[發(fā)明專利]應(yīng)用皮層腦電信號(hào)對(duì)大腦皮層手部功能區(qū)定位的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710035914.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106725463B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張韶岷;王曉田;鄭宇新;朱君明;陳杭;鄭筱祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/0476
• 分類號(hào): A61B5/0476;A61B5/11;A61B5/00;G06F3/01;G06F17/14;G06K9/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 趙杭麗

本發(fā)明提供一種大腦皮層手部功能區(qū)定位方法和系統(tǒng)，系統(tǒng)包括提示顯示器、ECoG電極、分線器、信號(hào)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套以及分析和控制子系統(tǒng)，根據(jù)顯示器提示執(zhí)行手部運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，系統(tǒng)采集原始皮層腦電信號(hào)和手部運(yùn)動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行處理。系統(tǒng)根據(jù)原始手部運(yùn)動(dòng)信號(hào)獲取運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻和手部運(yùn)動(dòng)類型，根據(jù)手部運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻截取對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的皮層腦電信號(hào)，然后對(duì)皮層腦電信號(hào)預(yù)處理后計(jì)算其功率譜，利用手部運(yùn)動(dòng)類型和截取功率譜對(duì)手部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類解碼，根據(jù)分類解碼結(jié)果做不同通道間顯著性分析，通過顯著性分析結(jié)果定位手部運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的大腦皮層區(qū)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，方法操作簡(jiǎn)單，無需對(duì)大腦進(jìn)行額外的電刺激，為指定癲癇灶切除手術(shù)規(guī)劃提供幫助。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用皮層腦電(electrocorticography，ECoG)電極記錄的腦電信號(hào)對(duì)大腦皮層手部功能區(qū)進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在治療傳統(tǒng)難治性癲癇的開顱手術(shù)中，準(zhǔn)確把握大腦皮層上癲癇灶位置并進(jìn)行切除是神經(jīng)外科醫(yī)師面臨的難題之一，由于大腦皮層上不同區(qū)域?qū)?yīng)著人體的不同功能，切除不當(dāng)可能會(huì)造成患者永久性神經(jīng)功能的障礙，因此對(duì)大腦的功能區(qū)進(jìn)行定位是至關(guān)重要的。

大腦運(yùn)動(dòng)感覺功能區(qū)即軀體運(yùn)動(dòng)中樞和軀體感覺中樞，分別位于大腦的中央前回和中央后回，手作為人體中最精細(xì)的器官，與其相關(guān)的運(yùn)動(dòng)區(qū)、感覺區(qū)在大腦皮層的投射范圍廣泛，在大腦運(yùn)動(dòng)感覺功能區(qū)中占有很重要的位置；而且，在日常生活中，手不僅可以抓握物體、完成精細(xì)的工作，還可以感知外界或物體的溫度、硬度等屬性，是人認(rèn)知整個(gè)世界必須的身體器官之一。因此，在癲癇灶等的切除手術(shù)中如果發(fā)生對(duì)與手部功能區(qū)的破壞，會(huì)引起人體手部運(yùn)動(dòng)障礙或感覺缺失，

現(xiàn)有技術(shù)中的大腦皮層手部功能區(qū)定位方法主要有以下幾種：

(1)皮層電刺激(electrocortical simulation,ECS)

此方法是通過向大腦皮層輸入特定的信息來激活皮層，同時(shí)觀察手出現(xiàn)怎樣的反應(yīng)，執(zhí)行怎樣的動(dòng)作，從而得出此處激活區(qū)域與手部的特定功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用雙相方波恒壓刺激對(duì)顱內(nèi)電極相鄰兩點(diǎn)實(shí)施橫向及縱向刺激，刺激的范圍為傳統(tǒng)解剖學(xué)上功能定位的區(qū)域，通過刺激過程中病人的手部表現(xiàn)和感覺描述，可繪制出病灶與皮層功能關(guān)系圖。這種方法能夠精確定位大腦皮層手部功能區(qū)，是臨床上確定大腦皮層功能區(qū)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

這個(gè)方法存在著一定的缺陷：(1)檢查的時(shí)間較長(zhǎng)，病人和醫(yī)生均容易出現(xiàn)疲勞和煩躁情緒；(2)刺激強(qiáng)度不易控制，容易導(dǎo)致在顱內(nèi)擴(kuò)散影響其他區(qū)域的激活，出現(xiàn)假陽性反應(yīng)且重復(fù)性較差；(3)對(duì)于致癇灶切除術(shù)前皮層刺激，可能會(huì)誘導(dǎo)病人癲癇發(fā)作。

(2)功能核磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)

此方法是通過一定的任務(wù)觀察大腦皮層的輸出狀態(tài)，即大腦皮層那些區(qū)域被激活，從而得出此處激活區(qū)域與手部的特定功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。定位時(shí)，先進(jìn)行一些手部運(yùn)動(dòng)的任務(wù)，借助血氧依賴水平(BOLD)技術(shù)對(duì)血液中的氧氣濃度進(jìn)行掃描，當(dāng)大腦皮層某個(gè)區(qū)域的氧氣濃度發(fā)生變化時(shí)，則認(rèn)為此區(qū)域在執(zhí)行這個(gè)任務(wù)的時(shí)候被激活，所以根據(jù)氧氣濃度的變化位置，與CT、fMRI影像和導(dǎo)航序列MRI圖像融合后，可以確定手部功能區(qū)的位置。

此方法存在著一定的缺陷為：一，設(shè)備昂貴，檢查費(fèi)用高；二，時(shí)間分辨率比較低，無法記錄到連續(xù)的腦區(qū)激活信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用皮層腦電信號(hào)對(duì)大腦皮層手部功能區(qū)定位的方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明應(yīng)用皮層腦電信號(hào)對(duì)大腦皮層手部功能區(qū)定位的方法，主要包括如下步驟：

(1)分別獲取原始皮層腦電信號(hào)和手部運(yùn)動(dòng)信號(hào)；

(2)對(duì)數(shù)據(jù)手套獲得的手部運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取手部運(yùn)動(dòng)的起始時(shí)刻和手部運(yùn)動(dòng)類型；