一种脑损伤修复和功能重建的设备的制作方法

本实用新型实施例涉及医疗领域，尤其涉及一种脑损伤修复和功能重建的设备。

背景技术：

脑损伤是指暴力作用于头部造成脑组织器质性损伤。脑损伤以其高发生率、高伤残率、高死亡率的特点而严重危害着人类健康，并给社会和家庭造成了严重经济负担。

现阶段关于脑损伤通常采用局限于急性期的对症支持治疗和慢性期的功能康复治疗，其本质是以避免二次脑损伤为主的保护性治疗，对于已经损伤的脑组织/细胞尚无有效治疗办法。随着再生医学的不断发展，干细胞技术为脑损伤修复带来了曙光。目前，外源性干细胞移植技术由于在实际应用中存在免疫排斥、移植后存活率低、致瘤等问题，限制了其临床应用。自体神经干细胞(Neural Stem Cell，NSCs)移植虽具有较高的存活率，但自体NSCs的提取是有创的，会加重脑损伤甚至直接导致患者死亡。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种脑损伤修复和功能重建的设备，用以采用安全、无创的经颅电刺激方式，激活内源性神经干细胞增殖、分化以替代损伤区死亡细胞并建立细胞间功能连接，最终促进损伤脑区修复和功能重建。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供一种脑损伤修复和功能重建的设备，包括：相互串联的电源部件、刺激仪以及脑立体定位仪，其中，电源部件，用于向刺激仪提供工作电压；刺激仪，用于接收选择信号，以及根据选择信号，确定选择信号所选择的刺激电流，以及向脑立体定位仪输出第一控制信号，第一控制信号包括选择信号所选择的刺激电流的参数，以及与刺激电流对应的刺激时间；脑立体定位仪，还用于在第一控制信号的触发下，根据刺激电流对应的刺激时间，通过刺激电极向受体的损伤脑区实施刺激电流，受体的损伤脑区为人类患者损伤脑区对应头皮表面或者为所述动物类患者的损伤脑区对应的颅骨表面。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，上述工作电压为8V-10V。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，脑立体定位仪为脑电帽，该脑电帽包括弹力网，在弹力网上并联设置有多个电极头，多个电极头中不同的电极头对应的受体损伤脑区中不同的子损伤区域，多个电极头中每个电极头具有容纳腔，容纳腔底部固定有海绵垫，每个电极头包括第一端和第二端，一个电极头的第一端用于固定电极片，电极片用于与刺激仪连接，第二端用于固定在弹力网上，刺激电极为脑立体定位仪工作时，多个电极头中与刺激仪连接的任意一个电极头。

结合第一方面至第一方面的第二种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，刺激仪包括：与电源部件相连的电源管理模块，与电源管理模块相连的调节模块以及电极接触监测模块，以及与调节模块连接的显示模块和数模转换模块，以及与数模转换模块连接的恒流源模块，电极接触监测模块还与显示模块相连，其中，电源管理模块，用于将工作电压分别转换成调节模块，电极接触监测模块，显示模块和数模转换模块分别对应的额定工作电压；调节模块，用于接收选择信号，以及根据选择信号从预设刺激模式映射表中确定选择信号所选择的刺激模式，以及根据所选择的刺激模式对应的目标刺激电流向数模转换模块输出目标刺激电流，以及用于向显示模块发送第二控制信号，该第二控制信号用于指示所述显示模块显示目标刺激电流和与目标刺激电流对应的刺激时间，预设刺激模式映射表中包括至少一个刺激模式，一个刺激模式包括一个刺激电流和刺激时间的对应关系；电极接触监测模块，用于检测刺激电极与被刺激部位接触时所产生的阻抗值；显示模块，用于显示电极接触监测模块的工作状态以及显示目标刺激电流以及与目标刺激电流对应的刺激时间；数模转换模块，用于将调节模块输出的目标刺激电流从数字电流转换为模拟电流，以及按照模拟电流将目标刺激电流输出至恒流源模块；恒流源模块，用于向脑立体定位仪输出第一控制信号。

结合第一方面至第一方面的第三种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第四种可能的实现方式中，预设刺激模式映射表中包括：直流刺激模式、脉冲刺激模式、正弦刺激模式以及伪刺激模式，其中，正弦刺激模式的可调频率范围为：0.01-250HZ，脉冲刺激模式的可调脉冲周期100-2000ms，脉冲波的脉宽可调范围为100-2000ms。

