專利名稱：評估腦電圖對神經(jīng)紊亂治療效果的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請本專利申請聲明對2003年5月6日提交的美國臨時(shí)專利申請60/468,350和2004年1月5日提交的美國臨時(shí)專利申請60/534,247的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
對于各種神經(jīng)和心理紊亂可以有各種治療手段。對于許多紊亂，使用藥物制劑是最常用的治療方法。對于耐受藥理治療或沒有藥理治療的紊亂癥狀，可以使用其他療法，包括神經(jīng)刺激。
神經(jīng)刺激是一種疾病治療方法，它使用電刺激器產(chǎn)生電流信號來刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)，通常是直接刺激或是通過刺激外周神經(jīng)系統(tǒng)(起作用)。這種神經(jīng)刺激器及其相應(yīng)的電極通常被植入患者的體內(nèi)?，F(xiàn)在針對中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂有兩種主要的神經(jīng)刺激療法深部腦刺激(DBS)和迷走神經(jīng)刺激(VNS)。DBS使用直接植入患者腦部的一個(gè)電極，而VNS刺激患者的外周迷走神經(jīng)。
可購買的DBS神經(jīng)刺激器由Medtronic Inc.Minneapolis，MN，USA生產(chǎn)和銷售，型號3386，有一根刺激導(dǎo)線和四個(gè)圓柱形刺激電極。深部的腦刺激器是一種通過外科手術(shù)植入的類似于心臟起搏器的醫(yī)療裝置，它精確地向腦內(nèi)的目標(biāo)區(qū)域釋放高頻的脈沖電刺激。該裝置包括一個(gè)很小的電極陣列(電極長1.5毫米，兩個(gè)電極中心之間距離3毫米)，該電極置于深部腦結(jié)構(gòu)并通過外接導(dǎo)線與電脈沖發(fā)生器連接，該電脈沖發(fā)生器通過外科手術(shù)植入鎖骨附近的皮下。Medtronic DBS已經(jīng)獲得美國食品藥品管理局(FDA)的許可，可以上市銷售，適應(yīng)癥為帕金森癥、特發(fā)性震顫和(肌)張力障礙。目前的研究正在評估DBS對癲癇、精神紊亂和慢性疼痛的治療作用。
DBS刺激器通過外科手術(shù)植入患者胸部的皮下。DBS刺激電極導(dǎo)線與DBS刺激器導(dǎo)線連接，并被置于頭蓋骨內(nèi)特定部位，該部位可取決于所治療的腦部區(qū)域而變化。該DBS系統(tǒng)通過多個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)1. 4個(gè)電極導(dǎo)線的位置，2.刺激電極的選擇，3.刺激器信號的振幅，4.刺激器信號的頻率(重復(fù)速度)，5.刺激信號的極性，和6.刺激器信號的脈沖寬度。在植入后，除了電極位置之外的所有這些參數(shù)都可以通過臨床醫(yī)生的非侵入性調(diào)節(jié)來加強(qiáng)治療效果和減少副作用。以伏特表示的振幅是刺激的強(qiáng)度或力度。典型范圍是1.5到9伏特。頻率是發(fā)送刺激脈沖的重復(fù)速度，并以每秒脈沖數(shù)量(Hz)來計(jì)量；通常它的范圍是100到185赫茲(Hz)。脈沖寬度是刺激脈沖的持續(xù)時(shí)間，以微秒計(jì)量。平均脈沖寬度范圍是60到120微秒。
另一種可購買的神經(jīng)刺激器被設(shè)計(jì)用于外周神經(jīng)系統(tǒng)，特別是迷走神經(jīng)。這類系統(tǒng)的一個(gè)例子是Cyberonics公司設(shè)計(jì)和銷售的。在緊貼鎖骨或靠近腋窩的患者胸部皮下部位植入迷走神經(jīng)刺激器(VNS)治療設(shè)備。該設(shè)備的兩條微小金屬絲纏繞頸部左側(cè)迷走神經(jīng)。通過刺激該外周神經(jīng)來影響腦功能。VNS治療已經(jīng)獲得FDA的上市許可，適應(yīng)癥是癲癇；該治療正被研究用于治療許多其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患和疾病，例如抑郁癥、肥胖、阿爾茨海默病等等。
對于這些設(shè)備推廣應(yīng)用的障礙在于缺乏針對許多病癥治療功效的檢測方法。神經(jīng)刺激的功效是各種刺激器設(shè)定參數(shù)(即，電極選擇、刺激脈沖振幅、刺激脈沖頻率和刺激脈沖寬度等)的函數(shù)。但是，除了治療家族遺傳性震顫或頻繁發(fā)作癲癇患者，很難評估所提供的刺激的效果，因而也難以調(diào)節(jié)這些參數(shù)來獲得可能的最大治療功效。
現(xiàn)有技術(shù)在許多不同方法已經(jīng)使用EEG作為神經(jīng)刺激的反饋信號。
在簽發(fā)給Rise的美國專利6,263,237中，描述了結(jié)合信號發(fā)生器(神經(jīng)刺激器)使用傳感器來治療焦慮紊亂。在該實(shí)施方案中，傳感器產(chǎn)生與焦慮紊亂導(dǎo)致的病情有關(guān)的信號。對傳感器信號起反應(yīng)的控制裝置調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，從而治療神經(jīng)紊亂。傳感器信號類型之一是皮層電位，該電位在控制與神經(jīng)紊亂相關(guān)聯(lián)的特定行為方面的神經(jīng)元上記錄；在這種情況下，傳感器采取植入深部電極的形式。在該系統(tǒng)中，傳感器是刺激裝置的主要部件。但是，該專利中并沒有說明或暗示獲得或計(jì)算與焦慮紊亂或治療功效有關(guān)的傳感器信號的方法。
在簽發(fā)給John的美國專利6,066,163中，描述了有助于外傷性腦損傷、昏迷或其他腦功能紊亂患者復(fù)原的適應(yīng)性腦刺激(ABS)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感器、刺激裝置、用于統(tǒng)計(jì)學(xué)對比的比較儀裝置，和按照比較的結(jié)果來調(diào)節(jié)刺激器的裝置。該系統(tǒng)的目的是通過依賴統(tǒng)計(jì)學(xué)上重要的和醫(yī)學(xué)上有意義的標(biāo)準(zhǔn)來選擇特定的刺激程序，從而改善諸如昏迷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的治療。該John系統(tǒng)特別使用了源自腦部的信號(EP和EEG)，也使用了EKG和EMG。John描述了許多可從這些信號中計(jì)算的電位參數(shù)。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法把這些參數(shù)與來自數(shù)據(jù)庫的一系列參考值進(jìn)行比較，該數(shù)據(jù)庫可包括先前從患者處獲得的數(shù)據(jù)，醫(yī)務(wù)人員獲得的數(shù)據(jù)，或從合適的正常人群中獲得的數(shù)據(jù)。然后基于這種比較，ABS選擇一系列的刺激參數(shù)。其陽性結(jié)果被定義為當(dāng)前狀況達(dá)到說明患者病情改善的一系列標(biāo)準(zhǔn)。John只是對該方法進(jìn)行了概括性的描述；該專利并未說明任何特定方法或使用任何特定信號或參數(shù)來對這些信號進(jìn)行量化，也沒有說明定義陽性結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)。而且，John沒有說明對治療功效的指標(biāo)的制訂。
