基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统技术方案

一种基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，是根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，包括有依次连接的：用于在实施磁刺激之前采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块，用于提取神神经电信号的时频特征的神经电信号时频分析模块，用于设置变频变强度磁刺激参数的控制模块，用于根据接收的控制信号产生相应的脉冲信号的磁刺激器主机和用于接收脉冲信号并向生物体输出磁刺激的线圈，所述控制模块的信号输入端还连接刺激强度设置模块。本发明专利技术根据生物体原有的时频特征进行磁刺激，将产生更有说服力的调控效果，基于信号共振的原理，本发明专利技术能激发脑内多个频段信号的共振，实现更加优良的调控效果。

【技术实现步骤摘要】
基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统
本专利技术涉及一种变频变强度磁刺激系统。特别是涉及一种经颅磁刺激重复频率和刺激强度随时间变化的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统。
技术介绍
重复经颅磁刺激(repetitivetranscranialmagneticstimulation，rTMS)是一种脑刺激技术，广泛应用于脑功能、脑网络及脑回路等研究。重复频率是rTMS脑研究的重要参数。通常认为，高频rTMS用于易化皮层兴奋性，低频rTMS用于抑制皮层兴奋性。在实际研究中，通常是根据观察刺激效果或者已有文献中的研究结果，设置一个固定的重复频率进行刺激。脑神经节律的振荡频率通常为1-100Hz，然而，固定频率下的重复刺激通常只能与特定频段的神经振荡形成共振，对于其他频段的神经振荡则可能不具有明显的刺激作用。脑功能通常是由多个节律的振荡共同形成的。因此，在进行经颅磁刺激脑功能研究时，采用固定频率的重复刺激只能与特定频段神经振荡形成共振，并不能完全与脑功能相关的所有神经振荡进行共振，刺激效果具有一定局限性。采用固定强度的重复刺激对于所有神经振荡的调控程度是一样的，无法针对不同神经振荡形成不同强度的经颅磁刺激调控作用，刺激效果具有一定局限性。因此，已有固定重复频率磁刺激只能与特定频段神经振荡形成共振、已有固定刺激强度只能对不同神经振荡形成相同强度磁刺激的局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能更加有效地调控神经元活动的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，是根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，包括有依次连接的：用于在实施磁刺激之前采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块，用于提取神神经电信号的时频特征的神经电信号时频分析模块，用于设置变频变强度磁刺激参数的控制模块，用于根据接收的控制信号产生相应的脉冲信号的磁刺激器主机和用于接收脉冲信号并向生物体输出磁刺激的线圈，所述控制模块的信号输入端还连接刺激强度设置模块。所述的神经电信号采集模块，是在实施磁刺激之前通过采集探头采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号，采集时长为1-20s，采样频率s为512-2kHz，采集到的神经电信号输出至神经电信号时频分析模块。所述的采集探头采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号，是在生物体静息态或任务态下采集的生物体磁刺激靶点处的神经电信号。所述的神经电信号时频分析模块是由第一可编程控制器构成，用于将采集到的神经电信号进行时频分析，包括进行如下步骤：(2.1)将采集到的神经电信号X分为m个数据段，每个数据段包含n个数据点，每个数据点的幅值表示为xij，i＝1,…,n，j＝1,…,m，第j个数据段中第i个数据点对应的时间点为tij，tij＝(j-1)×n+i，神经电信号X对应的时间序列为T，T＝{tij}送入控制模块；(2.2)将各数据段进行傅里叶变换，得到每个数据段的频率序列和能量序列，频率序列和能量序列的长度相等，记为h，每个频率序列包含h个频率值，每个能量序列包含h个能量值，每个数据段傅里叶变换后的频率序列相同，第k个频率值为sk＝s/(h-k)，第j个数据段中的第k个频率值对应的能量值为Ykj；(2.3)提取各个数据段最大能量值对应的频率值，即为各个数据段的信号主频，从而得到神经电信号X的主频序列F＝{f0,f1,...fm}并送入控制模块；(2.4)对所有数据段的能量最大值进行归一化，得到各个数据段的强度因子，形成强度因子序列L＝{l0,l1,...lm}并送入控制模块。所述的控制模块，是由第二可编程控制器构成，用于设置用于设置变频变强度磁刺激参数，包括进行如下步骤：(3.1)将所接收的主频序列F＝{f0,f1,...fm}设置为随时间变化的磁刺激的重复频率序列，将所接收的强度因子序列L＝{l0,l1,...lm}设置为磁刺激的强度系数序列；(3.2)接收刺激强度设置模块输出的磁刺激的刺激强度，并将所述的刺激强度与强度因子序列相乘，得到随时间变化的实际的刺激强度序列；(3.3)输出所述的随时间变化的磁刺激的重复频率序列、随时间变化的实际的刺激强度序列以及所接收的时间序列，所述的时间序列作为随时间变化的磁刺激的重复频率序列和随时间变化的实际的刺激强度序列的刺激时刻。所述的磁刺激器主机将接收的随时间变化的磁刺激的重复频率序列和随时间变化的实际的刺激强度序列按照所接收的时间序列输出给线圈，所述的线圈产生重复频率随时间变化、实际刺激强度随时间变化的磁刺激作用于生物体。