结合第一方面至第一方面的第四种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第五种可能的实现方式中，刺激仪还包括：检测模块、控制模块以及报警模块；其中，检测模块用于检测刺激电流的大小以及刺激时间；控制模块，用于在刺激电流大于预设电流阈值时，向报警模块输出控制信号；报警模块，用于根据控制信号发出警报信号；控制模块，与电源管理模块相连，还用于在刺激时间达到预设时间阈值时，控制电源管理模块处于断开状态。

结合第一方面至第一方面的第五种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第六种可能的实现方式中，控制模块采用单片机或者比较器。

结合第一方面至第一方面的第六种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第七种可能的实现方式中，上述电源部件为锂离子充电电池。

结合第一方面至第一方面的第七种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第八种可能的实现方式中，在所述电源部件上还设置有电源指示灯，所述电源指示灯用于指示所述电源部件的电量。

结合第一方面至第一方面的第八种可能的实现方式中任意一项，在第一方面的第九种可能的实现方式中，电源指示灯包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯，所述第一指示灯用于指示所述电源部件的电压小于等于预设第一预设电压，所述第二指示灯用于指示所述电源部件的电压大于第一预设电压且小于第二预设电压，所述第三指示灯用于指示所述电源部件的电压大于等于第二预设电压且小于等于所述电源部件的最大电压容量。

又一种可能的设计中，本实用新型实施例的刺激仪中的调节模块基于FPGA实现。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图三；

图4a为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图四；

图4b为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图五；

图5为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图六；

图6为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图七；

图7为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图八；

图8为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图九；

图9为本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复设备的结构示意图十。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种脑损伤修复设备，包括：电源部件10，与电源部件10连接的刺激仪11以及与刺激仪连接的脑立体定位仪12。其中，电源部件10，用于向刺激仪11提供工作电压，脑立体定位仪12，用于将刺激电极放置于第一预设位置，以及将参照电极放置于第二预设位置，其中，若受体为患有脑损伤的人类患者，则第一预设位置为刺激电极位点，若受体为患有脑损伤的动物类患者，则第一预设位置为动物类患者的损伤脑区对应的颅骨表面；第二预设位置为受体上除损伤脑区之外的任意一个位置；刺激仪11，用于接收选择信号，以及根据选择信号，确定选择信号所选择的刺激电流，以及向脑立体定位仪输出第一控制信号，该第一控制信号包括选择信号所选择的刺激电流的参数，以及与刺激电流对应的刺激时间，脑立体定位仪，还用于在第一控制信号的触发下，根据刺激电流对应的刺激时间，通过刺激电极向受体的损伤脑区实施刺激电流，受体的损伤脑区为人类患者损伤脑区对应头皮表面或者为动物类患者的损伤脑区对应的颅骨表面。

可以理解的是，本实用新型实施例中刺激电流的参数为刺激电流的类型以及刺激电流的强度，刺激电流的类型也可以理解为在刺激电流的刺激模式。

本实用新型实施例提供的一种脑损伤修复和功能重建的方法和设备，该设备基于脑神经调控技术原理，利用干细胞具有多向分化潜能和自我复制能力的特点，通过脑立体定位仪将刺激电极和参照电极分别放置在相应的位置，例如，刺激电极放置在第一预设位置，参照电极放置在第二预设位置，然后通过刺激仪向脑立体定位仪输出所选择的刺激电流和与刺激电流对应的刺激时间，这样，采用安全、无创的经颅电刺激方式，激活内源性神经干细胞增殖、分化以替代损伤细胞并建立细胞间功能连接，最终促进脑损伤修复和功能重建。该方式可以有效避免外因治疗脑损伤的各种弊端，如常规治效果差，外源性干细胞移植治疗免疫排斥、致瘤、伦理限制等问题，同时规避了内源性干细胞提取后移植治疗的二次损伤，实现了以无创为特点的再生医学治疗。

