小脑电刺激（共4篇）
小脑电刺激 篇1
1 引言
缺血性脑血管疾病具有发病率高、致残率高等特点,严重地危害着人类的生命安全。它不仅给患者造成了极大痛苦,而且也给家庭和国家带来了沉重的负担。如何预防和治疗脑血管疾病,提高患者的生活质量,已经成为人们最受关注的医学问题。
通过药物疗法使机能恢复是当今研究的重要课题之一。但是药物治疗需要长期服药,它不但毒副作用大,而且效果不尽如人意,故物理治疗方案的研究和应用引起了医学专家们的日益重视。
近年来,小脑顶核电刺激技术在脑血管疾病上的应用倍受重视。该技术可引起的脑血流量增加和条件性中枢神经源性神经保护作用,通过多种可能机制能够有效地降低缺血性脑血管意外的发病率、发病后的致残率,提高康复治疗效果[1,2]。本文介绍一种新型小脑电刺激治疗仪,它采用脑电信号作为调幅波,提高疗效的同时解决了机体适应性问题。
2 方案设计
小脑电刺激治疗仪的设计方案如图1所示。该系统分为5个部分:脑电信号采集、刺激波的发生与合成、输出电路、液晶显示与键盘以及电源部分。
3 电路实现
3.1 脑电信号采集
脑电信号采集系统由导联输入、信号放大滤波、信号隔离等3部分模拟电路组成。从人体头部采集微弱的脑电信号,经导联输入,通过信号放大部分进行放大,最后通过信号滤波去除噪声,经A/D转换器再存储到数据存储器当中[3]。放大电路的参数:放大倍数为20 000,共模抑制比为100 dB。
3.1.1 导联输入
采用双导联采集,其中一条为参考电位,接在耳垂;另一条为活动电极,置于顶额。
3.1.2 前置放大
采用AD627仪表放大器构成前置放大电路及LM358运算放大器构成主放大电路。AD627具有很高的带宽,当增益为100时,带宽为3 kHz;随着增益的减少,带宽也相应增加,当增益为5时,带宽为80 kHz。所取的增益约为22.9。因为脑电信号所需要的带宽比较低,所以此芯片足以满足要求。AD627单电源供给电压范围是2.2～36 V,本系统设置为5 V。AD627具有很高的共模抑制能力,如在增益为5时,共模抑制比为90 d B,对温度、肌电等共模信号具有很强的抑制作用。由于头皮阻抗也比较大,所以就要求AD627有很高的输入阻抗,以能更好地提取信号,AD627具有很高的输入阻抗(20 GΩ)。
滤波电路包括高频滤波网络、高通滤波器、低通滤波器以及50 Hz工频陷波电路。在信号输入放大电路之前,要经过一个低通网络,滤去信号中的高频成分。高通以及低通滤波器组成一个0.215～36 Hz的带通滤波器。陷波电路使用非对称阻容网络,实现用单一电位器调整陷波器的中心频率,用调整负反馈的方法改变Q值。其电路如图2所示。
3.1.3 信号隔离
为了进一步确保使用者的安全问题,利用光耦构成信号隔离电路。LOC111线性光耦实现电气安全的同时,也实现了隔离干扰,并提高共模抑制比。
经过仿真实验以及制板后调试,该部分能较理想地获取脑电信号。
3.2 刺激波的发生与合成
3.2.1 刺激波形的选择
大量的临床应用结果证明[1,2]:治疗频率在2 kHz左右的时间函数,在满足一定的输出功率情况下,均具有镇痛、消炎、调节神经和增进局部血液循环的作用;而频率在6～8 kHz范围内的治疗波形,使肌肉收缩并引起明显动感的阈值远低于治疗中的疼痛阈值。
任何周期性的信号,都可以应用傅立叶级数展开成无数多个频率为基频整数倍的正弦信号之和,数学表达式如下:
式中,a0为一个周期内的平均值,an和bn分别为偶次、奇次谐波系数,并可由以下式子求得:
通过频谱分析和计算，可以直接得到等幅的正弦波、三角波、微分指数波的各次谐波成分的归一化幅值，见表1。
由表1可知,2 kHz指数波的3次谐波分量(6 kHz)所占比例高,能够较好地实现治疗阈值与疼痛阈值的分离,故选定频率为2 kHz的无极性等幅指数脉冲波为载波。同时,脑电信号在相同的时间间隔内线性相关性弱,过程变化剧烈,且很少出现幅值对应相等的重复脉冲数,所以采用脑电信号为调制波,这样既能增进疗效又能很好地克服机体的适应性。
