一种缓解慢性疼痛的闭环控制装置及电刺激系统的制作方法

本申请涉及医学中的慢性疼痛缓解，尤其涉及一种缓解慢性疼痛的闭环控制装置及电刺激系统。

背景技术：

1、目前，慢性疼痛主要通过药物治疗，但效果仍然不尽人意，现有的一种有前景的替代疗法是外周神经刺激（peripheral nerve stimulation，pns），通过外周的背根神经节(dorsal root ganglion, drg) 进行电刺激，实现对疼痛的干预，但现有的疗法主要是开环的（即手动调整刺激参数），对于刺激参数（如频率、强度）的疼痛敏感性个体差异大，无法实现对个体疼痛敏感性的自调整，这在一定程度上影响效果。

2、针对上述问题，尚无较好的解决方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种缓解慢性疼痛的闭环控制装置，包括：电刺激模块，用于通过在外周背根神经节位置的电极进行电刺激以实现疼痛刺激；时间序列激活曲线创建模块，用于通过所述电极采集并记录由所述疼痛刺激引起的脊髓背角中的宽动态范围wdr（wide dynamic range）神经元中的aβ纤维的峰值信号和c纤维的峰值信号，获取所述aβ纤维的峰值信号发射速率和c纤维的峰值信号发射速率，并基于所述aβ纤维的峰值信号发射速率和所述c纤维的峰值信号发射速率分别创建所述aβ纤维的发射速率的时间序列激活曲线和c纤维的发射速率的时间序列激活曲线；

2、线性拟合模型构建模块，包括面积计算模块以及线性拟合模块；其中，所述面积计算模块，用于计算n个脉冲在所述aβ纤维发射速率的时间序列激活曲线下的面积与在所述c纤维发射速率的时间序列激活曲线下面积；所述线性拟合模块，用于对所述和所述进行线性拟合，分别得到aβ纤维线性拟合模型和c纤维线性拟合模型；

3、优化调整模块，用于基于aβ纤维线性拟合模型获取aβ纤维的拟合优度以及基于c纤维线性拟合模型获取c纤维的拟合优度，并基于所述拟合优度和计算疼痛系数，当所述疼痛系数大于或等于预先设定的阈值时，循环调整所述电刺激的频率和强度直至得到的所述疼痛系数小于所述预先设定的阈值。

4、优选地，所述电刺激包括n个脉冲，所述脉冲的强度为a，所述脉冲间隔时间为δt秒，所述脉冲宽度为w，n>20且w<<δt，其中，n，a，w，δt为正数。

5、优选地，所述时间序列激活曲线创建模块，包括：采集记录模块，通过所述电极采集并记录由所述疼痛刺激引起的脊髓背角中的wdr神经元aβ纤维和c纤维信号；发射速率提取模块，基于噪声包络线谱和时间序列特征对所述aβ纤维和c纤维信号进行峰值信号识别，基于所述峰值信号进一步提取所述aβ纤维和所述c纤维的峰值信号的发射速率fr（firingrate）；并基于所述aβ纤维的峰值信号发射速率和所述c纤维的峰值信号发射速率利用滑动窗口算法分别创建所述aβ纤维发射速率的时间序列激活曲线与所述c纤维发射速率的时间序列激活曲线。

6、优选地，所述线性拟合模块，对所述和所述进行线性拟合，分别得到aβ纤维线性拟合模型 以及c纤维线性拟合模型；其中，(, )表示（，）的第i个观测值，（, ）表示（，）的第i个观测值，，为aβ纤维的线性拟合的未知参数，，为c纤维的线性拟合的未知参数，，分别为反映aβ纤维和c纤维在统计关系直线周围散步的随机分量， ，其中，为刺激序列时间参数,ti为第i个刺激序列时间参数，0≤i≤n。

7、优选地，所述优化调整模块包括：

8、基于所述aβ纤维线性拟合模型获取所述aβ纤维的拟合优度和基于所述c纤维线性拟合模型获取所述c纤维的拟合优度，然后基于所述拟合优度和计算疼痛系数，具体计算公式如下：

9、。

10、根据本发明的另一个实施例，提供了一种缓解慢性疼痛的电刺激系统，该电刺激系统包括：

11、电极线，被配置成靠近疼痛区域的外周背根神经节位置并用于实现疼痛刺激；

12、发射速率的时间序列激活曲线创建模块，通过所述电极线采集并记录由所述疼痛刺激引起的脊髓背角中的宽动态范围wdr（wide dynamic range）神经元中的aβ纤维和c纤维的峰值信号，获取所述aβ纤维和c纤维的峰值信号的发射速率，并基于所述发射速率分别创建所述aβ纤维和c纤维的发射速率的时间序列激活曲线；

13、线性拟合模块，计算n个脉冲在所述aβ纤维发射速率的时间序列激活曲线下的面积与在所述c纤维发射速率的时间序列激活曲线下面积，然后对所述和所述进行线性拟合，分别得到aβ纤维线性拟合模型和c纤维线性拟合模型；

