一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法与流程

1.本发明涉及诊疗系统领域，特别是涉及一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法。


背景技术：

2.神经功能障碍疾病包括但不限于耳鸣、睡眠障碍、焦虑、抑郁、眩晕、自闭症、癫痫、帕金森症（多动症）、阿尔兹海默症（痴呆）、恐声症、耳闷耳堵、偏头疼、神经疲劳，这些神经功能障碍不同程度涉及中枢深脑和多个脑功能区及脑皮层的功能出现障碍和动态神经网络交叉影响，体现在客观生理病理和主观心理情绪两大部分，各种神经功能障碍在病灶、发病机制、脑功能区交叉影响等方面体现出特异性差别。神经功能障碍疾病是老龄社会发病率最高、医保负担最重的疾病，而且发病机制不清，缺乏专门药物和手段。几乎每个老年人至少患一种以上神经功能障碍疾病。神经功能障碍本质上是神经系统传输和过滤电生理信号机制出现功能性紊乱，属于生物物理范畴，物理干预治疗方法更直接和适合。神经调控治疗是主动型的物理干预治疗，其核心是调什么和怎么控，以取得量化治疗的最佳效果。
3.目前，在传统的神经功能障碍疾病诊断治疗还存在很多缺点或弱点，例如：无法做到将“客观生理”和“主观心理”结合起来进行精准治疗和综合治疗，而且针对不同脑功能区及脑皮层不能实施差异化、可调可控的神经调控治疗，技术服务效率低、难以规范化且不便规模化推广等。所以，人们需要一种普遍适用于多种神经功能障碍慢病多疗程治疗康复全周期管理的、便于临床操作实施的、基于神经电生理原理的声学刺激无创神经调控精准治疗系统调控方法；这种治疗系统建立在各种主观和/客观性听觉和/或非听觉神经活动检测设备的多种不同物理量表达的个性化脑活动波动性信号基础之上，实现了从听觉检测扩展到非听觉检测的突破，更全面地反映神经功能障碍的生理与心理的交互循环影响，既兼顾到多种神经功能障碍疾病的共性，又不失足够的灵活性，以照顾到各种难治性神经功能障碍疾病的个性特征，以及两个耳侧的不同临床特征和精准治疗要求。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统，其包括：神经功能障碍检测信号输入接口单元、信号预处理单元、声学刺激方案制定和存储单元、声学刺激方案实施单元，通过脑机接口和信号输入接口单元将人体听觉和/或非听觉检测的、以多种不同物理量表达脑活动的波动性信号输入信号预处理单元，以对信号进行神经电生理信号的分型和转换分析，声学刺激方案制定和存储单元，根据信号预处理单元输出的处理信息分别个性化制定两个耳侧所对应的声学刺激治疗方案，以进行生理与心理相结合的综合物理干预声学刺激无创神经调控精准治疗；声学刺激方案实施单元将声学刺激信号输入耳道并经耳蜗转换成刺激电信号，通过听觉通路进入脑中枢，以对脑神经系统进行电刺激神经调控，实现对各种难治性神经功能障碍疾病的神经调控精准治疗，并开展神经慢病多疗程个性化治疗康
复全周期管理。
5.一种声学刺激神经调控治疗方案的制定方法，其步骤包括：通过脑机接口输入人体听觉心理声学检测信号以及人体非听觉神经生物反馈检测信号，对以不同物理量表达的两个耳侧不同的听觉和/或非听觉检测波动性信号分别进行信号分型和转换分析，以将信号分解成多个适合做信号调制处理的不同耳侧的信号分量，并提取信号特征参数；将各耳侧的信号分量和特征参数分别输入多个单一信号处理通道，采用多通道多模态声学调制信号处理算法，先同时对每个信号处理通道进行声学信号调制处理，再将各个通道输出的声学调制信号进行叠加和/或复合，结合神经功能障碍疾病的诊断信息，以进行信号合成和信号调制参数的优化，并针对不同种类的神经功能障碍慢病，输出或复合成一个或多个多通道多模态的个性化各耳侧声学刺激无创神经调控治疗方案；个性化无创神经调控治疗方案通过左和/或右耳侧耳机分别输入听觉神经通道的方式进行实施，同时进行生理和心理相结合的综合物理干预无创神经调控声学刺激精准治疗，以实现神经慢病多疗程个性化治疗康复全周期管理，其中，神经功能障碍疾病的诊断信息包括但不限于听力阈值信息、睡眠信息、焦虑信息、抑郁信息。
