一种脑内部刺激与检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种脑内部刺激与检测系统及方法，属于脑电数据处理技术领域，解决了现有技术中采集的脑电信号准确性差、实时性差的问题。该系统包括处理器以及电极；电极，用于采集目标脑部位置的脑电信号，并传输至处理器；处理器，用于基于脑电信号获取其中的β频带信号，并对β频带信号依次进行希尔伯特变换、滑窗积分获得脑部观测特征值，以及基于脑部观测特征值判断脑部状态是否正常；若断定脑部状态不正常，处理器，还用于控制电极产生相应的刺激信号作用于目标脑部位置。该系统能够准确采集脑电信号，并基于信号频域特征进行判别，准确度高，且数据处理速度快，实时性优异。实时性优异。实时性优异。

【技术实现步骤摘要】
一种脑内部刺激与检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及脑电数据处理
，尤其涉及一种脑内部刺激与检测系统及方法。

技术介绍

[0002]帕金森病是一种常见的神经退行性疾病，根据世界卫生组织调查，全世界约有400万名帕金森病患者，其中中国患者人数超过200万。帕金森病的特征是病理性运动症状，包括震颤、僵硬、运动迟缓和姿势不稳定。其中，帕金森病的部分病理症状是由大脑丘脑区的功能障碍而产生的。随着传感器技术的发展，医疗仪器性能逐步智能化，应用于神经疾病的临床手术与治疗中。深度脑刺激技术是通过外科手术将电极植入患者脑内，通过采集颅内脑电数据进行病症的预测和异常信号的识别，并向大脑深部结构释放相应的电脉冲序列以达到治疗目的的技术。
[0003]局部场电位技术是一种可靠的脑电信号检测方法，用于显示向皮质输入的整合模拟形态突触信号。震荡按主要频段的范围分类：δ
‑
(1
‑
4Hz)、θ
‑
(4
‑
10Hz)、α
‑
(10
‑
14Hz)、β
‑
(14
‑
36Hz)和γ
‑
(36
‑
100Hz)等。不同频段在大脑记忆和同步神经活动等功能中发挥不同的作用。不同频段的局部场电位间也存在着耦合作用，这影响着帕金森病患者的病理状态。随着局部场电位数据的积累，许多用于闭环神经调控的生物标记物被提出。近期研究表明，基底核的β震荡与帕金森病症状严重程度紧密相关。当多巴胺耗竭时，能量增加；而患者进行运动或是使用深度脑刺激时，能量降低。深度脑刺激技术已被证明是治疗帕金森病等运动障碍疾病的有效方法，针对丘脑底核及苍白球内侧部的深部脑刺激是改善晚期帕金森患者功能表现的有效干预措施。刺激设备通过植入的电极调节某些细胞核的活动，从而破坏皮质基底内的对应波段的病理振荡神经节环。
[0004]现有技术中，一方面，通常采用一个电极进行脑电信号的采集，并采用另一个电极产生相应的刺激信号作用于目标脑部位置；此外，现有技术中，只基于采集的脑电信号的时域特征判别脑部状态是否正常；另一方面，通常采用脑电信号β频带的能量谱进行分析判断脑部状态。
[0005]现有技术中，至少存在以下缺陷，一是，刺激电极在靶点，信号采集电极在皮层下，两个电极无法同时位于靶点，导致信号采集电极采集到的信号存在较大的噪声和误差，且即使两个电极同时位于靶点，一个电极产生的刺激信号会很大程度干扰另一个电极采集的脑电信号，难以保证采集的脑电信号的准确性；二是，只基于采集的脑电信号的时域特征判别脑部状态是否正常，忽略了脑电信号中的频域特征，降低了脑部状态判别的准确性；三是，采用脑电信号β频带的能量谱进行分析，虽然能够准确判断脑部状态，但是实际应用中无法满足时效性的要求。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种脑内部刺激与检测系统及方法，用
以解决现有技术中采集的脑电信号准确性差、实时性差，从而导致脑内部检测结果不准确的问题。
[0007]一方面，本专利技术提供了一种脑内部刺激与检测系统，包括处理器以及电极；
[0008]所述电极，用于采集目标脑部位置的脑电信号，并传输至所述处理器；
[0009]所述处理器，用于基于所述脑电信号获取其中的β频带信号，并对所述β频带信号依次进行希尔伯特变换、滑窗积分获得脑部观测特征值，以及基于所述脑部观测特征值判断脑部状态是否正常；
[0010]若断定所述脑部状态不正常，所述处理器，还用于控制所述电极产生相应的刺激信号作用于目标脑部位置。
[0011]进一步的，所述处理器通过导线与电极连接，所述处理器端设置有模拟开关，用于通过选择所述处理器的输出模式控制所述电极的工作模式；
[0012]所述模拟开关切换为开时，所述处理器的输出模式为模数转换模式，所述电极的工作模式为读取模式；所述模拟开关切换为关时，所述处理器的输出模式为数模转换模式，所述电极的工作模式为刺激模式。
[0013]进一步的，所述处理器具体通过下述方式基于所述脑电信号获取其中的β频带信号：
[0014]周期性采样脑电信号获得第一时域局部场电位序列；
[0015]以预设时间间隔利用时间抽取法对所述第一时域局部场电位序列进行快速傅里叶变换获得频域局部场电位序列；
