脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法及设备技术

本发明专利技术提供一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法及设备，所述方法包括：S1：分别在脑深部神经刺激器工作于不同刺激参数、患者进行相同步态任务过程中，通过fNIRS设备对大脑皮层血红蛋白浓度进行采集，所述刺激参数包括刺激频率；S2：对采集到的原始血红蛋白浓度数据进行过滤和处理，得到目标氧合血红蛋白数据；S3：利用所述目标氧合血红蛋白数据计算大脑皮层功能连通性数据；S4：根据所述大脑皮层功能连通性数据，确定适合患者的刺激参数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法及设备


[0001]本专利技术涉及神经刺激术疗效评估领域，具体为脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法及设备。

技术介绍

[0002]步态障碍是帕金森病(PD)运动功能缺损的常见表现，更是导致帕金森病患者跌倒以及致残的重要原因。脑深部电刺激术(DBS)是帕金森病的主要方法之一，对步态障碍有着明确的治疗效果，具有微创、可逆、可控等优势，对PD的治疗发挥着重要作用，术后程控是DBS治疗PD的重要组成部分，标准化的程控可以为患者确定最佳的刺激参数，减轻主要症状，提高生活质量，功能近红外光谱分析技术(functional near
‑
infrared spectroscopy,fNIRS)是一种非侵入性的技术，它可以测量人体在自然环境中执行运动任务时大脑皮层的含氧和脱氧血红蛋白水平的变化，来评估脑血流和氧合，从而反应大脑的激活程度，已经在很多疾病研究中得到了广泛应用。
[0003]目前手术后步态障碍的程控主要依靠医生的经验和患者的主观感受，缺乏客观、定量的指标，而由于步态障碍机制的复杂性，影响因素多，程控困难大，程控效果差异大。这些问题迫使我们设法提高程控的效率和准确性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，包括：
[0005]S1：分别在脑深部神经刺激器工作于不同刺激参数、患者进行相同步态任务过程中，通过fNIRS设备对大脑皮层血红蛋白浓度进行采集；
[0006]S2：对采集到的原始血红蛋白浓度数据进行过滤和处理，得到目标氧合血红蛋白数据；
[0007]S3：利用所述目标氧合血红蛋白数据计算大脑皮层功能连通性数据；
[0008]S4：根据所述大脑皮层功能连通性数据，确定适合患者的刺激参数。
[0009]优选的，步态任务包括：
[0010]a、静止站立30秒；
[0011]b、在长度10米的直线距离内往返行走30秒；
[0012]c、静止站立30秒。
[0013]优选的，fNIRS设备的近红外光波长为760nm和850nm，采样频率为10Hz，包含18个发射端和16个接收端，分布于额叶、顶叶和枕叶三个主要脑区。
[0014]优选的，步骤S2具体包括：
[0015]根据各个通道的信号质量删除质量较差通道的信号；
[0016]将保留的信号转换为光密度信号，并根据阈值法去除其中的伪迹；
[0017]通过0.01
‑
0.2Hz的带通滤波方式去除光密度信号中的生理噪声和基线漂移；
[0018]基于修正的Beer
‑
Lambert定律将光密度信号转化为氧合血红蛋白浓度值；
[0019]最后截取所述在长度10米的直线距离内往返行走30秒过程对应的氧合血红蛋白数据。
[0020]优选的，步骤S3具体包括：
[0021]基于所述目标氧合血红蛋白浓度数据，计算两两通道间的皮尔逊相关系数；
[0022]采用费希尔z变换减小所述系数的皮尔逊相关系数的偏度，得到变换后的皮尔逊相关系数；
[0023]利用所有两两通道间的所述相关系数构建功能连通矩阵，表示大脑的功能连通网络：
[0024]针对功能连通矩阵计算全局效率指标作为大脑皮层功能连通性数据。
[0025]优选的，按照如下方式计算皮尔逊相关系数：
[0026][0027]其中，cov(
·
)表示两通道信号的协方差，和分别表示通道T
x
和T
y
信号的标准差，和分别表示信号的均值。
[0028]优选的，利用如下方式计算变换后的皮尔逊相关系数
[0029][0030]其中，artanh(
·
)表示反双曲正切函数。
[0031]优选的，采用如下方式计算全局效率指标：
[0032][0033]其中表示两通道间的最短路径，N表示通道集合。
[0034]优选的，步骤S4具体包括：
[0035]在所述不同刺激参数对应的全局效率指标中确定最高值；
[0036]结合统一帕金森氏病评分量表数据判断所述最高值对应的刺激参数是否适合患者。
[0037]优选的，刺激参数包括刺激频率。
