一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控装置及方法与流程

本发明涉及神经调控，特别是涉及一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控装置及方法。

背景技术：

1、神经和认知功能障碍在临床上的表现症状较多，包括耳鸣、耳聋、失眠、焦虑、抑郁、眩晕、精神分裂、神经疲劳、多动、自闭、记忆衰退、反应迟钝及痴呆等症状。由于神经和认知功能障碍的大部分病症都涉及到多个深脑中枢核团和多个浅脑皮层的客观生理与主观心理交互作用，而且往往是一个病症会伴随多个其它病症，比如耳鸣睡眠焦虑综合症以及眩晕抑郁认知综合症。

2、神经和认知功能障碍通常涉及到客观生理和主观心理的交叉影响，缺乏有效药物，临床上，可以采用非侵入式单物理因子刺激干预治疗，比如经颅电刺激皮层、经颅近红外光刺激皮层或者经耳道声学刺激通过耳蜗转化为电生理信号而刺激深脑中枢核团等，因其安全性和对某一单病症有一定疗效，加上各类神经和心理主观评估量表，而被临床接受。

3、比如申请号为202210841852.8的专利中公开了一种穿戴式脑认知检测和调控无线闭环设备及方法，包括脑电检测模块和交流电刺激电流调控模块。

4、申请号为202210746805.5的专利中公开了一种多模式深脑电刺激精准神经调控系统及方法，采用有创植入式电刺激+脑电采集+滤波器处理的同步和异步工作模式。

5、申请号为202210945498.3的专利中公开了一种闭环自适应经颅电刺激装置和方法，只包括单一经颅电刺激的调控。

6、申请号为201210303152.x的专利中公开了一种耳聋耳鸣的中西医结合理疗设备系统，包含分离式独立操作的纯音测听声阻抗仪、红光治疗仪、声谱共振治疗仪，纯音测听声阻抗仪就是普通的检测听力损失的纯音听力计；红光治疗仪采用波长600 ～ 700nm为主的红色可见光波段进行照射；声谱共振治疗仪是一台耳部声、热、电、磁的微细按摩器，结合中药熏蒸、针灸进行理疗；这些传统理疗设备只是耳部体表的微细按摩，既不能刺激深脑核团，也不能刺激多脑区皮层；这套设备系统是传统中医理疗手段的简单叠加，也不能与脑电eeg检测相结合进行客观疗效评估。

7、实际上，由于单物理因子刺激难以同时有效刺激脑神经网络多层次多位置分布的多个靶点以及缺乏物理刺激干预治疗效果的实时客观检测评估，导致覆盖神经和认知功能障碍病症范围以及难治性综合病症的疗效受到诸多限制，特别是对耳鸣睡眠焦虑综合症以及眩晕抑郁认知综合症的治疗效果欠佳。