本专利技术的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，将根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，采用与生物体神经振荡时频特征相似的重复频率和刺激强度能够与脑内神经振荡形成更贴合的共振，能更加有效地调控神经元活动，为重复经颅磁刺激重复频率的选择提供新的方案，为重复经颅磁刺激用于脑刺激提供新的思路和方法。本专利技术从生物体神经电信号中提取出随时间变化的主频序列和强度因子，用于设置磁刺激的重复频率和强度系数，一方面改变了传统磁刺激根据经验设置重复频率的模式，根据生物体原有的时频特征进行磁刺激，将产生更有说服力的调控效果，另一方面改变了传统磁刺激仅采用单一重复频率的刺激模式，基于信号共振的原理，本专利技术能激发脑内多个频段信号的共振，实现更加优良的调控效果。附图说明图1是本专利技术基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统构成框图。图中1：神经电信号采集模块2：神经电信号时频分析模块3：控制模块4：磁刺激器主机5：线圈6：刺激强度设置模块具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统做出详细说明。如图1所示，本专利技术的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，是根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，包括有依次连接的：用于在实施磁刺激之前采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块1，用于提取神神经电信号的时频特征的神经电信号时频分析模块2，用于设置变频变强度磁刺激参数的控制模块3，用于根据接收的控制信号产生相应的脉冲信号的磁刺激器主机5和用于接收脉冲信号并向生物体输出磁刺激的线圈6，所述控制模块3的信号输入端还连接刺激强度设置模块4。其中：1)所述的神经电信号采集模块1，是在实施磁刺激之前通过采集探头采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号，采集到的神经电信号输出至神经电信号时频分析模块2。所述的神经电信号采集模块1，可采用Neuroscan脑电信号采集系统或BiosemiActiveTwo脑电采集系统。所述的生物体磁刺激靶点可在实施过程中根据具体的研究目标选取，例如研究目标为手部运动功能时，选取运动皮层的刺激靶点，具体可选择中央前回，在脑电导联C3附近，并可根据实际的手部反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，其特征在于，是根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，包括有依次连接的：用于在实施磁刺激之前采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块(1)，用于提取神神经电信号的时频特征的神经电信号时频分析模块(2)，用于设置变频变强度磁刺激参数的控制模块(3)，用于根据接收的控制信号产生相应的脉冲信号的磁刺激器主机(5)和用于接收脉冲信号并向生物体输出磁刺激的线圈(6)，所述控制模块(3)的信号输入端还连接刺激强度设置模块(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，其特征在于，是根据生物体神经电信号时频特征设置的变频变强度磁刺激作用于生物体，包括有依次连接的：用于在实施磁刺激之前采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块(1)，用于提取神神经电信号的时频特征的神经电信号时频分析模块(2)，用于设置变频变强度磁刺激参数的控制模块(3)，用于根据接收的控制信号产生相应的脉冲信号的磁刺激器主机(5)和用于接收脉冲信号并向生物体输出磁刺激的线圈(6)，所述控制模块(3)的信号输入端还连接刺激强度设置模块(4)。


2.根据权利要求1所述的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，其特征在于，所述的神经电信号采集模块(1)，是在实施磁刺激之前通过采集探头采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号，采集时长为1-20s，采样频率s为512-2kHz，采集到的神经电信号输出至神经电信号时频分析模块(2)。


3.根据权利要求2所述的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，其特征在于，所述的采集探头采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号，是在生物体静息态或任务态下采集的生物体磁刺激靶点处的神经电信号。


4.根据权利要求1所述的基于神经电信号时频特征的变频变强度磁刺激系统，其特征在于，所述的神经电信号时频分析模块(2)是由第一可编程控制器构成，用于将采集到的神经电信号进行时频分析，包括进行如下步骤：
(2.1)将采集到的神经电信号X分为m个数据段，每个数据段包含n个数据点，每个数据点的幅值表示为xij，i＝1,…,n，j＝1,…,m，第j个数据段中第i个数据点对应的时间点为tij，tij＝(j-1)×n+i，神经电信号X对应的时间序列为T，T＝{tij}送入控制模块(3)；
(2.2)将各数据段进行傅里叶变换，得到每个数据段的频率序列和能...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣，殷涛，刘志朋，靳静娜，马任，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12