基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，硬件子系统包括自动导航模块、刺激模块、信号采集模块；软件子系统包括控制模块、仿真及可视化模块、数据分析模块；系统通过在待测目标脑部的初级运动皮层进行刺激，采集MEP信号确定刺激参数，基于刺激参数在不同预刺激位点进行刺激，同步采集心电信号并进行比较，确定心率变化最大的位点为最佳治疗靶点。从经颅磁刺激对心脏调控效应角度确定经颅磁刺激最佳治疗靶点能缩小因个体差异带来的定位误差，提升各刺激靶点位置的特异性与精准性。自动导航能降低对操作人员熟练度的要求，提升定位一致性。仿真及可视化模块可直观认知刺激线圈产生的磁场，辅助调整刺激线圈位姿。刺激线圈位姿。刺激线圈位姿。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统


[0001]本专利技术属于经颅磁刺激领域，具体涉及一种基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统。

技术介绍

[0002]经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)是一种利用脉冲磁场，作用于大脑中枢神经系统，改变大脑皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起的一系列生理、生化反应的磁刺激技术。目前经颅刺激技术主要应用于言语定位与认知功能研究、促进脑功能与运动功能的恢复、治疗抑郁症与精神分裂症、治疗帕金森氏症、癫痫与运动神经失调，是一种无痛、无创的绿色治疗方案。
[0003]经颅刺激仪对不同个体定制具有个体化的治疗方案是目前经颅磁刺激治疗的重点研究方向，而治疗靶点的特异性选择以及精准定位为个体化治疗中的核心。当前提升治疗靶点的特异性和精准性的定位方法各自具有其优劣性：定位帽定位法及其配套的5cm规则在群体层面是一个成本低廉、简单有效的定位方法，但由于头部大小等各方面差异，在个体层面则不再适用；脑电参与的个体定制方案提供了一种个体化定位的新思路，但带导线脑电帽的参与会引入干扰，影响定位效果。
[0004]目前，在进行经颅磁刺激治疗时，肌电信号、心率信号均是具有参考价值的信息，可以作为医生进行治疗操作的辅助数据，尤其是心率信号，其对于心脏疾病的诊断和治疗有着极为重要的意义。
[0005]具体的，心脏功能受自主神经系统调控。自主神经系统是神经系统的重要组成部分之一，由交感神经和副交感神经构成，当自主神经系统接受来自躯体和外部环境的信息，通过交感神经刺激躯体反应，如心跳加快、心率变异性降低，或通过副交感神经抑制躯体反应如心跳减缓、心率变异性升高。
[0006]多种心血管疾病、精神类疾病表现为自主神经系统调节紊乱，以重度抑郁症(Major Depressive Disorder，MDD)为例，自主神经系统调节紊乱主要表现为心率升高和心率变异性降低。此外，心脏在功能上通过迷走神经与其他在抑郁症中失调的大脑结构相连接，如膝下扣带回皮层和背外侧前额叶皮层。基于这种假设，目前公认最佳的TMS部位是那些显示与膝下扣带回皮层功能连接的部位，如DLPFC。同时，多项研究表明TMS刺激DLPFC可以降低被试的心率、提高心率变异性。综上，TMS对心脏调节的网络与抑郁网络存在重叠，TMS调节心脏最佳刺激靶点有可能是TMS治疗抑郁症的最佳刺激靶点，心率可以作为一种识别TMS个体化刺激靶点的潜在生物标记物。
[0007]国外已有的心率经颅磁刺激(NCG
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TMS)系统的核心思想是：通过确定DLPFC(背外侧前额叶皮层)中降低心率最成功的区域，可以确定经颅磁刺激技术治疗抑郁症的最佳刺激靶点，因为DLPFC的这一区域与额叶
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迷走神经网络连接最紧密。
[0008]但是，现有的心率经颅磁刺激系统使用定位帽定位方式来确定刺激位点，比如采用使用专门设计的10
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20EEG帽的定位方式，这种定位方式在群体层面上是有效的，但没有
考虑到个体差异。针对每个个体而言，刺激位点的位置可能会因为头部大小、区域热点的位置差异等造成偏差，在进行定位帽对刺激位点定位后，仍需要对区域的热点进行搜索。并且，现有的心率经颅磁刺激系统采用手动移动刺激线圈寻找刺激位点的方式，这对操作人员的熟练度具有很高的要求，因此培训成本较高；同时，即使如此，也很难复制每次对每个刺激位点位置寻找以及刺激线圈位姿的固定情况，难以保证精确性。而且，经颅磁刺激过程中刺激线圈的摆放对实际刺激效果具有很大的影响，这种手动操作方式很难使得刺激线圈的位姿保持合理的角度，同时现有设备对刺激线圈位姿的正确性也缺乏一个直观的认识，因而无法有效保证刺激效果。

