專利名稱：反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)及其反饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，尤其是一種可按需自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)及其反饋控制方法。
背景技術(shù)：
神經(jīng)電刺激在神經(jīng)功能失調(diào)治療和神經(jīng)損傷康復(fù)中具有重要的作用。植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)通過在人體內(nèi)諸如運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、感覺神經(jīng)的特定神經(jīng)處植入電極，來釋放高頻電刺激，以對特定神經(jīng)進(jìn)行刺激，從而使人體機(jī)能恢復(fù)到正常運(yùn)作的狀態(tài)。目前，植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)主要包括用于治療以帕金森病等典型運(yùn)動(dòng)障礙型疾病的植入式腦深部電刺激(DBS，俗稱腦起搏器)，植入式腦皮層刺激(CNQ，植入式脊髓電刺激系統(tǒng)(SCS)，植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)(SNS)，植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)(VNS)等等。已知的植入式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)通常主要包括脈沖發(fā)生器、電極、延伸導(dǎo)線、以及控制裝置。其中，脈沖發(fā)生器與延伸導(dǎo)線連接，延伸導(dǎo)線進(jìn)而又連接至電極，從而將脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖傳輸?shù)诫姌O，以對神經(jīng)進(jìn)行電刺激。目前市場上的神經(jīng)電刺激系統(tǒng)均無反饋?zhàn)詣?dòng)控制功能。以腦起搏器為例，其脈沖刺激輸出完全依賴醫(yī)生預(yù)先設(shè)定的程式進(jìn)行開環(huán)控制。多例醫(yī)學(xué)臨床數(shù)據(jù)表明，運(yùn)動(dòng)障礙病病人(尤其帕金森病人)在晚間熟睡時(shí)癥狀會(huì)緩解或消除，本可以完全停止刺激以減少起搏器不必要的功耗。而現(xiàn)有系統(tǒng)因缺乏自動(dòng)檢測與反饋，不能自動(dòng)按需提供刺激，因而浪費(fèi)相當(dāng)?shù)碾姵啬芰?，使起搏器的壽命大打折扣。為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了依賴病人本身通過使用磁鐵或病人控制器對起搏器主動(dòng)進(jìn)行開關(guān)控制達(dá)到“按需”刺激進(jìn)而達(dá)到節(jié)電目的的方法。然而該手段顯然只能在病人處在清醒狀態(tài)時(shí)才能有效使用，熟睡時(shí)無法操作。此外，另一措施是由醫(yī)生設(shè)定晚間固定時(shí)間段(如熟睡時(shí)間段)自動(dòng)關(guān)機(jī)功能以達(dá)到節(jié)電目的。但該方法假定病人起居非常規(guī)律，缺乏靈活性，萬一病人半夜起床如廁或因故醒來，而起搏器處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，則會(huì)給病人帶來意想不到的麻煩。中國專利200580031533. 5采用在病人身上另外安裝一個(gè)加速度運(yùn)動(dòng)傳感器，系統(tǒng)通過該運(yùn)動(dòng)感知器判斷病人是否處于發(fā)病狀態(tài)進(jìn)而對刺激輸出進(jìn)行開關(guān)調(diào)節(jié)，增加了額外的感知部件且并非閉環(huán)自動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用已有電極自動(dòng)檢測判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)并按需自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，一種反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括脈沖發(fā)生器、與所述脈沖發(fā)生器相連接的電極，所述脈沖發(fā)生器包括電極選擇控制單元，所述電極選擇控制單元的輸入端與神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的已有的一對或多對電極觸點(diǎn)相連接；A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端與所述電極選擇控制單元的輸出端相連接；用于提取、判斷深度睡眠特征的信號處理單元，所述信號處理單元的輸入端與所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端相連接；輸出控制單元，所述輸出控制單元的輸入端與所述信號處理單元的輸出端相連接；所述輸出控制單元的輸出端與所述電極選擇控制單元的另一輸入端相連接形成反饋回路；所述電極作為信號采集單元采集的神經(jīng)電信號依次經(jīng)所述的電極切換控制單元、 A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理單元、輸出控制單元再輸入所述的電極選擇控制單元形成反饋回路， 當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號。優(yōu)選地，所述反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，通過將電極植入人體不同部位來治療不同的病癥。優(yōu)選地，所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或該波形信號導(dǎo)出的波形特征。優(yōu)選地，所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波頻譜特征信號。