3.2.2 载波信号的发生
微处理器输出的脉冲经过分频,得到所需频率的工作脉冲,再通过微分电路,就得到了指数波。
3.2.3 刺激波的合成
刺激波的合成部分由乘法器AD834构成,它用来将载波信号与调制波信号进行合成。调制波信号可以选择已经存储在程序存储器的正弦波、方波等信号,也可以选择通过采集部分得到的、存储于存储器中的脑电信号。此部分同样使用了运放LM358以及数字电位器X9313对信号进行必要的放大和调节控制。
3.3 输出部分
系统输出部分采用功率放大芯片TDA2030,额定功率为14 W,工作电压设定为±18 V,能够满足本仪器输出要求,保证刺激强度。应对功率放大芯片加散热片[6]。电路部分如图3所示。
3.4 液晶显示与键盘
系统采用分辨率为240×128的T6963液晶,用于显示输出电信号的信号波形选择(处方)、治疗时间倒计时(时间)、强度(增益)、频率(调频)以及断通比(调比)。键盘为中断方式控制的5个键,分别为:“左”、“右”控制选择参数,“上”、“下”调整参数大小,“启动”开始进行治疗。显示界面如图4所示。
3.5 电源部分
电源部分采用220 V变压器,输出部分为6抽头两路电源,一组电压为±5 V,为系统供电;另一组电压为±18 V,为输出功放芯片供电。因为压降功耗问题,在电源芯片上应加散热片,避免芯片过热。
4 结论与讨论
设计的小脑电刺激治疗仪具有无创、易操作等特点;多种输出波形可供选择，采用脑电信号进行调幅，克服了机体适应性的问题，应用前景广阔;光耦隔离提高了安全性和稳定性。下一步研究工作主要是通过临床试验，获得并分析试验数据，改进、完善设计方案，提高临床疗效。对样机进行的性能测试结果，见表2。
摘要：目的:设计开发一种由微处理器控制、可利用脑电信号来进行调幅的小脑顶核电刺激仪。方法:采用高共模抑制比的前置放大器以及多种滤波手段,保证较理想的获取脑电信号。输入输出部分采用光耦元件,实现电气隔离,保证安全。结果:开发的仪器克服了刺激波对机体的适应性问题,能够安全、有效、无创地治疗缺血性脑血管疾病。结论:小脑顶核电刺激能有效治疗缺血性脑血管疾病,同时采用脑电信号调幅,能够很好地克服机体对刺激信号的适应性。
关键词：脑电采集,小脑顶核刺激,缺血性脑血管疾病
参考文献
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小脑电刺激 篇2
1.1 一般资料
将2010年2月~2012年8月来河南省许昌市人民医院进行康复治疗的脑瘫患儿45例作为研究对象, 所有病例均符合2004年全国小儿脑瘫会议制定的脑瘫诊断标准及分型标准。年龄6个月~6岁, 男28例, 女17例。有明确缺氧窒息史者19例, 早产者11例, 高胆红素血症6例, 宫内感染者5例, 手术及外伤者4例。其中痉挛型33例, 手足徐动型2例, 共济失调型5例, 混合型5例。随机分为常规治疗组21例和电刺激组24例。两组在性别、年龄、病程及评分值等方面差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 方法
常规治疗组给予综合康复治疗包括推拿按摩、作业疗法、神经生理学疗法 (Bobath+Vojto) , 由治疗师给予一对一治疗, 2次/d;针灸、理疗、神经营养药物穴位封闭, 1次/d。另指导家长进行家庭康复。电刺激治疗组除以上综合治疗外加用小脑电刺激治疗, 采用上海仁和医疗设备公司制造的CVFT-011M型脑循环功能治疗仪。清洁皮肤后, 主电极置于双耳后乳突处, 选用模式3, 频率181%~198%, 强度60%~90%, 1次/d, 30 min/次, 20 d为一疗程, 休息一周, 连续治疗3个月。三个月后采用Wee FIM量表进行功能评定, 并进行统计学分析。
