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一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統的制作方法

文檔序號:1317117閱讀:172來源:國知局
一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統的制作方法
【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,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,經過控制單元判斷腦電信號狀態(tài),控制刺激模塊產生脈沖電流刺激被測對象,抑制癲癇發(fā)作,從而實現閉環(huán)調控;本發(fā)明具有實時通過放大器獲得高采樣率多通道數據并進行實時繪制、通過腦電信號進行癲癇預警、預警后自動通過指定參數的電刺激進行癲癇抑制等功能;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,有效降低癲癇發(fā)作次數,減輕癲癇發(fā)作強度,提高患者的生活質量。
【專利說明】一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于臨床醫(yī)學和神經系統【技術領域】,尤其涉及一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統。

【背景技術】
[0002]癲癇是一種常見的、多發(fā)的慢性神經系統疾病,可引起運動、感覺、意識和行為等功能障礙,嚴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濟負擔。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行外科治療,而對于不適合手術或者不能接受手術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)的反應性電刺激技術正在成為國內外癲癇診療研究的熱點,該方法提供實時的腦電檢測癲癇預測,對可能的癲癇發(fā)作腦區(qū)進行電刺激實現癲癇抑制。相比手術節(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而加以控制;(2)可調節(jié)性:可以根據患者的需要在一個很大的范圍內加以調整改變;(3)多個部位可以被一個單一的靶點所影響;(4)無法安全切除的病灶部位也可以被刺激。盡管反應性電刺激存在很多優(yōu)點,以下問題依然尚未解決:電刺激治療療痛的作用機制仍不清楚;在各種不冋的動物實驗和臨床研究中治療效果很不一致;癲癇預警、最佳刺激時機、刺激參數和刺激部位等重要問題尚不明確。
[0004]目前,美國Neuropace公司生產的“反應性電刺激治療癲癇系統”(美國專利編號:20110004268)在售價約為3萬美元,預計該系統在中國售價20萬人民幣左右,造成一批癲癇病人因經濟原因而放棄反應性電刺激這一安全有效的療法。如果每年中國有1000位患者接受反應性電刺激治療,將花費2億人民幣。本發(fā)明用于癲癇治療的閉環(huán)系統,探索快速有效的癲癇預警方法,發(fā)展反應性電刺激癲癇抑制技術,有利于提高國人健康水平,促進衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展,并有助于擺脫高端儀器設備長期依賴進口的局面,具有重大的社會效益及經濟價值。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足,提供一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統,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,經過控制單元判斷腦電信號狀態(tài),控制刺激模塊產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、參數設置模塊、癲癇預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行控制;
顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數據讀取,波形繪制,數據記錄三個主要部分,具體為:首先從腦電信號放大模塊調用放大器本身的數據讀取API,實時地將數據緩存到一塊內存空間中,即維護一塊緩沖區(qū),每隔40ms按照設定的參數順序對緩沖區(qū)的數據進行繪制,所述參數包括邏輯通道數、邏輯通道名稱、邏輯通道運算方法、每頁顯示通道數、繪制靈敏度、繪制時間基準、濾波參數;所述濾波參數包括高通、低通和帶阻三種模式;最后從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數據以二進制文件格式保存,對于參數的設置以二進制文件記錄到文件頭當中,視頻模塊同步采集的視頻數據存儲為.avi格式的視頻文件;
參數設置模塊:對軟硬件接口參數和界面顯示參數進行設置,所述軟硬件接口參數包括:腦電信號放大模塊參數、刺激模塊參數、視頻模塊參數,所述界面顯示參數包括:波形顯示參數、濾波參數、標尺參數;
癲癇預警模塊:通過對數據的實時解析,判斷某個時刻是否開始癲癇發(fā)作,具體為:應用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量,將某個時間窗內的能量均值作為該時間窗的特征值,當上述特征值超過設定的閾值時,則認為癲癇發(fā)作,進行報警以及抑制刺激;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、刺激模塊參數的設置、刺激模塊命令收發(fā);
刺激模塊:輸出恒定電流,對被測對象進行電流刺激。
[0007]本發(fā)明的有益效果是,本發(fā)明具有實時通過放大器獲得高采樣率多通道數據并進行實時繪制、通過腦電信號進行癲癇預警、預警后自動通過指定參數的電刺激進行癲癇抑制等功能。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,有效降低癲癇發(fā)作次數,減輕癲癇發(fā)作強度,提高患者的生活質量。

