[發明專利]基于功能性近紅外導向的經顱磁刺激系統及方法

有效

• 申請號: 202011173615.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112274779B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 李增勇;謝暉;張騰宇;張靜莎;徐功鋮;霍聰聰;劉穎
• 申請（專利權）人: 國家康復輔具研究中心
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;A61N2/04
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

本發明涉及一種基于功能性近紅外導向的經顱磁刺激系統及方法，可通過近紅外參數實時在線調整刺激參數、反饋刺激效果，對提升經顱磁刺激的有效性及制定病患個性化的刺激方案具有重大作用。該系統包括：功能性近紅外?經顱磁刺激耦合模塊，用于同步采集經顱磁刺激對受試者腦區產生激活或抑制的前、中、后期的實時腦血氧信號；近紅外檢測模塊，用于根據所采集的腦血氧信號判定和校準靶點位置，檢測磁刺激對靶向腦區的激活或抑制程度，并且實時在線調整磁刺激參數；腦功能分析模塊，用于通過分析所采集的腦血氧信號，檢測多頻段下的經顱磁刺激對腦功能的影響及變化，評價并反饋磁刺激效果。

技術領域

本發明涉及導向性的磁刺激系統和方法，特別是涉及通過功能性近紅外光譜對經顱磁刺激效果進行實時導向的系統及方法。

背景技術

功能性近紅外光譜(fNIRS)技術是一項成熟的無損檢測技術，可對組織血氧進行非侵入的檢測，是從大腦皮層獲取腦氧信號的一種常用的、有效的方法；近紅外光譜設備經光源不斷發出700-900nm的近紅外光線進入人體組織，并通過探測器檢測被氧合血紅蛋白(HbO₂)和還原血紅蛋白(HHb)吸收的近紅外光譜，以此持續監測大腦活動。通過分析腦組織血氧濃度的改變情況，可得到具有多種不同生理來源的腦神經活動變化。此外，fNIRS還具有非侵入性、不受電磁干擾、適中的時空分辨率等優勢，因此在監測或評價經顱刺激對腦功能影響狀況中具有獨特的優勢。

經顱磁刺激(TMS)是利用時變磁場作用于大腦皮層產生感應電流改變皮層神經細胞的動作電位，從而影響腦內代謝和神經電活動的生物刺激技術。人體各種組織的電導率差別較大，肌肉、骨骼的電導率很小，幾乎不產生電流；而神經組織的導電率很大，因此在進行磁刺激時神經組織中電流密度很大。靜態細胞的跨膜電位差是-70mV，當TMS產生的感應電流超過神經組織興奮閾值時，則會引起神經細胞去極化并產生誘發電位，從而產生生理效應。其最終效應既可以引起暫時的大腦功能興奮或抑制，也可引起長時程的皮質可塑性調節。

TMS系統按刺激脈沖的不同，可分為單脈沖TMS(sTMS)、雙脈沖TMS(pTMS)以及重復性TMS(rTMS)3種刺激模式。sTMS每個刺激周期只能發出一個刺激脈沖，常用于神經通路的診斷；pTMS每個刺激周期能連續發出兩個脈沖，適合于皮層興奮性的研究；而rTMS可以在每個刺激周期內發出連續脈沖，現多應用于腦神經損傷或精神疾病方面的康復，由于其同時兼備安全、無創、無副作用等優點，受到了人們越來越多的重視。目前，針對rTMS已開展了對中樞神經傳導、疲勞恢復、神經疾病及腦功能等各個方面的研究，并獲得了較好結果。隨著后續研究的不斷深入，rTMS的應用領域也將愈加廣泛。

雖然rTMS在帕金森病、癲癇及相關運動障礙、抑郁癥及情緒障礙、腦卒中、精神分裂癥以及慢性疼痛等神經或精神性疾病中取得了良好的康復效果，但是在其使用過程中仍存在許多問題。首先，就rTMS本身而言，因涉及的參數繁多，包括刺激頻率、強度、脈沖數、刺激時間、刺激部位、刺激次數等，目前尚缺乏合理的處方及統一的標準；其次，對rTMS刺激效果的評估主要依據粗泛的量表，缺乏客觀、精準、靈敏的方法，導致結果不準確。第三，隨著患者病程的進展，應采取個性化的刺激方案，而非按照疾病種類進行“一刀切”的統一刺激模式，如何選擇rTMS最優模式的刺激方案仍尚存爭議。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于功能性近紅外導向的經顱磁刺激系統及方法，可在經顱磁刺激操作過程中實時對刺激靶點校正、對靶區激活/抑制效果進行檢測，在線調整刺激參數，以達到最優刺激模式。通過小波幅值和偏側化指數對刺激結果進行多維度的評價與反饋，進一步優化刺激方案。這種功能性近紅外光譜導向的經顱磁刺激系統及方法極大提升了經顱磁刺激的有效性，對制定病患個性化的刺激方案具有重大作用。

本發明的一個方面提供了一種基于功能性近紅外導向的經顱磁刺激系統，其特征在于，包括：

功能性近紅外-經顱磁刺激耦合模塊，用于同步采集經顱磁刺激對受試者腦區產生激活或抑制的前、中、后期的實時腦血氧信號；