1.3 统计学方法
对所有病例进行分组统计, 评分值以 (±s) 表示, 采用SPSS12.0版统计软件包进行数据分析, 组间比较采用t检验, P<0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 评估标准
采用小儿功能独立性评定量表-Wee FIM量表。该量表能综合评定患儿的运动、认知、言语和社会功能。
2.2 评估结果
治疗前常规治疗组Wee FIM评分值为 (4093±1157) , 电刺激治疗组Wee FIM评分值为 (4127±1269) , 二者比较差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗后常规治疗组Wee FIM评分值为 (6592±2767) , 电刺激治疗组Wee FIM评分值为 (8914±3492) , 二者比较差异有统计学意义 (P<0.05) 。见表1。
3 讨论
脑瘫的主要病因是早产、围生期窒息、核黄疸、产伤等[1]。病理损害大致可分为出血性和缺血性两种。大多表现为神经发育不完整, 脑血流调节能力差, 脑血管软化或脆弱, 皮质萎缩或萎缩性脑叶硬化等, 其后遗症的恢复缓慢。电刺激治疗仪利用频率合成治疗电流刺激小脑顶核区, 可兴奋功能性肌肉, 引起肌肉的节律性收缩, 提高局部血液循环, 增强肌力[2]。其作用机制有:①脑保护效应。小脑电刺激能增加脑血流, 改善脑循环, 并在刺激期间维持较高的水平, 防治半暗区神经元迟发性和继发性损害, 且不增加局部代谢, 从而改善脑损害。②小脑电刺激可明显增加大脑皮层、海马及下丘脑等部位含5-羟色胺的神经元数量-, 使神经元5-羟色胺的合成增多, 兴奋性递质增多, 从而改善运动传导, 促进肢体功能恢复。③脑组织坏死具有不可逆性, 神经元不能再生, 但其具有可塑性, 脑组织代偿可通过功能代偿和结构修复两方面进行。④小脑电刺激可降低局部脑细胞组织髓过氧化物酶活性, 使白细胞浸润减轻, 从而减轻脑损害[3,4]。本文通过对45例脑瘫患儿分组治疗3个月后行Wee FIM量表评定, 电刺激组较常规治疗组在自理、认知、移动三方面有明显的效果, 表明小脑电刺激可减轻小儿脑损害, 促进运动功能的恢复和认知功能的发育。综上所述小脑电刺激治疗小儿脑性瘫痪方法简便、安全可靠, 疗效显著, 可作为脑瘫患儿临床治疗的有效手段之一。
摘要：目的 观察小脑电刺激对脑瘫儿童的临床治疗作用。方法 45例脑瘫患儿随机分为常规治疗组21例, 给予常规综合康复治疗;电刺激治疗组24例, 常规综合康复治疗基础上加用小脑电刺激治疗。结果 治疗前常规治疗组与电刺激治疗组WeeFIM量表评分差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗后常规治疗组与电刺激治疗组WeeFIM量表评分差异有统计学意义 (P<0.05) 。结论 小脑电刺激治疗对脑性瘫痪儿童的康复有显著意义。
关键词：小脑电刺激,脑性瘫痪,WeeFIM量表
参考文献
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小脑电刺激 篇3
1对象和方法
1.1 对象
选择2006年4月～2007年9月在我科的住院患者54例, 全部患者均符合中国精神疾病分类标准与诊断指南第3版 (CCMD-3) 失眠症的诊断标准[2]。且排除严重躯体疾病, 所有患者均自愿参与, 随机将54例患者分为单纯性药物治疗组 (对照组) 和药物治疗基础上使用脑电仿生电刺激治疗组 (实验组) 。其中对照组男性24例, 女性3例, 年龄47～72岁, 平均年龄61岁, 实验组男性25例, 女性2例, 年龄49～74, 平均年龄62岁。