8、为了提升疗效，可以考虑采用多物理因子刺激神经调控，但是牵扯到经颅电刺激皮层、经颅近红外光刺激皮层、声学刺激中枢核团的综合控制，目前并没有适合临床服务的装置或方法能够同时对患者进行可控可调的声、光、电的组合刺激，以治疗多种神经和认知功能障碍病症；而且患者在治疗中的参与度不高，疗效感知微弱和不及时，不利于患者认知心理调控，限制了多物理因子刺激技术的推广应用。此外，与单物理因子刺激神经调控相比，多物理因子刺激神经调控过程以及脑内生振荡的影响更加复杂，容易突破脑神经可以承受外加物理刺激干预的安全范围，需要进行改进。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控装置及方法，结合生物反馈，进行声、光、电多物理因子一体化时频空多维度刺激神经调控范式和刺激参数的综合调控，提升神经调控疗效和安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控装置，包括：系统操作单元、系统控制单元和系统功能单元，所述系统功能单元包括多物理因子刺激可穿戴设备，所述多物理因子刺激可穿戴设备包括经耳道声学刺激深脑中枢核团模块、经颅近红外光刺激浅脑皮层模块、经颅电刺激浅脑皮层模块和生物反馈信号采集电极，所述系统控制单元包括控制器、多物理因子发生器、信号处理模块以及刺激范式和参数控制模块，所述多物理因子发生器包括光刺激信号发生器、声学刺激信号发生器和电刺激信号发生器，所述信号处理模块包括声学信号调控处理模块、光刺激信号调控放大处理模块、电信号稳定限流处理模块以及生物反馈信号采集放大器和传感器模块，根据物理因子特性和物理刺激干预治疗要求，对物理因子信号进行连续信号波形处理和/间断信号脉冲处理，所述刺激范式和参数控制模块包括光刺激信号输出模块、声学刺激信号输出模块以及电刺激信号输出模块，所述控制器分别与多物理因子发生器、信号处理模块以及刺激范式和参数控制模块相连接，所述光刺激信号发生器、光刺激信号调控放大处理模块和光刺激信号输出模块依次串联，所述光刺激信号输出模块与经颅近红外光刺激浅脑皮层模块之间通过有线或无线方式连接，所述声学刺激信号发生器、声学信号调控处理模块和声学刺激信号输出模块依次串联，所述声学刺激信号输出模块与经耳道声学刺激深脑中枢核团模块之间通过有线或无线方式连接，所述电刺激信号发生器、电信号稳定限流处理模块与电刺激信号输出模块依次串联，所述电刺激信号输出模块与经颅电刺激浅脑皮层模块之间通过有线或无线方式连接，所述生物反馈信号采集电极与生物反馈信号采集放大器和传感器模块之间通过有线或无线方式连接，所述生物反馈信号采集放大器和传感器模块与控制器相连接，所述系统操作单元通过无线或者有线的方式与系统控制单元相连接，所述系统操作单元通过无线或者有线的方式与系统功能单元相连接。

3、在本发明一个较佳实施例中，所述经耳道声学刺激深脑中枢核团模块采用耳机，所述经颅近红外光刺激浅脑皮层模块采用led灯头，所述经颅电刺激浅脑皮层模块采用电刺激电极。

4、在本发明一个较佳实施例中，所述系统操作单元中设置有脑机接口。

5、在本发明一个较佳实施例中，还包括电极帽，所述经颅近红外光刺激浅脑皮层模块、经颅电刺激浅脑皮层模块和生物反馈信号采集电极设置在电极帽上。

6、在本发明一个较佳实施例中，所述系统操作单元采用电脑、智能手机及智能电视中的一种或者多种。

7、在本发明一个较佳实施例中，所述系统操作单元还包括遥控器，通过无线方式与系统控制单元和系统功能单元进行通讯。

8、在本发明一个较佳实施例中，所述控制器包括相连接的主控mcu和从控mcu，所述主控mcu分别与声学刺激信号发生器、光刺激信号发生器、电刺激信号发生器及系统操作单元进行连接，提供所需参数的电流，所述从控mcu分别与电刺激信号发生器及生物反馈信号采集放大器和传感器模块进行连接，以提高电刺激回路中高精度电阻网络输出微小恒流电流信号波形的稳定性和保真性。

9、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控方法，包括以下步骤：

10、实施声、光和电刺激的单物理因子刺激和/或多物理因子刺激组合的时频空多维度调控，进行声学刺激深脑中枢核团神经调控、经颅近红外光刺激浅脑皮层神经调控和经颅电刺激浅脑皮层神经调控；

11、其中，声学刺激深脑中枢核团神经调控：将声学刺激信号通过耳机传导入耳道，经耳蜗转换成电刺激信号，沿着听觉通路送达深脑刺激中枢核团；

12、经颅近红外光刺激浅脑皮层神经调控：通过led灯头发出近红外光刺激浅脑区皮层；

13、经颅电刺激浅脑皮层神经调控：通过电刺激电极发出微电流，刺激浅脑区皮层；

14、在刺激过程中、刺激前和/或刺激后，进行生物反馈定量脑电检测：通过生物反馈信号采集电极实时采集脑电信号，进行脑电信号处理，分析多脑区的脑电信号交叉影响，结合问诊及神经和心理量表记录的患者信息，综合评估多物理因子组合刺激疗效，以指导时频空多维度刺激范式调整和刺激参数优化，包括声、光、电刺激干预顺序、时间、波形、间歇和强度参数中的一种或多种的组合，以及多个光刺激灯头和/或多个电刺激电极之间的空间位置选择和交替变换；