6.在本发明一个较佳实施例中，在获取人体两个耳侧的听觉检测信号时，通过脑机接口将人体各耳侧听觉神经的主观检测信号和/或客观检测信号分别输入信号预处理单元，以进行信号分型和转换分析；主观检测包括但不限于生活噪音环境下听力阈值、从常规听力频率范围1hz至8khz扩展到10khz以上的超高频纯音听力检测；半客观半主观检测包括但不限于用于复杂耳鸣声还原的多通道多模态心理声学耳鸣声匹配或还原检测，各个通道的信号分量分别以简单声元素、声强、频率范围和/或旋律进行表达，简单声元素包括但不限于纯音、脉冲、噪声；客观检测包括但不限于用于听性脑干电位波变化的听性脑干诱发电位abr检测和/或听觉多频稳态诱发电位assr检测、用于检测认知行为心理活动和心理反应功能的事件相关诱发电位erp检测及内源性事件相关诱发电位p300检测。
7.在本发明一个较佳实施例中，在获取人体非听觉检测信号时，通过脑机接口将非听觉客观检测获得的非听觉检测信号输入信号预处理单元，以进行信号分型和转换分析；人体非听觉检测信号包括但不限于表征各脑功能区的电生理活跃度、多个脑功能区交互作用、脑电信号动态变化、神经网络属性和能量变化或差异性的检测信号，非听觉客观检测方法包括但不限于脑电eeg信号检测、基于脑电eeg的事件相关诱发电位erp检测。
8.在本发明一个较佳实施例中，对人体听觉和/或非听觉的检测信号进行信号的分型和转换分析的步骤包括：选择听觉检测信号波形和非听觉检测信号波形；通过对信号波的数学变换和分析处理，获得反映脑区电生理活跃度和多脑区交互作用的不同物理量的、含有波幅、频率参数的波动信号；当复杂波信号有多个频率点或多个波峰波谷段时，要将复杂波信号分解成多个位于不同频段或不同波特性的信号分量，分别对信号分量进行分析并提取信号特征参数；其中，信号波的数学变换和分析处理包括但不限于信号的时域与频域的快速傅立叶变换fft分析、小波变换wt时频分析、脑电波信号的功率谱密度分析和神经网络属性分析，信号特征参数包括但不限于每个信号分量所对应的信号波形、波幅a
m
、频率f
m
。
9.在本发明一个较佳实施例中，在对反映神经功能障碍疾病生理和心理部分的主观和/或客观检测信号进行分型和转换分析时，对神经生理活动和认知心理活动的动态变化分别表达和交互作用综合表达的复杂波形进一步做分型分析，进一步分型分析包括但不限
于波形突变分析、信号曲线突变的切迹点分析、特异性划分分析，从而进一步调整和优化信号分量特征参数。
10.在本发明一个较佳实施例中，根据人体神经电生理检测信号的分型和转换分析结果，结合临床主观诊断信息包括但不限于关于睡眠、焦虑、抑郁、声敏的临床特征信息及其精神心理主观量表评估信息，进一步调整和优化所述的信号分量的特征参数。
11.在本发明一个较佳实施例中，在将每个信号通道的信号分量分别进行信号调制处理时：先选定调制波三角函数并设定载波三角函数，对信号分量进行三角函数调制处理，三角函数调制处理包括但不限于正弦波幅调制sam、正弦波频率调制sfm、正弦波幅频率混合调制safm；然后输出每个通道的单边或双边的调制声信号，以进行后续多通道多模态声学刺激方案合成；其中，调制波三角函数的参数来自反映每个通道中神经电活动信号分量的特征参数值，信号分量的特征参数值包括但不限于主频率点或分频段频率值f
m
以及设定的不超过20db的听力阈值波幅变化值a
m
，根据以调制波为比例基础预设的调幅系数和调频系数得到载波三角函数的振幅数值a
c
和频率数值f
c
，其中，调幅系数小于1.0，调频系数范围为0.1%