【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)明控制單元參數設置功能細化;
圖4為本發(fā)明控制單元癲癇預警功能細化;
圖5為本發(fā)明控制單元刺激功能細化;
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,在癲癇模型上進行測試,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,經過控制單元判斷腦電信號狀態(tài),控制刺激模塊產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個模塊:顯示波形模塊、參數設置模塊、癲癇預警模塊和刺激控制模塊,其中關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據包并進行解析,另一方面負責按照既定要求進行繪制,此外,還需要進行數據文件的存儲。參數設置模塊,包括腦電信號放大模塊、攝像頭、刺激器等外部設備的參數設置,同時包括顯示參數例如通道名稱、每頁通道數以及繪制靈敏度。為了方便用戶能夠將所需要的參數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,進行參數的讀取和保存。癲癇預警模塊通過對數據的實時解析,判斷每個時刻是否開始癲癇發(fā)作。刺激控制模塊,用于對刺激模塊的控制?,F對各模塊進行具體說明:
顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數據讀取,波形繪制,數據記錄三個主要部分;對于每一次數據讀取和繪制,數據源初始化只進行一次,只要數據源連接,并且用戶未停止,系統將循環(huán)進行數據包的讀取、繪制、保存操作,如圖2所示,波形繪制的主要工作流程為:維護一個緩沖區(qū),每隔40ms按照設定的參數順序對緩沖區(qū)的數據進行繪制,其需要遵照的參數包括邏輯通道數、邏輯通道名稱、邏輯通道運算方法、每頁顯示通道數、繪制靈敏度、繪制時間基準、濾波參數(高通、低通、帶阻)等。數據記錄將波形數據、設置數據和視頻等數據記錄到文件中。波形繪制完成后,從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數據以二進制文件格式保存,視頻文件單獨記錄,格式為.avi,與數據文件同步,設置數據以文本文件統一記錄。
[0013]參數設置模塊:如圖3所示,系統參數又分為軟硬件接口參數(包括放大器參數、刺激器參數、攝像頭參數),以及界面顯示參數(包括波形顯示參數、濾波參數、標尺參數等)兩大類。
[0014]癲癇預警模塊:通過對數據的實時解析,判斷某個時刻是否開始癲癇發(fā)作,具體為:應用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量,假設
dj(k)表示腦電信號第k個點的波幅,j表示第j個時間窗,則在此可以定義,該時間窗內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個時間窗的起始時間點和結束時間點,本發(fā)明時間窗長度為
2s0
[0015]將某個時間窗內的能量均值作為該時間窗的特征值,當上述特征值超過設定的閾值時,則認為癲癇發(fā)作,進行報警以及抑制刺激,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、刺激模塊參數的設置、刺激模塊命令收發(fā);對于癲癇抑制電刺激,一般采用一個或幾個固定參數刺激,而參數具體設置因病人而異。因此,刺激參數應當隨配置文件進行存取,并且在文件中進行記錄。每當給以一個刺激,面板上應當以顯式的標簽進行標示,同時記錄刺激時間記錄在文件當中,以備分析,如圖5所示。
[0017]刺激模塊:輸出恒定電流,對被測對象進行電流刺激。所述刺激模塊以精密儀表放大器AD620和運算放大器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DG409轉化為電脈沖,如圖7所示;主控芯片C8051F005與PC機進行通信,設定脈沖的參數,如圖8所示。
【權利要求】
1.一種用于癲癇治療的閉環(huán)系統,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,經過控制單元判斷腦電信號狀態(tài),控制刺激模塊產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、參數設置模塊、癲癇預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行控制; 顯示波形模塊:包括腦電信號放大模塊數據讀取,波形繪制,數據記錄三個主要部分,具體為:首先從腦電信號放大模塊調用放大器本身的數據讀取API,實時地將數據緩存到一塊內存空間中,即維護一塊緩沖區(qū),每隔40ms按照設定的參數順序對緩沖區(qū)的數據進行繪制,所述參數包括邏輯通道數、邏輯通道名稱、邏輯通道運算方法、每頁顯示通道數、繪制靈敏度、繪制時間基準、濾波參數;所述濾波參數包括高通、低通和帶阻三種模式;最后從緩沖區(qū)里順序取出400ms的數據以二進制文件格式保存,對于參數的設置以二進制文件記錄到文件頭當中,視頻模塊同步采集的視頻數據存儲為.avi格式的視頻文件; 參數設置模塊:對軟硬件接口參數和界面顯示參數進行設置,所述軟硬件接口參數包括:腦電信號放大模塊參數、刺激模塊參數、視頻模塊參數,所述界面顯示參數包括:波形顯示參數、濾波參數、標尺參數; 癲癇預警模塊:通過對數據的實時解析,判斷某個時刻是否開始癲癇發(fā)作,具體為:應用腦電信號波幅的平方的累加表示信號的能量,將某個時間窗內的能量均值作為該時間窗的特征值,當上述特征值超過設定的閾值時,則認為癲癇發(fā)作,進行報警以及抑制刺激;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、刺激模塊參數的設置、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, 馬費強, 鄭筱祥 申請人:浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院
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