[发明专利]闭环神经刺激系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种植入式医疗仪器，特别是一种植入式闭环神经刺激系统。

背景技术

脑深部电刺激疗法治疗帕金森病、癫痫等神经系统疾病的有效性一方面依赖于电极定位的准确性，另一方面，合适的刺激参数也是取得良好疗效的重要因素。目前临床上一般采用“开环”刺激模式，即电刺激治疗参数是由医生根据临床经验进行手动调节，直至下一次病人随访治疗参数一般保持不变的。在这种“开环”刺激模式下，病人的程控周期较长，参数调整不能及时响应病情的变化，导致不能发挥出脑深部刺激疗法的最佳疗效。另外，由于脑深部电刺激疗法的治疗机理尚未明确，没有明确的研究表明持续的电刺激对病人绝对安全，并且有研究表明持续的电刺激可能会给病人带来认知等方面的影响，因此“闭环”刺激模式是必然的发展趋势。“闭环”刺激的特点在于系统能根据病人状态自动地调整刺激参数，达到减小治疗参数调整的延迟，以及针对病人提供个性化治疗的目的。这里的“病人状态”是一个宽泛的概念，包括癫痫发作与发作间期，病人觉醒与睡眠(对应DBS“ON”与“OFF”)，帕金森病病症体现与否等例子。对于闭环刺激方法的研究已经持续了好多年，然而很多研究都是基于离线数据的数学分析，繁重的数据处理算法并不适合用于嵌入式程序，使得真正的闭环刺激离临床应用还比较遥远。另外，闭环系统设计的一个重大挑战在于闭环反馈对象以及效应器仍在探索中，不管是临床应用还是动物实验研究中，植入闭环神经刺激器之后，可能需要重新选取有效的反馈因子，以及更改相应的数据处理算法，然而现有技术很多都是固定的反馈控制方法，不能灵活地更新算法或者针对具体病人提供个性化的闭环反馈控制方法。

发明内容

有鉴于现有技术上的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种集成电刺激、数据采集、数据处理、无线传输、无线充电以及上位机数据处理等功能的闭环神经刺激系统。该闭环神经刺激系统既可以提供双通道的恒压或恒流模式脉冲刺激信号，又可以通过传感器或者电极获取病人的生理信号，经过简化的嵌入式算法处理后，根据处理结果及时调整脉冲刺激参数或者开启/关闭电刺激治疗，此为本发明的第一种闭环工作模式。该闭环神经刺激系统还具有无线数据传输功能，可以将采集的数据传至上位机实时显示、存储，以及进行闭环算法运算，再通过无线通信装置将新的电刺激脉冲参数实时传给植入式神经刺激器，形成闭环控制，这是本发明的第二种闭环工作模式。一般地，可以通过上位机将存储的高采样率采集数据进行前期的数据分析，并针对特定的病人数据设计闭环算法和优化算法关键参数，再通过第二种闭环实施方法验证闭环刺激和闭环算法的可行性，如果反馈因子和算法可行，则可将算法简化成嵌入式算法，通过无线通信模块对植入式神经刺激器的嵌入式程序进行更新，以第一种闭环工作模式进行长期的个性化的闭环刺激治疗。

本发明通过以下的技术方案得以实现。

一种闭环神经刺激系统，包括植入式闭环神经刺激器、与所述植入式闭环神经刺激器相连的电极和传感器、与所述植入式闭环神经刺激器进行双向无线通信的无线通信装置、与所述无线通信装置相连的上位机，其特征在于：

所述植入式闭环神经刺激器具有第一闭环工作模式和第二闭环工作模式；其中，

在第一闭环工作模式中，所述植入式闭环神经刺激器能够采集任意电极触点组合的电信号和/或传感器获取的信号，并将采集的结果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；

在第二闭环工作模式中，所述植入式闭环神经刺激器能够采集任意电极触点组合的电信号和/或传感器获取的信号，并将采集的结果通过无线通信模块传输给上位机；所述上位机能够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植入式闭环神经刺激器的电脉冲刺激参数；所述闭环算法包括将可将采集数据关联到疾病状态的分类器算法，如支持向量机、人工神经网络、集成学习等，或者是用于癫痫发作检测的半波算法、面积算法、线长算法、GOFA算法等，所述闭环算法还包括将数据分析结果转换成刺激参数调整量的控制算法；

优选地，所述闭环神经刺激装置包括：脑电或传感器数据采集模块，用于采集病人脑电或者传感器信号；嵌入式算法，用于对采集信号进行分析处理；无线数据传输模块，用于将所述脑电或传感器数据采集模块的采集数据实时传输至外部，以及接收外部的指令；脉冲输出控制模块，用于根据所述嵌入式算法处理模块分析结果或上位机算法分析结果实时地、自动地调整脉冲参数。