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维戈塞尔塔球衣颜色: 一種多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201510154534.4

申請日:

20150402

公開號:

CN104874102A

公開日:

20150902

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61N1/36 主分類號: A61N1/36
申請人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
發明人: 張云鵬,趙曉東,耿馨佚,俞乾,陳驍,王守巖
地址: 215163 江蘇省蘇州市科技城科靈路88號
優先權: CN201510154534A
專利代理機構: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 史霞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510154534.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本案為一種多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其具有三種工作模式,在第一開環工作模式中,將采集的信號通過SD卡保存和通過無線通信裝置實時傳送到上位機,手動控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數;在第二閉環工作模式中,將采集的信號實時自動調整輸出電脈沖刺激參數;采集的信號通過SD卡保存,或實時傳送到上位機;在第三閉環工作模式中,采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,同時實時傳送到上位機;上位機對信號的數據進行閉環算法運算,實時控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數。本案可作為DBS手術中的臨時刺激器或者作為獲取臨床試驗數據的研究工具,通過記錄分析神經調控的效果,來調整方案。

權利要求書

1.一種多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,包括:外掛式閉環腦深部電刺激器,其位于人體外;電極,其位于人體內,與所述外掛式閉環腦深部電刺激系統通過導線電性連接;無線通信裝置,其以無線通訊的方式與所述外掛式閉環腦深部電刺激系統相連接;上位機,其包括PC端顯示界面和算法開發軟件,與所述無線傳輸??橥ㄑ讀?;其中,所述外掛式閉環腦深部神經感知調控系統具有第一開環工作模式、第二閉環工作模式和第三閉環工作模式:其中,在第一開環工作模式中,所述多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過SD卡保存和通過無線通信裝置實時傳送到上位機,根據上位機顯示的采集結果,手動控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數,即時觀察刺激前后的采集的信號,或對所述SD卡保存的結果進行離線分析;在第二閉環工作模式中,所述多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過嵌入式算法運算后實時自動調整輸出電脈沖刺激參數;采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,或通過無線通信裝置實時傳送到上位機,供實時觀察算法調節后的情況;在第三閉環工作模式中,所述多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,同時采集的信號通過無線通信??槭凳貝偷繳銜換?;所述上位機對信號的數據進行閉環算法運算,通過無線通信裝置實時控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數。2.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,所述的外掛式閉環腦深部電刺激器包括電源???、無線充電???、信號采集???、信號處理???、無線通信???、電刺激???、數據存儲???、安全?;つ??、復位??楹橢甘鏡?。3.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,信號采集??槭褂肁DS1299前端采集電路實現uV級腦深部場電位采集,可以在刺激治療的同時,濾除刺激偽跡,記錄電極任意兩觸點之間的差分信號,或記錄電極任意觸點相對于地的單端信號。4.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,信號處理??槭褂肧TM32F4系列微控制器實現實時處理,并通過SD卡進行存儲。5.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,電刺激??橥ü鼳D5754R可以進行四通道單獨可控的可選單相位或雙相位脈沖刺激。6.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,所述的電極可作為采集電極,也可作為刺激電極,每組電極分別有四個記錄/刺激通道,且每個通道可以單獨控制。7.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,所述的無線傳輸??椴捎美堆?.0協議實現。8.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,所述的系統支持采集腦電EEG、心電ECG、肌電EMG、眼電EOG數據。9.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,在所述第一種開環工作模式和第三種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以高采樣率采集信號;在所述第二種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以低采樣率采集信號。10.如權利要求1所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其特征在于,所述閉環腦深部電刺激器在待機期間采用外部中斷啟動的方式,無線通信??樵誆恍枰鍬嫉那榭魷麓蟛糠質奔浯τ諦菝咦刺?;當需要喚醒系統情況下,外部喚醒信號為一串固定指令,無線通信??槭盞礁彌噶詈蠡嶙遠胂低持卸銑絳?,所述的系統在過壓或過流、靜電情況下設有相應的?;せ?。