ꢀ‑
10%。
12.在本发明一个较佳实施例中，在制定个性化声学刺激治疗方案时，将各通道输出的调制声学信号直接或根据预先设定的各通道贡献权重进行叠加和/或复合，形成多通道多模态复合调制声学信号；对两个耳侧的复合调制声学信号再分别进一步做背景声叠加和信号波形调控处理，并将处理后的调控波幅与人体相应耳侧检测或变换的波信号所对应主频率点的听力阈值进行叠加，经左右耳平衡调节音量后，从而获得个性化的相应于两个耳侧的多通道多模态声学刺激无创神经调控治疗方案，生成让人能感知和接受幅度和频率变化的、能传递足够能量的声学刺激信号；通过耳机播放制定的单耳和/或双耳的个性化声学刺激信号，经耳蜗转化为电刺激信号，经听觉通路进入脑中枢，主动对神经系统进行参数可调可控的电刺激，实现神经调控精准治疗；经过多疗程声学刺激精准治疗，逐渐恢复神经元正常放电功能，将神经系统里的杂乱信号去同步化，重塑神经系统，从而减小或去除神经功能障碍感知，逐步恢复神经系统功能的健康状态；个性化声学刺激信号包括但不限于刺激速率、刺激幅度、刺激波形或旋律；其中，信号波形调控包括但不限于三角波调控、矩形波调控、脉冲波调控、锯齿波调控、波谷延伸调控、变化周期调控、波形敲缺口调控。
13.在本发明一个较佳实施例中，在进行适用于多种神经功能障碍慢病的多疗程治疗康复全周期管理时，通过实时和/或定时获取人体听觉和/或非听觉检测信号，重复执行单耳和/或双耳的声学刺激神经调控治疗方案的迭代循环过程，从实际的初始检测和分析开始迭代，以调整和优化声学刺激治疗方案的相应参数，从而进行诊疗方案的调整、更新和优化，达到神经调控精准治疗的最佳效果；其中，声学刺激治疗方案的参数包括但不限于调制信号的幅度和频率、多通道信号叠加合成中有关通道或频段的贡献权重、每日治疗频度和治疗疗程。
14.本发明的有益效果是：可以制定和实施难治性神经功能障碍慢病的生理部分和心理部分相结合的多疗程神经调控精准治疗康复方案，定期进行多次治疗效果的跟踪、客观评估和发展预测，定性定量地调控优化后续治疗方案的治疗效果，预测神经功能状态变化，制定和实施神经功能障碍慢病全周期管理方案。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法一较佳实施例的流程结构示意图；图2是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中脑神经系统的听觉生理通路与认知心理通路示意图；图3是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中脑中枢神经系统的“生理 心理”交叉作用示意图；图4是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中信号调制类别划分示意图；图5是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中信号调制波形示意图；图6是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中纯音听力波形示意图；图7是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中脑干听觉诱发电位abr波形示意图；图8是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中事件相关诱发电位erp波形示意图；图9是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中脑电eeg功率谱密度波形示意图；图10是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中一典型的声学刺激声信号波（响度—时间）示意图；图11是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法中另一典型的声学刺激声信号波（响度—时间）示意图；图12是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统的示意图；图13是本发明的一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统的内部结构示意图。
