一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统技术方案

一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，有相连接的用于采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块和用于提取神经电信号主频序列的频率提取模块，相连接的磁刺激器主机和用于向生物体输出磁刺激的线圈，以及反馈控制模块和用于预先设定磁刺激重复频率的频率预设模块，频率预设模块的输出分别连接磁刺激器主机和反馈控制模块的输入端，反馈控制模块的输入端还连接频率提取模块的输出端，反馈控制模块的输出端连接磁刺激器主机的输入端，用于向磁刺激器主机输入结合预设的磁刺激重复频率和神经电信号主频序列产生的频率控制信号，磁刺激器主机的输入端还连接有刺激强度和脉冲个数设置模块。本发明专利技术能更加有效地调控神经元活动。

【技术实现步骤摘要】
一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统
本专利技术涉及一种变频磁刺激系统。特别是涉及一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统。
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，给定一个预设频率进行重复刺激。脑神经节律的振荡频率通常为1-100Hz，通常，预设频率下的重复刺激只能与特定频段的神经振荡形成共振，不能与刺激靶点处的神经振荡形成全面的共振。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，采用预设频率的重复刺激未考虑刺激靶点处本身的神经振荡，并不能完全与脑功能相关的刺激靶点处所有神经振荡形成共振，刺激效果具有一定局限性。因此，已有预设频率重复磁刺激不能与刺激靶点处的神经振荡形成全面共振。本专利技术提出结合预设频率和生物电反馈的磁刺激装置及方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够与靶点处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的结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，包括有：相连接的用于采集生物体神经电信号的神经电信号采集模块和用于提取神经电信号主频序列的频率提取模块，以及相连接的磁刺激器主机和用于向生物体输出磁刺激的线圈，还设置有反馈控制模块和用于预先设定磁刺激重复频率的频率预设模块，其中，所述频率预设模块的输出分别连接磁刺激器主机和反馈控制模块的输入端，所述反馈控制模块的输入端还连接频率提取模块的输出端，所述反馈控制模块的输出端连接磁刺激器主机的输入端，用于向磁刺激器主机输入结合预设的磁刺激重复频率和神经电信号主频序列产生的频率控制信号，所述磁刺激器主机的输入端还连接有刺激强度和脉冲个数设置模块。所述的频率预设模块，是由第一可编程控制器构成，具有三种工作模式：分别为用于预设固定的重复频率f1(t)＝F0、预设随线性函数变化的重复频率f2(t)＝k*t以及预设随阶梯函数变化的重复频率f3(t)＝{F1,F2,F3,…}，其中，F0为固定重复频率，k为频率变化速率，k>0，F1,F2,F3,…为阶梯重复频率，所述的频率预设模块运行如下步骤：(5.1)设置刺激序列总时长为h，共有n个刺激段，n>2，每个刺激段时长为m，m＝h/n；(5.2)设定预设频率序列为X＝{x0,x1,...xn}，作为磁刺激的重复频率序列，对于第一种工作模式，预设频率序列X＝{F0,F0,…,F0}，对于第二种工作模式，预设频率序列X＝{f2(m),f2(2*m),…,f2(n*m)}，对于第三种工作模式，预设频率序列X＝{F1,F2,…,Fn}；(5.3)将重复频率序列X和每个刺激段时长m输出至磁刺激器主机。所述的频率提取模块是由第二可编程控制器构成，用于将采集到的神经电信号进行分段，将各段神经电信号进行傅里叶变换，得到各段神经电信号的频谱曲线，提取频谱曲线中能量最大值对应的频率，得到生物体磁刺激靶点处神经电信号的主频序列，记为Y＝{y0,y1,...yn}。所述的反馈控制模块是由第三可编程控制器构成，用于结合预设频率和神经电信号主频序列给出反馈频率序列，包括完成如下步骤：(4.1)计算预设频率序列X和生物体磁刺激靶点处神经电信号的主频序列Y的差值平方根；(4.2)判断预设频率序列X和生物体磁刺激靶点处神经电信号的主频序列Y的差值平方根是否小于1Hz，是，则计算得出反馈频率序列F＝(X+Y)/2，并将反馈频率序列F输出至磁刺激器主机后，继续接收频率提取模块和频率预设模块的信号，并返回步骤(4.1)；否则，不输出反馈频率序列F，停止磁刺激。所述的频率预设模块所预设的基于生物体神经电信号时频特征的时变重复频率，是除生物体磁刺激靶点以外的其他位置处的神经电信号频率，或其他生物体的神经电信号频率。本专利技术的一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，将刺激靶点处的神经电信号主频用于反馈调控预设频率，形成结合预设频率和生物电反馈的重复频率，进行磁刺激作用于靶点处，能够与靶点处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rTMS重复频率的设置提供新的方案，为rTMS用于脑刺激提供新的思路。