說明書

技術領域

本發明涉及腦深部神經感知調控系統,具體涉及一種外掛式多通道無線閉環腦深部電刺激儀器。

背景技術

腦深部電刺激(DBS)已經發展成為傳統的立體定向功能神經外科中常用的毀損手術的替代方法。DBS已經證實是一種有效的方法,由于它具有可逆性和可調性的特點,大大降低了手術的致殘率。深部腦刺激技術在帕金森、疼痛、抑郁、強迫癥、癲癇、藥物成癮及老年癡呆等神經和精神疾病治療中都有很好的療效,其中,附圖2示出了美敦力3628臨時電刺激器的外觀結構,附圖3示出了其接插電極方式。電刺激在神經系統基礎研究以及癲癇等大腦疾病治療過程中都得到越來越廣泛的應用,但是,能夠基于大腦的電活動狀態發出刺激信號的閉環式電刺激器產品很少。

閉環控制是這類電刺激應用的一個亟待發展的方向,它可以根據大腦的電活動狀態,在特定時間施加電刺激。閉環腦深部電刺激器具有電極微創、參數可調、長期治療及副作用小等優點,相比藥物治療,遠遠提高了患者的生活質量、運動功能和社交心理,在運動系統疾病治療中得到了很好的應用。

雖然現有技術中已有閉環腦深部電刺激器的相關報道,但是現有技術中多是給病人長期佩戴的植入式電刺激器,而在DBS手術中,在電極植入后,需要先用一個臨時刺激器在外面試驗性的刺激一段時間,觀察患者接受電刺激后是否存在異常反應,如果沒有異常反應,則繼續做植入式的手術,如果不順利,就要取消手術或者調整方案。因此需要設計出一種臨時刺激器,可供病人用一周左右,既不影響他的行動生活,也能采集到病人的數據,以判斷是否進入下一步的手術階段。

發明內容

為克服現有技術的不足,本發明的目的是提供一種基于腦深部刺激技術的外掛式多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,旨在實現上位機PC端無線實時顯示采集到的腦深部場電位信號的同時,采集的數據可即時存儲在電刺激儀器的SD卡上供離線分析,可在線手動調控,或通過閉環實時算法給予即時調控,或通過嵌入式算法運算后實時自動調控,以解決現有技術中不能夠實現實時的電刺激,以及不能夠靈活的針對病人提供個性化的閉環控制反饋控制等問題。

為實現上述目的,本發明通過以下技術方案實現:

一種多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,包括:

外掛式閉環腦深部電刺激器,其位于人體外;

電極,其位于人體內,與所述外掛式閉環腦深部電刺激器通過導線電性連接;

無線通信裝置,其以無線通訊的方式與所述外掛式閉環腦深部電刺激器相連接;

上位機,其包括PC端顯示界面和算法開發軟件,與所述無線傳輸??橥ㄑ讀?;

所述外掛式閉環腦深部神經感知與調控系統具有第一開環工作模式、第二閉環工作模式和第三閉環工作模式:其中,

在第一開環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部神經感知調控系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過SD卡保存和通過無線通信裝置實時傳送到上位機,根據上位機顯示的采集結果,手動控制所述外掛式閉環腦深部電刺激器的電脈沖刺激參數,即時觀察刺激前后的采集的信號,或對所述SD卡保存的結果進行離線分析;

在第二閉環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部神經感知調控系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過嵌入式算法運算后實時自動調整輸出電脈沖刺激參數;采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,或通過無線通信裝置實時傳送到上位機,供實時觀察算法調節后的情況;

