本發(fā)明涉及閉環(huán)電刺激，尤其涉及一種閉環(huán)電刺激系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)顱電刺激(transcranial?electrical?stimulation，tes)是一種非侵入性的無創(chuàng)神經(jīng)刺激技術(shù)，對人們身體和心理負面影響較小，成為了近年來用于腦功能研究的熱點；根據(jù)經(jīng)顱電刺激輸出的刺激波形分為：經(jīng)顱直流電刺激、經(jīng)顱交流電刺激和經(jīng)顱隨機噪聲刺激等。

2、現(xiàn)有的經(jīng)顱電刺激技術(shù)普遍采用開源刺激方式，難以獲知患者當前的狀態(tài)，如果要形成閉環(huán)反饋需要與其他腦電設(shè)備聯(lián)合使用，增加了技術(shù)和成本負擔。其中，閉環(huán)反饋系統(tǒng)指的是一種基于反饋原理建立的自動控制系統(tǒng)，通過比較行為(輸出)與期望行為之間的偏差，并消除這些偏差，以實現(xiàn)預期的性能的系統(tǒng)。一般來說，閉環(huán)包含信號前向通路和信號反饋通路，反饋可以是正反饋也可以是負反饋。

3、近幾年出現(xiàn)了新的經(jīng)顱電刺激應(yīng)用方式，使原有的經(jīng)顱電刺激技術(shù)難以適應(yīng)新的變化，例如時間相干電刺激技術(shù)需要監(jiān)測相干波形，而為了實現(xiàn)更好的聚焦效果，需要多通道電刺激技術(shù)，又為電流的實時檢測提出了新的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種閉環(huán)電刺激系統(tǒng)，以消除或改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或更多個缺陷。

2、本發(fā)明的一個方面提供了一種閉環(huán)電刺激系統(tǒng)，所述閉環(huán)電刺激系統(tǒng)包括設(shè)備主控系統(tǒng)，觸發(fā)及控制系統(tǒng)、電刺激系統(tǒng)和電信號采集系統(tǒng)，所述系統(tǒng)中：設(shè)備主控系統(tǒng)，用于接收來自外部設(shè)備的方波觸發(fā)信號和電刺激工作指令，利用設(shè)備主控系統(tǒng)包含的觸發(fā)信號處理電路處理所述方波觸發(fā)信號，并將電刺激工作指令和處理后的方波觸發(fā)信號傳輸?shù)接|發(fā)及控制系統(tǒng)；觸發(fā)及控制系統(tǒng)，用于接收方波觸發(fā)信號和電刺激工作指令，并利用所述觸發(fā)及控制系統(tǒng)包含的方波發(fā)生器響應(yīng)方波觸發(fā)信號生成方波信號，生成的方波信號被傳輸?shù)诫姶碳は到y(tǒng)；電刺激系統(tǒng)包含多個信號通道，以生成的所述方波信號作為輸入，用于產(chǎn)生多路電刺激信號輸出，以使設(shè)備主控系統(tǒng)按照所述電刺激工作指令控制電刺激系統(tǒng)利用多路電刺激信號輸出對被試進行電刺激；電信號采集系統(tǒng)包含多個信號通道，用于采集承受多路電刺激信號輸出的被試身上的電流，得到多路電信號采集輸出，所述多路電信號采集輸出用于調(diào)整所述多路電刺激信號輸出的參數(shù)以實現(xiàn)閉環(huán)電刺激。

3、在本發(fā)明一些實施例中，所述設(shè)備主控系統(tǒng)還包含單片機、第一通信模塊、第二通信模塊、操作顯示界面、存儲設(shè)備和數(shù)據(jù)處理模塊；其中，所述單片機用于控制第一通信模塊、第二通信模塊、操作顯示界面、存儲設(shè)備和數(shù)據(jù)處理模塊的工作運行，還用于接收觸發(fā)信號處理電路處理后的方波觸發(fā)信號；所述第一通信模塊與外部設(shè)備相連接，用于接收來自外部設(shè)備的信號或指令；所述單片機用于將所述方波觸發(fā)信號轉(zhuǎn)發(fā)到所述第二通信模塊，由第二通信模塊將方波觸發(fā)信號傳輸?shù)接|發(fā)及控制系統(tǒng)；操作顯示界面連接到單片機，用于接收外來輸入的控制指令，并呈現(xiàn)對閉環(huán)電刺激的監(jiān)測數(shù)據(jù)；存儲設(shè)備包含可變存儲和不可變存儲，用于存儲與閉環(huán)電刺激相關(guān)的參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊連接到所述單片機，受所述單片機的控制執(zhí)行計算處理。

