[发明专利]一种人体双向耦合信息传导通路定量评估方法及传感系统

说明书

本发明公开了一种用于人体双向耦合信息传导通路的定量评估方法，涉及一套多传感器融合系统，特别提供给具有运动症状的神经系统疾病患者。人体内存在连接内在生理电和外在行为学表现的双向耦合信息传导通路，即脑电‑肌电‑动作下行控制信息传导通路和动作‑肌电‑脑电上行反馈信息传导通路。本发明同时监测这个双向信息传导通路中大脑、肌肉、动作三个关键节点信息，一方面辅助医生对患者症状进行全面、准确的定量评估；另一方面，通过大脑皮层‑肌肉的连通性分析进行神经源定位，进而为患者定制个性化治疗方案。

技术领域

本发明属于医疗器械，具体而言，涉及一套多传感器融合系统，特别提供给具有运动症状的神经系统疾病患者，用于人体内双向耦合的信息传导通路的定量评估。

背景技术

人体的神经系统是一个高度复杂的非线性耦合系统。在人体内存在双向的信息传导通路，在大脑-肌肉-动作的下行控制信息通路中，大脑运动区通过神经将控制信号传导到目标肌肉使其收缩和舒张，进而体现为外在动作表现；在动作-肌肉-大脑的上行反馈信息通路中，人的动作会带给感觉器官刺激，这种感受通过神经反馈到大脑的躯体感觉区，进而又对大脑运动区提供负反馈调节。人体双向耦合的信息通路实现了大脑对肌肉的闭环负反馈实时控制。当神经系统某处发生病变，即意味着信息在该处传输时受到阻碍，或者有信息在传输中丢失，或者存在较长延迟，就会影响整个神经闭环控制系统的稳定性，导致紊乱的行为输出。因此许多神经系统疾病具有多样性、复杂性、难治性的特点，且致病病灶难以定位。

常用的神经系统无创评估手段有核磁共振(MRI)、正电子发射计算机断层显像(PET)、脑磁图(MEG)、近红外脑功能成像(fNIRS)等。例如2020年中国人民解放军东部战区总医院张志强等人发明专利：基于功能影像学的癫痫活动检测方法及系统(CN202010439968.X)，提供了一种基于功能影像学的癫痫活动检测方法。但是这些常规影像学检查通常设备复杂庞大，检查成本高，无法长期监测，对于某些神经系统疾病难以捕捉发作时期。

除了神经影像学方法，在临床诊断中，症状学也是医生关注的重点，但是许多患者的症状主述和量表不够可靠，尤其对于神经系统疾病导致认知障碍的患者。医生往往还需要借助患者症状发作时的录像，结合之前诊治病例的经验来对患者的病情作出判断。这种主观的评价也与医生的医术和经验直接相关，在医疗条件欠发达地区，许多患者无法获得专业有效的医疗建议。综上所述，目前缺乏客观有效，可长程测量的定量评估人体内信息传导通路的方法。

神经系统作为人体内信息传导的重要载体，一个重要特点体现在其快速性与实时性。人类的情感、感觉、运动过程都是非常迅速的，发生时间都在几十到几百毫秒之内，为了捕捉这些快速变化的动态生理过程，生理电传感技术因为其极高的时间分辨率而具有其他神经成像技术无可比拟的优势。脑电和肌电传感器的采集频率通常是几百到几千赫兹，高采样率满足了认识神经系统快速响应的动态生理过程的要求。例如清华大学闫宇翔发明专利：癫痫间期脑电信号的处理方法，装置，存储接种及设备(CN202010414039.3)，关注头皮脑电信号，提供了一种提取异常脑电信号的方法来预测癫痫发作。

目前，研究者们大多基于对大脑、肌肉的分立研究，而将其综合起来的研究较少。人体中的信息传导通路是一个高度复杂的耦合系统，单纯依靠脑电信号或肌电信号相当于只关注了通路的一个孤立环节，这是不够全面的。天津医科大学总医院何伯永等人在《经颅磁刺激运动诱发电位对脑梗死失语患者预后的早期评价》一文中指出：“在经颅磁刺激治疗过程中，运动皮层产生的脉冲电流可以沿运动神经元通路传导至肢体肌肉，并在肌肉处检测到运动诱发电位(MEP)，这一通路的任何部位受到损害都会导致运动诱发电位的异常，包括潜伏期，峰值的改变。”这一结论也提示了为了研究人体内双向耦合信息传导通路，同时监测脑电与肌电是非常必要的，通过连通性分析，可以对被试者的神经传导通路的功能连接做定量评估。