14、电刺激参数调整模块，获取所述aβ纤维的线性拟合模型的拟合优度和所述c纤维的线性拟合模型的拟合优度，并基于所述拟合优度和计算疼痛系数，当所述疼痛系数大于或等于预先设定的阈值时，循环调整所述电刺激的频率和强度直至得到的所述疼痛系数小于所述预先设定的阈值。

15、优选地，所述电极包括电极线，其特征在于，所述电极线由导电层、绝缘层和固定翼组成。

16、优选地，所述电极线由多股镍钛合金、钛合金或无铁磁性304不锈钢以绕绳的方式绞合成一根导电线，再利用涂层工艺将绝缘材质喷涂到需要做绝缘层部分的导电线表面，形成绝缘层，且所述电极线整体为绕簧结构。

17、优选地，所述绝缘层外部绝缘壁采用高分子材料pu、ptfe、etfe或fpa涂层均匀喷涂在外部，使所述电极线只在尾部放电。

18、优选地，所述电极线的植入方式包括：将所述电极线穿过电极内针并固定于尖端；将穿刺内针插入穿刺外针并一起扎入人体到目标位置；将所述穿刺内针拔出；将所述电极内针和所述电极线一起插入所述穿刺外针；从外部按压所述目标位置并将所述穿刺外针和所述电极内针一起拔出，实现所述电极线植入所述目标位置。

19、本发明通过在外周背根神经节位置的电极进行电刺激以实现疼痛刺激；通过所述电极采集并记录由所述疼痛刺激引起的脊髓背角中的wdr神经元中的aβ纤维信号与c纤维的峰值信号，并获取所述峰值信号的发射速率，创建所述发射速率的时间序列激活曲线；基于所述发射速率的时间序列激活曲线建立所述aβ纤维信号与c纤维信号的线性拟合模型；获取所述线性拟合模型的拟合优度，并基于所述拟合优度计算疼痛系数，当所述疼痛系数大于或等于预先设定的阈值时，不断循环调整所述电刺激的频率和强度直至得到的所述疼痛系数小于所述预先设定的阈值。

20、本发明的有益效果在于：疼痛系数用于闭环评估上一次drg电刺激参数（频率，强度）对疼痛的治疗效果，当得到的疼痛系数大于或等于预先设定的阈值时，说明此时的治疗效果不理想，该系统可调整电刺激的频率和强度直至所述疼痛系数小于预先设定的阈值，即达到理想的治疗效果。可以基于上一次电刺激的治疗效果不断循环调整电刺激的频率和强度，经过多次闭环循环下，建立drg电刺激参数与疼痛系数的相对关系，以实现适应不同的个体的具体忍受疼痛情况，使得最后缓解后的疼痛均处于每个个体所能接受的范围，获得每个个体最理想的治疗效果。

技术特征：

1.一种缓解慢性疼痛的闭环控制装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电刺激包括n个脉冲，所述脉冲强度为a，所述脉冲间隔时间为 秒，所述脉冲宽度为w，其中，n>20且w<<， n，a，w，均为正数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时间序列激活曲线创建模块，包括：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性拟合模块，包括：

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述优化调整模块包括：

6.一种缓解慢性疼痛的电刺激系统，其特征在于，该电刺激系统包括：

7.根据权利要求6所述的电刺激系统，所述电极包括电极线，其特征在于，所述电极线由导电层、绝缘层和固定翼组成。

8.根据权利要求6所述的电刺激系统，其特征在于，所述电极线由多股镍钛合金、钛合金或无铁磁性304不锈钢以绕绳的方式绞合成一根导电线，再利用涂层工艺将绝缘材质喷涂到需要做绝缘层部分的导电线表面，形成绝缘层，且所述电极线整体为绕簧结构。

9.根据权利要求7所述的电刺激系统，其特征在于，所述绝缘层外部绝缘壁采用高分子材料pu、ptfe、etfe或fpa涂层均匀喷涂在外部，使所述电极线只在尾部放电。

10.根据权利要求6所述的电刺激系统，其特征在于，所述电极线的植入方式包括：

技术总结
本发明实施例提供了一种缓解慢性疼痛的闭环控制装置及电刺激系统，所述装置包括：电刺激模块，用于通过在外周背根神经节位置的电极进行电刺激以实现疼痛刺激；时间序列激活曲线创建模块，用于通过所述电极采集并记录由所述疼痛刺激引起的脊髓背角中的WDR神经元激活的Aβ纤维与C纤维的峰值信号，获取所述峰值信号的发射速率，并创建所述发射速率的时间序列激活曲线；线性拟合模型构建模块，用于基于所述发射速率的时间序列激活曲线建立所述Aβ纤维的线性拟合模型与C纤维的线性拟合模型；优化调整模块，用于获取所述线性拟合模型的拟合优度。通过不断优化电刺激的频率和强度参数范围，使得疼痛系数处于预设范围，以实现最优的缓解慢性疼痛效果。

技术研发人员：薛耀,肖雪珍,张明
受保护的技术使用者：未来脑律（湖南）医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16