技术实现思路

[0009]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0010]一种基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，包括软件子系统和硬件子系统；其中，
[0011]所述硬件子系统包括：
[0012]自动导航模块，用于基于虚拟脑电极定位系统确定待测目标颅部各刺激位点的位置，带动所述刺激模块移动至刺激位点；
[0013]刺激模块，用于利用内部的刺激线圈产生磁场对刺激位点进行刺激；
[0014]信号采集模块，用于对刺激位点被刺激后所述待测目标产生的生理信号进行采集；其中，所述生理信号包括MEP信号和心电信号；
[0015]所述软件子系统包括：
[0016]控制模块，用于控制所述硬件子系统的各模块；
[0017]仿真及可视化模块，用于对所述刺激线圈产生的磁场进行实时仿真以辅助调整刺激线圈位姿，以及用于数据可视化显示；
[0018]数据分析模块，用于对所述生理信号进行分析；
[0019]其中，所述虚拟脑电极定位系统包括10
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10系统、10
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20系统和64导联系统；所述基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统通过在待测目标脑部的初级运动皮层进行刺激，采集MEP信号确定刺激参数，基于所述刺激参数在多个预刺激位点进行刺激，采集并比较获得的多个心电信号，来确定心率变化最大的位点作为所述待测目标的最佳治疗靶点。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述自动导航模块，包括：
[0021]机械臂，用于带动刺激线圈移动；
[0022]视觉单元，用于采集待测目标颅部的图像；
[0023]图像处理单元，用于利用待测目标的核磁数据重建三维头模型。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述自动导航模块基于虚拟脑电极定位系统确定待测目标颅部各刺激位点的位置，包括：
[0025]在所述重建的三维头模型上映射出所述虚拟脑电极定位系统的电极点位，以将所述虚拟脑电极定位系统的电极点位量化处理。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁
刺激系统通过在待测目标脑部的初级运动皮层进行刺激，采集MEP信号确定刺激参数，包括：
[0027]利用所述自动导航模块，将刺激线圈移动到所述虚拟脑电极定位系统中所标识的右半球大脑初级运动皮层位点；
[0028]以所述右半球大脑初级运动皮层位点为中心进行自动热点搜索，寻找引起右半球最大MEP响应的位点P
rm
；在所述位点P
rm
处进行刺激，确定右半球运动阈值MT
R
；确定右半球刺激频率并根据所述右半球运动阈值MT
R
确定右半球刺激强度，得到右半球的刺激参数；
[0029]利用所述自动导航模块，将刺激线圈移动到所述虚拟脑电极定位系统中所标识的左半球大脑初级运动皮层位点；
[0030]以所述左半球大脑初级运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其特征在于，包括软件子系统和硬件子系统；其中，所述硬件子系统包括：自动导航模块，用于基于虚拟脑电极定位系统确定待测目标颅部各刺激位点的位置，带动所述刺激模块移动至刺激位点；刺激模块，用于利用内部的刺激线圈产生磁场对刺激位点进行刺激；信号采集模块，用于对刺激位点被刺激后所述待测目标产生的生理信号进行采集；其中，所述生理信号包括MEP信号和心电信号；所述软件子系统包括：控制模块，用于控制所述硬件子系统的各模块；仿真及可视化模块，用于对所述刺激线圈产生的磁场进行实时仿真以辅助调整刺激线圈位姿，以及用于数据可视化显示；数据分析模块，用于对所述生理信号进行分析；其中，所述虚拟脑电极定位系统包括10
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10系统、10
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20系统和64导联系统；所述基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统通过在待测目标脑部的初级运动皮层进行刺激，采集MEP信号确定刺激参数，基于所述刺激参数在多个预刺激位点进行刺激，采集并比较获得的多个心电信号，来确定心率变化最大的位点作为所述待测目标的最佳治疗靶点。2.根据权利要求1所述的基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其特征在于，所述自动导航模块，包括：机械臂，用于带动刺激线圈移动；视觉单元，用于采集待测目标颅部的图像；图像处理单元，用于利用待测目标的核磁数据重建三维头模型。3.根据权利要求2所述的基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其特征在于，所述自动导航模块基于虚拟脑电极定位系统确定待测目标颅部各刺激位点的位置，包括：在所述重建的三维头模型上映射出所述虚拟脑电极定位系统的电极点位，以将所述虚拟脑电极定位系统的电极点位量化处理。4.根据权利要求1所述的基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其特征在于，所述基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统通过在待测目标脑部的初级运动皮层进行刺激，采集MEP信号确定刺激参数，包括：利用所述自动导航模块，将刺激线圈移动到所述虚拟脑电极定位系统中所标识的右半球大脑初级运动皮层位点；以所述右半球大脑初级运动皮层位点为中心进行自动热点搜索，寻找引起右半球最大MEP响应的位点P
rm
；在所述位点P
rm
处进行刺激，确定右半球运动阈值MT
R
；确定右半球刺激频率并根据所述右半球运动阈值MT
R
确定右半球刺激强度，得到右半球的刺激参数；利用所述自动导航模块，将刺激线圈移动到所述虚拟脑电极定位系统中所标识的左半球大脑初级运动皮层位点；以所述左半球大脑初级运动皮层位点为中心进行自动热点搜索，寻找引起左半球最大
MEP响应的位点P
lm
；在位点P
lm
处进行刺激确定左半球运动阈值MT
L
；确定左半球刺激频率并根据所述左半球运动阈值MT
L
确定左半球刺激强度，得到左半球的刺激参数。5.根据权利要求4所述的基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其特征在于，所述右半球刺激频率和所述左半球刺激频率为预设频率；所述右半球刺激强度为预定百分比*右半球运动阈值MT
R
；所述左半球刺激强度为所述预定百分比*左半球运动阈值MT
L
；其中，所述预设频率和所述预定百分比根据经颅磁刺激临床指南选择。6.根据权利要求4所述的基于虚拟脑电极定位系统的自动心率导航经颅磁刺激系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，徐恒，矫芸芸，褚昭洋，曹霞霞，宋肖宇，孙栋臣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：