在簽發(fā)給Schiff等人的美國專利6,539,263中，描述的系統(tǒng)用于治療清醒患者，以改善跨患者皮層區(qū)域的認(rèn)知功能或功能協(xié)調(diào)。在對改善患者認(rèn)知功能有效的情況下，電刺激至少施加在皮層下結(jié)構(gòu)的一部分，該皮層下結(jié)構(gòu)涉及產(chǎn)生和控制一般化的傳出放置信號。然后檢測患者內(nèi)源性的活動，并且響應(yīng)于這種內(nèi)源性的活動，來控制電刺激的施加。Schiff等人還說明他們的方法可以通過監(jiān)測由常規(guī)技術(shù)(EEG或磁腦電圖(MEG))測定的區(qū)域性和半球內(nèi)的腦波變化，或通過監(jiān)測新陳代謝的區(qū)域性和半球內(nèi)的變化來進(jìn)行優(yōu)化。但是，Schiff等人并未說明處理EEG或MEG信號產(chǎn)生反映認(rèn)知功能的參數(shù)的特定方法。
在由Whitehurst提交的現(xiàn)已公布的美國專利申請2002/0013612A中，描述了一種對腦部應(yīng)用藥物和/或應(yīng)用電刺激來治療情緒和/或焦慮紊亂的系統(tǒng)。所描述的該系統(tǒng)完全植入顱骨。為了幫助確定產(chǎn)生預(yù)期效果所需的電刺激的強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間和/或(各)刺激藥物的用量或種類，在一個(gè)較佳實(shí)施例中，檢測了患者對治療的反應(yīng)和/或需要。Whitehurst說明確定所需電刺激和/或藥物刺激的方法包括檢測神經(jīng)中樞群的電活性(如EEG)，檢測神經(jīng)遞質(zhì)水平和/或與其相關(guān)聯(lián)的衰弱產(chǎn)生水平，檢測藥劑和/或其他藥物水平、激素水平、和/或任何其他含血物質(zhì)。Whitehurst進(jìn)一步指出測出的信息最好用于以閉環(huán)形式控制系統(tǒng)控制單元的刺激參數(shù)。Whitehurst并未說明處理EEG信號以產(chǎn)生可用作控制變量的參數(shù)的任何方法，也沒有說明從頭部表面記錄EEG的任何方法。
其他人已經(jīng)檢測了EEG不對稱性(即，腦半球之間EEG量度的區(qū)別)；“對于抑郁或燥狂的個(gè)體，在腦電圖(EEG)研究中可常常觀察到頭皮前部區(qū)域中不對稱活化的變化形態(tài)-左側(cè)相對于右側(cè)活性減低......”。
本發(fā)明的主要目的是從腦電圖信號中導(dǎo)出臨床上有意義的信息，來幫助優(yōu)化神經(jīng)刺激療法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了用于評估針對神經(jīng)或心理紊亂的治療效果的系統(tǒng)和方法。治療效果通過解釋EEG信號中的變化來評估。眾所周知，對丘腦進(jìn)行神經(jīng)刺激會影響EEG。本發(fā)明基于以下概念，即腦電路的刺激或抑制可以用特定的EEG變化顯示，這種EEG變化可表征為或關(guān)聯(lián)于深部腦刺激或迷走神經(jīng)刺激治療的療效。
本專利申請中所述的發(fā)明能夠量化和監(jiān)測神經(jīng)和心理紊亂治療的各種方法的功效。在較佳實(shí)施例中，外周和/或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)刺激的功效可量化。本發(fā)明可以應(yīng)用的疾病和疾患的例子包括抑郁、強(qiáng)迫性紊亂、癲癇、帕金森癥、運(yùn)動失調(diào)和中風(fēng)。類似地，盡管較佳實(shí)施例描述了神經(jīng)刺激功效的量化，但是本發(fā)明也可被用于監(jiān)測其他類型治療的功效，包括但不限于藥理學(xué)治療、電休克治療(ECT)和跨顱磁刺激(TMS)治療。
在通過深部腦刺激或迷走神經(jīng)刺激抑制腦功能的情況下，會發(fā)生皮層到深部腦組織神經(jīng)傳導(dǎo)信號通路的中斷。這將導(dǎo)致EEG信號功率的降低。相反，如果神經(jīng)刺激激活或增強(qiáng)神經(jīng)傳導(dǎo)通路，則可導(dǎo)致EEG信號功率的增強(qiáng)。DBS患者的觀察數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)在使用的通過雙側(cè)刺激內(nèi)囊(靠近丘腦的腦部解剖區(qū)域)前肢來治療強(qiáng)迫性紊亂和抑郁的神經(jīng)刺激導(dǎo)致加到左耳垂和右耳垂的前部EEG功率的減少，特別是在α(8-12Hz)和/或θ(4-8Hz)頻率波段。這種功率的降低與一假說相一致，即前部α功率經(jīng)皮層到丘腦神經(jīng)通道產(chǎn)生且DBS干擾該通道。
本文所描述的發(fā)明處理受被刺激的腦部區(qū)域直接或間接影響的EEG信號。神經(jīng)刺激療效的指標(biāo)從使用頻譜和/或時(shí)-域特性的EEG信號中產(chǎn)生。有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生可以根據(jù)EEG的變化調(diào)節(jié)神經(jīng)刺激器的設(shè)置或部位。較佳實(shí)施例使用從兩路EEG通道測定的EEG，一個(gè)通道為左耳垂(A1)到前額中線(Fpz)而另一個(gè)通道為右耳垂(A2)到Fpz。兩個(gè)EEG信號被用來計(jì)算反映神經(jīng)刺激器療效的數(shù)字指標(biāo)。該方法可擴(kuò)展，以應(yīng)用于從其他電極部位和包括儀器治療和藥理學(xué)治療的其他腦部治療方式中獲得的其他EEG參數(shù)(包括那些基于時(shí)間的參數(shù)和基于頻率的參數(shù))。
本發(fā)明的這些和其他特性和目的通過以下的詳細(xì)說明可以得到更全面的理解，以下的詳細(xì)說明應(yīng)當(dāng)參照附圖進(jìn)行閱讀，在各附圖中相應(yīng)的標(biāo)號對應(yīng)于相應(yīng)部件。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的框圖。
圖2是本發(fā)明功率頻譜和自動/交叉雙頻譜陣列的計(jì)算方法的流程圖。
圖3是本發(fā)明功率頻譜和自動/交叉雙頻譜陣列的另一種計(jì)算方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本文描述的發(fā)明是一種通過評估EEG中體現(xiàn)的神經(jīng)活性變化來評估針對神經(jīng)和心理紊亂的療效的方法。本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例涉及的系統(tǒng)用于評估由經(jīng)刺激電極連接到患者10的神經(jīng)刺激器60(圖1)提供的電刺激效果。該系統(tǒng)包括用來獲取用于后續(xù)處理的患者EEG信號的數(shù)據(jù)獲取單元(DAU)20。DAU 20通常包括帶有模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換器25的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和可置于患者10頭皮上的一系列電極15。A-D轉(zhuǎn)換器用來把從一系列表面電極獲得的模擬EEG信號轉(zhuǎn)換成可由數(shù)據(jù)計(jì)算單元(DCU)30的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析的一個(gè)信號值采樣集。DCU 30包括處理器35和從DAU 20接收采樣值的通信裝置36。在該實(shí)施例中，DAU 20和DAU 30的處理器是同一個(gè)。但是，在其他實(shí)施例中，DAU 20可獲取EEG信號并通過通信鏈接把采樣EEG信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的DCU 30。該通信鏈接可以是串行或并行數(shù)據(jù)線，局域或廣域網(wǎng)，電話線，因特網(wǎng)，或無線連接。進(jìn)行評估的臨床醫(yī)師可使用鍵盤40和顯示裝置50與DCU 30通信。
