一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪、治疗帽及其实现方法与流程

1.本发明涉及tms(transcranial magnetic stimulation，经颅磁刺激)技术领域，特别是涉及一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪、治疗帽及其实现方法。


背景技术：

2.癫痫是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病，该病在世界各国均有发生，严重影响着患者的生活、学习和工作。经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,tms)技术作为无痛且安全的新型神经刺激技术在癫痫诊疗及研究方面取得显著成果,被越来越多国内外研究者及临床工作者青睐。
3.tms的基本原理是在放置于头部上方的线圈中通入脉冲电流，进而在线圈周围产生脉冲磁场，由脉冲磁场在头部产生感应电流作用于大脑皮层，从而对大脑的生物电活动、脑血流及代谢进行调谐，从而调节脑功能状态。低频磁刺激治疗通过降低大脑皮质的兴奋状态，降低癫痫发作的频率，改善脑电图异常放电，多疗程tms可以明显减少癫痫发作频率和发作严重程度，从而达到抑制和治疗癫痫的目的。
4.然而，现有的医用tms治疗仪体积大，只能放在医院，由专业的医疗人员为患者操作和使用。tms的治疗疗程需要4-8周，一天1次，每次10到30分钟，这就导致患者需要奔波在往返医院的路途上，严重影响患者的生活和工作。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪、治疗帽及其实现方法，以实现一种体积较小、便携性高、使用方便，适合患者对癫痫的日常监控与抑制的便携式设备。
6.为达上述目的，本发明提出一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪，连接一治疗帽包括：
7.主控模块，用于接收eeg信号处理模块输出的eeg信号，当监测到痫样放电的特征时，启动电源模块输出高压直流电压并控制高压脉冲产生模块按照设定的频率和次数同时触发高压脉冲产生模块的两个igbt模块产生高压脉冲电流至治疗帽内的第一线圈和第二线圈以产生脉冲磁场；
8.电源模块，用于产生系统工作所需稳定电压提供给主控模块及eeg信号处理模块，并在所述主控模块的控制下产生高压直流电压输出至高压脉冲产生模块；
9.eeg信号处理模块，用于将治疗帽内的eeg电极接收的eeg信号进行信号处理后发送到所述主控模块进行信号分析；
10.高压脉冲产生模块，用于在所述主控模块的控制下利用两个igbt模块产生高压脉冲电流并传输至治疗帽内的第一线圈和第二线圈以产生脉冲电流。
11.优选地，当监测到所述eeg信号的振幅和或持续时间超过设定的阈值时判定所述eeg信号异常，并对其进行特征提取与分析，监测痫样放电的特征。
12.优选地，所述主控模块还对放电次数进行计数并在放电次数到达后结束当前治
疗。
13.优选地，所述电源模块包括电池、稳压电路以及dc-dc电源升压模块，当监测到痫样放电的特征时，所述主控模块启动所述电源模块的dc-dc电源升压模块输出高压直流电压至所述高压脉冲产生模块。
14.优选地，所述高压脉冲产生模块包括第一igbt模块、第二igbt模块以及大容量高压电容，在所述主控模块的控制下利用所述电源模块输出的高压直流电压对大容量高压电容进行充电，在充电到设定电压后接通所述第一igbt模块、第二igbt模块产生高压脉冲电流并传输至治疗帽内的第一线圈和第二线圈以产生脉冲磁场。
15.优选地，所述治疗仪还包括输入输出模块，以用于人机交互。
16.为达到上述目的，本发明还提供一种抑制及治疗癫痫病的治疗帽，连接上述治疗仪，所述治疗帽还包括第一线圈、第二线圈以及若干eeg电极，若干个eeg电极用于紧贴固定在人体发病位置的头皮位置处，用于eeg信号的采集并传输给治疗仪，所述第一线圈、第二线圈用于接收治疗仪的脉冲电流从而产生脉冲磁场，通过治疗仪多次对线圈的连续激发，线圈在脑表层产生的脉冲磁场能够改善脑电图的异常放电，从而抑制癫痫。
17.优选地，所述eeg电极与所述第一线圈、第二线圈设计成一体，且所述eeg电极设于所述第一线圈、第二线圈下方。
18.优选地，所述eeg电极与所述第一线圈、第二线圈可调节，其调节和固定方式采用魔术贴固定方式。
19.为达到上述目的，本发明还提供一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的实现方法，包括如下步骤：
20.步骤s1，采集治疗帽内的eeg电极采集的eeg信号，并进行信号处理；
21.步骤s2，对所述eeg信号进行分析，当监测到痫样放电的特征时，进入步骤s3；
