一种多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脑深部神经感知调控系统，具体涉及一种外挂式多通道无线闭环脑深部电刺激仪器。
【背景技术】
[0002]脑深部电刺激(DBS)已经发展成为传统的立体定向功能神经外科中常用的毁损手术的替代方法。DBS已经证实是一种有效的方法，由于它具有可逆性和可调性的特点，大大降低了手术的致残率。深部脑刺激技术在帕金森、疼痛、抑郁、强迫症、癫痫、药物成瘾及老年痴呆等神经和精神疾病治疗中都有很好的疗效，其中，附图2示出了美敦力3628临时电刺激器的外观结构，附图3示出了其接插电极方式。电刺激在神经系统基础研宄以及癫痫等大脑疾病治疗过程中都得到越来越广泛的应用，但是，能够基于大脑的电活动状态发出刺激信号的闭环式电刺激器产品很少。
[0003]闭环控制是这类电刺激应用的一个亟待发展的方向，它可以根据大脑的电活动状态，在特定时间施加电刺激。闭环脑深部电刺激器具有电极微创、参数可调、长期治疗及副作用小等优点，相比药物治疗，远远提高了患者的生活质量、运动功能和社交心理，在运动系统疾病治疗中得到了很好的应用。
[0004]虽然现有技术中已有闭环脑深部电刺激器的相关报道，但是现有技术中多是给病人长期佩戴的植入式电刺激器，而在DBS手术中，在电极植入后，需要先用一个临时刺激器在外面试验性的刺激一段时间，观察患者接受电刺激后是否存在异常反应，如果没有异常反应，则继续做植入式的手术，如果不顺利，就要取消手术或者调整方案。因此需要设计出一种临时刺激器，可供病人用一周左右，既不影响他的行动生活，也能采集到病人的数据，以判断是否进入下一步的手术阶段。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于脑深部刺激技术的外挂式多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，旨在实现上位机PC端无线实时显示采集到的脑深部场电位信号的同时，采集的数据可即时存储在电刺激仪器的SD卡上供离线分析，可在线手动调控，或通过闭环实时算法给予即时调控，或通过嵌入式算法运算后实时自动调控，以解决现有技术中不能够实现实时的电刺激，以及不能够灵活的针对病人提供个性化的闭环控制反馈控制等问题。
[0006]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，包括:
[0008]外挂式闭环脑深部电刺激器，其位于人体外；
[0009]电极，其位于人体内，与所述外挂式闭环脑深部电刺激器通过导线电性连接；
[0010]无线通信装置，其以无线通讯的方式与所述外挂式闭环脑深部电刺激器相连接；
[0011]上位机，其包括PC端显示界面和算法开发软件，与所述无线传输模块通讯连接；
[0012]所述外挂式闭环脑深部神经感知与调控系统具有第一开环工作模式、第二闭环工作模式和第三闭环工作模式:其中，
[0013]在第一开环工作模式中，所述外挂式闭环脑深部神经感知调控系统能够采集任意电极触点组合的脑深部场电位信号，并将采集的信号通过SD卡保存和通过无线通信装置实时传送到上位机，根据上位机显示的采集结果，手动控制所述外挂式闭环脑深部电刺激器的电脉冲刺激参数，即时观察刺激前后的采集的信号，或对所述SD卡保存的结果进行离线分析；
[0014]在第二闭环工作模式中，所述外挂式闭环脑深部神经感知调控系统能够采集任意电极触点组合的脑深部场电位信号，并将采集的信号通过嵌入式算法运算后实时自动调整输出电脉冲刺激参数；采集的信号通过SD卡保存，供离线分析，或通过无线通信装置实时传送到上位机，供实时观察算法调节后的情况；
[0015]在第三闭环工作模式中，所述外挂式闭环脑深部电刺激系统能够采集任意电极触点组合的脑深部场电位信号，采集的信号通过SD卡保存，供离线分析，同时采集的信号通过无线通信模块实时传送到上位机；所述上位机对信号的数据进行闭环算法运算，通过无线通信装置实时控制所述外挂式闭环脑深部电刺激器的电脉冲刺激参数。
[0016]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，所述的外挂式闭环脑深部电刺激器包括电源模块、无线充电模块、信号采集模块、信号处理模块、无线通信模块、电刺激模块、数据存储模块、安全保护模块、复位模块和指示灯。
[0017]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，信号采集模块使用ADS 1299前端采集电路实现uV级脑深部场电位采集，可以在刺激治疗的同时，有效滤除刺激伪迹，记录电极任意两触点之间的差分信号，或记录电极任意触点相对于地的单端信号。