EEG數(shù)據(jù)使用表面電極15從患者體表獲得。當(dāng)電極都置于發(fā)際線以下時(shí)，電極最好為Aspect Medical Systems，Inc.(Newton，MA)制造的Zipprep型號。當(dāng)電極置于頭發(fā)中時(shí)，可使用金杯(gold cup)型電極，它可通過火棉膠或物理方法固定。可以使用各種不同的電極安置或安裝。較佳實(shí)施例使用左耳垂(A1)到前額(Fpz)中心以及右耳垂(A2)到Fpz的電極安置(安裝)其中EEG信號的第一通道是在電極位置A1和Fpz(A1-Fpz)之間測得的電壓，EEG信號的第二通道是電極位置A2和Fpz(A2-Fpz)之間測得的電壓。另一實(shí)施例使用了另一種電極安置，其中第一通道為電極位置F7和Fpz之間的電壓，EEG的第二通道是電極部位F8和Fpz之間測得的電壓。另一個(gè)實(shí)施例中使用BIS傳感器(Aspect Medical Systems，Inc.)，該傳感器使用Fpz-At1，F(xiàn)pz-SM941的單側(cè)安置，其中At1位于眼睛的左鬢角側(cè)(顴骨前0.75英寸)，SM941在Fpz旁邊2.5英寸。這種安置被描述為在頭的左側(cè)，但是同樣也可以在右側(cè)，在該情形中示為Fpz-At2，F(xiàn)pz-SM942。或者，可以使用電極放置的任何配置，諸如HH Jasper在1958年EEG Journal 10(附錄)第371-5頁的文章“The Ten-twenty Electrode System of the International Federation inElectroencephalography and Clinical Neurology”(腦電圖學(xué)和臨床神經(jīng)學(xué)國際聯(lián)合會的10/20電極系統(tǒng))中所述的國際10/20電極放置系統(tǒng)所描述，使用參考配置和單極配置。
通過電極15獲得的EEG信號由DAU 20的D/A轉(zhuǎn)換器采樣以創(chuàng)建采樣數(shù)據(jù)集，采樣率最好為128個(gè)樣本/秒。在較佳實(shí)施例中，為了進(jìn)行分析采樣數(shù)據(jù)集被分成2秒(256樣本)記錄(出現(xiàn)時(shí)間)。在DCU 30接收來自DAU 20的采樣數(shù)據(jù)后，DCU 30首先檢查源自患者活動、眨眼、電子干擾等的非來源于人腦電波的采樣EEG信號。檢測到的非來源于人腦電波或者從信號中移除，或者在進(jìn)一步的處理中把帶有非來源于人腦電波的部分排除掉。也可以使用高通濾波來減少由于采樣頻率不足而出現(xiàn)在感興趣信號頻帶上的頻率的功率出現(xiàn)在較低頻率上的趨勢(假頻)。
然后DCU 30從沒有非來源于人腦電波的EEG數(shù)據(jù)中計(jì)算一系列參數(shù)。這些參數(shù)包括功率頻譜陣列、雙頻譜陣列、高階頻譜陣列(三頻譜等)、cordance(如美國專利5,269,315和美國專利5,309,923中所述)、z轉(zhuǎn)換變量、熵參數(shù)、以及時(shí)域參數(shù)，包括但不限于模板匹配、峰值檢測、閾值交叉、零交叉和Hjorth描述符。這些參數(shù)、頻譜或其他可量化數(shù)據(jù)的某些方面的內(nèi)容被稱為特征。DCU30從這些參數(shù)中計(jì)算出一系列特征和指標(biāo)，這些特征和指標(biāo)表示患者神經(jīng)紊亂的嚴(yán)重性和神經(jīng)疾病的程度。通過觀察這些特征和指標(biāo)如何響應(yīng)于神經(jīng)刺激器60提供的神經(jīng)刺激而變化，可以改變刺激參數(shù)來調(diào)節(jié)神經(jīng)刺激效果。這些特征和指標(biāo)可以在顯示裝置50上顯示給用戶。在DCU 30遠(yuǎn)離DAU 20的實(shí)施例中，結(jié)果可以傳送回DAU 20上的顯示裝置，或者通過電子郵件傳送回患者的醫(yī)生或通過安全的網(wǎng)頁可用。
頻譜陣列的計(jì)算在較佳實(shí)施例中，指標(biāo)的特征從頻譜陣列中計(jì)算，該頻譜陣列被定義為功率頻譜陣列、雙頻譜陣列或高階頻譜陣列(三頻譜等)的任一個(gè)。功率頻譜或雙頻譜數(shù)據(jù)陣列可使用頻域(傅立葉轉(zhuǎn)換)方法和時(shí)域(自回歸)方法計(jì)算。術(shù)語功率頻譜陣列或功率頻譜包括功率頻譜、交叉頻譜和相關(guān)性陣列的任一個(gè)或者全部。在自動或交叉模式中，術(shù)語雙頻譜陣列或雙頻譜包括下列陣列的全部或者任一個(gè)復(fù)數(shù)三重積，真數(shù)三重積，雙頻譜密度，雙相和雙回歸陣列。功率頻譜陣列被計(jì)算為雙頻譜陣列計(jì)算的中間步驟，因而可用來導(dǎo)出要用作指標(biāo)中特征的參數(shù)。在只用功率頻譜陣列來計(jì)算指標(biāo)的情形中，在計(jì)算所需陣列之后可終止計(jì)算。本文中將闡明頻域和時(shí)域方法，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)為也可導(dǎo)出其他方法。本發(fā)明旨在結(jié)合所有可以獲得功率頻譜和雙頻譜陣列的計(jì)算方法。
現(xiàn)在參照圖2，討論用于產(chǎn)生功率頻譜、交叉頻譜、相關(guān)性、自動雙頻譜或交叉雙頻譜的基于頻域的過程。在步驟802，系統(tǒng)檢查將要進(jìn)行的計(jì)算是自動頻譜還是交叉頻譜計(jì)算。自動雙頻譜分析是交叉雙頻譜分析的一種特殊情況，因而使用不同的對稱規(guī)則。
在步驟804，系統(tǒng)設(shè)定以下對稱性來進(jìn)行自動雙頻譜計(jì)算f1+f2≤fs/20≤f2≤f1其中fs是采樣率(在使用128個(gè)2秒記錄的較佳實(shí)施例中為128個(gè)樣本/秒，導(dǎo)致頻率分辨率為0.5Hz)，f1和f2(也稱為頻率1和頻率2)表示可在其上進(jìn)行交叉頻譜或雙頻譜計(jì)算的頻率對。另外，對于功率頻譜和自動雙頻譜計(jì)算，Xi(t)＝Y(jié)i(t)→Xi(f)＝Y(jié)i(f)Xi(t)和Yi(t)表示用于功率和雙頻譜計(jì)算的單獨(dú)時(shí)間序列記錄。在較佳實(shí)施例中，Xi(t)和Yi(t)是同時(shí)從不同通道中獲得的采樣EEG記錄。它們也可以是來自同一通道的連續(xù)記錄。Xi(f)和Yi(f)分別表示時(shí)間序列記錄Xi(t)和Yi(t)的傅立葉變換，i表示記錄編號。
在步驟806，按照以下對稱性進(jìn)行交叉雙頻譜分析f1+f2≤fs/20≤f1≤fs/20≤f2≤fs/2Xi(t)≠Yi(t)→Xi(f)≠Yi(f)其中所有變量表示與自動雙頻譜分析相同的值，除了對于交叉頻譜分析Xi(t)和Yi(t)分別表示導(dǎo)出的時(shí)間序列記錄。
