[发明专利]一种针对帕金森病步态障碍的多位点闭环刺激系统和方法

说明书

本发明提供了一种针对帕金森病步态障碍的多位点闭环刺激反馈系统和方法。该系统包括：信号采集模块，用于采集初级运动皮层和丘脑底核的脑电生理信号并生成PAC信号；信号处理模块，用于基于PAC信号和脑电生理信号的波形指标生成步态障碍概率曲线，并判断某一时间段内所述步态障碍概率曲线中的概率值是否超过PAC阈值；刺激控制模块，用于产生输出高频刺激或低频刺激的控制命令，并控制信号采集模块持续采集初级运动皮层处的刺激后脑电生理信号进行反馈；刺激发生模块，用于基于控制命令向布置在丘脑底核处的电极发射高频或低频刺激信号；其中信号处理模块和刺激控制模块根据刺激后脑电生理信号对高频刺激或低频刺激的参数进行调整。

技术领域

本发明属于医用设备领域，涉及一种针对帕金森病步态障碍的多位点闭环刺激反馈系统和方法，所述系统用于帕金森病步态障碍的治疗。

背景技术

帕金森病是一种好发于老年人的神经系统变性疾病。步态障碍表现为反复发作的短暂性步态迟滞、中止，可在迈步或行走中突然出现。随帕金森疾病进展，步态障碍的发生率逐渐提高，10年以上的发生率高达58%。步态障碍具有较高的致残性，是帕金森病患者跌倒的主要原因，显著妨碍患者日常生活的活动性和自主性，极大影响患者生活质量。

脑深部电刺激治疗帕金森病的有效性和长期稳定性逐渐得到广泛认可，但现有刺激模式尚不能满足对步态障碍患者的治疗需求。传统高频刺激虽可明显缓解帕金森病患者的震颤、僵直症状，但其对步态障碍的疗效并不理想，低频刺激可显著改善帕金森患者的冻结步态症状，但对震颤、僵直等症状改善不佳。故在治疗时如何根据患者运动状态自动选择刺激频率成了一个关键性问题。

因此，需要开发一种根据患者的运动状态来自动选择刺激频率治疗步态障碍的系统和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对帕金森病步态障碍的多位点闭环刺激反馈系统和方法，其通过获取并分析皮层及丘脑底核的局部场电位，预测步态障碍发生概率较大的时间段，通过高低频刺激自动切换，改善步态障碍问题。

在第一个方面，本发明提供了一种针对帕金森病步态障碍的多位点闭环刺激反馈系统，包括：信号采集模块、信号处理模块、刺激控制模块和刺激发生模块；所述信号采集模块被配置成采集大脑初级运动皮层和丘脑底核的脑电生理信号，并处理所述脑电生理信号以生成跨频相位-振幅耦合(PAC)信号；所述信号处理模块被配置成基于所述PAC信号和所接收到的所述脑部脑电生理信号的波形指标生成步态障碍概率曲线，并判断某一时间段内所述步态障碍概率曲线中的概率值是否超过PAC阈值，生成确定输出高频刺激还是低频刺激的判断结果；所述刺激控制模块被配置成基于从所述信号处理模块获得的判断结果产生输出高频刺激或低频刺激的控制命令，将所述控制命令发送至所述刺激发生模块以产生刺激信号，并控制所述信号采集模块持续采集初级运动皮层处的刺激后脑电生理信号进行反馈；所述刺激发生模块被配置成基于所述刺激控制模块发出的控制命令向布置在丘脑底核处的电极发射高频或低频刺激信号，用于对丘脑底核进行刺激，抑制受试者脑内病理性信号；其中所述信号处理模块和所述刺激控制模块根据所述信号采集模块所采集的刺激后脑电生理信号对所述高频刺激或低频刺激的参数进行调整。

具体来说，“判断某一时间段内所述步态障碍概率曲线中的概率值是否超过PAC阈值，生成确定输出高频刺激还是低频刺激的判断结果”中的判断结果可以为：若是，则所述刺激控制模块生成使所述刺激发生模块产生低频信号的控制命令；若否，则所述刺激控制模块生成使所述刺激发生模块产生高频信号的控制命令。

在一个具体实施方案中，所述信号采集模块包括脑电电极、脑电信号放大子模块、微控制器和通讯子模块，其中所述脑电电极被布置在大脑初级运动皮层和丘脑底核处用于采集脑电生理信号；所述脑电信号子放大模块用于对所述脑电生理信号进行放大处理；所述微控制器用于对所述脑电生理信号进行处理分析，生成跨频相位-振幅耦合(PAC)信号；所述通讯子模块用于接收其他模块发送的信号，并将所述微控制器的处理结果发送至其他对应模块。