可选的，本实用新型实施例中电源部件10为刺激仪提供的工作电压小于或等于10V，大于或等于5V。示例性的，该工作电压为9V。

可选的，如图2所示，图2示出了本实用新型实施例提供的一种脑立体定位仪，例如，脑电帽。

具体的，如图3所示，该脑电帽包括弹力网120，在弹力网120上并联设置有多个电极头121，多个电极头121中不同的电极头121对应的受体大脑区域的不同子区域。

可以理解的是，人类患者的大脑区域包括多个子区域，每个子区域对应一个功能，例如，以人类患者的大脑区域包括子区域A、子区域B和子区域C为例进行说明，本领域技术人员应该理解的是，在实际过程中，人类患者的大脑区域包括子区域A、子区域B和子区域C以上的多个子区域，本实用新型实施例仅是以子区域A、子区域B和子区域C为例进行说明，并不构成本实用新型实施例的限制。

可以理解的是，本实用新型实施例中的多个电极头121之间通过第一导线并联在一起。

如图4a所示，本实用新型实施例中多个电极头121中每个电极头121具有容纳腔123，容纳腔123底部固定有海绵垫124，每个电极头包括第一端和第二端，一个电极头的第一端用于固定电极片125，电极片125上连接有导线126，该导线126用于连接刺激仪11，第二端用于固定在弹力网上，刺激电极为脑立体定位仪工作时，多个电极头中与刺激仪连接的任意一个电极头。

示例性的，例如，子区域A对应肢体运动功能，子区域B对应语言功能，子区域C对应书写功能。并且，子区域A和子区域B、子区域C上分别布置有电极头，若子区域A对应的功能需要重建，也即子区域A为损伤脑区，则在实际使用过程中，将布置在子区域A上的电极头通过导线与刺激仪的输出端连接，这样布置在子区域A上的电极头即可作为刺激电极对子区域A实施电极刺激。

可选的，本实用新型实施例对每个电极头的具体形状并不进行限定，只要每个电极头呈空心状即可，示例性的，该电极头可以呈如图4a所示的空心圆柱状空心的圆台状，本实用新型实施例对此不进行限定，在实际使用过程中可以根据需要进行设置。

本实用新型实施例中任意一个电极头的第一端可以与电极片卡接，或者可拆卸连接(例如，通过子母扣连接)或者其他方式连接，如图4b所示，本实用新型实施例对此不进行限定，只要能够使得电极头能够通过电极片采集到刺激仪输出的刺激电流即可。

具体的，为了降低阻抗，本实用新型实施例中的容纳腔123用于容纳生理盐水，这样将生理盐水置于容纳腔123之后，生理盐水可以通过海绵垫湿润该电极头所接触的损伤脑区，从而降低了刺激电极和被刺激部位的阻抗。

如图5所示，刺激仪11包括：与电源部件10相连的电源管理模块111，与电源管理模块111相连的调节模块112以及电极接触监测模块116，以及与调节模块112连接的显示模块113和数模转换模块(D/A转换模块)114，以及与数模转换模块114连接的恒流源模块115，电极接触监测模块116还与显示模块113相连。

其中，电源管理模块111，用于将工作电压分别输出至调节模块，电极接触监测模块，显示模块和数模转换模块。

可以理解的是，本实用新型实施例中的电源管理模块111中包括降压元件以及升压元件，其中，降压元件用于将9V工作电压变化为低于9V工作电压的目标电压，例如，电源管理模块111中的降压元件具体用于将9V工作电压变化为5V输出至显示模块113，将9V工作电压变化为3.3V输出至D/A转换模块。

升压元件用于将9V工作电压变化为高于9V工作电压的目标电压，例如，将9V工作电压通过电源管理模块111中的升压元件转换为30V的电压输出至恒流源模块115。

调节模块112，用于接收选择信号，以及根据选择信号从预设刺激模式映射表中确定所述选择信号所选择的刺激模式，以及根据所选择的刺激模式对应的目标刺激电流向数模转换模块输出所述目标刺激电流，以及用于向所述显示模块发送第二控制信号，所述第二控制信号用于指示所述显示模块显示目标刺激电流和与目标刺激电流对应的刺激时间，所述预设刺激模式映射表中包括至少一个刺激模式，一个所述刺激模式包括一个刺激电流和刺激时间的对应关系。