選定記錄的快速傅立葉變換(FFT)Xi(f)和Yi(f)是使用標(biāo)準(zhǔn)IEEE庫程序或其他任何公用程序在步驟808中計(jì)算。
在步驟810，每個(gè)選定記錄的功率頻譜Pxi(f)和Pyi(f)是分別用傅立葉變換Xi(f)和Yi(f)的每個(gè)元素值的平方計(jì)算的。
Pxi(f)＝|Xi(f)|2
Pyi(f)＝|Yi(f)|2交叉頻譜陣列Pxy(f)和相關(guān)性陣列γxy2(f)也可計(jì)算為PXYi(f)=Xi*(f)Yi(f)]]>PXY(f)=1MΣi=1MPXYi(f)]]>PX(f)=1MΣi=1MPXi(f)]]>PY(f)=1MΣi=1MPYi(f)]]>γXY2(f)=|PXY(f)|2PX(f)PY(f)]]>其中Xi*(f)是Xi(f)的復(fù)合共軛，M是記錄的數(shù)量(在較佳實(shí)施例中為128)。
該系統(tǒng)在步驟812通過使用下列方程式來計(jì)算平均復(fù)數(shù)三重積，其中bci(f1，f2)是來自一個(gè)記錄的單獨(dú)復(fù)數(shù)三重積，BC(f1，f2)是平均復(fù)數(shù)三重積bci(f1，f2)＝Xi(f1)Yi(f2)Yi*f1+f2)其中Yi*(f1+f2)是Yi(f1+f2)的復(fù)合共軛，且BC(f1,f2)=1MΣi=1Mbci(f1,f2)]]>在步驟814，通過使用下列方程式來計(jì)算平均實(shí)數(shù)三重積，其中Pxi(f)和Pyi(f)是來自一個(gè)記錄的功率頻譜，bri(f1，f2)是來自一個(gè)記錄的單獨(dú)實(shí)數(shù)三重積，BR(f1，f2)是平均實(shí)數(shù)三重積bri(f1，f2)＝Pxi(f1)PYi(f2)PYi(f1+f2)BR(f1,f2)=1MΣi=1Mbri(f1,f2)]]>注意Pyi是實(shí)數(shù)值，因此PYi＝PYi*。
在步驟816，雙頻譜密度陣列BD(f1，f2)使用下列方程式計(jì)算BD(f1，f2)＝|BD(f1，f2)|在步驟818，系統(tǒng)使用下列方程式來計(jì)算雙相陣列φ(f1，f2)φ(f1,f2)=tan-1(Im(BC(f1,f2))Re(BC(f1,f2)))]]>
0≤φ≤2π(弧度)在步驟820，系統(tǒng)使用下列方程式計(jì)算雙相關(guān)性陣列R(f1，f2)R(f1,f2)=BD(f1,f2)BR(f1,f2)]]>0≤R≤1在步驟822，系統(tǒng)將所需的自動/交叉雙頻譜陣列返回給數(shù)據(jù)運(yùn)算單元30。
現(xiàn)在再參看圖3，將描述用于計(jì)算自動/交叉雙頻譜陣列的基于參數(shù)的方法。在步驟902，904和906，分別以與上述步驟902，904和906相同的方式來設(shè)置各種對稱性和時(shí)間序列記錄。在步驟908，910和912中，估算Xi(t)和Yi(t)的功率頻譜。另外，計(jì)算交叉頻譜和相關(guān)性陣列。這種估算方法包括兩個(gè)主要階段，自回歸(AR)模型階的選擇和Xi(t)和Yi(t)的功率頻譜計(jì)算。在步驟908，系統(tǒng)使用下列方程式計(jì)算兩個(gè)序列的自相關(guān){R2x(m)}和{R2Y(m)}。
R2z(m)=1M*NΣi=1MΣi=0N-|m|zi(t)zi(t+m)]]>z＝X，Y且m＝0，1，...，L其中M是記錄的數(shù)量，N是每個(gè)記錄的樣本數(shù)量(在較佳實(shí)施例中分別是128和256)，L是遠(yuǎn)大于可能的AR過濾階(在較佳實(shí)施例中L＝50)。為了找到AR過濾階，在步驟910中通過對每個(gè)自相關(guān)序列執(zhí)行Levinson遞歸函數(shù)來對所有階m＝0，1，2，...，L計(jì)算最終預(yù)測誤差FPEx(m)和FPEY(m)。FPEx(m)和FPEY(m)的最小值，Qx和Qy，位置分別被選為Xi(t)和Yi(t)的功率頻譜的AR過濾階，即，F(xiàn)PEx(Qx)＝min{FPEx(m)}FPEY(QY)＝min{FPEY(m)}一旦選定了功率頻譜的AR過濾階，具有階QX和QY的自相關(guān)序列{R2X(m)}和{R2Y(m)}取代L分別輸入Levinson遞歸。由遞歸獲得的系數(shù){cix，i＝0，1，...，QX}和{ciY，i＝0，1，...，QY}分別是Xi(t)和Yi(t)的功率頻譜的AR過濾的系數(shù)。然后，在步驟912，功率頻譜PX(f)和PY(f)被計(jì)算為預(yù)測誤差(σz2)除以系數(shù)的傅立葉變換值的平方，即
Pz(f)=σz2|1+Σi=1Qzcize-j2πfi|2]]>z＝X，Y類似地，交叉頻譜Pxy(f)可計(jì)算為PXY(f)=σXσY|1+Σi=1QXciXe-j2πfi||1+Σi=1QYciYe-j2πfi|]]>且一致性陣列從以上Px(f)，PY(f)和Pxy(f)中計(jì)算得出。
在步驟914，916和918，系統(tǒng)估算自動/交叉的實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)三重積。估算過程包括兩個(gè)主要階段階的選擇及實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)三重積計(jì)算。在步驟914，使用下列方程式計(jì)算第三階力矩的兩個(gè)序列，{R3X(τ)}和{R3Y(τ)}。
R3z(τ)=1M*NΣi=1MΣt=s1s2zi(t)zi2(t+τ)]]>z＝X，Y，且τ＝-L，...，L其中s1＝max(1，1-τ)，s2＝min(N，N-τ)，且L遠(yuǎn)大于可能的AR過濾階(如50)。在步驟916，如下構(gòu)成兩個(gè)超級矩陣TX和TY。
Tz=R3z(-L)R3z(-L+1)···R3z(0)R3z(-L-1)R3z(-L)···R3z(-1)············R3z(-2L)R3z(-2L+1)···R3z(-L)]]>z＝X，Y從我們對雙頻譜陣列的AR過濾作出的假設(shè)中，Xi(t)和Yi(t)的雙頻譜陣列的AR過濾階OX和OY是超級矩陣TX和TY的秩。因此，使用奇異值分解來選擇OX和OY。在已經(jīng)獲得階之后，我們通過解下列線性系統(tǒng)的等式來獲得雙頻譜陣列AR過濾的系數(shù)
R3z(0)R3Z(1)···R3z(Oz)R3z(-1)R3z(0)···R3z(Oz-1)············R3z(-Oz)R3z(-Oz+1)···R3z(0)1b1z···bozz=βz0···0]]>z＝X，Y其中通過解線性系統(tǒng)的等式可以獲得偏斜度(βz)和系數(shù)(b1z，...，bozz)，z＝X，Y。
在步驟918，Xi(t)和Yi(t)的平均自動/交叉復(fù)數(shù)三重積被計(jì)算為各偏斜度的三重積的立方根，(βXβYβY)1/3，除以AR過濾系數(shù)(Hz(f))的傅立葉變換的三重積。
BC(f1，f2)＝(βXβYβY)1/3/(HX(f1)HY(f2)HY*(f1+f2))Hz(f)=1+Σi=1Ozbize-j2πfi]]>z＝X，Y且BR(f1，f2)是平均的自動/交叉實(shí)數(shù)三重積BR(f1，f2)＝PX(f1)PY(f2)PY(f1+f2)在獲得平均的自動/交叉復(fù)數(shù)及實(shí)數(shù)三重積之后，該系統(tǒng)在步驟920以與步驟816，818，820相同的方式計(jì)算雙頻譜密度，雙相和雙相關(guān)性陣列。在步驟922，該系統(tǒng)把所需雙頻譜陣列返回到數(shù)據(jù)計(jì)算單元30。