具体实施方式
16.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1
‑
13，本发明实施例包括：一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统，适用于多种难治性神经功能障碍疾病的通用性多通道多模态声学刺激无创神经调控治疗方案的制定，其包括：用于接收听觉和/或非听觉检测信号的神经功能障碍检测信号输入接口单元、信号预处理单元、声学刺激
方案制定和存储单元、声学刺激方案实施单元。
18.其中，多种神经功能障碍疾病包括但不限于耳鸣、耳聋、睡眠障碍、焦虑、抑郁、眩晕、梅尼埃、突聋、耳闷耳堵、偏头痛、神经疲劳、癫痫、帕金森、多动症、自闭症、不良嗜好、阿尔茨海默和痴呆症。
19.关于人体听觉检测信号，通过脑机接口将人体听觉神经的主观检测信号和/或客观检测信号输入信号预处理单元，以对主观检测信号和/或客观检测信号进行信号分型和转换分析。
20.其中，每个耳侧相应的听觉主观检测包括但不限于生活噪音环境下听力阈值，从常规听力频率范围1hz至8khz扩展到10khz以上的超高频纯音听力检测；每个耳侧相应的听觉半客观半主观检测包括但不限于用于耳鸣声还原的多通道多模态心理声学耳鸣声匹配或还原检测，每个通道的分信号以简单声元素、声强、频率范围和/或旋律进行表达，即通过多通道的简单声元素匹配耳鸣，以获得表达复杂耳鸣声的简单声元素，只有简单声元素才能进行用数学公式表达的信号调制处理，其中，简单声元素包括但不限于纯音、脉冲、噪声；每个耳侧相应的听觉客观检测包括但不限于用于听性脑干电位波变化的听性脑干诱发电位abr检测和/或听觉多频稳态诱发电assr检测、用于检测认知行为心理活动和心理反应功能的事件相关诱发电位erp检测以及内源性事件相关诱发电位p300检测。
21.关于人体非听觉检测信号，通过脑机接口将非听觉客观检测获得的神经电活动信号输入输入信号预处理单元，以进行信号分型和转换分析。人体非听觉检测信号包括但不限于表征各脑功能区的电生理活跃度、多个脑功能区交互作用、脑电信号动态变化、神经网络属性和能量变化或差异性等的检测信号。人体非听觉检测包括但不限于脑电eeg信号检测、基于脑电eeg的事件相关诱发电位erp检测。
22.一种声学刺激神经调控治疗方案的制定方法，其步骤包括：（1）针对每种神经功能障碍慢病特征的、体现神经功能障碍疾病生理部分和心理部分交互作用的、无论是人体听觉心理声学检测信号、还是人体非听觉神经生物反馈信号，对以不同物理量表达的听觉和/或非听觉检测波动信号分别进行信号分型和转换分析，以将信号分解成多个适合做信号调制处理的信号分量，并提取信号特征参数。
23.（1.1）人体听觉和/或非听觉检测信号的分型和转换分析的步骤包括：（1.1.1）选择听觉检测信号波形和非听觉检测信号波形。
24.（1.1.2）通过信号波的数学变换和分析处理，获得反映脑区电生理活跃度和多脑区交互作用的不同物理量的、含有波幅、频率等参数的相关波动信号。信号波的数学变换和分析处理包括但不限于信号的时域与频域的快速傅立叶变换fft分析、小波变换wt时频分析、脑电波信号的功率谱密度分析和神经网络属性分析。
