[發明專利]一種針對帕金森病步態障礙的多位點閉環刺激系統和方法

在審

• 申請號: 202210765473.5
• 申請日: 2022-07-01
• 公開（公告）號: CN114832235A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 朱冠宇;尹子霄;劉鈺曄;趙寶田;張泉;白宇彤;陳潁川;杜婷婷;安琪;張建國;孟凡剛;楊岸超;石林;劉煥光;張華;韓春雷
• 申請（專利權）人: 北京市神經外科研究所
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61N1/05;A61B5/369;A61B5/11;G16H20/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

1.一種針對帕金森病步態障礙的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，包括：信號采集模塊、信號處理模塊、刺激控制模塊和刺激發生模塊；其中

所述信號采集模塊被配置成采集大腦初級運動皮層和丘腦底核的腦電生理信號，并處理所述腦電生理信號以生成跨頻相位-振幅耦合(PAC)信號；

所述信號處理模塊被配置成基于所述PAC信號和所接收到的所述腦部腦電生理信號的波形指標生成步態障礙概率曲線，并判斷某一時間段內所述步態障礙概率曲線中的概率值是否超過PAC閾值，生成確定輸出高頻刺激還是低頻刺激的判斷結果；

所述刺激控制模塊被配置成基于從所述信號處理模塊獲得的判斷結果產生輸出高頻刺激或低頻刺激的控制命令，將所述控制命令發送至所述刺激發生模塊以產生刺激信號，并控制所述信號采集模塊持續采集初級運動皮層處的刺激后腦電生理信號進行反饋；

所述刺激發生模塊被配置成基于所述刺激控制模塊發出的控制命令向布置在丘腦底核處的電極發射高頻或低頻刺激信號；其中所述信號處理模塊和所述刺激控制模塊根據所述信號采集模塊所采集的刺激后腦電生理信號對所述高頻刺激或低頻刺激的參數進行調整。

2.如權利要求1所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述信號采集模塊包括腦電電極、腦電信號放大子模塊、微控制器和通訊子模塊，其中所述腦電電極被布置在大腦初級運動皮層和丘腦底核處用于采集腦電生理信號；所述腦電信號子放大模塊用于對所述腦電生理信號進行放大處理；所述微控制器用于對所述腦電生理信號進行處理分析，生成跨頻相位-振幅耦合(PAC)信號；所述通訊子模塊用于接收其他模塊發送的信號，并將所述微控制器的處理結果發送至其他對應模塊。

3.如權利要求2所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述微控制器包括信號預處理子模塊、特征提取子模塊、參數設定子模塊和信號生成子模塊，所述信號預處理子模塊用于對腦電生理信號進行濾波、降噪和去除偽跡，所述特征提取子模塊提取所述腦電生理信號特征頻段的相位和幅值特征；所述參數設定子模塊用于將所述相位和幅值特征轉換為系統對應的參數值；所述信號生成子模塊用于根據所述參數值生成能夠反應步態狀態特征的電信號。

4.如權利要求3所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述微控制器中的信號預處理子模塊經過雙向零相位滯后有限脈沖響應濾波器，將所述腦電生理信號帶通濾波到低頻段信號和高頻段信號；所述特征提取子模塊通過希爾伯特變換提取低頻段信號與高頻段信號的瞬時幅值和瞬時相位，從而通過所述信號生成子模塊生成所述PAC信號。

5.如權利要求1所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述判斷結果為某一時間段內所述步態障礙概率曲線中的概率值如果超過PAC閾值，則所述刺激控制模塊生成使所述刺激發生模塊產生低頻信號的控制命令；如果沒有超過所述PAC閾值，則所述刺激控制模塊生成使所述刺激發生模塊產生高頻信號的控制命令。

6.如權利要求2所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述波形指標通過所述微控制器中的雙向零相位滯后有限脈沖響應濾波器處理所述腦電生理信號獲得。

7.如權利要求1所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述信號處理模塊包括處理器和存儲器，所述PAC閾值預先存儲在所述信號處理模塊的存儲器中，當獲得步態障礙概率曲線時，所述信號處理模塊的處理器從所述存儲器調用所述PAC閾值并與某一時間段內所述步態障礙概率曲線中的概率值進行比較。

8.如權利要求1所述的多位點閉環刺激反饋系統，其特征在于，所述高頻刺激或低頻刺激的參數通過如下步驟調整優化：記錄不同刺激參數下獲得的初級運動皮層和丘腦底核的腦電生理信號；將所述信號的值代入所述步態障礙概率曲線，并對結果進行分析；根據所述結果，獲得貝葉斯算法的初始化高斯分布，并將其設定為觀測分布；根據所述觀測分布，優化貝葉斯算法模型的收益函數，獲得最佳刺激參數組合。