神經(jīng)刺激功效指標(biāo)的計(jì)算可通過使用從頻譜陣列計(jì)算的特征和通過其他頻域和時(shí)域方法來構(gòu)建指標(biāo)。在較佳實(shí)施例中，這種指標(biāo)設(shè)計(jì)成量化與神經(jīng)刺激器療效有關(guān)的EEG變化。該指標(biāo)的開發(fā)需要從想要用神經(jīng)刺激器治療的有特定病理情況的患者中獲得的EEG數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集，連同記錄前和記錄中的神經(jīng)刺激器狀態(tài)以及對治療狀態(tài)和療效的獨(dú)立測定。
在本實(shí)施例的開發(fā)中，EEG數(shù)據(jù)是從植入DBS刺激器的許多成年人抑郁性紊亂(MDD)或強(qiáng)迫性紊亂(OCD)患者中記錄的。EEG記錄是在患者清醒且閉眼時(shí)進(jìn)行的。在DBS刺激前(基線記錄)和多次開關(guān)刺激器循環(huán)后，從電極對A1-Fpz(左大腦半球)和A2-Fpz(右大腦半球)中記錄EEG數(shù)據(jù)。在每次記錄時(shí)，患者自己以范圍為從1到10(即，1和10是代表最差和最好的狀態(tài))來報(bào)告他們的情緒，以及他們的焦慮水平(1是設(shè)定為完全不焦慮，10是設(shè)定為最焦慮)。情緒和焦慮評分是獨(dú)立于EEG的患者狀態(tài)度量，治療引起的(在此為神經(jīng)刺激)情緒變化是療效的獨(dú)立計(jì)量。為了增加情緒評估的動態(tài)范圍，在刺激器關(guān)閉時(shí)(常導(dǎo)致較差的情緒)和打開時(shí)(常導(dǎo)致情緒改善)都記錄EEG。對于每個(gè)通道A1-Fpz和A2-Fpz，進(jìn)行上述的各種頻譜計(jì)算，其中在患者每次情緒和焦慮評估之前的時(shí)段中計(jì)算單獨(dú)的陣列。對0.5Hz分辨率的所有頻率使用無非來源于人腦電波的EEG的前30秒中的各個(gè)2秒記錄來計(jì)算平均EEG頻譜陣列。
在較佳實(shí)施例中，一特征被構(gòu)建為在2個(gè)EEG通道(A1-Fpz和A2-Fpz)上平均的α頻率范圍(8-12Hz)內(nèi)的絕對功率。。該特征-絕對alpha功率-的計(jì)算被計(jì)算為 絕對功率對每個(gè)EEG通道在α頻率區(qū)域內(nèi)分別求和，而平均α功率則在2個(gè)通道上計(jì)算。絕對α功率與情緒評分的相關(guān)性是系統(tǒng)性相反的，所以α功率隨著患者情緒評分的增加而下降。絕對α功率與情緒評分之間的個(gè)人線性相關(guān)性在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有著顯意義的(R＝-0.821，p＝0.012)。
盡管較佳實(shí)施例中使用了兩個(gè)通道的EEG數(shù)據(jù)，但是另外的實(shí)施例中可包括來自一個(gè)或多個(gè)通道的數(shù)據(jù)。另外，生物系統(tǒng)在某種程度上是變化的，所以不同的頻率范圍在某種程度上可提供相同的性能。同樣，也可以使用其他頻率范圍。
在較佳實(shí)施例中，從功率頻譜陣列中計(jì)算的另一種特征是在左右大腦半球之間α頻率范圍(8Hz≤f≤12Hz)中絕對功率的差異。該特征-絕對α的非對稱性或大腦半球之間的差異性被計(jì)算為 基于分析，確定患者的絕對α非對稱性與情緒評分有相關(guān)性。計(jì)算雙側(cè)差異的另一種手段是相對功率的非對稱性。把左右通道的絕對α功率除以它們在感興趣頻率范圍(在此情形中為0.5-20Hz)上的相應(yīng)總功率使得在總體EEG功率級中的變化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并增加與情緒評分的相關(guān)性。每個(gè)通道的標(biāo)準(zhǔn)化α功率被稱為相對α功率，且左右相對α功率之間的差異是相對α的非對稱性。該參數(shù)被計(jì)算為左大腦半球的相對α功率(即，從EEG通道A1-Fpz中計(jì)算得到)減去右大腦半球的相對α功率(即，從EEG通道A2-Fpz中計(jì)算得到)。
相對α功率與情緒評分在左右大腦半球間差異的相關(guān)性是系統(tǒng)性正向的，所以在個(gè)體感覺較好時(shí)頭部左側(cè)的相對α功率相對于頭部右側(cè)的相對α功率增加。相對α的非對稱性與相應(yīng)MDD情緒評分之間的個(gè)人線性相關(guān)性(R)是0.838(p＜0.001)。在MDD和OCD患者組成的組合人群中，相對α非對稱性變化與情緒評分的相關(guān)性R＝0.766，并與疾病病因?qū)W無關(guān)。進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)是相對α非對稱性變化與同時(shí)期上的焦慮評分變化是負(fù)相關(guān)的(R＝-0.605，p＜0.02)；這種關(guān)系在個(gè)體和病因?qū)W(MDD和OCD)之間也是一致的。此外，盡管較佳實(shí)施例中使用了兩個(gè)通道的EEG數(shù)據(jù)，但是其它實(shí)施例中可包括來自一個(gè)或多個(gè)通道的數(shù)據(jù)。另外，生物系統(tǒng)在某種程度上是變化的，所以不同的頻率范圍在某種程度上可提供相同的性能。同樣，也可以使用其他頻率范圍。
指標(biāo)常被指定為具有線性方程式的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解可使用其他形式，諸如非線性方程式或神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。在較佳實(shí)施例中，該指標(biāo)有一般形式 其中c0是常數(shù)，{Fi，i＝1，2，...，p}是一組特性，{Ci，i＝1，2，...，p}是一組與特征對應(yīng)的系數(shù)，p是特征的數(shù)量。
用來追蹤神經(jīng)刺激影響情緒變化的功效的指標(biāo)可計(jì)算為指標(biāo)Mood_1＝c0+c1F1c0=100max(F1)(max(F1)-min(F1))=100(1-min(F1)max(F1))]]>c1=100-c0min(F1)=-100(max(F1)-min(F1))]]>F1＝絕對_α_功率其中定義c0和c1，使得隨著功效增強(qiáng)而下降(負(fù)相關(guān))的特征F1(例如絕對α功率)的IndexMood_1范圍在0(功效最差狀態(tài))到100(功效最佳狀態(tài))之間?；谟脕韺?dǎo)出本示例的數(shù)據(jù)庫，min(F1)＝122.9且max(F1)＝191.9，導(dǎo)致c0＝278.12和c1＝-1.45。α功率與情緒評分的高相關(guān)性(R＝-0.821，p＝0.012)表示IndexMood_1是情緒狀態(tài)的敏感指標(biāo)。