優(yōu)選地，所述電極選擇控制單元與A/D轉(zhuǎn)換單元之間設(shè)置有用于對所述電極采集的電信號進(jìn)行放大、濾波的信號調(diào)理單元。優(yōu)選地，所述的脈沖發(fā)生器具有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉”至少兩個(gè)工作模式，當(dāng)所述的脈沖發(fā)生器處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元選擇電極觸點(diǎn)作為信號輸入端自動(dòng)定時(shí)采樣神經(jīng)電信號并形成反饋回路；當(dāng)所述的脈沖發(fā)生器處于“睡眠自反饋關(guān)閉”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元選擇電極觸點(diǎn)僅作為信號輸出端對靶點(diǎn)進(jìn)行脈沖電刺激。使用者可通過程控器的“睡眠自反饋”參數(shù)設(shè)定來選擇是否開啟睡眠自反饋功能。優(yōu)選地，所述的信號處理單元預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征作為基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征的匹配度大于預(yù)設(shè)值時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。優(yōu)選地，所述的信號處理單元預(yù)設(shè)的腦電波頻譜特征范圍為1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。優(yōu)選地，當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種能夠按需自動(dòng)調(diào)節(jié)刺激輸出的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，包括如下步驟A 使用神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中已有的一對或多對電極觸點(diǎn)作為信號采集單元自動(dòng)定
5時(shí)采樣神經(jīng)電信號；B:通過信號處理單元對上述獲得的一組或多組采樣神經(jīng)電信號處理提取深度睡眠特征，判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)；C 將所述信號處理單元的輸出端與脈沖信號輸出控制單元的輸入端相連接；D 將所述脈沖信號輸出控制單元的輸出端與所述一對或多對電極觸點(diǎn)相連接形成反饋控制回路，當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止輸出脈沖信號；當(dāng)判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。優(yōu)選地，所述步驟A中還包括對一對或多對電極觸點(diǎn)進(jìn)行選擇控制、對采樣信號放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換的步驟。優(yōu)選地，在所述神經(jīng)電刺激系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉” 至少兩個(gè)工作模式，所述步驟A之前還有判斷該神經(jīng)電刺激系統(tǒng)是否處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式的步驟。優(yōu)選地，所述一對或多對電極觸點(diǎn)采集的神經(jīng)電信號為腦電波信號。優(yōu)選地，所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征。優(yōu)選地，所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波頻譜特征信號。優(yōu)選地，所述的信號處理單元預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征作為基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征的匹配度大于預(yù)設(shè)值時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。優(yōu)選地，所述的信號處理單元預(yù)設(shè)的腦電波頻譜特征范圍為1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本發(fā)明利用了已植入的一對或多對電極觸點(diǎn)作為信號采集單元采集神經(jīng)電信號，并形成閉環(huán)自動(dòng)控制脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號， 不需要增加額外的感知部件、不需人工干預(yù)能夠達(dá)到自動(dòng)按需進(jìn)行神經(jīng)電刺激的目的，減少了運(yùn)動(dòng)障礙病等病人在晚間熟睡時(shí)因癥狀緩解或消除本可以完全停止刺激浪費(fèi)的功耗， 從而大大延長了神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的使用壽命。


附圖1為本發(fā)明的模塊原理圖；附圖2為本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的模塊原理圖；附圖3為本發(fā)明的反饋控制程序流程圖；其中1、脈沖發(fā)生器；2、電源；3、電極；4、電極選擇控制單元；5、信號調(diào)理單元；6、A/D 轉(zhuǎn)換單元；7、信號處理單元；8、控制輸出單元。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明參照圖1，本發(fā)明的反饋式植入神經(jīng)電刺激系統(tǒng)主要包括植入體內(nèi)的脈沖發(fā)生器 1、電極3，以及位于體外的控制裝置。脈沖發(fā)生器1與電極3電連接，從而將脈沖發(fā)生器1 所產(chǎn)生的脈沖傳輸?shù)诫姌O3，以對神經(jīng)靶點(diǎn)進(jìn)行電刺激，達(dá)到治療的效果。電極3具有多對觸點(diǎn)，例如4對，可通過電極選擇控制單元4來選擇一對或多對電極觸點(diǎn)作為輸入或是輸