22.步骤s3，启动电源模块的dc-dc电源升压模块输出高压直流电压并控制高压脉冲产生模块按照设定的频率和次数同时触发高压脉冲产生模块的第一igbt模块和第二igbt模块产生高压脉冲电流至治疗帽内的第一线圈和第二线圈以产生脉冲磁场，从而使第一线圈和第二线圈在特定的脑表层区域产生一定的电场强度，抑制大脑皮质的兴奋状态。
23.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
24.1、本发明治疗帽中两个线圈通过采用魔术贴的钩面和毛面的固定方式，使得治疗帽可以根据不同患者的脑表层发病位置来进行线圈位置的调节和固定，兼容性强；
25.2、本发明将eeg电极和两个线圈结合到同一顶治疗帽中，实现既可以采集eeg信号的同时又可以通过线圈产生脉冲磁场作用到脑表层。
26.3、本发明采用电源模块的内置电池为整套系统供电，同时通过dc-dc升压模块升压后为igbt模块提供5000a的脉冲电流，eeg信号处理模块对电极采集的eeg信号进行滤波、特征提取等信号处理，由主控模块对eeg信号进行分析，对igbt模块的触发形成闭环控制。
附图说明
27.图1为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗帽的示意图；
28.图2为本发明之治疗帽的截面图；
29.图3为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的结构示意图；
30.图4为本发明的工作原理示意图；
31.图5为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的实现方法的步骤流程图。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
33.在介绍本发明之前，先说明本发明所涉及的几个概念：
34.tms：是transcranial magnetic stimulation的缩写，即经颅磁刺激技术；该技术是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑)，改变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，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术；
35.eeg：医学上叫脑电图，通过按照一定规则放置在头皮上的电极来观察脑电波活动的过程，这个检查主要用于辅助诊断癫痫病；
36.igbt：insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管；
37.dc-dc：直流转直流。
38.图1为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗帽的示意图，图2为本发明之治疗帽的截面图。如图1及图2所示，本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗帽，通过若干导线连接治疗仪，该治疗帽包括第一线圈1、第二线圈2、若干eeg电极，若干个eeg电极用于紧贴固定在人体发病位置的头皮位置处，用于eeg信号的采集并传输给治疗仪，两个线圈用于接收治疗仪的脉冲电流从而产生脉冲磁场，通过治疗仪多次对线圈的连续激发，线圈在脑表层产生的脉冲磁场能够改善脑电图的异常放电，从而抑制癫痫。具体地，eeg电极与两个线圈制成一体，且eeg电极位于两个线圈下方，两个线圈与eeg电极的位置可调节，可根据患者的脑表层发病位置来进行线圈与eeg电极位置的调节和固定，其位置的调节和固定方式可以采用魔术贴的固定方式，治疗帽内衬为魔术贴毛面，两个线圈的背面为钩面。
39.图3为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的结构示意图。如图3所示，本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪，通过若干导线连接治疗帽，该治疗仪包括：主控模块10、电源模块20、eeg信号处理模块30、高压脉冲产生模块40、输入输出模块50、治疗帽60以及电源适配器，主控模块10、电源模块20、eeg信号处理模块30、高压脉冲产生模块40、输入输出模块50。
40.其中，主控模块10，用于接收eeg信号处理模块30输出的eeg信号，在监测到eeg信号特征如振幅、持续时间等超过设定的阈值时则认定此信号为异常，并对其进行特征提取与分析，当监测到痫样放电的特征时，启动系统进行治疗处理：启动电源模块的dc-dc电源升压模块输出高压直流电压并控制高压脉冲产生模块40按照设定的频率和次数同时触发高压脉冲产生模块40的第一igbt模块1和第二igbt模块2产生高压脉冲电流至治疗帽60内的第一线圈1和第二线圈2以产生脉冲磁场，同时对放电次数进行计数并在放电次数到达后结束本次治疗，在本发明具体实施例中，igbt的单次放电时间100us。
