一种对脑刺激靶点进行检测及定位的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对深部脑刺激靶点进行定位及电极导航的系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前通常采用基于立体定向方法的影像学方式进行靶点定位，然而由于影像扫描误差，单纯依靠影像学方式进行定位的方法存在可达3cm的误差。因而，少部分采用神经电生理微电极记录的方法，对靶点进行探测与定位。然而，这些方法都无法真实、定量、准确的反应最终埋植的刺激电极与靶点的位置关系。
[0003]根据研究发现，脑深部神经核团或神经元集群具有特定的功能，来自于这些组织结构的生理信号(包括生物电信号、生物化学信号等)能够实时反应脑功能状态。比如，与运动性、感觉性、精神等相关的基底核(Basal Ganglia,或Basal Nuclei，包括纹状体(尾状核、壳)、苍白球、黑质、丘脑底核、伏隔核等)与诸多脑功能的形成或控制有密切的关系，是控制和反应自主运动、认知、、惯性行为形成、动眼、情绪等相关的脑功能活动的重要神经结构；与意识障碍等相关的丘脑是参与意识形成的重要神经结构，并能够将感觉、运动神经活动信号在脑深部与大脑皮层之间传递。不同神经核团或神经元集群往往承担特定的脑功能形成、控制或传递，并且这些参与特殊脑功能状态形成的神经集群并非均匀分布在整个大脑空间中，而是集中在某个特定区域内。因此，记录和分析来自这些脑深部神经核团或神经元集群的生理信号，不仅能够实现对脑功能状态的检测，还能够通过对比与脑功能状态相关的信号特征强弱，判别与脑功能状态相关的区域位置。
[0004]然而，现有技术中却缺乏以脑功能状态诱发与检测为基础的脑深部靶点定位的系统及方法。有一些结合脑深部神经电信号记录和其他生理信号记录(如肌电、心电、脉搏、头皮脑电等)，通过分析信号的不同特征用于其他与深部脑刺激相关的研究或临床应用的专利。如，专利(CN102626538，李路明，基于睡眠监测的集成式闭环深部脑刺激器；CN101925377，麦德托尼克公司，睡眠阶段的检测)，给出了通过上述信号记录与分析进行睡眠状态检测的方法。其中，专利(CN102626538)提出了根据睡眠状态的判断来控制刺激器开/关，从而实现开/关意义上的闭环式神经刺激器的设计。这类专利的发明基础是通过检测的脑活动、生理参数(主要包括EEG、脉搏、呼吸等)以及运动范围及幅度来判断是否处于睡眠阶段，从而选择将刺激器简单的开/关。这些专利都没有提出对深部脑刺激靶点进行定位与电极导航的系统及方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术和方法的局限，以及脑深部神经核团或神经元集群的生理信号能够反应脑功能状态的事实，本发明提供一种针对脑刺激靶点进行定位及电极导航的系统及方法，其具有实时反馈脑深部神经元、神经元集群、神经核团等神经组织的功能、结构信息，以及电极植入位置的功能。
[0006]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种对脑刺激靶点进行检测及定位的系统，包括，
[0008]诱发单元，其用于诱发受试者自主运动、感觉或情绪中至少一种脑功能状态，使受试者脑部产生脑生理信号，所述诱发单元包括诱发所述脑功能状态的至少一种刺激发生器;
[0009]信号采集记录单元，其设于受试者脑部，所述信号采集记录单元与所述诱发单元通过无线或有线方式连接，所述信号采集记录单元包括感应所述脑生理信号的生理信号传感器、与所述生理信号传感器电连接的用于记录采集数据的前端采集器、接收自所述前端采集器传输出的所述脑生理信号的微控制器及与所述微控制器电连接的用于信号输出的信号传输通信模块，所述微控制器还电连接传感器驱动模块，用以驱动所述生理信号传感器米集脑生理?目号；
[0010]信号分析处理单元，接收所述脑生理信号，对所述脑生理信号进行信号处理及分析，并输出脑生理信号响应最显著位置(靶点)的定量化结果；
[0011]信息融合单元，其与所述信号分析处理单元通过有线或无线方式连接，所述信息融合单元接收所述信号分析处理单元发送的定量化结果，将所述定量化结果与受试者脑部影像进行图像融合，并通过显示模块输出。
[0012]优选的是，其中，所述信号采集记录单元为探测电极。
[0013]优选的是，其中，所述信号采集记录单元为连接有脉冲发生器的多触点探测电极。
[0014]优选的是，其中，所述脑生理信号包括脑深部局部场电位信号、单神经元神经电信号、脑组织阻抗信号及/或脑血流信号。
[0015]优选的是，其中，所述脑生理信号还包括与运动、感觉或情绪有关的功能诱发时间信号，以及位置特性信号、频率特性信号、分布时间信号及/或能量特性信号。
[0016]为了对上述系统作进一步说明，本案还提供了一种应用上述系统对脑刺激靶点进行检测及定位的方法，其中，
[0017]I)对受试者脑部进行照影，得到影像，根据所述影像中的结构信息及预先设定的目标区域，设定第一位置，将所述第一位置上方1mm左右处作为第二位置，所述第一位置下方5mm左右处作为第三位置；将刺激发生器设于所述第一位置、第二位置、第三位置及第二位置与第三位置之间的若干位置，所述刺激发生器诱发这些位置处的脑功能状态；
[0018]2)与所述刺激发生器对应的，在受试者脑部设置生理信号传感器，受传感器驱动模块驱动，所述生理信号传感器对受试者脑部脑生理信号进行采集，并传输至前端采集器进行数据记录，所述前端采集器再将脑生理信号传输至微控制器，所述微控制器对脑生理信号进行处理后通过信号传输通信模块输出；
[0019]3)对所述脑生理信号进行分析，查找与靶点脑功能状态相关的生物标记，得到定量化坐标；
[0020]4)将所述定量化坐标与受试者脑部影像进行图像融合，并通过显示模块输出，将脑生理信号响应最显著位置作为最终确定的靶点位置。
[0021]优选的是，其中，所述第二位置与第三位置之间的若干位置为第二位置与第三位置连线上等间隔选取的点。
[0022]优选的是，其中，所述脑深部生理信号为运动功能信号、感觉功能信号及/或情绪信号。
[0023]优选的是，其中，所述微控制器通过输出单元驱动所述前端采集传感器进行信号采集或控制所述信号传输通信模块进行信息的输入或输出。
[0024]本案所提供的对脑刺激靶点进行检测及定位的系统及方法可以融合自身影像学信息，与其自身靶点定位定量化信息，个性化的描述植入电极与靶点位置。
[0025]本发明的有益效果:通过电极诱发运动、感觉、情绪等脑功能活动，同时记录来自脑深部的生理信号，融合脑部影像，以及立体定向坐标，实现多模态、个性化、定量、准确的靶点定位与电极导航，并且，诱发脑功能状态的刺激器不直接接触任何无菌设备或设施。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一实施例所述的对脑刺激靶点进行检测及定位的系统及方法中深部脑刺激(DBS)系统的概念图；
[0027]图2为本发明一实施例所述的对脑刺激靶点进行检测及定位的系统及方法的系统结构示意图；
[0028]图3为本发明一实施例所述的根据靶点功能选择诱发对应脑功能状态的刺激器选项示意图；
[0029]图4为本发明一实施例所述的对脑刺激靶点进行检测及定位的系统及方法的用于诱发脑功能运动反应的模块结构示意图；
[0030]图5为本发明一实施例所述的用于诱发脑功能感觉反应的模块结构示意图；
[0031]图6为本发明一实施例所述的