量化影響情緒變化的神經(jīng)刺激的功效的另一個(gè)指標(biāo)可以使用相對α非對稱性來計(jì)算為指標(biāo)Mood_2＝c0+c1F1c0=-100min(F1)(max(f1)-min(F1))=100(1-max(F1)min(F1))]]>c1=100-c0max(F1)=100(max(F1)-min(F1))]]>F1＝相對_α_非對稱性再一次，定義c0和c1，使得隨著功效增強(qiáng)而增強(qiáng)(正相關(guān))的特征F1(例如相對α非對稱性)的IndexMood_2范圍在0(功效最差狀態(tài))到100(功效最佳狀態(tài))之間?；趯?dǎo)出本示例的數(shù)據(jù)庫，min(F1)＝-0.048且max(F1)＝0.068，從而c0＝41.379和c1＝862.069。相對α功率在大腦半球之間的差異與情緒評分的高相關(guān)性表示IndexMood_2是情緒狀態(tài)的敏感指標(biāo)。注意，常數(shù)c0和c1在兩個(gè)實(shí)施例中形式不同是由于F1和情緒評分之間相關(guān)性符號(正相關(guān)與負(fù)相關(guān))。應(yīng)當(dāng)注意在單一特征的情況下，c0和c1的值只是比例系數(shù)；如果c0＝0且c1＝1，則組成單一特征的指標(biāo)值只是特性值本身。包括多個(gè)特征的各種指標(biāo)也可以使用與以上方程式相同的一般形式來實(shí)現(xiàn)。盡管前述內(nèi)容特定于源自大腦半球之間EEG通道的指標(biāo)，但是也可以從一個(gè)或多個(gè)單側(cè)EEG通道以及其它雙側(cè)EEG通道中計(jì)算各個(gè)特征。指標(biāo)也可以結(jié)合單側(cè)和雙側(cè)特性來構(gòu)建。
也可使用從不同頻帶中計(jì)算的特征。例如，在初步開發(fā)過程中，可以確定從任一大腦半球計(jì)算的θ波段(4-8Hz)中的相對功率與患者情緒評分之間是負(fù)相關(guān)的。因此，可使用F1＝相對θ功率，min(F1)＝0.005和max(F1)＝0.310來計(jì)算情緒評分的另一指標(biāo)，產(chǎn)生指標(biāo)Mood_3＝c0+c1F1c0=100(1-min(F1)max(F1))=101.639]]>c1=100-c0min(F1)=-327.800]]> 盡管本文討論的內(nèi)容特定于源自功率頻譜陣列的指標(biāo)，但它并不限于該方法。可從雙頻譜陣列(即，雙頻譜，復(fù)數(shù)三重積，實(shí)數(shù)三重積，雙相和雙相關(guān)性，都用于自動和交叉模式)以及交叉頻譜和相關(guān)性陣列中的各個(gè)頻率區(qū)域中計(jì)算各個(gè)特性。其他方法也可用來導(dǎo)出各種特征，例如，中值，標(biāo)準(zhǔn)偏差和方差，百分位，在特定頻率限定區(qū)域內(nèi)的絕對功率，相對功率(在特定頻率限定區(qū)域內(nèi)的絕對功率與總功率的百分比)，神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，分?jǐn)?shù)頻譜分析，源自諸如熵和復(fù)雜性的信息理論的各種方法，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的其他統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。各特征還可以源自諸如模式或模板匹配的各種時(shí)域分析方法。各特性也可以量化在一段時(shí)間上特定病情的出現(xiàn)或消失，或者量化在特定時(shí)間段中特定病情所達(dá)到的程度(如，在近期內(nèi)功率或雙頻譜陣列的特定頻帶中的功率小于閾值的時(shí)間的百分比)。特定病情或信號類型的檢測指標(biāo)也可用作只有兩個(gè)或更多離散狀態(tài)的特征或指標(biāo)。
所計(jì)算的指標(biāo)或特征反映了患者的神經(jīng)或心理狀況。在所述實(shí)施例中，各個(gè)IndexMood_i(i＝1，2，3)是患者情緒的由情緒評分量化的指標(biāo)。因此本發(fā)明也可以通過調(diào)節(jié)治療參數(shù)使得IndexMood_i增加到最大值來優(yōu)化特定的治療方式。在神經(jīng)刺激的情形中，治療參數(shù)包括刺激信號的振幅、頻率、極性和脈寬，以及所選定刺激電極的子集。對于其他治療方式，治療參數(shù)可包括劑量(藥理學(xué)治療)，刺激電壓(ECT)和場強(qiáng)(TMS)。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法監(jiān)控神經(jīng)刺激的療效。由于本發(fā)明監(jiān)控治療產(chǎn)生的神經(jīng)系統(tǒng)活性的變化，該發(fā)明不依賴于特定的治療方式。因此，本發(fā)明也可用來監(jiān)控其他治療方式的療效，包括但不限于藥理學(xué)治療、電休克治療和跨顱磁刺激。改善敏感性和特異性的測試方法本發(fā)明的敏感性和特異性可以通過使用差動測試方法來加強(qiáng)。差動測試方法使用2次或更次連續(xù)評估，并分析各個(gè)評估之間測試度量值的變化和每次評估的實(shí)際值的變化。各個(gè)評估通常在不同情況下進(jìn)行，例如在睡眠時(shí)或在諸如精神任務(wù)的壓力影響下；這些情況與基線評估進(jìn)行對比。在差動測試方法中，癡呆、抑郁、OCD和其他神經(jīng)紊亂的患者與正常個(gè)體在EEG反應(yīng)上不同。本說明書將描述多個(gè)可用于提高所得指標(biāo)表現(xiàn)的差動測試方法。測試度量最好源于EEG頻譜陣列的指標(biāo)以及其他參數(shù)，并在此被定義為INDEX。
一種差動測試方法采用刺激器開關(guān)時(shí)患者反應(yīng)的變化。首先電極被施加到患者身上，該患者被要求靜坐，眼睛或開或閉。在神經(jīng)刺激器60關(guān)閉時(shí)進(jìn)行基線評估，其中DAU 20獲取一部分EEG并將其傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。通常，數(shù)分鐘的幾部分被用于計(jì)算INDEX值。INDEX的第一個(gè)值(定義為INDEXstim_off)由DCU 30從EEG部分計(jì)算。隨后神經(jīng)刺激器60打開，DCU 20獲得EEG的第二部分并將其傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。INDEX的第二個(gè)值(定義為INDEXstim_on)由DCU 30從在第二個(gè)測試期間獲得的EEG計(jì)算。后一評估時(shí)段可以是神經(jīng)刺激器60打開時(shí)，也可以是打開一段時(shí)間后關(guān)閉時(shí)。計(jì)算INDEX數(shù)值的一個(gè)組成部分是從獲得數(shù)據(jù)中檢查非源自腦中電波并移除測得的非源自腦中電波部分，或?qū)@得數(shù)據(jù)中的非源自腦中電波部分從分析中去除。在這兩次評估中獲得的INDEX數(shù)值之間的差值，INDEXstim_on-INDEXstim_off，構(gòu)成可用于量化療效的指標(biāo)。例如，通過比較刺激器從基線(刺激器關(guān)閉)到打開或打開后再關(guān)閉的后續(xù)時(shí)段的相對α非對稱性的變化，可以改善相對α非對稱性與情緒評分之間的相關(guān)性。MDD的相對α非對稱性的變化與同時(shí)期的情緒評分變化之間有很強(qiáng)的相關(guān)性(R＝0.872，p＜0.001)。這種關(guān)系與刺激模式(雙極刺激，單極刺激和刺激器關(guān)閉)無關(guān)。這種差動方法可通過比較神經(jīng)刺激器在不同控制設(shè)置上的INDEX值來擴(kuò)展，這些設(shè)置例如不同刺激信號頻率(重復(fù)速度)，脈寬，脈沖振幅和負(fù)載周期，導(dǎo)線選擇，和刺激器信號極性另一種測試方法計(jì)算從患者睜眼時(shí)獲得的EEG中計(jì)算的首個(gè)INDEX值與患者閉眼時(shí)獲得的EEG中計(jì)算的第二個(gè)INDEX之間的差異。