一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)，包括腦電信號放大模塊、控制單元、刺激模塊、視頻模塊；所述腦電信號放大模塊采集被測對象的腦電信號，經(jīng)過控制單元判斷腦電信號狀態(tài)，控制刺激模塊產(chǎn)生脈沖電流刺激被測對象，抑制癲癇發(fā)作，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)控；本發(fā)明具有實(shí)時(shí)通過放大器獲得高采樣率多通道數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制、通過腦電信號進(jìn)行癲癇預(yù)警、預(yù)警后自動(dòng)通過指定參數(shù)的電刺激進(jìn)行癲癇抑制等功能；本發(fā)明為難治性癲癇患者提供一種閉環(huán)的電刺激治療系統(tǒng)，有效降低癲癇發(fā)作次數(shù)，減輕癲癇發(fā)作強(qiáng)度，提高患者的生活質(zhì)量。
【專利說明】一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于臨床醫(yī)學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]癲癇是一種常見的、多發(fā)的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，可引起運(yùn)動(dòng)、感覺、意識和行為等功能障礙，嚴(yán)重影響患者的工作和生活，對家庭和社會帶來了極大的精神和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。我國有近1000萬癲癇患者，其中20%為難治性癲癇。在難治性癲癇中有一半可進(jìn)行外科治療，而對于不適合手術(shù)或者不能接受手術(shù)治療的藥物難治性癲癇患者，通過電刺激治療可能得到控制和減輕發(fā)作的效果。
[0003]在眾多的電刺激方法中，一種閉環(huán)的反應(yīng)性電刺激技術(shù)正在成為國內(nèi)外癲癇診療研究的熱點(diǎn)，該方法提供實(shí)時(shí)的腦電檢測癲癇預(yù)測，對可能的癲癇發(fā)作腦區(qū)進(jìn)行電刺激實(shí)現(xiàn)癲癇抑制。相比手術(shù)節(jié)除，該方法具有一些潛在的優(yōu)勢[Osor1等]:(1)可逆性:大部分副作用可以通過終止治療或者改變刺激參數(shù)而加以控制；(2)可調(diào)節(jié)性:可以根據(jù)患者的需要在一個(gè)很大的范圍內(nèi)加以調(diào)整改變；(3)多個(gè)部位可以被一個(gè)單一的靶點(diǎn)所影響；(4)無法安全切除的病灶部位也可以被刺激。盡管反應(yīng)性電刺激存在很多優(yōu)點(diǎn)，以下問題依然尚未解決:電刺激治療療痛的作用機(jī)制仍不清楚；在各種不冋的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究中治療效果很不一致；癲癇預(yù)警、最佳刺激時(shí)機(jī)、刺激參數(shù)和刺激部位等重要問題尚不明確。
[0004]目前，美國Neuropace公司生產(chǎn)的“反應(yīng)性電刺激治療癲癇系統(tǒng)”(美國專利編號:20110004268)在售價(jià)約為3萬美元，預(yù)計(jì)該系統(tǒng)在中國售價(jià)20萬人民幣左右，造成一批癲癇病人因經(jīng)濟(jì)原因而放棄反應(yīng)性電刺激這一安全有效的療法。如果每年中國有1000位患者接受反應(yīng)性電刺激治療，將花費(fèi)2億人民幣。本發(fā)明用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)，探索快速有效的癲癇預(yù)警方法，發(fā)展反應(yīng)性電刺激癲癇抑制技術(shù)，有利于提高國人健康水平，促進(jìn)衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，并有助于擺脫高端儀器設(shè)備長期依賴進(jìn)口的局面，具有重大的社會效益及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)，包括:腦電信號放大模塊、控制單元、刺激模塊、視頻模塊；所述腦電信號放大模塊采集被測對象的腦電信號，經(jīng)過控制單元判斷腦電信號狀態(tài)，控制刺激模塊產(chǎn)生脈沖電流刺激被測對象；