在第三閉環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部電刺激系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,同時采集的信號通過無線通信??槭凳貝偷繳銜換?;所述上位機對信號的數據進行閉環算法運算,通過無線通信裝置實時控制所述外掛式閉環腦深部電刺激器的電脈沖刺激參數。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,所述的外掛式閉環腦深部電刺激器包括電源???、無線充電???、信號采集???、信號處理???、無線通信???、電刺激???、數據存儲???、安全?;つ??、復位??楹橢甘鏡?。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,信號采集??槭褂肁DS?1299前端采集電路實現uV級腦深部場電位采集,可以在刺激治療的同時,有效濾除刺激偽跡,記錄電極任意兩觸點之間的差分信號,或記錄電極任意觸點相對于地的單端信號。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,信號處理??槭褂肧TM32F4系列微控制器實現實時處理,并通過SD卡進行存儲。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,電刺激??橥ü鼳D5754R進行四通道單獨可控的可選單相位或雙相位脈沖刺激。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,所述的電極可作為采集電極,也可作為刺激電極,每組電極分別有四個記錄/刺激通道,且每個通道可以單獨控制。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,所述的無線傳輸??椴捎美堆?.0協議實現。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,所述的系統支持采集腦電EEG、心電ECG、肌電EMG、眼電EOG數據。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,在所述第一種開環工作模式和第三種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以高采樣率采集信號;在所述第二種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以低采樣率采集信號。

優選的是,所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,其中,所述閉環腦深部電刺激系統在待機期間采用外部中斷啟動的方式,無線通信??樵誆恍枰鍬嫉那榭魷麓蟛糠質奔浯τ諦菝咦刺?;當需要喚醒系統情況下,外部喚醒信號為一串固定指令,無線通信??槭盞礁彌噶詈蠡嶙遠胂低持卸銑絳?,所述的系統在過壓或過流、靜電情況下設有相應的?;せ?。

本發明的有益效果是:本系統可提供三種工作模式,第一種開環工作模式是將采集的信號通過SD卡保存并傳送到上位機,采用手動在線控制電脈沖刺激參數;第二種閉環工作模式是將采集的信號通過嵌入式算法運算后實時自動調整輸出電脈沖刺激參數;第三種閉環工作模式是上位機對信號的數據進行閉環算法運算,通過無線通信裝置實時控制電脈沖刺激參數。三種工作模式下,采集的信號都可以通過SD卡即時存儲,供離線分析,或通過無線通信裝置實時傳送到上位機,可無線實時觀測刺激前后的腦電狀態;第二種及第三種閉環工作模式下,無需手動調節,可即時調節電刺激脈沖;本發明采用外掛式電刺激器,其可作為DBS手術中的臨時刺激器進行試驗性的刺激,從而分析電刺激的效果,來調整手術方案;該刺激器拆卸方便,便于攜帶,不影響患者生活。

附圖說明

圖1為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統中的系統結構示意圖;

圖2為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統背景技術中的Medtronic(美敦力)DualScreen?3628外觀結構圖;

圖3為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統背景技術中的Medtronic(美敦力)DualScreen?3628接插電極方式圖;

圖4為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統中的總體功能框圖;

圖5為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統中的控制界面;

圖6為本發明一實施例所述的多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統中的具體硬件結構。

圖中,1-外掛式閉環腦深部電刺激器;2-電極導線;3-頭部;4-電極觸點;5-無線通訊裝置;6-PC上位機。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明,以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

一種多通道無線閉環腦深部神經感知調控系統,請參閱附圖1,其包括:

外掛式閉環腦深部電刺激器,其位于人體外;

電極,其位于人體內,與所述外掛式閉環腦深部電刺激系統通過導線電性連接;

無線通信裝置,其以無線通訊的方式與所述外掛式閉環腦深部電刺激系統相連接;

上位機,其包括PC端顯示界面和算法開發軟件,與所述無線傳輸??橥ㄑ讀?;