1.2 方法
1.2.1 对照组按内科常规药物进行治疗, 实验组在常规药物治疗的基础上应用脑电仿生电刺激仪治疗。
1.2.2 脑电仿生电刺激治疗采用CVFT-MG201型脑电仿生电刺激理疗设备。原理为:数字频率合成技术产生仿生物电刺激电流经皮刺激小脑顶核, 改善脑部血液循环。操作如下:患者取舒适卧位或坐位, 用酒精棉球清洁局部后, 打开电源开关, LCD显示器点亮, 仪器即处于准备状态。将一次性使用的随弃式心电电极片粘贴于患者双侧耳背乳突处, 将标准刺激线夹持器固定联于电极贴片的金属钮上, 并将标准刺激输出线插头插入标准刺激输出端口, 启动按钮进入刺激状态, 计时器倒计时至0时自动切换到准备状态, 蜂鸣器提示完成刺激。每次30min, 每天1次, 同时, 指导患者闭眼休息, 尽量放松, 使睡眠得到改善。
1.2.3 评定标准:4周后评定疗效, 采用国际统一睡眠效率值 (简称睡眠率) 公式及WHO颁布的睡眠检测法, 对睡眠质量的分级评定疗效。睡眠率=实际总睡眠时间/睡在床上的时间×100%。睡眠质量分为V级[3]。I级:睡眠率70%～80%, 睡眠尚可;Ⅱ级:睡眠率60%～70%, 睡眠困难;Ⅲ级:睡眠率50%～60%, 睡眠障碍;Ⅳ级:睡眠率40%～50%, 中度睡眠障碍;Ⅴ级:睡眠率30%～40%, 严重睡眠障碍。治疗效果证定标准:痊愈:症状消失, 睡眠率达70%以上, 停服安眠药;显效:症状缓解, 睡眠率达65%以上, 停服安眠药, 有效:症状改善, 睡眠率达55%以上, 停服安眠药;无效:症状无改善, 睡眠率在40%以下, 仍服用安眠药。
1.2.4 统计分析:采用SPSS11.0进行数据的整理和统计分析, t检验作两两比较, 经χ2作率的统计分析, P<0.05具有统计学差异。
2结果
见表1。经过4周共28次脑电仿生电刺激治疗后, 实验组总有效率为88.87%, 对照组70.37 %。经χ2检验, 两组差异有显著意义 (P<0.05) , 实验组疗效优于对照组。
3小结
应用脑电仿生电刺激电流经皮刺激小脑顶核可使毛细血管通畅, 微循环改善, 可直接抑制缺血后的脑血管炎性反应, 减轻缺血性脑损害, 利于损伤脑组织生理功能恢复, 使症状减轻或消失[4], 以达到治疗疾病的目的。本研究通过对54例失眠症患者的比较分析发现, 药物治疗基础上再应用脑电仿生电刺激治疗, 能显著缩短患者的睡眠潜伏期, 大大延长了总睡眠时间, 且效果优于单纯用药物治疗。通过4周后的疗效分析, 实验组在总有效率上高达88.87%, 也明显优于对照组。值得在临床上推广。
摘要：目的:观察脑电仿生电刺激仪治疗失眠症患者的临床疗效。方法:54例失眠症患者, 随机分为治疗组和对照组, 治疗组患者在常规内科治疗的基础上, 同时接受脑电仿生电刺激仪治疗, 观察总睡眠时间等项指标。结果:治疗组患者临床总有效率达88.87%, 对照组患者总有效率为70.37%, 两组比较有明显差异 (P<0.05) , 治疗组疗效优于对照组。结论:脑电仿生电刺激仪治疗失眠症患者有显著疗效。
关键词：失眠症,仿生电治疗
参考文献
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小脑电刺激 篇4
经颅微电流刺激疗法是近30年在国外逐渐发展起来的用于治疗抑郁、焦虑、失眠等精神疾病的电医学疗法。它通过头部表面电极来引入微电流(通常是微安(μA)级,不高于1 m A)以刺激颅内中枢神经。目前其机理并不很清晰,主要认为它能影响和改善异常的脑电波,诱发使情绪平稳的α波,并使得大脑产生能够调节情绪和改善疾病的神经递质和激素。近2年,此类治疗仪也被引入我国,一些医院尝试采用此疗法来治疗精神疾病患者。
