述经颅磁刺激信号发生装置用于：以连续的3个预设强度脉冲组成一个丛，每10个丛作为一组θ脉冲刺激序列，进行多组脉冲刺激序列的信号输出；其中，所述丛内脉冲频率为50Hz，各所述丛间脉冲频率为5Hz。
- 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述经颅磁刺激信号发生装置用于：进行总时长为3分钟的脉冲刺激序列信号输出，且在每一组θ脉冲刺激序列之间间隔8秒。
- 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脑区定位装置包括：红外信号获取模块和红外信号分析模块；其中，所述红外信号获取模块用于获取所述目标对象的脑部位置信息；所述红外信号分析模块用于根据所述脑部位置信息重建得到三维头部模型，并基于所述三维头部模型和脑功能区分布信息确定所述额叶眼区。
- 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述红外信号分析模块用于：将所述脑功能区分布信息中的各功能脑区分布位置映射到所述三维头部模型中，并基于映射结果确定所述额叶眼区。
- 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括脑电信号获取装置，用于获取所述目标对象在接受经颅磁刺激信号之前的第一阶段脑电波信号和接受经颅磁刺激信号之后的第二阶段脑电波信号，并对所述第一阶段脑电波信号和所述第二阶段脑电波信号进行对比分析。
- 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括调查问卷信息收集装置，用于：获取所述目标对象对预设评估量表的反馈信息。
- 一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行实现权利要求1-7中任一所述的脑区定位装置或经颅磁刺激信号发生装置的功能。
- 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计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一中所述的脑区定位装置或经颅磁刺激信号发生装置的功能。
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