在任何一種估算中，神經(jīng)刺激器60可以打開或關(guān)閉。電極15首先施加到建議靜坐且眼睛睜開的患者。DAU 20獲得一部分EEG并傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。通常，數(shù)分鐘的幾部分被用于計(jì)算INDEX值。該患者隨后被建議靜坐且眼睛閉合，DAU 20獲得第二部分EEG并傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。DCU 30計(jì)算獲得數(shù)據(jù)的第一時(shí)段和第二時(shí)段的INDEX值，稱為INDEXeyes-open和INDEXeyes-closed。計(jì)算INDEX數(shù)值的一個(gè)組成部分是從獲得數(shù)據(jù)中檢查非源自腦中電波并移除所測得的非源自腦中電波部分或?qū)@得數(shù)據(jù)中非源自腦中電波部分從分析中除去。INDEXeyes-open和INDEXeyes-closed之間的數(shù)值差異構(gòu)成可用于量化療效的指標(biāo)。
第三種差動測試方法計(jì)算從放松狀態(tài)的患者獲得的EEG中計(jì)算的第一個(gè)INDEX值與個(gè)體進(jìn)行心理計(jì)算任務(wù)時(shí)獲得的EEG所計(jì)算的第二個(gè)INDEX之間的差異。在任何一種估算中，神經(jīng)刺激器60可以打開或關(guān)閉。在兩個(gè)記錄時(shí)段中，可要求患者保持睜開他/她的眼睛?；蛘?，也可要求患者在兩個(gè)記錄時(shí)段內(nèi)保持閉合他/她的眼睛，但是這會限制可選擇的心理計(jì)算任務(wù)。心理計(jì)算任務(wù)可以是任何簡單任務(wù)或者任務(wù)集，這些任務(wù)可提供足夠難度但要足夠普通，不需要測試人群有特殊的訓(xùn)練或特殊的教育水平。任務(wù)的兩個(gè)例子是數(shù)字的加法和減法心算，如需要結(jié)算支票簿或從100向后減3計(jì)數(shù)，以及計(jì)算兩個(gè)日期之間的天數(shù)。電極15首先施加到患者身上，該患者被建議安靜端坐。DAU 20獲得一部分EEG并傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。再一次，數(shù)分鐘的幾部分用于計(jì)算INDEX值。隨后給予該患者心理任務(wù)并要求完成之。在心算期間，DAU 20獲得第二部分EEG。獲得數(shù)據(jù)隨后傳輸?shù)紻CU 30進(jìn)行分析。DCU 30計(jì)算獲得數(shù)據(jù)的第一時(shí)段和第二時(shí)段的INDEX值，稱為INDEXbaseline和INDEXtask。在INDEXbaseline和INDEXtask數(shù)值差構(gòu)成可用于量化療效的指標(biāo)。
神經(jīng)刺激器參數(shù)的自動調(diào)節(jié)來獲得最大療效在不使用神經(jīng)刺激器時(shí)，可以通過計(jì)算Index來評估EEG狀態(tài)的基線測定。該值可以與在各種神經(jīng)刺激器參數(shù)(設(shè)置)上計(jì)算的Index進(jìn)行比較。最佳療效及一次最佳的神經(jīng)刺激器參數(shù)將對應(yīng)于使相應(yīng)Index值與基線Index值之間的差異最大的情況。由于指標(biāo)值是神經(jīng)刺激器功效的單變量測定，所以控制信號可從DCU 30提供給神經(jīng)刺激器60。該控制信號可用于控制各個(gè)神經(jīng)刺激器參數(shù)。神經(jīng)刺激器設(shè)置的各種組合可由DCU 30自動選擇，并計(jì)算每個(gè)設(shè)置的指標(biāo)值。最佳的神經(jīng)刺激器參數(shù)可確定為與基線(神經(jīng)刺激器關(guān)閉)指標(biāo)值之間差異最大的指標(biāo)值。然后DCU 30可命令神經(jīng)刺激器使用確定為最佳的參數(shù)來設(shè)置。
通常，神經(jīng)刺激器具有可常常以連續(xù)方式調(diào)節(jié)的4個(gè)或更多參數(shù)。因此，參數(shù)組合的數(shù)量很大。當(dāng)還在尋找局部的最大指標(biāo)值(假定最大治療功效用最大INDEX值獲取)時(shí)，可以使用各種策略來減少參數(shù)組合的數(shù)量。例如，所有參數(shù)可以在一開始設(shè)定為標(biāo)稱值，然后參數(shù)在其范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。DCU 30會記錄產(chǎn)生與基線差異最大的INDEX的參數(shù)值。對所有參數(shù)都會重復(fù)該過程。在該過程結(jié)束時(shí)，神經(jīng)刺激器60通過DCU 30將每個(gè)參數(shù)設(shè)定到最佳設(shè)置。在指標(biāo)的另一實(shí)施例中，可要求產(chǎn)生局部的指標(biāo)最小值的設(shè)置。本發(fā)明使用神經(jīng)刺激作為治療。但是，本發(fā)明可以應(yīng)用于其他治療，諸如藥理學(xué)制劑治療、電休克治療和跨顱磁刺激。在前一情形中，制劑、劑量或用藥方法可以變化；在后兩種情形中，可以調(diào)整電擊的參數(shù)。
雖然本發(fā)明已參照其較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可以進(jìn)行各種改變和調(diào)整。所有的改變和調(diào)整都落入本文所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)電極，用于從身體獲取電生理信號；一個(gè)處理器，用于從所述電生理信號中計(jì)算至少一個(gè)與所述療效相關(guān)的特性。
2.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述治療是神經(jīng)刺激。
3.如權(quán)利要求2所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng)刺激是深部腦刺激。
4.如權(quán)利要求2所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng)刺激是迷走神經(jīng)刺激。
5.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述治療是藥理學(xué)制劑治療。
6.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述治療是電休克治療。
7.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述治療是跨顱磁刺激。
8.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器計(jì)算至少兩個(gè)特征并把所述至少兩個(gè)特征組合成一個(gè)指標(biāo)。
9.如權(quán)利要求1中所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器從頻譜陣列中計(jì)算至少一個(gè)特征。