腦電信號放大模塊:多通道并行采集、放大癲癇腦電Electrocorticogram(ECoG)信號;
視頻模塊:對被測對象進(jìn)行視頻采集，記錄癲癇發(fā)作形式；
控制單元:包括顯示波形模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、癲癇預(yù)警模塊和刺激控制模塊；對腦電信號放大模塊、視頻模塊和刺激模塊進(jìn)行控制；
顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數(shù)據(jù)讀取，波形繪制，數(shù)據(jù)記錄三個(gè)主要部分，具體為:首先從腦電信號放大模塊調(diào)用放大器本身的數(shù)據(jù)讀取API，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)緩存到一塊內(nèi)存空間中，即維護(hù)一塊緩沖區(qū)，每隔40ms按照設(shè)定的參數(shù)順序?qū)彌_區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，所述參數(shù)包括邏輯通道數(shù)、邏輯通道名稱、邏輯通道運(yùn)算方法、每頁顯示通道數(shù)、繪制靈敏度、繪制時(shí)間基準(zhǔn)、濾波參數(shù)；所述濾波參數(shù)包括高通、低通和帶阻三種模式；最后從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件格式保存，對于參數(shù)的設(shè)置以二進(jìn)制文件記錄到文件頭當(dāng)中，視頻模塊同步采集的視頻數(shù)據(jù)存儲為.avi格式的視頻文件；
參數(shù)設(shè)置模塊:對軟硬件接口參數(shù)和界面顯示參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所述軟硬件接口參數(shù)包括:腦電信號放大模塊參數(shù)、刺激模塊參數(shù)、視頻模塊參數(shù)，所述界面顯示參數(shù)包括:波形顯示參數(shù)、濾波參數(shù)、標(biāo)尺參數(shù)；
癲癇預(yù)警模塊:通過對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解析，判斷某個(gè)時(shí)刻是否開始癲癇發(fā)作，具體為:應(yīng)用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量，將某個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的能量均值作為該時(shí)間窗的特征值，當(dāng)上述特征值超過設(shè)定的閾值時(shí)，則認(rèn)為癲癇發(fā)作，進(jìn)行報(bào)警以及抑制刺激；刺激控制模塊:通過串口發(fā)送命令，與刺激模塊通信，包括對刺激模塊的控制、刺激模塊參數(shù)的設(shè)置、刺激模塊命令收發(fā)；
刺激模塊:輸出恒定電流，對被測對象進(jìn)行電流刺激。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明具有實(shí)時(shí)通過放大器獲得高采樣率多通道數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制、通過腦電信號進(jìn)行癲癇預(yù)警、預(yù)警后自動(dòng)通過指定參數(shù)的電刺激進(jìn)行癲癇抑制等功能。本發(fā)明為難治性癲癇患者提供一種閉環(huán)的電刺激治療系統(tǒng)，有效降低癲癇發(fā)作次數(shù)，減輕癲癇發(fā)作強(qiáng)度，提高患者的生活質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)的原理框圖；
圖2為本發(fā)明控制單元顯示波形功能劃分；
圖3為本發(fā)明控制單元參數(shù)設(shè)置功能細(xì)化；
圖4為本發(fā)明控制單元癲癇預(yù)警功能細(xì)化；
圖5為本發(fā)明控制單元刺激功能細(xì)化；
圖6為本發(fā)明刺激模塊的恒定電流發(fā)生電路圖；
圖7為本發(fā)明刺激模塊的模擬開關(guān)電路圖；