25.（1.1.3）将有多个频率点或多个峰谷分段的多模态复合电生理活动信号分解成多个位于不同频段或不同特性的简单的信号分量，不同的信号分量对应多个信号处理或算法通道，分别在每个信号通道里对神经功能障碍电活动信号分量进行分析并提取信号特征参数，信号特征参数包括但不限于每个通道所对应的信号波形、波幅a
m
、频率f
m
。
26.（1.1.4）在输入的反映各种神经活动信号的分析中，对神经生理活动和认知心理活动的动态变化分别表达和交互作用综合表达的复杂波形进一步做分型分析，从而进一步调整和优化步骤（1.1.3）中的信号分量特征参数。进一步分型分析包括但不限于波形突变
分析、信号曲线突变的切迹点分析、特异性划分分析。
27.（2）将信号分量和信号特征参数输入进对应的多个单一信号处理通道，采用多通道多模态声学调制信号处理算法，同时对每个信号处理通道进行声信号调制处理。其中，多通道多模态声学调制信号处理算法包括但不限于使用三角函数的调幅sam、调频sfm以及调幅调频混合safm的信号调制算法。
28.在实施时，根据步骤（1.1.4）中的多通道多模态神经功能障碍电信号特征参数（包括但不限于每个通道所对应的信号波形、波幅a
m
、频率f
m
），结合步骤（1.1.3）中的神经功能障碍分型分析，通过多通道多模态声学调制信号处理算法，获得相应的多通道多模态声学调制信号。
29.将每个信号通道的信号分量分别进行信号调制处理：（2.1）先选定调制波三角函数并设定载波三角函数；调制波三角函数的参数来自反映每个通道中神经电活动信号分量的特征参数值包括但不限于主频率点或分频段频率值f
m
以及设定的不超过20db的听力阈值波幅变化值a
m
，根据以调制波为比例基础预设的调幅系数（小于1）和调频系数范围（0.1%
ꢀ‑‑ꢀ
10%）得到载波三角函数的振幅数值a
c
和频率数值f
c
；信号三角函数调制包括但不限于正弦波幅调制sam、正弦波频率调制sfm、正弦波幅频率混合调制safm。
30.一个实施实例，正弦波幅调制（sinusoidal amplitude modulation, sam）具体内容包括：从神经检测信号处理中获得信号特征参数，作为输入待调制信号的波幅a
m
和频率f
m
。
31.设定载波信号d
(t)
的正弦波数学表达：d
(t) = a
c
*sin(2πf
c
t)。
32.式中，a
c
是载波波幅，f
c
是载波频率，t是时间。
33.a
c = m*a
m
，m是调幅系数，0≤m≤1，f
c
可根据调制需求或按照f
m
的某一比例（例如：0.1%
ꢀ‑‑ꢀ
10%）设定。
34.调制波幅a
(t)
随时间变化的正弦波数学表达：a
(t) = [1 m*sin(2πf
m
t)]式中，f
m
是调制频率。
[0035]
因此得出信号波幅调制后的正弦波数学表达为：d
(t) = (a
c
*a
(t)
)*sin(2πf
c
t)
ꢀꢀꢀ
= a
c
*[1 m*sin(2πf
m
t)]*sin(2πf
c
t)式中，只有时间t是三角函数变量。
[0036]
与现有技术不同的是，在本技术中，突破性的结合临床诊断信息将通过临床听觉和/或非听觉的脑活动检测信号分型和转换分析以及信号分解获得的神经信号分量的特征参数a
m
和f
m
作为输入，载波函数参数a
c
和f
c
的设定方法，以及先在各个通道里做简单信号调制，然后输出再进行合成复合，从而获得反映复杂脑活动信号的合成声学调制信号，输入耳道并经耳蜗转换成刺激电信号，通过听觉通路进入脑中枢，以对脑神经系统进行电刺激神经调控，使针对各种难治性神经功能障碍疾病的神经调控精准治疗成为可能。
[0037]
（2.2）输出每个通道的单边或双边的调制声学信号，以进行多通道多模态声学刺
激方案合成。
[0038]
