[发明专利]一种基于延时反馈控制的噪声深度脑刺激系统

说明书

本发明涉及一种基于延时反馈控制的噪声深度脑刺激系统，其特征在于包括双向电极、微型控制器、上位机、噪声发生器和滤波器。其中，所述双向电极有两个，分别安插在大脑左右侧基底核内的STN核团上，双向电极具有采集和刺激两种属性，通过在上位机设置电极属性，实现对底丘脑核STN核团局部场电位LFPs的采集和噪声刺激的施加，并将采集信号传至微型控制器；所述微型控制器包括预处理模块、估计模块和延时反馈控制模块；上位机用以计算并显示基底核内部核团的放电序列、LFPs、放电率、功率谱(PSD)，丘脑核团的放电序列和可靠性指数(RI)以及全部噪声参数，并将全部噪声参数传至噪声发生器和滤波器。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，具体为一种基于延时反馈控制的新型噪声深度脑刺激系统。

背景技术

帕金森病是由大脑内缺乏一种名为多巴胺的神经递质引起的，多巴胺的缺失会使得神经元的放电率及放电模式发生变化，并伴随着大脑基底核内部神经元出现beta频段(12-35Hz) 的同步放电现象。病态的同步放电现象会严重影响丘脑对外部刺激的反应能力，即丘脑的可靠性降低，从而帕金森患者会出现诸如静止性震颤、运动迟缓、运动不能等方面的症状。缓解上述症状的现有方法以深度脑刺激(DBS)为主，DBS可以有效减弱基底核内部神经元在beta频带的同步放电现象。然而，DBS存在以下方面的弊端：一方面施加临床标准130Hz 左右脉冲的DBS刺激，会引发大脑基底核内部的神经元在同频率附近发生同步放电，可能会带来其它负面影响；另一方面，DBS的能耗较高，需要定期更换电池，大幅增加了手术的风险。

发明内容

本发明提供一种基于延时反馈控制的新型噪声深度脑刺激系统，该系统基于延时反馈控制方法，利用植入电极实现对噪声刺激信号的施加及实时调节。技术方案如下：

一种基于延时反馈控制的噪声深度脑刺激系统，其特征在于包括双向电极、微型控制器、上位机、噪声发生器和滤波器。其中，

所述双向电极有两个，分别安插在大脑左右侧基底核内的STN核团上，双向电极具有采集和刺激两种属性，通过在上位机设置电极属性，实现对底丘脑核STN核团局部场电位LFPs的采集和噪声刺激的施加，并将采集信号传至微型控制器；

所述微型控制器包括预处理模块、估计模块和延时反馈控制模块；所述预处理模块对采集信号进行去伪迹处理，得到去伪迹的STN的局部场电位；所述估计模块根据STN 的LFPs估算基底核内包括外苍白球GPe与内苍白球GPi核团在内的核团和丘脑TH的放电序列并计算相应核团的LFPs，将基底核内部核团和丘脑的放电序列与LFPs传至上位机；所述延时反馈控制模块以基底核内部一个核团的LFPs作为输入信号，以噪声的一个参数作为输出信号并传至上位机；延时反馈控制模块采用线性延时反馈的控制方法；

上位机用以计算并显示基底核内部核团的放电序列、LFPs、放电率、功率谱(PSD)，丘脑核团的放电序列和可靠性指数(RI)以及全部噪声参数，并将全部噪声参数传至噪声发生器和滤波器；所述噪声发生器根据噪声参数生成相应的高斯白噪声并传至滤波器；所述滤波器根据噪声参数对高斯白噪声序列进行滤波处理，得到有色噪声刺激信号，并利用双向电极输出刺激信号。

所述上位机用于设置并显示：双向电极的属性，即是采集还是刺激属性。

所述上位机用于设置并显示：延时反馈控制模块的输入信号是STN的LFPs、GPe的LFPs 还是GPi的LFPs。

所述上位机用于设置并显示：输出信号为噪声强度还是初始频率及频带宽度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：