圖8為本發(fā)明刺激模塊的主控芯片電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，本發(fā)明一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)，在癲癇模型上進(jìn)行測試，包括腦電信號放大模塊、控制單元、刺激模塊、視頻模塊；所述腦電信號放大模塊采集被測對象的腦電信號，經(jīng)過控制單元判斷腦電信號狀態(tài)，控制刺激模塊產(chǎn)生脈沖電流刺激被測對象。
[0010]腦電信號放大模塊:多通道并行采集、放大癲癇腦電ECoG信號。
[0011]視頻模塊:對被測對象進(jìn)行視頻采集，記錄癲癇發(fā)作形式。
[0012]控制單元:控制單元的功能需求被分為4個(gè)模塊:顯示波形模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、癲癇預(yù)警模塊和刺激控制模塊，其中關(guān)鍵模塊在于波形的顯示，顯示波形模塊一方面從腦電信號放大模塊中讀取數(shù)據(jù)包并進(jìn)行解析，另一方面負(fù)責(zé)按照既定要求進(jìn)行繪制，此外，還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的存儲。參數(shù)設(shè)置模塊，包括腦電信號放大模塊、攝像頭、刺激器等外部設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)包括顯示參數(shù)例如通道名稱、每頁通道數(shù)以及繪制靈敏度。為了方便用戶能夠?qū)⑺枰膮?shù)記錄下來以便下次使用，這里允許通過配置文件存取的方式，進(jìn)行參數(shù)的讀取和保存。癲癇預(yù)警模塊通過對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解析，判斷每個(gè)時(shí)刻是否開始癲癇發(fā)作。刺激控制模塊，用于對刺激模塊的控制?，F(xiàn)對各模塊進(jìn)行具體說明:
顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數(shù)據(jù)讀取，波形繪制，數(shù)據(jù)記錄三個(gè)主要部分；對于每一次數(shù)據(jù)讀取和繪制，數(shù)據(jù)源初始化只進(jìn)行一次，只要數(shù)據(jù)源連接，并且用戶未停止，系統(tǒng)將循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的讀取、繪制、保存操作，如圖2所示，波形繪制的主要工作流程為:維護(hù)一個(gè)緩沖區(qū)，每隔40ms按照設(shè)定的參數(shù)順序?qū)彌_區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，其需要遵照的參數(shù)包括邏輯通道數(shù)、邏輯通道名稱、邏輯通道運(yùn)算方法、每頁顯示通道數(shù)、繪制靈敏度、繪制時(shí)間基準(zhǔn)、濾波參數(shù)(高通、低通、帶阻)等。數(shù)據(jù)記錄將波形數(shù)據(jù)、設(shè)置數(shù)據(jù)和視頻等數(shù)據(jù)記錄到文件中。波形繪制完成后，從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件格式保存，視頻文件單獨(dú)記錄，格式為.avi，與數(shù)據(jù)文件同步，設(shè)置數(shù)據(jù)以文本文件統(tǒng)一記錄。
[0013]參數(shù)設(shè)置模塊:如圖3所示，系統(tǒng)參數(shù)又分為軟硬件接口參數(shù)(包括放大器參數(shù)、刺激器參數(shù)、攝像頭參數(shù))，以及界面顯示參數(shù)(包括波形顯示參數(shù)、濾波參數(shù)、標(biāo)尺參數(shù)等)兩大類。
[0014]癲癇預(yù)警模塊:通過對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解析，判斷某個(gè)時(shí)刻是否開始癲癇發(fā)作，具體為:應(yīng)用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量，假設(shè)
dj(k)表示腦電信號第k個(gè)點(diǎn)的波幅，j表示第j個(gè)時(shí)間窗，則在此可以定義，該時(shí)間窗內(nèi)腦電信號的平均能量馬為:
Σ 剛)3 ,、
_ ⑴
3 ?-?