所述外掛式閉環腦深部電刺激系統具有第一開環工作模式、第二閉環工作模式和第三閉環工作模式:其中,

在第一開環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部電刺激系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過SD卡保存和通過無線通信裝置實時傳送到上位機,根據上位機顯示的采集結果,手動控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數,即時觀察刺激前后的采集的信號,或對所述SD卡保存的結果進行離線分析;

在第二閉環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部電刺激系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,并將采集的信號通過嵌入式算法運算后實時自動調整輸出電脈沖刺激參數;采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,或通過無線通信裝置實時傳送到上位機,供實時觀察算法調節后的情況;

在第三閉環工作模式中,所述外掛式閉環腦深部電刺激系統能夠采集任意電極觸點組合的腦深部場電位信號,采集的信號通過SD卡保存,供離線分析,同時采集的信號通過無線通信??槭凳貝偷繳銜換?;所述上位機對信號的數據進行閉環算法運算,通過無線通信裝置實時控制所述外掛式閉環腦深部電刺激系統的電脈沖刺激參數。

進一步的,請參閱附圖6,所述外掛式閉環腦深部電刺激器包括電源???、信號采集???、信號處理???、無線通信???、電刺激???、數據數據???、復位??楹橢甘鏡?。

進一步的,信號采集??槭褂肁DS?1299前端采集電路實現uV級腦深部場電位采集,可以在刺激治療的同時,記錄電極任意兩觸點之間的差分信號,或記錄電極任意觸點相對于地的單端信號。

進一步的,其中信號處理??槭褂肧TM32F4系列微控制器實現實時處理,并通過SD卡進行存儲。

進一步的,其中,電刺激??橥ü鼳D5754R進行四通道單獨可控的雙相位脈沖刺激。

本發明還包括以下情況,所述的電極可作為采集電極,也可作為刺激電極,每組電極分別有四個記錄/刺激通道,且每個通道可以單獨控制。

作為優選的,所述的無線傳輸??椴捎美堆?.0協議實現。

作為優選的,所述的系統支持采集腦電EEG、心電ECG、肌電EMG、眼電EOG數據。

本發明包括以下情況,在所述第一種開環工作模式和第三種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以高采樣率采集信號;在所述第二種閉環工作模式中,所述閉環腦深部電刺激系統以低采樣率采集信號。

進一步的,所述閉環腦深部電刺激系統在待機期間采用外部中斷啟動的方式,無線通信??樵誆恍枰鍬嫉那榭魷麓蟛糠質奔浯τ諦菝咦刺?;當需要喚醒系統情況下,外部喚醒信號為一串固定指令,無線通信??槭盞礁彌噶詈蠡嶙遠胂低持卸銑絳?,所述的系統在過壓或過流情況下設有相應的?;せ?。

下面列舉一本發明的具體實施例作進一步說明,本發明的閉環腦深部電刺激系統的總體硬件架構請參閱附圖4,該系統的控制過程請參閱附圖5,具體包括以下過程:

1)刺激:0/1/2/3/R,任意兩點電刺激;

2)記錄:左側一列可對電極中的任意兩觸點進行差分采集;右側一列代表可對包含參考電極在內的任意兩觸點進行差分采集。

3)CH1/CH2/CH3/CH4:四通道差分采集腦電EEG、心電ECG、肌電EMG、眼電EOG。

4)功能說明:可在刺激的同時記錄刺激電極兩端電極的差分信號,及該電極相對于參考電極的差分信號。例如刺激電極2和R,則在2和R之間形成刺激環路,此時可以記錄電極1和3之間的差分信號,亦可以同時記錄電極2相對于參考電極r之間的差分信號,既是可以記錄刺激電極兩端的絕對量,也可以記錄刺激電極與參考之間的相對量。

盡管本發明的實施方案已公開如上,但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用,它完全可以被適用于各種適合本發明的領域,對于熟悉本領域的人員而言,可容易地實現另外的修改,因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下,本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。

關 鍵 詞:
一種 通道 無線 閉環 腦深部 神經 感知 調控 系統
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