（3）将各通道输出的调制声学信号进行叠加和/或复合，并结合诊断信息，进一步进行信号合成和信号调制参数的优化，以制定的针对不同种类的神经功能障碍慢病的个性化声学刺激治疗方案。诊断信息包括但不限于听力阈值信息、睡眠信息、焦虑信息、抑郁实际状况信息和反映精神心理的各种临床主观量表评估信息。
[0039]
（3.1）将各通道输出的调制声学信号进行简单的叠加和/或复合，或者将各通道输出的调制声信号根据预先设定的各通道贡献权重进行叠加和/或复合，形成多通道多模态复合调制声信号。
[0040]
（3.2）通过神经电活动信号分型分析和结合临床诊断信息，对相应于各个耳侧的多通道多模态复合调制声信号进一步做背景声叠加和信号波形调控，并与步骤（1）中检测的相应主频率点的听力阈值进行叠加，从而获得个性化的单耳和/或双耳的多通道多模态声学刺激无创神经调控精准治疗方案。其中，信号波形调控包括但不限于三角波调控、矩形波调控、脉冲波调控、锯齿波调控、波谷延伸调控、变化周期调控、波形敲缺口调控。
[0041]
（4）所制定的个性化声学刺激治疗方案，通过耳机输入相应耳侧的耳道（听觉神经通道），经耳蜗转换成电刺激信号，对神经系统进行参数可调可控的刺激，促进神经系统恢复正常状态，以对不同种类的难治性神经功能障碍慢病同时进行“生理 心理”综合物理干预无创神经调控声学刺激治疗，实现神经慢病多疗程治疗康复全周期管理。
[0042]
如图2所示，实线方框是客观听觉生理通路，虚线方框是主观认知心理通路。对多种神经功能障碍患者进行“生理 心理”综合物理干预无创神经调控治疗时，通过耳机播放制定的具有神经调控功能的个性化声学刺激治疗方案，经耳蜗转化为电刺激信号，沿着听觉神经通路，进入中枢神经丘脑和海马区分别做进一步信号分类加工；再按人脑电信号分类传入各相应脑皮层，电刺激信号激活途经神经系统的大量神经元，神经元产生电兴奋进一步放大电刺激信号和推动传输；经过多疗程声学刺激即转化电刺激治疗，逐渐恢复神经元正常放电功能，将神经系统里的杂乱信号去同步化，重塑神经系统，从而减小或去除神经功能障碍感知，逐步恢复神经系统功能的健康状态。
[0043]
为达到声学刺激调控神经系统和不同脑功能区的神经元的效果，需要综合考虑每次刺激所需的能量、调幅和/或调频的变化率、以及持续刺激时间，形成不同的神经调控治疗方案，以期达到治疗不同神经功能障碍慢病的目的。
[0044]
在实现适用于多种神经功能障碍慢病的多疗程治疗康复全周期管理时，可根据患者病情变化和/或定时做步骤（1）的有关神经功能障碍检测，评估治疗效果和病情变化，及时重复步骤（1）
‑
（4）的迭代循环过程，从可能不准确反映患者病症实际的初始检测和分析开始迭代，逐步调整和优化相应声学刺激治疗方案的有关参数，参数包括但不限于调制信号的幅度和频率、多通道信号叠加合成中有关通道或频段的贡献权重、每日治疗频度和多疗程治疗，定期进行诊疗方案调整、更新和优化，提高疗效，直至患者感觉病情好转和/或电生理信号检测反映出显著变化，提高患者满意度。
[0045]
一种声学刺激神经调控治疗方案的制定方法，其基本原理是关于适用于多种难治性神经功能障碍慢病的神经电信号的采集、处理、加工和应用，基于电信号便于网络传输的特性，可以进一步升级和扩展应用到数字医疗和云服务领域，覆盖更多地区和各个层级的人群、患者、医生和专家。另外，可将步骤（1）
‑
（4）作为一种通用的神经调控技术途径和方
法，应用到多种神经功能障碍慢病的体检、疗效评估和健康管理。
[0046]
本发明一种声学刺激神经调控治疗方案的制定系统及其方法的有益效果是：可以制定和实施难治性神经功能障碍慢病的生理部分和心理部分相结合的多疗程神经调控治疗康复方案，定期进行多次治疗效果的跟踪、客观评估和发展预测，定性定量地调控优化后续治疗方案的治疗效果，预测神经功能状态变化，制定和实施神经功能障碍慢病全周期管理方案。
[0047]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。