[0038]相应地，本专利技术还提供一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估设备，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法。
[0039]本专利技术使用体积小、便于携带和安装的可穿戴fNIRS测量设备采集脑皮层血红蛋白浓度信息，并通过数据的预处理、特征提取、分析大脑功能连通性，给出患者在不同刺激参数作用下的大脑皮层功能连通性特征对比，为医生程控策略的制定提高参考，辅助医生对步态障碍的程控效果进行判断。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例中采集大脑皮层血红蛋白浓度的任务示意图；
[0041]图2为本专利技术实施例中采集脑部近红外信号的通道排布示意图；
[0042]图3为本专利技术实施例中实际量化指标的结果展示图；
[0043]图4为本专利技术实施例中实际量化评估的用户界面示意图。
具体实施方式
[0044]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0045]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0046]本专利技术实施例提供了一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法该方法可以由计算机、服务器等通用电子设备执行，包括如下步骤：
[0047]S1，分别在脑深部神经刺激器工作于不同刺激参数、患者进行相同步态任务过程中，通过fNIRS设备对大脑皮层血红蛋白浓度进行采集，刺激参数包括刺激频率。在此基础上也可包括其他可调参数，例如刺激幅度、脉冲宽度等等。脑深部神经刺激器的刺激电极植入在患者脑深部，向靶点处的按照上述刺激参数对神经组织输出电刺激信号。
[0048]结合图1所示，在此步骤中用户(医生)可以设置多种参数或者参数组合，并让患者多次执行相同的步态任务，进而采集相应的数据。作为举例，步态任务包括：a、静止站立30秒；b、在长度10米的直线距离内往返行走30秒；c、静止站立30秒。患者连续执行上述三种动作即完成一次步态任务。患者多次执行此步态任务时，刺激参数的值不相同，执行一次步态任务的过程中刺激参数不变，在执行步态任务的过程中fNIRS设备持续采集脑皮层血红蛋白浓度。由此可以多次采集到与刺激参数相应的脑皮层血红蛋白浓度数据。
[0049]S2，对采集到的原始血红蛋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，其特征在于，包括：S1：分别在脑深部神经刺激器工作于不同刺激参数、患者进行相同步态任务过程中，通过fNIRS设备对大脑皮层血红蛋白浓度进行采集，所述刺激参数包括刺激频率；S2：对采集到的原始血红蛋白浓度数据进行过滤和处理，得到目标氧合血红蛋白数据；S3：利用所述目标氧合血红蛋白数据计算大脑皮层功能连通性数据；S4：根据所述大脑皮层功能连通性数据，确定适合患者的刺激参数。2.根据权利要求1所述的一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，其特征在于：所述步态任务包括：a、静止站立30秒；b、在长度10米的直线距离内往返行走30秒；c、静止站立30秒。3.根据权利要求1所述的一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，其特征在于：所述fNIRS设备的近红外光波长为760nm和850nm，采样频率为10Hz，包含18个发射端和16个接收端，分布于额叶、顶叶和枕叶三个主要脑区。4.根据权利要求2所述的一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，其特征在于：步骤S2具体包括：根据各个通道的信号质量删除质量较差通道的信号；将保留的信号转换为光密度信号，并根据阈值法去除其中的伪迹；通过0.01
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0.2Hz的带通滤波方式去除光密度信号中的生理噪声和基线漂移；基于修正的Beer
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Lambert定律将光密度信号转化为氧合血红蛋白浓度值；最后截取所述在长度10米的直线距离内往返行走30秒过程对应的氧合血红蛋白数据。5.根据权利要求1所述的一种脑深部电刺激参数对步态障碍影响的评估方法，其特征在于：步骤S3具体包括：基于所述目标氧合血红蛋白浓度数据，计算两两通道间...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁思泉，于宁波，于洋，韩建达，李海涛，吴静超，舒智林，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：