[发明专利]基于功能性近红外导向的经颅磁刺激系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于功能性近红外导向的经颅磁刺激系统及方法，可通过近红外参数实时在线调整刺激参数、反馈刺激效果，对提升经颅磁刺激的有效性及制定病患个性化的刺激方案具有重大作用。该系统包括：功能性近红外‑经颅磁刺激耦合模块，用于同步采集经颅磁刺激对受试者脑区产生激活或抑制的前、中、后期的实时脑血氧信号；近红外检测模块，用于根据所采集的脑血氧信号判定和校准靶点位置，检测磁刺激对靶向脑区的激活或抑制程度，并且实时在线调整磁刺激参数；脑功能分析模块，用于通过分析所采集的脑血氧信号，检测多频段下的经颅磁刺激对脑功能的影响及变化，评价并反馈磁刺激效果。

技术领域

本发明涉及导向性的磁刺激系统和方法，特别是涉及通过功能性近红外光谱对经颅磁刺激效果进行实时导向的系统及方法。

背景技术

功能性近红外光谱(fNIRS)技术是一项成熟的无损检测技术，可对组织血氧进行非侵入的检测，是从大脑皮层获取脑氧信号的一种常用的、有效的方法；近红外光谱设备经光源不断发出700-900nm的近红外光线进入人体组织，并通过探测器检测被氧合血红蛋白(HbO₂)和还原血红蛋白(HHb)吸收的近红外光谱，以此持续监测大脑活动。通过分析脑组织血氧浓度的改变情况，可得到具有多种不同生理来源的脑神经活动变化。此外，fNIRS还具有非侵入性、不受电磁干扰、适中的时空分辨率等优势，因此在监测或评价经颅刺激对脑功能影响状况中具有独特的优势。

经颅磁刺激(TMS)是利用时变磁场作用于大脑皮层产生感应电流改变皮层神经细胞的动作电位，从而影响脑内代谢和神经电活动的生物刺激技术。人体各种组织的电导率差别较大，肌肉、骨骼的电导率很小，几乎不产生电流；而神经组织的导电率很大，因此在进行磁刺激时神经组织中电流密度很大。静态细胞的跨膜电位差是-70mV，当TMS产生的感应电流超过神经组织兴奋阈值时，则会引起神经细胞去极化并产生诱发电位，从而产生生理效应。其最终效应既可以引起暂时的大脑功能兴奋或抑制，也可引起长时程的皮质可塑性调节。

TMS系统按刺激脉冲的不同，可分为单脉冲TMS(sTMS)、双脉冲TMS(pTMS)以及重复性TMS(rTMS)3种刺激模式。sTMS每个刺激周期只能发出一个刺激脉冲，常用于神经通路的诊断；pTMS每个刺激周期能连续发出两个脉冲，适合于皮层兴奋性的研究；而rTMS可以在每个刺激周期内发出连续脉冲，现多应用于脑神经损伤或精神疾病方面的康复，由于其同时兼备安全、无创、无副作用等优点，受到了人们越来越多的重视。目前，针对rTMS已开展了对中枢神经传导、疲劳恢复、神经疾病及脑功能等各个方面的研究，并获得了较好结果。随着后续研究的不断深入，rTMS的应用领域也将愈加广泛。

虽然rTMS在帕金森病、癫痫及相关运动障碍、抑郁症及情绪障碍、脑卒中、精神分裂症以及慢性疼痛等神经或精神性疾病中取得了良好的康复效果，但是在其使用过程中仍存在许多问题。首先，就rTMS本身而言，因涉及的参数繁多，包括刺激频率、强度、脉冲数、刺激时间、刺激部位、刺激次数等，目前尚缺乏合理的处方及统一的标准；其次，对rTMS刺激效果的评估主要依据粗泛的量表，缺乏客观、精准、灵敏的方法，导致结果不准确。第三，随着患者病程的进展，应采取个性化的刺激方案，而非按照疾病种类进行“一刀切”的统一刺激模式，如何选择rTMS最优模式的刺激方案仍尚存争议。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于功能性近红外导向的经颅磁刺激系统及方法，可在经颅磁刺激操作过程中实时对刺激靶点校正、对靶区激活/抑制效果进行检测，在线调整刺激参数，以达到最优刺激模式。通过小波幅值和偏侧化指数对刺激结果进行多维度的评价与反馈，进一步优化刺激方案。这种功能性近红外光谱导向的经颅磁刺激系统及方法极大提升了经颅磁刺激的有效性，对制定病患个性化的刺激方案具有重大作用。

本发明的一个方面提供了一种基于功能性近红外导向的经颅磁刺激系统，其特征在于，包括：

功能性近红外-经颅磁刺激耦合模块，用于同步采集经颅磁刺激对受试者脑区产生激活或抑制的前、中、后期的实时脑血氧信号；