附图说明图1是本专利技术一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统的构成框图；图2是本专利技术中反馈控制模块的工作模式。图中1：生物体2：神经电信号采集模块3：频率提取模块4：反馈控制模块5：频率预设模块6：磁刺激器主机7：线圈8：刺激强度和脉冲个数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一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统做出详细说明。如图1所示，本专利技术的一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，包括有：相连接的用于采集生物体1神经电信号的神经电信号采集模块2和用于提取神经电信号主频序列的频率提取模块3，以及相连接的磁刺激器主机6和用于向生物体1输出磁刺激的线圈7，还设置有反馈控制模块4和用于预先设定磁刺激重复频率的频率预设模块5，其中，所述频率预设模块5的输出分别连接磁刺激器主机6和反馈控制模块4的输入端，所述反馈控制模块4的输入端还连接频率提取模块3的输出端，所述反馈控制模块4的输出端连接磁刺激器主机6的输入端，用于向磁刺激器主机6输入结合预设的磁刺激重复频率和神经电信号主频序列产生的频率控制信号，所述磁刺激器主机6的输入端还连接有刺激强度和脉冲个数设置模块8。本专利技术的一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统中，所述的刺激强度和脉冲个数设置模块8用于输出刺激强度和脉冲个数至磁刺激器主机6，所述的磁刺激器主机6将接收到的预设频率序列或反馈频率序列、每个刺激段时长、刺激强度和脉冲个数输出至线圈7，所述的线圈7用于产生磁刺激，作用于生物体1的磁刺激靶点处，所述的神经电信号采集模块2用于在生物体接受磁刺激之后采集生物体磁刺激靶点处的神经电信号。本专利技术首先根据预设频率和每个刺激段时长实施磁刺激，然后再采集生物体1磁刺激靶点处的生物电信号，结合预设频率与刺激靶点处神经电信号主频序列给出反馈频率序列，再次输出基于反馈频率序列的磁刺激。在按照预设频率调控神经振荡的同时，根据生物体1靶点处的神经电信号对预设频率进行微调，将达到更好的刺激效果。本专利技术所述的频率预设模块5，是由第一可编程控制器构成，具有三种工作模式：分别为用于预设固定重复频率f1(t)＝F0、预设随线性函数变化的重复频率f2(t)＝k*t、以及预设随阶梯函数变化的重复频率f3(t)＝{F1,F2,F3,…}，其中，F0为固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，其特征在于，包括有：相连接的用于采集生物体(1)神经电信号的神经电信号采集模块(2)和用于提取神经电信号主频序列的频率提取模块(3)，以及相连接的磁刺激器主机(6)和用于向生物体(1)输出磁刺激的线圈(7)，还设置有反馈控制模块(4)和用于预先设定磁刺激重复频率的频率预设模块(5)，其中，所述频率预设模块(5)的输出分别连接磁刺激器主机(6)和反馈控制模块(4)的输入端，所述反馈控制模块(4)的输入端还连接频率提取模块(3)的输出端，所述反馈控制模块(4)的输出端连接磁刺激器主机(6)的输入端，用于向磁刺激器主机(6)输入结合预设的磁刺激重复频率和神经电信号主频序列产生的频率控制信号，所述磁刺激器主机(6)的输入端还连接有刺激强度和脉冲个数设置模块(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，其特征在于，包括有：相连接的用于采集生物体(1)神经电信号的神经电信号采集模块(2)和用于提取神经电信号主频序列的频率提取模块(3)，以及相连接的磁刺激器主机(6)和用于向生物体(1)输出磁刺激的线圈(7)，还设置有反馈控制模块(4)和用于预先设定磁刺激重复频率的频率预设模块(5)，其中，所述频率预设模块(5)的输出分别连接磁刺激器主机(6)和反馈控制模块(4)的输入端，所述反馈控制模块(4)的输入端还连接频率提取模块(3)的输出端，所述反馈控制模块(4)的输出端连接磁刺激器主机(6)的输入端，用于向磁刺激器主机(6)输入结合预设的磁刺激重复频率和神经电信号主频序列产生的频率控制信号，所述磁刺激器主机(6)的输入端还连接有刺激强度和脉冲个数设置模块(8)。


2.根据权利要求1所述的一种结合预设频率和生物电反馈的变频磁刺激系统，其特征在于，所述的频率预设模块(5)，是由第一可编程控制器构成，具有三种工作模式：分别为用于预设固定的重复频率f1(t)＝F0、预设随线性函数变化的重复频率f2(t)＝k*t以及预设随阶梯函数变化的重复频率f3(t)＝{F1,F2,F3,…}，其中，F0为固定重复频率，k为频率变化速率，k>0，F1,F2,F3,…为阶梯重复频率，所述的频率预设模块(5)运行如下步骤：
(5.1)设置刺激序列总时长为h，共有n个刺激段，n>2，每个刺激段时长为m，m＝h/n；
(5.2)设定预设频率序列为X＝{x0,x1,...xn}，作为磁刺激的重复频率序列，对于第一种工作模式，预设频率序列X＝{F0,F0,…,F0}，对于第二种工作模式，预设频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣，刘志朋，殷涛，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