41.电源模块20由电池、稳压电路和dc-dc电源升压模块组成，用于产生系统工作所需
稳定电压供主控模块10、eeg信号处理模块30、输入输出模块50使用，并在主控模块10的控制下产生高压直流电压输出至高压脉冲产生模块40。
42.eeg信号处理模块30，用于将治疗帽60内的eeg电极接收的eeg信号进行滤波、特征提取等信号处理，再发送到主控模块10进行信号分析。
43.高压脉冲产生模块40由第一igbt模块1、第二igbt模块2以及大容量高压电容组成，用于在主控模块10的控制下利用电源模块20输出的高压直流电压对大容量高压电容进行充电，在充电到设定电压后接通igbt产生高压脉冲电流并传输至治疗帽60内的第一线圈1和第二线圈2以产生5000a的脉冲电流，从而使第一线圈1和第二线圈2在特定的脑表层区域产生40v/m～100v/m的电场强度；
44.输入输出模块50由人机界面和操作按钮组成，用于显示和输入如启动、eeg检测和参数设置；
45.图4为本发明的工作原理示意图。如图4所示，本发明的工作原理如下：当治疗帽反馈的eeg信号电压幅度和持续时间超过设定的阈值时，治疗仪对治疗帽中的线圈产生连续的脉冲电流，在特定脑表层区域产生一定的电场强度，抑制大脑皮质的兴奋状态，对大脑的生物电活动、脑血流及代谢进行调谐，改善脑电图异常放电，降低癫痫发作的频率，从而达到抑制癫痫的目的。
46.具体地，患者带上治疗帽之前，先根据患者的脑表层发病位置来进行线圈和电极位置的调节和固定。患者带上治疗帽后，若干个eeg电极紧贴固定在发病位置的头皮上，用于eeg信号的采集并传输给治疗仪；当治疗帽的eeg电极反馈的eeg信号电压幅度和持续时间超过设定的阈值时，治疗仪对治疗帽中的线圈产生连续的脉冲电流，治疗帽内部的两个线圈用于接收治疗仪的脉冲电流从而产生脉冲磁场；通过多次对线圈的连续激发，线圈在脑表层产生的脉冲磁场能够改善脑电图的异常放电，从而抑制癫痫。
47.在本发明具体实施例中，当电源模块的电池电量不足时，可通过电源适配器为电池充电，电池储存电能。
48.图5为本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的实现方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种抑制及治疗癫痫病的治疗仪的实现方法，包括如下步骤：
49.步骤s1，采集治疗帽内的eeg电极采集的eeg信号，并进行信号处理。
50.在本发明具体实施例中，所述治疗仪通过eeg信号处理模块将所述治疗帽内的eeg电极接收的eeg信号进行滤波、特征提取等信号处理。
51.步骤s2，对所述eeg信号进行分析，当监测到痫样放电的特征时，进入步骤s3。
52.在本发明具体实施例中，eeg信号处理模块将经信号处理后的eeg信号送至主控模块，主控模块在监测到eeg信号特征如振幅、持续时间等超过设定的阈值时则认定此信号为异常，对其进行特征提取与分析，当监测到痫样放电特征时，进入步骤s3启动系统进行治疗处理。
53.步骤s3，启动电源模块的dc-dc电源升压模块输出高压直流电压并控制高压脉冲产生模块按照设定的频率和次数同时触发高压脉冲产生模块的第一igbt模块和第二igbt模块产生高压脉冲电流至治疗帽内的第一线圈和第二线圈以产生脉冲电流，从而使第一线圈和第二线圈在特定的脑表层区域产生一定的电场强度，抑制大脑皮质的兴奋状态，在本发明具体实施例中，igbt的单次放电时间100us，通过多次对线圈的连续激发，线圈在脑表
层产生的脉冲磁场能够改善脑电图的异常放电，从而抑制癫痫。
54.步骤s4，对放电次数进行计数并在放电次数到达后结束本次治疗。
55.实施例
56.在本实施例实验中，采用4周龄c57bl/6小鼠，实现脑皮层局部注射药物来诱发癫痫，样本数为8只，并实现同一只小鼠在多次注射药物后，诱发多次癫痫。通过观察，注射药物后，小鼠等待8-15分钟左右后发作，发作时间持续约10-40分钟，再注射药物后可再诱发，造模成功率达100％(共15只)。
57.在本实施例中，磁刺激参数设置如下：
58.脉冲发射频率：0.75hz；
59.脉冲个数：20；
60.刺激强度：输出电压400v(产生磁场约为0.2-1t)
61.tms治疗组：采用8只小鼠，统计癫痫发生时采用tms激励有25个events，其中完全抑制信号至消失有12个events，显著降低癫痫信号强度有12个events，其中1个event未被tms降低效应，但是经过多次刺激之后，可降低发作强度。
62.在本实验中，在癫痫信号出现初期(30s)，开始给予tms激励，以及癫痫发作持续一段时间后(6min)再给予tms激励，都能够不同程度抑制癫痫的发生，且tms刺激过程eeg上感应的信号未对正常信号产生干扰。
63.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。