历史上,微电流刺激疗法最早被用于治疗疼痛。自1965年美国的Melzack、Wall提出了脊髓“闸门控制学说”的疼痛机制后,此疗法被广泛接受[1]。后来,微电流刺激被尝试用于治疗其他与神经症相关的疾病[2,3,4]。对经颅微电流刺激疗法的争议主要集中在微电流能否到达神经中枢和能否对抑郁、失眠、焦虑等产生理想的疗效。目前,绝大多数研究结果都倾向于表明经颅微电流疗法对抑郁、焦虑、失眠的治疗有积极效果,哈佛大学公共卫生学院对一款采用微电流刺激疗法的Alpha-Stim微电流刺激仪(美国国际电医学设备公司,Elec-tromedical Products International,Inc.,Mineral Wells,TX,USA)的疗效研究进行了荟萃分析:对抑郁症的有效率为89.67%,对焦虑症的有效率为93.70%,对失眠的有效率为79.62%[5]。
本研究提出经颅微电流刺激仪的设计原则,设计并研制一种安全实用的经颅微电流刺激仪,据此进行了微电流刺激仪对α脑电波作用的研究,证明了经颅微电流刺激仪在使用过程中能有效增强α脑电波的产生。
2 经颅微电流刺激仪的设计原则
在设计经颅微电流刺激仪的过程中,应注意一些基本的设计原则。首先,有效性原则——产生的微电流刺激能作用于中枢神经并诱发神经动作电位。这里的有效性不单指刺激电流的大小能满足要求,还指电流的波形结构能有效诱发神经动作电位。其次,有益性原则——微电流刺激对神经系统产生的是有益效用。这种有益效用在脑电图上的直接表现是α波增强,异常脑电波受到影响和改善。最后,安全性原则——微电流刺激对人体必须是安全无害的。从这个角度上,为避免机体表面极化现象,微电流刺激应采用双向刺激方式。
本研究所设计的经颅微电流刺激仪正是基于上述3条原则设计的,本文重点阐述双极性恒定电流的发生及控制技术,并指出一些设计过程中需要注意的问题。
2.1 经颅微电流刺激仪系统设计
经颅微电流刺激仪采用主控芯片控制恒定电流发生电路,产生符合经颅微电流刺激疗法所需的双极性恒定微电流,其系统结构如图1所示。
实际开发中,主控芯片型号选用了C8051F020,它自带了数字-模拟转换器。在主控芯片内设置不同的数字波形信号,便可产生满足经颅微电流刺激疗法要求的电流波形。使用者可通过控制按键来选择电流波形、电流大小和刺激时间。
从数字模拟转换器出来的信号是单极性信号,大小也不能满足刺激的要求。因此需要采用电流控制电路产生满足刺激要求的电流。
刺激仪的2个电极通常夹在两耳耳垂,负载便是人体(头部)。采用数字万用表对多名正常人头部电阻值进行检测时发现,正常人头部两耳垂间电阻值一般在2~3 MΩ;当用水湿润两耳垂后,电阻值降为1 MΩ左右;用导电膏(检测脑电心、电用)涂抹两耳垂后,阻值又降为100~300 kΩ,且个体差异性也较大,有个别人的电阻小于100 kΩ,而许多人又在200 kΩ以上。因此,必须保证电流控制电路最终的输出电流是恒定的,只随主控芯片里的数字波形信号变化而变化。
电流控制电路是刺激仪的关键部分,其具体电路如图2所示。第一个运算放大器构成一个正相侧加法器,同相输入端接数字-模拟器的输出(DAC output),反相输入端接参考电压,调节可调电阻R2,得到合适的参考电压,就可以得到过零点的方波信号。
在设计过程中要特别注意的是,正相侧加法器使用的参考电压VREF应接主控芯片的参考电压VREF,而不应接电源电压作为参考电压,这是因为电源电压的稳定性在此处不能达到所要求的稳定性,会导致产生非理想的输出波形。
后2个运算放大器构成一个恒流源电路,在电路满足R5×R6=R7×R8条件下,U4B运算放大器输出电压V与接地负载Rbrain的电流I的关系满足公式(1)。由公式(1)可见,输出电流I与负载电阻Rbrain无关,即输出电流不随负载变化[6,7]。