4、在本發(fā)明一些實施例中，所述外部設(shè)備包含用戶操作設(shè)備、外部觸發(fā)設(shè)備，用戶操作設(shè)備用于產(chǎn)生用戶操作指令，外部觸發(fā)設(shè)備用于產(chǎn)生方波觸發(fā)信號。

5、在本發(fā)明一些實施例中，所述觸發(fā)及控制系統(tǒng)包含第三通信模塊、單片機和方波發(fā)生器；其中，所述所述第三通信模塊與所述第二通信模塊建立通信連接；單片機連接到方波發(fā)生器，所述單片機用于接收來自設(shè)備主控系統(tǒng)的方波觸發(fā)信號，并控制所述方波發(fā)生器生成方波信號；所述單片機還用于接收來自電信號采集系統(tǒng)的多路電信號采集輸出。

6、在本發(fā)明一些實施例中，所述電刺激系統(tǒng)的每一信號通道中包含信號發(fā)生器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電壓放大器、電壓電流轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器、采樣電阻和波形監(jiān)測電路；其中，所述信號發(fā)生器用于基于輸入的方波信號產(chǎn)生電刺激信號，所述信號發(fā)生器還受波形監(jiān)測電路的控制以保障最終輸出的電刺激信號的穩(wěn)定性；所述低通濾波器用于濾除電刺激信號中的高頻噪聲；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬數(shù)字形式的電刺激信號轉(zhuǎn)換為模擬信號形式的電刺激信號；所述電壓放大器用于調(diào)整模擬信號形式的電刺激信號的大??；所述電壓電流轉(zhuǎn)換器用于采用鏡像電流源方式將電壓形式的電刺激信號轉(zhuǎn)為電流形式的電刺激信號；所述第二低通濾波器用于對電壓電流轉(zhuǎn)換器處理后的電刺激信號進行濾波處理；所述采樣電阻包含多個不同阻值，用于檢測電刺激信號的電流波形，防止短路；波形監(jiān)測電路用于對產(chǎn)生的電刺激信號進行峰值監(jiān)測、阻抗監(jiān)測和最大輸出監(jiān)測，滿足預設(shè)要求的電刺激信號被輸出到電極上。

7、在本發(fā)明一些實施例中，所述腦電信號采集系統(tǒng)的每一路信號通道包含順序連接的前置低通濾波器、差分前置放大器、高通濾波器、去基線漂移電路、50hz凹陷濾波器、低通濾波器、后級放大器、電平遷移電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述前置低通濾波器連接到電極，從電極采集的電信號經(jīng)過所述腦電信號采集系統(tǒng)包含的返回到單片機，從而得到電信號采集輸出。

8、在本發(fā)明一些實施例中，所述電信號采集系統(tǒng)和所述電刺激系統(tǒng)共用一端電極，即復用電極，所述復用電極通過選擇開關(guān)控制。

9、相應(yīng)地，本發(fā)明另一方面提供了一種閉環(huán)電刺激控制方法，所述方法采用電刺激控制方式，所述方法包括以下步驟：調(diào)節(jié)所述電刺激系統(tǒng)的每個信號通道內(nèi)的信號波形、信號頻率、信號相位和信號強度中的多種；實時監(jiān)測輸出的電刺激信號的電流輸出和電壓輸出，進而監(jiān)測阻抗變化；實時測量輸出的電刺激信號的電流強度、峰值和阻抗，當所述電流強度、峰值和阻抗中的任一項超出預定閾值，強行中斷電刺激信號的輸出。

10、本發(fā)明另一方面提供了一種閉環(huán)電刺激控制方法，所述方法采用腦電采集控制方式包括阻抗測量和/或共參考采集，所述方法包括以下步驟：采用阻抗測量方式進行閉環(huán)電刺激控制，在得到多路電信號采集輸出前實時監(jiān)測阻抗變化，根據(jù)監(jiān)測到的阻抗變化調(diào)整所述多路電刺激信號輸出的參數(shù)；和/或采用共參考采集方式進行閉環(huán)電刺激控制，電信號采集系統(tǒng)的信號通道與電刺激系統(tǒng)的信號通道共用電極作為一端，電信號采集系統(tǒng)的信號通道的另一端連接到參考電極。

