一種腦電信號(hào)控制的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種用腦電信號(hào)控制的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 疲勞是人們?cè)诳祻?fù)訓(xùn)練甚至日常生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為體力和腦力活動(dòng) 后過(guò)早出現(xiàn)的精疲力竭，難以啟動(dòng)或者維持主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，患者可能需要花費(fèi)更大的力氣來(lái)完 成在發(fā)病之前輕易完成的活動(dòng)。在基于任務(wù)的肢體康復(fù)訓(xùn)練中，由于患者存在不同程度的 疲勞感，影響了訓(xùn)練的耐受性和持久性，因而消除或者緩解疲勞對(duì)于康復(fù)醫(yī)學(xué)具有重要意 義。
[0003] 磁刺激技術(shù)由于其無(wú)創(chuàng)和無(wú)痛已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)疾病治療和腦功能研宄中。目 前，常用的經(jīng)顏磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS)是利用時(shí)變電流流入 線圈，產(chǎn)生高強(qiáng)度的時(shí)變脈沖磁場(chǎng)，從而在生物組織中產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)和感生電流，使組織產(chǎn) 生興奮。由于利用的是l-3Tesla的強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)于儀器設(shè)備的要求很高，而且需要專(zhuān)業(yè)人士 操作，TMS -般在醫(yī)院中使用，由于存在潛在的誘發(fā)癲癇的風(fēng)險(xiǎn)，出于安全性考慮，刺激時(shí)間 一般不宜過(guò)長(zhǎng)。
[0004] 極低頻磁場(chǎng)也被用于經(jīng)顱磁刺激，極低頻磁場(chǎng)是指磁場(chǎng)頻率為幾 Hz到幾十Hz的 低頻磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為幾十mT。由于磁場(chǎng)強(qiáng)度較低，在臨床診斷和治療中可以 長(zhǎng)時(shí)間使用，一般的刺激時(shí)間為幾十分鐘到一個(gè)小時(shí)，治療療程為一周或者兩周。低頻弱磁 場(chǎng)可用于家庭和社區(qū)的康復(fù)治療中。
[0005] 現(xiàn)有的刺激系統(tǒng)多是根據(jù)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)選擇相關(guān)刺激參數(shù)，如刺激波形、刺激強(qiáng)度、刺 激頻率和電極線圈的放置位置，不能對(duì)刺激效果定量化，并根據(jù)量化結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。經(jīng) 驗(yàn)性的參數(shù)設(shè)置與傳統(tǒng)的刺激模式難以滿足個(gè)性化的治療需求，容易導(dǎo)致過(guò)量刺激或刺激 不足，不能達(dá)到有效的或最佳治療效果。個(gè)體化的治療模式具有迫切的市場(chǎng)需求和重要研 宄意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種腦電信號(hào)控制的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)及方法， 利用使用者自身腦電信號(hào)來(lái)設(shè)定個(gè)性化的刺激參數(shù)，興奮大腦皮層，提高中樞系統(tǒng)對(duì)肌肉 運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)能力，緩解疲勞感。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種腦電信號(hào)控制的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)，其特征在 于，依次包括腦電信號(hào)采集模塊、ARM處理器、LCD觸摸屏、功率放大器和刺激線圈，LCD觸摸 屏連接到ARM處理器；所述的腦電信號(hào)采集模塊包括腦電放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換器；所述的 ARM處理器包括腦電信號(hào)分析模塊和刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊；所述的LCD觸摸屏包括顯示模塊 和按鍵模塊；所述的刺激線圈為8字形線圈；
[0008] 所述的腦電信號(hào)采集模塊包括腦電放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集大腦皮層運(yùn) 動(dòng)區(qū)在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始30s和運(yùn)動(dòng)結(jié)束前30s的腦電信號(hào)，通過(guò)腦電放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換器后送 入ARM微處理器進(jìn)行處理。
[0009] 所述的ARM處理器包括腦電信號(hào)分析模塊和刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述的腦電信號(hào) 分析模塊，用于對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，計(jì)算alpha，beta頻段能量，提供磁刺激輸出的參 考信號(hào)；所述的刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)設(shè)定的刺激參數(shù)，生成刺激信號(hào)，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn) 換并輸出。
[0010] 所述的腦電信號(hào)分析模塊的工作方法，包括：
[0011] 步驟1，利用帶通濾波器提取alpha (8?12Hz)和beta (13?30Hz)頻段的腦電信 號(hào)，對(duì)腦電幅值求平方再取平均作為腦電信號(hào)能量，比較本次運(yùn)動(dòng)前后alpha和beta頻段 能量的下降趨勢(shì)，即計(jì)算運(yùn)動(dòng)結(jié)束前30s的腦電alpha和beta頻段能量與運(yùn)動(dòng)開(kāi)始30s的 腦電alpha和beta頻段能量的百分比PERa和PERb，取per = min [PERa, PERb];