出ο參照圖2，一種反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，例如可以是植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括植入人體的脈沖發(fā)生器1、與脈沖發(fā)生器1電連接的電極3，脈沖發(fā)生器 1包括電極選擇控制單元4、信號調(diào)理單元5、A/D轉(zhuǎn)換單元6、信號處理單元7、輸出控制單元8以及為上述單元模塊進(jìn)行供電的電源2，其中電極選擇控制單元4的輸入端與神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的已有的一對或多對電極觸點(diǎn)相連接，用于對電極3上的一對或多對觸點(diǎn)進(jìn)行多路選通切換控制。信號調(diào)理單元5的輸入端與電極選擇控制單元4的輸出端相連接，用于對所述電極3采集的神經(jīng)電信號進(jìn)行放大、濾波。A/D轉(zhuǎn)換單元6的輸入端與信號調(diào)理單元5的輸出端相連接，用于將電極3采集的神經(jīng)電模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號處理單元7的輸入端與所述A/D轉(zhuǎn)換單元6的輸出端相連接，用于提取、判斷深度睡眠特征。對于植入式腦深部電刺激系統(tǒng)及植入式腦皮層刺激系統(tǒng)，由于電極插入腦深部或腦皮層，一對或多對電極觸點(diǎn)采集的人體神經(jīng)電信號為腦電波信號，信號處理單元7提取的深度睡眠特征可為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或腦電波頻譜特征信號，可由信號處理單元通過一系列信號處理算法如FFT運(yùn)算、小波變換等提取上述深度睡眠特征。輸出控制單元8的輸入端與所述信號處理單元7的輸出端相連接，用于根據(jù)信號處理單元7的輸出自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值、脈寬、頻率；輸出控制單元8的輸出端與所述電極選擇控制單元4的另一輸入端相連接形成反饋回路，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)使用者的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出脈沖的大小。本發(fā)明采用已植入的電極作為信號采集單元，將采集的神經(jīng)電輸入信號依次經(jīng)電極切換控制單元4、信號調(diào)理單元5、A/D轉(zhuǎn)換器6、信號處理單元7、輸出控制單元8再輸入所述的電極選擇控制單元4形成反饋回路。當(dāng)所述信號處理單元7判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元8自動(dòng)減弱或停止脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號。當(dāng)所述信號處理單元7判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元8維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器1的常規(guī)輸出脈沖信號。脈沖發(fā)生器1具有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉”至少兩個(gè)工作模式，可通過位于體外的程控器對脈沖發(fā)生器1進(jìn)行睡眠自反饋的參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)上述模式切換。當(dāng)該參數(shù)設(shè)為“開”時(shí)，即所述的脈沖發(fā)生器1處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元4選擇電極觸點(diǎn)作為信號輸入端自動(dòng)定時(shí)采樣神經(jīng)電信號并形成反饋回路， 從而啟動(dòng)上述自動(dòng)反饋輸出調(diào)節(jié)功能。此時(shí)，電極選擇控制單元4所選擇的輸入電極觸點(diǎn)與輸出電極觸點(diǎn)可以是相同或部分相同的，也可以是不同的電極觸點(diǎn)。當(dāng)該參數(shù)設(shè)為“關(guān)” 時(shí)，即所述的脈沖發(fā)生器1處于“睡眠自反饋關(guān)閉”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元4 選擇電極觸點(diǎn)僅作為信號輸出端對靶點(diǎn)進(jìn)行脈沖電刺激，則關(guān)閉上述自動(dòng)反饋輸出調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)不同病人的需求。具體地，對于植入式腦深部電刺激系統(tǒng)及植入式腦皮層刺激系統(tǒng)來說，信號處理單元7在判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)時(shí)，可通過預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號作為基礎(chǔ)波形，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形的匹配度大于預(yù)設(shè)值(例如80%)時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)?；蛘撸ㄟ^在信號處理單元7預(yù)設(shè)腦電波頻譜范圍，例如1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。一種可應(yīng)用于植入式腦深部電刺激系統(tǒng)、植入式腦皮層刺激系統(tǒng)、植入式脊髓電刺激系統(tǒng)、植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)等反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，包括如下步驟A 使用神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中已有的一對或多對電極觸點(diǎn)作為信號采集單元自動(dòng)定時(shí)采樣神經(jīng)電信號，并對一對或多對電極觸點(diǎn)進(jìn)行選擇控制、對采樣信號放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換；B:通過信號處理單元對上述獲得的一組或多組采樣神經(jīng)電信號處理提取深度睡眠特征，并判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)；C 將所述信號處理單元的輸出端與脈沖信號輸出控制單元的輸入端相連接；D 將所述脈沖信號輸出控制的輸出端與所述電極選擇控制單元相連接形成反饋控制回路，當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號；當(dāng)判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。