15、脑电信号处理：通过生物反馈信号采集放大器和传感器模块将输入的生物反馈脑电信号放大和解码分析，获得治疗效果及治疗次数与时频空刺激范式和/或刺激参数相关联的脑电反馈特征参数，包括脑电波形、脑内生振荡频率、功率谱密度、神经网络空间拓扑、相关脑神经网络统计属性参数及评估指标中的一种或多种的组合，以对多物理因子刺激疗效进行客观量化评估，解析神经和认知功能障碍发病机制，定量分析深脑中枢核团与浅脑皮层之间的客观生理与主观心理的交叉影响；

16、通过生物反馈定量脑电检测，检测脑内生振荡频率，刻画脑内生振荡与声光电刺激的精准时序逻辑控制和时频空联合算法分析，将脑电信号特征参数和物理刺激系统融合形成闭环反馈，以指导多物理因子多模态刺激的节律调控；

17、通过声、光、电组合的时频空多维度刺激范式和刺激参数的调控，将声、光、电刺激信号与生物反馈电极采集到的脑电信号之间的串扰影响控制在设定的可接受范围内；

18、多物理因子刺激组合的时频空多维度调控包括时间调控、频率调控和空间调控中的一种或多种的组合，其中，时间调控包括各物理因子刺激组合的同步、异步和间隙；频率调控包括各物理因子刺激信号节律与脑内生振荡的匹配；空间调控包括声学刺激深脑多个中枢核团（下丘脑、丘脑、海马、杏仁核等）、经颅近红外光刺激浅脑皮层和/或电刺激浅脑皮层（多电极和多led灯头分布）在三维脑神经网络中构建的关联空间变化控制。

19、在本发明一个较佳实施例中，还包括以下步骤：以声学刺激深脑中枢核团神经调控为主，以经颅近红外光刺激浅脑皮层神经调控和经颅电刺激浅脑皮层神经调控为辅的神经和认知功能障碍多物理因子干预无创神经调控治疗，形成多物理因子组合刺激方案，局部或全部覆盖脑神经网络中与神经和认知功能障碍多病症相关联的脑功能区。

20、在本发明一个较佳实施例中，还包括：实施个体化的多疗程精准多物理因子组合刺激治疗，强化多物理因子刺激协同调控功能靶点，调动神经通路电生理信号传输和过滤的特异性以及神经网络的可塑性和记忆功能，以增强所述时频空刺激范式神经调控治疗的有效性、实时性、精准性和可控性；

21、利用系统操作单元，根据个体化神经和认知功能障碍病症大数据所发掘的电信号缺失和/或电信号紊乱发生位置和/或传输途径：深脑核团、浅脑皮层或核团+皮层，根据脑电检测分析数据，以及多病症个体化刺激治疗的先后顺序、轻重缓急和治疗周期要求，以制定多物理因子声、光、电组合的时频空多维度刺激范式调控和刺激参数交互调节的算法，通过有线或无线连接方式，以操控影响治疗效果的刺激参数及刺激范式，包括声、光、电刺激信号的产生和处理、刺激参数、脑电信号处理分析、声光电刺激组合方式、近红外光led灯头位置、电刺激电极位置以及脑电电极位置中的一种或多种组合，再通过刺激治疗中患者反馈和/或脑电检测分析，循环迭代上述调控过程，直至找到疗效满意的个体化时频空多维度刺激神经调控范式和相应的刺激参数优化组合，储存在患者个人档案里，便于复诊和多疗程治疗康复时调用。

22、本发明的有益效果是：本发明指出的一种结合生物反馈的多物理因子刺激神经调控装置及方法，进行对深脑核团和浅脑皮层声、光、电多物理因子刺激组合的时频空多维度神经调控，结合客观生物反馈定性定量脑电检测分析，进行刺激范式和刺激参数的调整和优化，以提升神经调控的疗效和安全性，覆盖更多神经和认知功能障碍病症的物理干预治疗。