[0012] 步驟2,根據(jù)per計(jì)算刺激頻率、刺激強(qiáng)度和刺激持續(xù)時(shí)間等參數(shù)的參考值，設(shè)某 種調(diào)節(jié)參數(shù)的步長(zhǎng)為ss，可調(diào)檔位數(shù)為d，調(diào)節(jié)因子為n，那么這種調(diào)節(jié)參數(shù)的參考值為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種腦電信號(hào)控制的經(jīng)顧磁刺激系統(tǒng)，其特征在于，依次包括腦電信號(hào)采集模塊、 ARM處理器、LCD觸摸屏、功率放大器和刺激線圈，LCD觸摸屏連接到ARM處理器；所述的腦 電信號(hào)采集模塊包括腦電放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換器；所述的ARM處理器包括腦電信號(hào)分析模 塊和刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊；所述的LCD觸摸屏包括顯示模塊和按鍵模塊；所述的刺激線圈為8 字形線圈； 所述的8字形線圈，采用多層繞法，由兩個(gè)內(nèi)部半徑為2cm，外部半徑為2. 6cm的圓形線 圈組成，采用直徑為0. 35mm的漆包銅導(dǎo)線繞制；磁場(chǎng)聚焦范圍為0. 25cm2,磁場(chǎng)空間分辨率 為5mm，刺激深度為1. 5-2畑1。
2. 如權(quán)利要求1所述的腦電信號(hào)控制的經(jīng)顧磁刺激系統(tǒng)，其特征在于，刺激信號(hào)采用 連續(xù)性叢刺激方式，每個(gè)脈沖叢由3個(gè)頻率為50化的單脈沖組成，叢刺激的頻率、刺激強(qiáng)度 與刺激持續(xù)時(shí)間可調(diào)；頻率的最小檔位為甜Z，最大檔位為12化，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為IHz，檔位數(shù)為 8 ;，磁場(chǎng)強(qiáng)度的最小檔位為5mT，最大檔位為20mT，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為5mT，檔位數(shù)為4 ;刺激持續(xù) 時(shí)間的最小檔位為20min，最大檔位為60min，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為lOmin，檔位數(shù)為5。
3. 應(yīng)用如權(quán)利要求1或2所述的腦電信號(hào)控制的經(jīng)顧磁刺激系統(tǒng)，其特征在于，步驟包 括： 步驟1，利用帶通濾波器提取alpha巧?12Hz)和beta(13?30Hz)頻段的腦電信號(hào)， 對(duì)腦電幅值求平方再取平均作為腦電信號(hào)能量，比較本次運(yùn)動(dòng)前后alpha和beta頻段能量 的下降趨勢(shì)，即計(jì)算運(yùn)動(dòng)結(jié)束前30s的腦電alpha和beta頻段能量與運(yùn)動(dòng)開(kāi)始30s的腦電 alpha和beta頻段能量的百分比陽(yáng)Ra和陽(yáng)化，取per = min [陽(yáng)Ra,陽(yáng)化]; 步驟2,根據(jù)per計(jì)算刺激頻率、刺激強(qiáng)度和刺激持續(xù)時(shí)間等參數(shù)的參考值，設(shè)某種調(diào) 節(jié)參數(shù)的步長(zhǎng)為SS，可調(diào)檔位數(shù)為d，調(diào)節(jié)因子為n，那么該種調(diào)節(jié)參數(shù)的參考值為
其中，Smi。是指該種調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定的最小檔位，S 是指該種調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定的最大檔位， 調(diào)節(jié)因子n是關(guān)于per的函數(shù)，計(jì)算方法如下
式中的CEILINGQ為向上取整函數(shù)。

【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種腦電信號(hào)控制的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)及方法。所述的經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)包括腦電信號(hào)采集模塊、ARM處理器、LCD觸摸屏、功率放大器和刺激線圈，ARM處理器包括腦電信號(hào)分析模塊和刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊，LCD觸摸屏包括顯示模塊和按鍵模塊。該系統(tǒng)的工作方法為：腦電信號(hào)采集模塊獲取大腦皮層對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)區(qū)在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始30s和運(yùn)動(dòng)結(jié)束前30s的腦電信號(hào)，利用腦電信號(hào)分析模塊，進(jìn)行帶通濾波提取alpha和beta頻段信號(hào)，計(jì)算此次運(yùn)動(dòng)前后腦電信號(hào)能量的下降幅度，據(jù)此給出一組刺激參數(shù)；刺激信號(hào)產(chǎn)生模塊，根據(jù)設(shè)定的刺激參數(shù)產(chǎn)生刺激信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出，再通過(guò)功率放大器驅(qū)動(dòng)刺激線圈，對(duì)大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)進(jìn)行磁刺激，從而到達(dá)緩解疲勞的目的。
【IPC分類(lèi)】A61N2-04, A61B5-0476
【公開(kāi)號(hào)】CN104587606
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510013338
【發(fā)明人】郝冬梅, 周亞男, 曹镠, 榮瑤, 賓光宇, 張松, 楊益民, 楊琳
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月11日