在神經(jīng)電刺激系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉”至少兩個(gè)工作模式，在所述步驟A之前還有判斷該神經(jīng)電刺激系統(tǒng)是否處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式的步驟。對于植入式腦深部電刺激系統(tǒng)及植入式腦皮層刺激系統(tǒng)來說，一對或多對電極觸點(diǎn)采集的人體神經(jīng)電信號為腦電波信號，該反饋控制方法的信號處理單元提取的深度睡眠特征可以是廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號、由該波形信號導(dǎo)出的波形特征或腦電波頻譜特征信號。在步驟B中的信號處理單元判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)時(shí)，可通過預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征作為基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征的匹配度大于預(yù)設(shè)值(例如80%)時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)?；蛘?，通過在信號處理單元預(yù)設(shè)腦電波頻譜范圍，例如1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。圖3為本發(fā)明的反饋控制程序流程圖，由信號發(fā)生器內(nèi)的程序控制執(zhí)行。首先，程序自動(dòng)判斷“睡眠自反饋”模式是否啟動(dòng)，未啟動(dòng)時(shí)則維持或恢復(fù)常規(guī)的脈沖刺激模式，如已啟動(dòng)則由信號選擇控制單元4選擇一對或多對電極觸點(diǎn)作為腦電波信號輸入反饋回路，然后設(shè)定合適的信號發(fā)生器內(nèi)的放大器增益及信號處理單元的濾波特性以提取深度睡眠特征，由程序控制一對或多對電極觸點(diǎn)自動(dòng)定時(shí)地采樣神經(jīng)電信號，接著由信號處理單元判斷該采樣神經(jīng)電信號是否符合深度睡眠信號特征，如判斷是，則減弱或停止脈沖刺激輸出；如判斷否，則維持或恢復(fù)常規(guī)的脈沖刺激模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用了已植入的一對或多對電極觸點(diǎn)作為信號采集單元采集神經(jīng)電信號，并形成閉環(huán)控制能夠根據(jù)使用者的實(shí)際需要自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號進(jìn)行神經(jīng)電刺激，不需要增加額外的感知部件并且不需人工干預(yù)，大大減少了運(yùn)動(dòng)障礙病等病人在晚間熟睡時(shí)因癥狀緩解或消除本可以完全停止刺激浪費(fèi)的功耗，從而大大延長了神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的使用壽命。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述。本文中對于本發(fā)明的描述是說明性的，因而本發(fā)明的范圍不應(yīng)限制于上述具體實(shí)施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，在不脫離本發(fā)明的主旨或本質(zhì)特征的情況下，對上述具體實(shí)施方式
進(jìn)行其他變形或改變，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，包括脈沖發(fā)生器、與所述脈沖發(fā)生器相連接的電極，其特征在于所述脈沖發(fā)生器包括電極選擇控制單元，所述電極選擇控制單元的輸入端與神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的已有的一對或多對電極觸點(diǎn)相連接；A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端與所述電極選擇控制單元的輸出端相連接；用于提取、判斷深度睡眠特征的信號處理單元，所述信號處理單元的輸入端與所述A/D 轉(zhuǎn)換單元的輸出端相連接；輸出控制單元，所述輸出控制單元的輸入端與所述信號處理單元的輸出端相連接；所述輸出控制單元的輸出端與所述電極選擇控制單元的另一輸入端相連接形成反饋回路；所述電極作為信號采集單元采集的神經(jīng)電信號依次經(jīng)所述的電極切換控制單元、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理單元、輸出控制單元再輸入所述的電極選擇控制單元形成反饋回路，當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦深部電刺激系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式腦皮層刺激系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)為植入式脊髓電刺激系統(tǒng)或植入式骶神經(jīng)電刺激系統(tǒng)或植入式迷走神經(jīng)電刺激系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波頻譜特征信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述電極選擇控制單元與A/D轉(zhuǎn)換單元之間設(shè)置有用于對所述電極采集的電信號進(jìn)行放大、濾波的信號調(diào)理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述的脈沖發(fā)生器具有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉”至少兩個(gè)工作模式，當(dāng)所述的脈沖發(fā)生器處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元選擇電極觸點(diǎn)作為信號輸入端自動(dòng)定時(shí)采樣神經(jīng)電信號并形成反饋回路；當(dāng)所述的脈沖發(fā)生器處于“睡眠自反饋關(guān)閉”工作模式時(shí)，所述電極選擇控制單元選擇電極觸點(diǎn)僅作為信號輸出端對靶點(diǎn)進(jìn)行脈沖電刺激。