10.如權(quán)利要求8所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器從功率頻譜陣列中計(jì)算至少一個(gè)特征。
11.如權(quán)利要求8所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器從雙頻譜陣列中計(jì)算至少一個(gè)特征。
12.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)特征是時(shí)域特征。
13.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極是雙側(cè)放置的。
14.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極是單側(cè)放置的。
15.如權(quán)利要求1所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述特征是從每個(gè)電生理信號中計(jì)算出的大腦半球之間的度量差異。
16.如權(quán)利要求15所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述度量是頻譜特征。
17.如權(quán)利要求15所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述度量是時(shí)域特征。
18.一種用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)電極，用于從身體獲得電生理信號；數(shù)據(jù)獲取電路，用于從所述電極中獲得表示基線情況的第一電生理信號和表示繼發(fā)情況的第二電生理信號；計(jì)算器，用于根據(jù)數(shù)據(jù)獲取電路中收到的所述電生理信號進(jìn)行計(jì)算(a)在基線情況下與患者狀態(tài)有關(guān)的至少一個(gè)特征；(b)在繼發(fā)情況下與患者狀態(tài)有關(guān)的至少一個(gè)特征；(c)與基線情況和繼發(fā)情況有關(guān)的所述特征之間的差異，從而所述差異與所述療效有關(guān)。
19.一種用于優(yōu)化對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)電極，用于從身體獲得電生理信號；一個(gè)處理器，用于從所述電生理信號中計(jì)算至少一個(gè)與所述療效有關(guān)的特征；數(shù)據(jù)獲取電路，用于從所述電極中獲得所述電生理信號，并把所述電生理信號轉(zhuǎn)化成所述處理器可使用的形式；處理器，用于改變神經(jīng)刺激器的治療參數(shù)以使所計(jì)算的療效最佳。
20.一種用于評估針神經(jīng)紊亂的療效的方法，包括以下步驟通過置于身體上的電極來獲得身體的電生理信號；從所述電生理信號中計(jì)算出至少一種與所述療效有關(guān)的特征。
21.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述治療是神經(jīng)刺激。
22.如權(quán)利要求21所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述神經(jīng)刺激是深部腦刺激。
23.如權(quán)利要求21所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述的神經(jīng)刺激是迷走神經(jīng)刺激。
24.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述治療是藥理學(xué)制劑治療。
25.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述治療是電休克治療。
26.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述治療是跨顱磁刺激。
27.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，還包括把所述特征結(jié)合成一個(gè)指標(biāo)的步驟。
28.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，從頻譜陣列中計(jì)算所述至少一個(gè)特征。
29.如權(quán)利要求27所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，從功率頻譜陣列中計(jì)算所述至少一個(gè)特征。
30.如權(quán)利要求27所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，從雙頻譜陣列中計(jì)算所述至少一個(gè)特征。
31.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)特征是時(shí)域特征。
32.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極是雙側(cè)放置的。
33.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極是單側(cè)放置的。
34.如權(quán)利要求20所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述特征是從每個(gè)電生理信號中計(jì)算出的大腦半球之間的度量差異。
35.如權(quán)利要求34所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，其特征在于，所述度量是頻譜特征。
36.如權(quán)利要求34所述的用于評估對神經(jīng)紊亂的療效的系統(tǒng)，其特征在于，所述度量是時(shí)域特征。
37.一種評估對神經(jīng)紊亂的療效的方法，包括把至少兩個(gè)電極放置在需要治療的患者身體上；在基線情況中從患者處獲得第一電生理信號；在繼發(fā)情況中從患者處獲得第二電生理信號；計(jì)算至少一個(gè)與基線情況中的患者狀態(tài)有關(guān)的特征；計(jì)算至少一個(gè)與繼發(fā)情況中的患者狀態(tài)有關(guān)的特征；計(jì)算在基線情況和繼發(fā)情況下的特征之間的差異，使得該差異與所述療效有關(guān)。
38.一種優(yōu)化對神經(jīng)紊亂的療效的方法，包括把至少兩個(gè)電極放置在需要治療的患者身體上；從所述身體上獲得電生理信號；計(jì)算至少一個(gè)與所述療效有關(guān)的特性；改變治療參數(shù)以使所計(jì)算的療效最佳。
全文摘要
所公開的是一種評估對神經(jīng)或心理紊亂的療效的系統(tǒng)和方法。較佳實(shí)施例使用從患者身體表面獲得EEG信號的至少兩個(gè)表面電極，以及一個(gè)處理器，以從EEG信號中計(jì)算表示患者神經(jīng)或心理狀態(tài)的各種特征和指標(biāo)。這些參數(shù)的變化可用來評估療效和改進(jìn)治療，使得患者的治療結(jié)果更佳。
文檔編號A61N1/18GK1805767SQ200480016241
公開日2006年7月19日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者P·H·德夫林, S·D·格林沃爾德 申請人:艾斯柏克特醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司