其中X Λ分別為第j個(gè)時(shí)間窗的起始時(shí)間點(diǎn)和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，本發(fā)明時(shí)間窗長度為
2s0
[0015]將某個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的能量均值作為該時(shí)間窗的特征值，當(dāng)上述特征值超過設(shè)定的閾值時(shí)，則認(rèn)為癲癇發(fā)作，進(jìn)行報(bào)警以及抑制刺激，如圖4所示。
[0016]刺激控制模塊:通過串口發(fā)送命令，與刺激模塊通信，包括對刺激模塊的控制、刺激模塊參數(shù)的設(shè)置、刺激模塊命令收發(fā)；對于癲癇抑制電刺激，一般采用一個(gè)或幾個(gè)固定參數(shù)刺激，而參數(shù)具體設(shè)置因病人而異。因此，刺激參數(shù)應(yīng)當(dāng)隨配置文件進(jìn)行存取，并且在文件中進(jìn)行記錄。每當(dāng)給以一個(gè)刺激，面板上應(yīng)當(dāng)以顯式的標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)示，同時(shí)記錄刺激時(shí)間記錄在文件當(dāng)中，以備分析，如圖5所示。
[0017]刺激模塊:輸出恒定電流，對被測對象進(jìn)行電流刺激。所述刺激模塊以精密儀表放大器AD620和運(yùn)算放大器opa2140為核心組成恒定電流發(fā)生電路，如圖6所示；輸出電流由模擬開關(guān)DG409轉(zhuǎn)化為電脈沖，如圖7所示；主控芯片C8051F005與PC機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)定脈沖的參數(shù)，如圖8所示。
【權(quán)利要求】
1.一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，包括:腦電信號放大模塊、控制單元、刺激模塊、視頻模塊；所述腦電信號放大模塊采集被測對象的腦電信號，經(jīng)過控制單元判斷腦電信號狀態(tài)，控制刺激模塊產(chǎn)生脈沖電流刺激被測對象； 腦電信號放大模塊:多通道并行采集、放大癲癇腦電ECoG信號； 視頻模塊:對被測對象進(jìn)行視頻采集，記錄癲癇發(fā)作形式； 控制單元:包括顯示波形模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、癲癇預(yù)警模塊和刺激控制模塊；對腦電信號放大模塊、視頻模塊和刺激模塊進(jìn)行控制； 顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數(shù)據(jù)讀取，波形繪制，數(shù)據(jù)記錄三個(gè)主要部分，具體為:首先從腦電信號放大模塊調(diào)用放大器本身的數(shù)據(jù)讀取API，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)緩存到一塊內(nèi)存空間中，即維護(hù)一塊緩沖區(qū)，每隔40ms按照設(shè)定的參數(shù)順序?qū)彌_區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，所述參數(shù)包括邏輯通道數(shù)、邏輯通道名稱、邏輯通道運(yùn)算方法、每頁顯示通道數(shù)、繪制靈敏度、繪制時(shí)間基準(zhǔn)、濾波參數(shù)；所述濾波參數(shù)包括高通、低通和帶阻三種模式；最后從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件格式保存，對于參數(shù)的設(shè)置以二進(jìn)制文件記錄到文件頭當(dāng)中，視頻模塊同步采集的視頻數(shù)據(jù)存儲為.avi格式的視頻文件； 參數(shù)設(shè)置模塊:對軟硬件接口參數(shù)和界面顯示參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所述軟硬件接口參數(shù)包括:腦電信號放大模塊參數(shù)、刺激模塊參數(shù)、視頻模塊參數(shù)，所述界面顯示參數(shù)包括:波形顯示參數(shù)、濾波參數(shù)、標(biāo)尺參數(shù)； 癲癇預(yù)警模塊:通過對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解析，判斷某個(gè)時(shí)刻是否開始癲癇發(fā)作，具體為:應(yīng)用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量，將某個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的能量均值作為該時(shí)間窗的特征值，當(dāng)上述特征值超過設(shè)定的閾值時(shí)，則認(rèn)為癲癇發(fā)作，進(jìn)行報(bào)警以及抑制刺激；刺激控制模塊:通過串口發(fā)送命令，與刺激模塊通信，包括對刺激模塊的控制、刺激模塊參數(shù)的設(shè)置、刺激模塊命令收發(fā)； 刺激模塊:輸出恒定電流，對被測對象進(jìn)行電流刺激。
【文檔編號】A61N1/36GK104173044SQ201410401960
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】張建民, 朱君明, 鄭宇新, 祁玉, 王躍明, 張韶敏, 馬費(fèi)強(qiáng), 鄭筱祥 申請人:浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院