可选的，本实用新型实施例中的调节模块112还包括调节参数选择模块1121，该调节参数选择模块1121用于选择刺激模式，以及用于设定该刺激模式对应的刺激参数。

如图6所示，该调节参数选择模块1121包括直流刺激选择模块、脉冲刺激选择模块、正弦刺激选择模块以及伪刺激选择模块，其中，直流刺激选择模块用于指示所选择的刺激模式为直流刺激模式，脉冲刺激选择模块用于指示所选择的刺激模式为脉冲刺激模式，正弦刺激选择模块用于指示所选择的刺激模式为正弦刺激模式，伪刺激选择模块用于指示所选择的刺激模式为伪刺激模式。

可以理解的是，当用于向调节参数选择模块1121中的任意一个模块输入触发信号之后，则该调节模块112确定接收到触发信号，并在该刺激仪上显示一个刺激电流调节窗口，用于指示选择目标刺激电流，当然该目标刺激电流可以为用户直接输入的刺激电流大小，例如2A，此时，即表示调节模块接收到选择信号，也可以为调节模块112确定接收到触发信号之后，直接在该刺激电流调节窗口中所显示的一个初始刺激电流，例如，如图7所示，图7以用户选择直流刺激模式为例进行说明：图7中当用户所选的刺激模式为直流刺激模式，则在该刺激电流调节窗口中显示的一个初始刺激电流2A，用户可以通过调节电流增大按钮以及电流值减小按钮对该初始刺激电流进行增大或者降低，例如，将初始刺激电流值增大至2.5A或者将初始刺激电流值降低至1.5A。可以理解的是，初始刺激电流值被调节后，以后显示在刺激电流调节窗口中，该电流值增大按钮每被触发一次，该初始刺激电流值增加第一预设阈值，以及电流值减小按钮每被触发一次，该初始刺激电流值减少第二预设阈值，本实用新型实施例对第一预设阈值和第二预设阈值不进行限定，其中，第一预设阈值和第二预设阈值可以相等也可以不相等，本实用新型实施例对此不进行限定，可以根据需要进行设定。

另一方面，本实用新型实施例中的调节参数选择模块包括至少一个调节按钮，至少一个调节按钮中的每个调节按钮对应一个刺激模式，一个刺激模式对应的调节按钮用于调节该刺激模式的调节参数(例如，刺激电流值)。可以理解的是，每个调节按钮上具有一个刻度盘，刻度盘上的每个刻度对应一个电流值。

例如，该至少一个调节按钮可以包括第一调节按钮，第二调节按钮，第三调节按钮，以及第四调节按钮，其中，第一调节按钮与直流刺激模式对应，第二调节按钮与脉冲刺激模式对应，第三调节按钮与正弦刺激模式对应，第四刺激模式与伪刺激模式对应。

可以理解的是，在实际使用过程中，若用户调节第一调节按钮，则确定用户所选择的刺激模式为直流刺激模式，用户调节第二调节按钮，则确定用户所选择的刺激模式为脉冲刺激模式，以此类推，本实用新型实施例对此不进行限定。

可以理解的是，本实用新型实施例中每个刺激模式可以对应至少一个刺激电流，至少一个刺激电流中每个刺激电流对应一个刺激时间。

具体的，在实现过程中该刺激仪还具有存储器，该存储器用于存储预设刺激模式映射表，该预设刺激模式映射表可以采用如表1所示的形式：

表1预设刺激模式映射表

可以理解的，当用户通过调节第一调节按钮，即可认为其采用直流刺激模式向受体实施刺激，这样其所输入的选择信号中包括第一刻度值，由于预设刺激模式映射表中存在有第一刻度值和刺激电流1与刺激时间1之间的映射关系，因此，可以根据所输入的选择信号向受体按照刺激电流1和刺激时间1实施刺激。

电极接触监测模块116，用于检测刺激电极与被刺激部位接触时所产生的阻抗值。

显示模块113，用于显示电极接触监测模块116的工作状态以及显示所述脑损伤修复设备在实施刺激时的刺激电流以及刺激时间；

其中，本实用新型实施例中的工作状态包括正常工作状态或者非正常工作状态。

一方面，该工作状态可以通过指示灯来指示，例如，若电极接触监测模块116处于正常工作状态则指示灯显示为绿色，若电极接触监测模块117处于非正常工作状态则指示灯显示为红色。当然，另一方面，若电极接触监测模块116处于正常工作状态则在显示模块113上“正常”等字样，若电极接触监测模块116处于非正常工作状态则在显示模块113上“非正常”等字样。

