本發(fā)明涉及經(jīng)顱交流電刺激，尤其涉及一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、腦電信號并非單一頻率，而是由多頻率振蕩成分復(fù)合而成。神經(jīng)元產(chǎn)生多種頻率的神經(jīng)振蕩，其相位、幅值與頻率間相互作用，反演了認(rèn)知功能與疾病病理機(jī)制。神經(jīng)電節(jié)律的跨頻率耦合稱作交叉頻率耦合(cross-frequency?coupling，cfc)。cfc具有多種形式，其中低頻相位與高頻幅值之間的耦合為幅值相位-幅值耦合(phase?amplitude?coupling，pac)，pac中以theta相位和gamma幅值之間的耦合較為常見。theta-gamma模式的pac是內(nèi)側(cè)皮質(zhì)區(qū)與其他腦區(qū)之間功能腦網(wǎng)絡(luò)通信的重要指標(biāo)，在不同工作任務(wù)時大腦皮層信息傳遞整合機(jī)制中有著很重要的作用。theta-gamma模式的pac指標(biāo)與工作記憶、學(xué)習(xí)和抗疲勞等認(rèn)知功能高度相關(guān)。

2、經(jīng)顱電刺激是一種神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，它通過頭皮電極向人腦施加低壓恒定或交變電流，根據(jù)不同的電流形式可以分為：經(jīng)顱直流電刺激(transcranial?direct?currentstimulation,tdcs)和經(jīng)顱交流電刺激(transcranial?alternating?currentstimulation,tacs)。經(jīng)顱交流刺激通過頭皮電極向人腦施加正弦波交變電流，通過調(diào)節(jié)特定頻率的腦振蕩來影響大腦功能和認(rèn)知過程，通常使用兩個電極，一個作為正極，一個作為負(fù)極，電流在兩個電極之間交替流動。傳統(tǒng)的tacs的工作原理是通過與內(nèi)源性的神經(jīng)振蕩相互作用，使其與外界施加的交變電流同步或解耦，通過調(diào)節(jié)腦節(jié)律的方式改善相關(guān)的認(rèn)知功能。但是，傳統(tǒng)的經(jīng)顱交流電刺激只能調(diào)控單一頻率的神經(jīng)節(jié)律，不能調(diào)控神經(jīng)節(jié)律的pac效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為至少一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，本發(fā)明的目的在于提供一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，包括：

4、交流電刺激電流源，用于產(chǎn)生固定頻率的電流信號；

5、刺激采集一體化電極，與所述交流電刺激電流源連接，用于佩戴在頭部，對目標(biāo)頭皮區(qū)域進(jìn)行電刺激，以及采集目標(biāo)頭皮區(qū)域的電信號；

6、腦電采集前端，與所述刺激采集一體化電極連接，用于根據(jù)采集的電信號獲取腦電數(shù)據(jù)；

7、dsp處理器，與腦電采集前端連接，用于根據(jù)腦電數(shù)據(jù)執(zhí)行控制算法，并調(diào)整交流電刺激電流源的參數(shù)，以控制刺激采集一體化電極對大腦進(jìn)行閉環(huán)調(diào)控；

8、其中，控制算法包括θ節(jié)律帶通濾波、計(jì)算θ節(jié)律相位和調(diào)整γ節(jié)律幅值三部分。

9、進(jìn)一步地，使用實(shí)時記錄的θ節(jié)律腦電相位信號作為反饋量，控制經(jīng)顱交流電刺激的幅值強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)pac刺激。

10、進(jìn)一步地，所述根據(jù)腦電數(shù)據(jù)執(zhí)行控制算法，包括：

11、對當(dāng)前時刻之前預(yù)設(shè)時長的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行θ節(jié)律的零相移帶通濾波，獲得干凈的θ節(jié)律腦電信號；

12、采用希爾伯特變換算法計(jì)算θ節(jié)律腦電信號最后一個時刻點(diǎn)的相位信息；

13、根據(jù)計(jì)算獲得的相位信息調(diào)節(jié)調(diào)整γ節(jié)律的幅值參數(shù)。

14、進(jìn)一步地，γ節(jié)律正弦波電流源的幅值和θ節(jié)律腦電信號的相位的對應(yīng)關(guān)系遵循以下關(guān)系：

15、γ節(jié)律幅值＝k·(cos(θ節(jié)律相位+α)+b)

16、式中，k表示幅值常數(shù)，α表示相移常數(shù)，b表示基線常數(shù)。

17、進(jìn)一步地，采用帶寬為4-7hz的濾波器進(jìn)行θ節(jié)律的零相移帶通濾波。

18、進(jìn)一步地，所述dsp處理器每間隔預(yù)設(shè)時間執(zhí)行一次控制算法。

19、進(jìn)一步地，所述交流電刺激電流源產(chǎn)生的電流信號的頻率為66.5hz。

20、進(jìn)一步地，所述刺激采集一體化電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為紐扣狀，其中紐扣前端用于安裝可拆卸的電極，該可拆卸的電極包括凝膠電極、ag/agcl電極或者海綿電極。

21、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于實(shí)時腦電反饋技術(shù)，構(gòu)建了一套閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了皮層的相位-耦合調(diào)控，拓寬了經(jīng)顱交流電刺激技術(shù)的在認(rèn)知能力調(diào)控方面的應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，使用實(shí)時記錄的θ節(jié)律腦電相位信號作為反饋量，控制經(jīng)顱交流電刺激的幅值強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)pac刺激。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)腦電數(shù)據(jù)執(zhí)行控制算法，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，γ節(jié)律正弦波電流源的幅值和θ節(jié)律腦電信號的相位的對應(yīng)關(guān)系遵循以下關(guān)系：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，采用帶寬為4-7hz的濾波器進(jìn)行θ節(jié)律的零相移帶通濾波。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述dsp處理器每間隔預(yù)設(shè)時間執(zhí)行一次控制算法。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述交流電刺激電流源產(chǎn)生的電流信號的頻率為66.5hz。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相位-幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述刺激采集一體化電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為紐扣狀，其中紐扣前端用于安裝可拆卸的電極，該可拆卸的電極包括凝膠電極、ag/agcl電極或者海綿電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于相位?幅度耦合刺激的閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激系統(tǒng)，包括：交流電刺激電流源，用于產(chǎn)生固定頻率的電流信號；刺激采集一體化電極，與所述交流電刺激電流源連接，用于佩戴在頭部，對目標(biāo)頭皮區(qū)域進(jìn)行電刺激，以及采集目標(biāo)頭皮區(qū)域的電信號；腦電采集前端，與所述刺激采集一體化電極連接，用于根據(jù)采集的電信號獲取腦電數(shù)據(jù)；DSP處理器，與腦電采集前端連接，用于根據(jù)腦電數(shù)據(jù)執(zhí)行控制算法，并調(diào)整交流電刺激電流源的參數(shù)，以控制刺激采集一體化電極對大腦進(jìn)行閉環(huán)調(diào)控。本發(fā)明基于實(shí)時腦電反饋技術(shù)，構(gòu)建了一套閉環(huán)經(jīng)顱交流電刺激技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了皮層的相位?耦合調(diào)控，拓寬了經(jīng)顱交流電刺激技術(shù)的在認(rèn)知能力調(diào)控方面的應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：李小俚,丁兆環(huán),關(guān)龍舟,陳賀,顧恒,鄧信平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23