[0016]对所述频域局部场电位序列进行滤波处理获得β频域局部场电位序列，即所述β频带信号。
[0017]进一步的，基于所述脑电信号获取其中的β频带信号，并对所述β频带信号依次进行希尔伯特变换、滑窗积分获得脑部观测特征值的步骤包括：
[0018]对所述β频域局部场电位序列进行快速傅里叶逆变换获得第二时域局部场电位序列；
[0019]对所述第二时域局部场电位序列进行希尔伯特变换获得移相90
°
后的第三时域局部场电位序列；
[0020]基于所述所述第二时域局部场电位序列和第三时域局部场电位序列构造解析信号，并对所述解析信号取模；
[0021]采用预设尺寸的滑窗以预设步长对解析信号的模值进行滑窗内积分获得脑部观测值序列；所述滑窗的宽度与所述预设步长大小相同；
[0022]对所述脑部观测值序列进行指数衰减加权平均获得脑部观测特征值。
[0023]进一步的，所述利用时间抽取法对所述第一时域局部场电位序列进行快速傅里叶变换获得频域局部场电位序列包括：
[0024]利用快速傅里叶变换通过下述公式利用所述第一时域局部场电位序列对频域局部场电位序列进行表示：
[0025][0026]其中，k表示频域分量，Dt(t)表示第一时域局部场电位序列中序号为t的局部场电
位值，表示频域局部场电位序列，N表示第一时域局部场电位序列中局部场电位值的数量；
[0027]利用时间抽取法通过下述公式求解所述频域局部场电位序列：
[0028][0029]其中，Dt*(ω)
2l
表示频域局部场电位序列中序号为2l的局部场电位值，Dt*(ω)
2l+1
表示频域局部场电位序列中序号为2l+1的局部场电位值。
[0030]进一步的，通过下述公式对所述β频域局部场电位序列进行快速傅里叶逆变换获得第二时域局部场电位序列：
[0031][0032]其中，k表示频域分量，Dt(t)'表示第二时域局部场电位序列，表示频域局部场电位序列，N表示第一时域局部场电位序列中局部场电位值的数量；
[0033]对所述第二时域局部场电位序列进行希尔伯特变换获得移相90
°
后的第三时域局部场电位序列为：
[0034][0035]其中，表示第三时域局部场电位序列，Dt(τ)'表示第二时域局部场电位序列中序号为τ的局部场电位值。
[0036]进一步的，基于所述第二时域局部场电位序列和第三时域局部场电位序列构造解析信号为：
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑内部刺激与检测系统，其特征在于，包括处理器以及电极；所述电极，用于采集目标脑部位置的脑电信号，并传输至所述处理器；所述处理器，用于基于所述脑电信号获取其中的β频带信号，并对所述β频带信号依次进行希尔伯特变换、滑窗积分获得脑部观测特征值，以及基于所述脑部观测特征值判断脑部状态是否正常；若断定所述脑部状态不正常，所述处理器，还用于控制所述电极产生相应的刺激信号作用于目标脑部位置。2.根据权利要求1所述的脑内部刺激与检测系统，其特征在于，所述处理器通过导线与电极连接，所述处理器端设置有模拟开关，用于通过选择所述处理器的输出模式控制所述电极的工作模式；所述模拟开关切换为开时，所述处理器的输出模式为模数转换模式，所述电极的工作模式为读取模式；所述模拟开关切换为关时，所述处理器的输出模式为数模转换模式，所述电极的工作模式为刺激模式。3.根据权利要求1或2所述的脑内部刺激与检测系统，其特征在于，所述处理器具体通过下述方式基于所述脑电信号获取其中的β频带信号：周期性采样脑电信号获得第一时域局部场电位序列；以预设时间间隔利用时间抽取法对所述第一时域局部场电位序列进行快速傅里叶变换获得频域局部场电位序列；对所述频域局部场电位序列进行滤波处理获得β频域局部场电位序列，即所述β频带信号。4.根据权利要求3所述的脑内部刺激与检测系统，其特征在于，基于所述脑电信号获取其中的β频带信号，并对所述β频带信号依次进行希尔伯特变换、滑窗积分获得脑部观测特征值的步骤包括：对所述β频域局部场电位序列进行快速傅里叶逆变换获得第二时域局部场电位序列；对所述第二时域局部场电位序列进行希尔伯特变换获得移相90
°
后的第三时域局部场电位序列；基于所述第二时域局部场电位序列和第三时域局部场电位序列构造解析信号，并对所述解析信号取模；采用预设尺寸的滑窗以预设步长对解析信号的模值进行滑窗内积分获得脑部观测值序列；所述滑窗的宽度与所述预设步长大小相同；对所述脑部观测值序列进行指数衰减加权平均获得脑部观测特征值。5.根据权利要求3所述的脑内部刺激与检测系统，其特征在于，所述利用时间抽取法对所述第一时域局部场电位序列进行快速傅里叶变换获得频域局部场电位序列包括：利用快速傅里叶变换通过下述公式利用所述第一时域局部场电位序列对频域局部场电位序列进行表示：其中，k表示频域分量，Dt(t)表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈逸伦，曲啸，曹鹏，陈新蕾，
申请(专利权)人：杭州诺为医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：