数模转换模块114，用于将调节模块112输出的数字电流转换为模拟电流，以及按照模拟电流将目标刺激电流输出至恒流源模块115。

恒流源模块115，用于向脑立体定位仪输出第一控制信号。

可选的，预设刺激模式映射表中包括：直流刺激模式、脉冲刺激模式、正弦刺激模式以及伪刺激模式；其中，所述正弦刺激模式的可调频率范围为：0.01-250HZ，所述脉冲刺激模式的可调脉冲周期100-2000ms，所述脉冲波的脉宽可调范围为100-2000ms。

可选的，刺激仪11还包括：检测模块、控制模块以及报警模块；其中，检测模块用于检测所述刺激电流的大小以及所述刺激时间；

控制模块，用于在所述刺激电流大于预设电流阈值时，向所述报警模块输出控制信号；

报警模块，用于根据所述控制信号发出警报；

控制模块，与电源管理模块相连，还用于在刺激时间达到预设时间阈值时，控制电源管理模块断开。

本实用新型实施例中预设时间阈值即为与刺激电流对应的刺激时间。

可选的，控制模块采用单片机或者比较器或者比较电路。

可选的，电源部件为锂离子充电电池。

可选的，在所述电源部件上还设置有电源指示灯，所述电源指示灯用于指示所述电源部件的电量。

可选的，电源指示灯包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯，所述第一指示灯用于指示所述电源部件的电压小于等于预设第一预设电压，所述第二指示灯用于指示所述电源部件的电压大于第一预设电压且小于第二预设电压，所述第三指示灯用于指示所述电源部件的电压大于等于第二预设电压且小于等于所述电源部件的最大电压容量。

本实用新型对第一预设电压，第二预设电压不进行限定，可以理解的是第一预设电压为电源部件的最大电压容量的5％-10％，第一预设电压为电源部件的最大电压容量的5％-50％。

如图8所示，图8示出了，受体为人类患者时本发明实用新型实施例提供的脑损伤修复和功能重建的设备的结构示意图，其具体的脑损伤修复和功能重建的过程为：将脑立体定位仪佩戴于人类患者头部，以使得脑立体定位仪上的每个电极头对应大脑区域中的一个部分(例如，子区域)，其次，将刺激仪的输出端(即恒流源模块的输出端)通过导线与脑立体定位仪的任意一个电极头上的电极片连接，则与刺激仪的输出端连接的电极头即在脑立体定位仪工作时作为刺激电极，然后将脑立体定位仪上的任意一个电极头与第二预设位置(例如，刺激电极对侧脑区眶上，如图2所示)连接，作为参照电极(其中，参照电极的作用是为了保证刺激电路导通，确保刺激电流通过损伤脑区)，然后通过刺激仪的调节模块选择一个刺激模式和该刺激模式下对应的目标刺激电流(该目标刺激电流可以为所选择的刺激模式对应的初始刺激电流值也可以为用于调节/直接输入后的刺激电流值)，然后刺激仪根据该目标刺激电流从预设刺激模式映射表选择目标刺激电流对应的刺激时间(例如，与2A对应的刺激时间为5min)，这样所选的目标刺激电流即可通过导线输出至刺激电极，以供脑立体定位仪通过刺激电极向该刺激电极对应的损伤脑区实施电击刺激。

如图9所示，图9示出了，受体为动物类患者时本实用新型实施例提供的脑损伤修复和功能重建的设备的结构示意图，其具体的脑损伤修复和功能重建的过程为：刺激前将刺激电极放置于实验动物受损脑区对应颅骨表面，参照电极放置于实验动物胸腹部，调节刺激参数并开启刺激模式实施刺激。

然后通过刺激仪的调节模块选择一个刺激模式和该刺激模式下对应的目标刺激电流(该目标刺激电流可以为所选择的刺激模式对应的初始刺激电流值也可以为用于调节/直接输入后的刺激电流值)，然后刺激仪根据该目标刺激电流从预设刺激模式映射表选择目标刺激电流对应的刺激时间(例如，啮齿类动物刺激电流安全上限为500uA，刺激时间上限为20min(其余实验动物有待明确)。这样所选的目标刺激电流即可通过导线输出至刺激电极，以供脑立体定位仪通过刺激电极向该刺激电极对应的损伤脑区实施电击刺激。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质是非短暂性(英文：non-transitory)介质，包括：快闪存储器、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。