[0018]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，信号处理模块使用STM32F4系列微控制器实现实时处理，并通过SD卡进行存储。
[0019]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，电刺激模块通过AD5754R进行四通道单独可控的可选单相位或双相位脉冲刺激。
[0020]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，所述的电极可作为采集电极，也可作为刺激电极，每组电极分别有四个记录/刺激通道，且每个通道可以单独控制。
[0021]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，所述的无线传输模块采用蓝牙2.0协议实现。
[0022]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，所述的系统支持采集脑电EEG、心电ECGJA电EMG、眼电EOG数据。
[0023]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，在所述第一种开环工作模式和第三种闭环工作模式中，所述闭环脑深部电刺激系统以高采样率采集信号；在所述第二种闭环工作模式中，所述闭环脑深部电刺激系统以低采样率采集信号。
[0024]优选的是，所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，其中，所述闭环脑深部电刺激系统在待机期间采用外部中断启动的方式，无线通信模块在不需要记录的情况下大部分时间处于休眠状态；当需要唤醒系统情况下，外部唤醒信号为一串固定指令，无线通信模块收到该指令后会自动进入系统中断程序，所述的系统在过压或过流、静电情况下设有相应的保护机制。
[0025]本发明的有益效果是:本系统可提供三种工作模式，第一种开环工作模式是将采集的信号通过SD卡保存并传送到上位机，采用手动在线控制电脉冲刺激参数；第二种闭环工作模式是将采集的信号通过嵌入式算法运算后实时自动调整输出电脉冲刺激参数；第三种闭环工作模式是上位机对信号的数据进行闭环算法运算，通过无线通信装置实时控制电脉冲刺激参数。三种工作模式下，采集的信号都可以通过SD卡即时存储，供离线分析，或通过无线通信装置实时传送到上位机，可无线实时观测刺激前后的脑电状态；第二种及第三种闭环工作模式下，无需手动调节，可即时调节电刺激脉冲；本发明采用外挂式电刺激器，其可作为DBS手术中的临时刺激器进行试验性的刺激，从而分析电刺激的效果，来调整手术方案；该刺激器拆卸方便，便于携带，不影响患者生活。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统中的系统结构示意图；
[0027]图2为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统【背景技术】中的Medtronic (美敦力)DualScreen 3628外观结构图；
[0028]图3为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统【背景技术】中的Medtronic (美敦力)DualScreen 3628接插电极方式图；
[0029]图4为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统中的总体功能框图；
[0030]图5为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统中的控制界面；
[0031]图6为本发明一实施例所述的多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统中的具体硬件结构。
[0032]图中，1-外挂式闭环脑深部电刺激器；2_电极导线；3-头部；4_电极触点；5-无线通讯装置；6-PC上位机。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0034]一种多通道无线闭环脑深部神经感知调控系统，请参阅附图1，其包括:
[0035]外挂式闭环脑深部电刺激器，其位于人体外；
[0036]电极，其位于人体内，与所述外挂式闭环脑深部电刺激系统通过导线电性连接；
[0037]无线通信装置，其以无线通讯的方式与所述外挂式闭环脑深部电刺激系统相连接；
[0038]上位机，其包括PC端显示界面和算法开发软件，与所述无线传输模块通讯连接；
[0039]所述外挂式闭环脑深部电刺激系统具有第一开环工作模式、第二闭环工作模式和第三闭环工作模式:其中，
[0040]在第一