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理單元預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征作為基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征的匹配度大于預(yù)設(shè)值時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理單元預(yù)設(shè)的腦電波頻譜特征范圍為1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于 1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。
11.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。
12.一種反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于包括如下步驟A 使用神經(jīng)電刺激系統(tǒng)中已有的一對或多對電極觸點(diǎn)作為信號采集單元自動(dòng)定時(shí)采樣神經(jīng)電信號；B:通過信號處理單元對上述獲得的一組或多組采樣神經(jīng)電信號處理提取深度睡眠特征，判斷使用者是否處于深度睡眠狀態(tài)；C 將所述信號處理單元的輸出端與脈沖信號輸出控制單元的輸入端相連接；D 將所述脈沖信號輸出控制單元的輸出端與所述一對或多對電極觸點(diǎn)相連接形成反饋控制回路，當(dāng)所述信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止輸出脈沖信號；當(dāng)判斷使用者未處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，所述脈沖信號輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述步驟A中還包括對一對或多對電極觸點(diǎn)進(jìn)行選擇控制、對采樣信號放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于在所述神經(jīng)電刺激系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)有“睡眠自反饋啟動(dòng)”和“睡眠自反饋關(guān)閉”至少兩個(gè)工作模式，所述步驟A之前還有判斷該神經(jīng)電刺激系統(tǒng)是否處于“睡眠自反饋啟動(dòng)”工作模式的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13或14所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述一對或多對電極觸點(diǎn)采集的神經(jīng)電信號為腦電波信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述信號處理單元提取的深度睡眠特征為廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波頻譜特征信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述的信號處理單元預(yù)設(shè)廣大人群或特定病人深度睡眠狀態(tài)下的腦電波波形信號或由該波形信號導(dǎo)出的波形特征作為基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波波形信號與所述基礎(chǔ)波形或基礎(chǔ)特征的匹配度大于預(yù)設(shè)值時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的反饋控制方法，其特征在于所述的信號處理單元預(yù)設(shè)的腦電波頻譜特征范圍為1 15HZ，當(dāng)所述電極觸點(diǎn)采集到的腦電波頻譜特征處于1 15HZ之間時(shí)則判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反饋式神經(jīng)電刺激系統(tǒng)及其反饋控制方法，采用已植入的電極作為信號采集單元，將采集的神經(jīng)電輸入信號依次經(jīng)電極切換控制單元、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理單元、輸出控制單元再輸入電極選擇控制單元形成反饋回路，當(dāng)信號處理單元判斷使用者處于深度睡眠狀態(tài)下時(shí)，輸出控制單元自動(dòng)減弱或停止脈沖發(fā)生器的輸出脈沖信號；否則，輸出控制單元維持或自動(dòng)恢復(fù)脈沖發(fā)生器的常規(guī)輸出脈沖信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，不需要增加額外的感知部件且不需人工干預(yù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)按需輸出調(diào)節(jié)，減少了運(yùn)動(dòng)障礙病等病人在晚間熟睡時(shí)因癥狀緩解或消除本可以完全停止刺激浪費(fèi)的功耗，從而大大延長了神經(jīng)電刺激系統(tǒng)的使用壽命。
文檔編號A61N1/36GK102343123SQ20101023976
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者吳有林 申請人:鼎邁醫(yī)療科技(蘇州)有限公司