从安全性考虑,刺激仪使用一节9 V电池供电,如果为了进一步保证用电安全,可同时在输出端采用光电隔离器件进行光电隔离,这会影响输出电流刺激波形信号的准确性,但可通过改进软件控制列表的方法来弥补。通过这2项保护,就避免了微电流刺激仪有产生电击的危险。
在仪器的实际使用中发现,当电流调到200μA以上时,有的使用者已经会产生微晕的感觉,所以,使用者此时应降低刺激电流,以保持使用时的舒适感。
2.2 经颅微电流刺激仪软件设计
本文所设计的经颅微电流刺激仪系统软件采用C语言编写,主控模块流程图如图3所示。模式选择是指对预设的波形进行选择,主控芯片预设了占空比50%的双极性对称波形等多种波形。
时间选择范围在20 min~1 h,如果未进行设定,默认为20 min。
在输出电流时,可通过控制键调节电流大小,预设的默认电流为10μA,最大值为999μA。
2.3 结果及对比
如图4所示,经颅微电流刺激仪的主控芯片设置一个双极性对称方波波形的数字信号,输出接一个100 kΩ电阻时产生最终输出,并与AlphaStim经颅微电流刺激仪的输出波形对比。图中,2种波形有同样的频率和占空比,波形幅度也同样在微安级内可调,只是在波形结构上不同。Alpha-Stim的输出波形属于EPI公司的专利波形,虽然从所查阅的外国文献中暂时无法知道其变化规律,但是从图形上来看,它与标准方波很明显不同的就是在波形变化处有尖峰现象。通常,这是2路输入信号因“竞争-冒险”现象产生的一种在电学上要避免的现象。但是,将此种尖峰用于诱发神经动作电位,也许是一种不错的选择,但目前尚未了解到有关此方面的研究。
3 经颅微电流刺激仪功能研究
3.1 研究方法和对象
此项研究工作采用频率为0.5 Hz、占空比为50%的双极性对称方波,研究中使用脑电综合分析仪记录脑电变化。为便于对比分析,采用单通道记录脑电图,并采用软件滤波技术滤除包括输入0.5 Hz微电流在内的其他频率电流,通带频率为8~12.8 Hz的α波频段,然后直接观察α波的变化[8]。刺激仪使用者是对此项研究感兴趣且未患精神疾病的在校本科生与研究生。
3.2 研究结果及分析
采用BM系列脑电综合分析仪(北京安贝尔科技有限公司)记录了刺激仪使用前的脑电变化(通道05,左中央极,即左外耳与左瞳枕线相交处),同时保留了脑电极裸露在空气中的相邻两通道信号(04和06通道),以进行对比分析,如图5所示。
图5(a)是刺激前检测并经滤波后得到的脑电图。可以观察到,05通道检测的α波频段信号有较明显的周期变化,但在幅度上并不比空气中的干扰信号明显。
图5(b)是刺激仪使用时检测并经滤波后得到的α波。因为刺激电流影响耳垂电极处的参考电压,04和06两通道的信号在刺激时也会发生变化。刺激时,05通道中的α脑电出现了较明显的变化:α波幅度有2倍左右的放大。
总体上,使用经颅微电流刺激仪时,检测到的α脑电波有较明显的增强。
3.3 讨论
经颅微电流刺激仪输出不大于1 m A的双极性对称微电流刺激人的头颅。在研究时发现,刺激过程中检测到的α脑电波有较明显的增强。这可能说明,此种波形的微电流有效诱发了α脑电波的产生,从而对人的情绪产生有益影响。
4 结束语
经颅微电流刺激疗法是一种治疗抑郁、焦虑、失眠等精神疾病的安全无害的替代疗法,应用范围将会越来越广。
本文提出了经颅微电流刺激仪的设计原则,据此设计了一种安全有效的经颅微电流刺激仪。在初步研究中发现,经颅微电流刺激仪在使用过程中检测到的α脑电波有较明显的增强。
但是,本研究还存在许多局限性。如果能采用更加灵敏的检测方法,将可更加容易检测到经颅微电流刺激疗法对脑电活动的影响,甚至检测到具体的作用神经通路。如此,才能更加清晰地揭示出经颅微电流刺激疗法的作用机理。
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