11、本發(fā)明另一方面提供了一種閉環(huán)電刺激控制方法，所述方法采用觸發(fā)控制方式，所述觸發(fā)控制方式包括外部觸發(fā)控制和/或內(nèi)部觸發(fā)控制，所述方法包括以下步驟：采用外部觸發(fā)控制方式進行閉環(huán)電刺激控制，外部設(shè)備包含的外部觸發(fā)設(shè)備產(chǎn)生信號輸入至設(shè)備主控系統(tǒng)，引起設(shè)備主控系統(tǒng)中斷，執(zhí)行中斷程序，向觸發(fā)及控制系統(tǒng)發(fā)送指令，觸發(fā)及控制系統(tǒng)接收指令后控制電刺激或電信號采集系統(tǒng)工作；和/或采用內(nèi)部觸發(fā)控制方式進行閉環(huán)電刺激控制，所述內(nèi)部觸發(fā)控制方式包含電刺激觸發(fā)和采集信號觸發(fā)，電刺激觸發(fā)是指利用方波信號發(fā)生器的輸出信號控制電刺激系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，采集信號觸發(fā)是指利用方波信號發(fā)生器來控制開啟或停止接收電信號采集系統(tǒng)返回的電信號采集輸出。

12、本發(fā)明另一方面提供了一種閉環(huán)電刺激控制方法，所述方法采用閾值跟蹤反饋控制方式，所述方法包括以下步驟：

13、信號發(fā)生器中的數(shù)字信號發(fā)生芯片產(chǎn)生兩種波形，一種是較寬的方波稱為極化脈沖，另一種是較窄的測試脈沖，經(jīng)同相疊加電路合成在一起；

14、開始時，不產(chǎn)生極化脈沖，只生成測試脈沖，強度從零開始逐步增大，電信號采集系統(tǒng)采集相應(yīng)肌肉的肌電信號，當觀察到明顯的肌電信號，停止輸出，該強度即為靜息態(tài)閾值；設(shè)置方波發(fā)生器輸出波形，根據(jù)刺激頻率設(shè)定重復頻率；方波發(fā)生器發(fā)出方波輸入至信號發(fā)生器，信號發(fā)生器接收到方波信號輸出一次脈沖信號，極化脈沖和測試脈沖同時輸出，經(jīng)同相疊加器合成，測試脈沖從零逐步增強；方波發(fā)生器發(fā)出方波輸入至電信號采集系統(tǒng)，電信號接收到信號開始采集，電信號采集系統(tǒng)只響應(yīng)第一個方波信號；方波發(fā)生器發(fā)出的方波信號輸入至單片機，單片機記錄方波信號的采集時間，并傳輸至設(shè)備主控系統(tǒng)；設(shè)備主控系統(tǒng)根據(jù)單片機記錄的采集時間將接受的肌電信號分段，計算每一段的積分肌電、峰值、平均值或中值頻率中的多種，并生成積分肌電變化曲線，以測試脈沖的強度為橫坐標，以計算的特征值為縱坐標；隨著測試脈沖增強，變化曲線變平，記錄拐點強度作為最大積分肌電，并停止刺激和采集，并設(shè)置預設(shè)百分比的最大積分肌電為閾值，再次執(zhí)行步驟3-7，隨著測試脈沖強度增加，計算的積分肌電超出閾值時，降低測試脈沖強度。

15、本發(fā)明另一方面提供了一種閉環(huán)電刺激控制方法，所述方法采用多頻時間干涉刺激反饋控制方式，所述方法輸出多個不同預設(shè)頻率的正弦波，通過波形監(jiān)測采集相同時間段內(nèi)各通道波形，以任意通道為基準，計算其余通道與基準通道的相關(guān)函數(shù)，并計算相位，并調(diào)整各通道相位，通過計算計算事件相關(guān)電位頻譜、峰值強度、峰值時間、平均值等參數(shù)，將測量的值與預設(shè)的正常值進行對比，調(diào)整所述多路電刺激信號輸出的參數(shù)。

16、本發(fā)明所提出的閉環(huán)電刺激系統(tǒng)及控制方法，能夠利用電信號采集系統(tǒng)采集施加到被試身上的電刺激信號大小，通過實施采集的電刺激信號大小，調(diào)整多路電刺激信號輸出的參數(shù)以實現(xiàn)閉環(huán)電刺激，本發(fā)明所提出的閉環(huán)電刺激系統(tǒng)無需其他腦電設(shè)備的參與，即可實現(xiàn)經(jīng)顱電刺激的閉環(huán)反饋，通過閉環(huán)電刺激能夠獲知患者當前的狀態(tài)，同時，對經(jīng)顱電刺激形成的電流進行實時檢測，從而更好的適應(yīng)新的經(jīng)顱電刺激方式。

17、本發(fā)明的附加優(yōu)點、目的，以及特征將在下面的描述中將部分地加以闡述，且將對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在研究下文后部分地變得明顯，或者可以根據(jù)本發(fā)明的實踐而獲知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可以通過在說明書以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)到并獲得。

18、本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的是，能夠用本發(fā)明實現(xiàn)的目的和優(yōu)點不限于以上具體所述，并且根據(jù)以下詳細說明將更清楚地理解本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的上述和其他目的。