[發明專利]建構個人化神經刺激模型的系統及方法

有效

• 申請號: 201110212958.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102467615A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 蔡德明;李宜軒
• 申請（專利權）人: 財團法人交大思源基金會
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術領域

本發明有關一種建構神經刺激模型的系統及方法，尤指建構個人化神經刺激系統模型的系統及方法。

背景技術

現代醫學科技發達，神經刺激系統(neural?stimulator?systems)已被廣泛應用，如人工電子耳(cochlear?implant，CI)、腦電深層刺激(deep?brain?stimulation，DBS)、脊髓電刺激(spinal?cord?stimulation，SCS)、迷走神經刺激(vagus?nerve?stimulation，VNS)、人工視網膜(retinal?prosthesis)或心臟節率器(heart?pace?maker)等。這些系統主要原理為通過植入的微電極發出微量電流，達到刺激神經或改變細胞放電模式的目的。然而神經刺激系統植入后的效能難以預測，不同植入者之間也有個別差異，加上植入者人數不多，臨床實驗也有一定危險性，使得神經刺激系統的研發工作有諸多困難。因此，若能建構出模擬個人身體的生理信號反應的神經刺激模型，則進行神經刺激系統的模擬、研究與分析將會更為簡易。

如圖1所示，為現有建構神經刺激模型的流程圖。由于這些神經刺激系統已經有植入式電極可以協助測量生理信號，用作建構出模型以模擬其神經刺激系統的反應。在步驟S11中，以有限元素法或其它數值方法方法建構神經刺激系統的一般模型。在步驟S12中，設定此神經刺激系統一般模型的模型參數默認值。在步驟S13中，利用已設定模型參數默認值的神經刺激模型，模擬個體的神經刺激反應。

請參閱圖2，為人體耳朵的結構圖。一般而言，人體耳朵2具有負責收集聲音的耳廓，可將聲音傳到外耳道21，外耳道21是一個共振結構，會讓聲音在里面共振，然后傳到充滿空氣的中耳耳膜22。中耳耳膜22上面接聽小骨，把信號擴大之后，傳送到內耳23的卵圓窗。內耳23充滿液體，而卵圓窗的振動會促使液體流動，進而刺激聽毛細胞24使他們彎曲進而發出電流神經信號。接著，兩耳神經信號經由聽覺神經25整合后往大腦的聽覺中樞傳送，因此轉化為聽覺。前述說明為人耳將聲音轉化為聽覺的流程。然而，若聽覺神經25或聽毛細胞24受損時，則需要使用人工電子耳系統。一般而言，人工電子耳系統將聲音轉換為聽覺的步驟與方法為：聲音經過麥克風，語言處理器，傳送器，然后進入耳內。此轉換過程，在內耳的耳蝸部分是以電流形式產生。而人工電子耳系統的原理為在耳蝸里植入電極，以微量電流取代聽毛細胞，刺激殘存聽神經，以達到聲音傳遞目的。因此，根據上述原理，為能達到模擬與分析的目的，可建構出如圖1、2所述的神經刺激模型，以模擬人工電子耳系統的神經刺激反應。

然而，此神經刺激系統為一般通用的模型，并無法精密準確的反應不同人類個體的神經刺激反應。由于每個人的量測電生理信號并不完全相同，因此造成套用一般神經刺激模型時無法區別不同個體的神經刺激反應信號的差異性。

因此，如何克服現有技術中上述的問題而建構出個人化的神經刺激模型，已成為目前亟待解決的問題。

發明內容

鑒于上述現有技術的缺點，本發明的主要目的，在于提供一種建構個人化神經刺激模型的方法，該方法包含以下步驟：1)量測個人的電生理信號，且建立具有預設的模型參數的個人化神經刺激模型，其中，該個人化神經刺激模型依據該模型參數產生人體生理參數；以及2)分析該模型所產生的人體生理參數并根據參數優化算法調整該模型的模型參數，從而使該個人化神經刺激模型所輸出的人體生理參數匹配于所量測的該電生理信號。

另外，本發明更提供一種建構個人化神經刺激模型的系統，包括：信號量測模塊，用以量測個人的電生理信號；模型產生器，用以產生具有預設的模型參數的個人化神經刺激模型，使該個人化神經刺激模型依據該模型參數產生人體生理參數；分析模塊，用以分析并比較該個人化神經刺激模型所輸出的人體生理參數及該信號量測模塊所量測的該電生理信號；以及優化模塊，利用參數優化算法調整該模型參數，從而使該個人化神經刺激模型依據調整后的模型參數所輸出的人體生理參數匹配于所量測的該電生理信號。

由上述可知，本發明的建構個人化神經刺激模型的系統及方法，可根據不同的個體建構適用于個人的神經刺激模型，以改善現有技術中僅能以一般模型模擬個人神經刺激系統的方法，進而使個人化神經刺激系統的研究與分析將會更為簡易與準確。

附圖說明

圖1為現有建構神經刺激模型的流程圖；

圖2為人體耳朵結構圖；

圖3為本發明建構個人化神經刺激模型的方法流程圖；

圖4為人工電子耳的電極陣列的等效電路示意圖；