一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪
技术领域
本发明属于生物医学技术领域,尤其涉及一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪。
背景技术
传统医学认为“神”与“精”、“气”三者共为人体的基础物质,且“神”是由“精”与“气”所生为功能活动的集中表现,是生命现象的总体反映。其中精、气属于物质,神属功能。其内容包括意识、思维、精神和思想等高级的功能活动及面色、脉象等现于外的各种表现。隋唐时期著名针灸医家杨上善在《黄帝内经太素》篇中提到“欲为针者,先须治神”,因此“神”的外在表现及观察调控与传统针灸临床治疗存在着密切联系。然而由于“神”尚无确切表征以及缺乏客观的量化指标,至今尚无深入***的相关研究。
《内经·灵枢》中提到“诸脉者皆属于目……十二经脉三百六十五络,其血气皆上注于面而走空窍,其精阳气上走于目而为睛”说明诸脉入目,目内藏气血津液而外发为“神”,故金代刘完素在《素问玄机原病式》中提到“目为五脏之神华”。因此,在古籍中,古人从其独特的视角给我们提供了新的研究思路----从眼球运动特征中分析“神”的外在表现,从而挖掘其可供分析的量化指标。
同时,现代心理学研究表明,视觉***是人类获取外部信息最重要的通道,在实验心理学的早期历史中心理学家就开始注意到眼动特征及其规律的心理学意义,利用眼动技术(eyemovementtechnique)探索人在各种不同条件下的信息加工机制也成为当代心理学研究的重要范型。通过对眼动特征的研究,从眼动轨迹、眼动时间、眼动方向和距离及瞳孔大小等参数反映受试者的心理活动特征,分析其大脑如何筛选或搜集信息,而这一思路无疑为说明“神”的外在表征及自闭症儿童的治疗提供了新的技术手段。
项目研究团队通过“针刺长强对FMRX1基因敲除小鼠突触可塑性影响的研究”及“针刺长强穴治疗精神发育迟滞的多中心临床研究”等多项前期课题发现自闭症儿童眼神涣散,多为无目的性眼球运动。而针刺能显著改善各类儿童精神发育迟滞障碍(包括自闭症)的双目之“神”,临床可通过患儿眼球注视能力、眼球运动等改善情况得以体现。这与《灵枢》中所记载:“用针之要,无忘其神”、“凡刺之真,必先治神”等观点相符合。因此对自闭症儿童眼球运动特征的分析,有助于反映其“神”的活动特点,判断针刺临床疗效。
儿童自闭症(ChildrenAutism),又称孤独症,1943年由LeoKanner首次报道。其三大典型症状是:社交障碍、言语障碍、兴趣狭窄以及刻板僵硬的行为方式。其病因及发病机制未清,近年来研究认为,孤独症与脑部中枢结构及神经发育有关,并综合遗传、免疫、感染、器质性、环境及心理等因素。随着近几年来研究的深入以及对该病症关注程度的提高,越来越多的儿童被诊断为儿童自闭症患者,流行病学研究表明,该病的发病率从40年前的0.4‰显著增加到目前的6.0~10.0‰。国外有学者通统计欧美及亚洲国家孤独症发病率得出该症的发病率为0.7‰~1.3‰。而我国从20世纪80年代末开始陆续有病例报道,目前尚无全国发病率的流行病学调查。这些孩子在日常生活中无法与他人的交流,生活不能自理,其中三分之二的患儿还存在智力低下、语言障碍等问题,严重的影响患儿的成长及一生,给社会和家庭带来了沉重的负担。目前,现代医学对于儿童自闭症的治疗仍未找到一种确实可行的特效方法,主要以教育训练和行为矫正为主,且多须持续终生。因此目前亟需切可行的治疗手段用于临床治疗,以最大程度地改善患儿社会适应能力、提高患儿的生活质量。
随着眼动技术的发展,越来越多学者通过记录观察眼球运动来揭示人们的意识、心理活动等高级功能活动。其主要方式是通过的角膜的反光来分析眼球运动情况。常用的眼动指标包括:注视、眼跳、回视及瞳孔直径。而自闭症患儿核心症状为:不正常的社交能力、沟通能力等、兴趣和行为模式,故此类患儿存在视觉注意、整体知觉、运动知觉和推理等基本认知能力方面的缺陷。有研究表明自闭症儿童在社交情景的视觉刺激下,表现为异常的眼动模式。国外研究表明患儿在社交情景中常回避对方的眼睛,而对抽象的卡通图片观察时又与正常孩子眼动模式相似。随着对认知能力与眼动技术越来越多的关注,我国也有学者基于眼动技术层面上对儿童认知方面的进行观察,内容包括不同规则几何图形、不同色彩图像、不同情绪模式等,而涉及自闭症患儿认知方面的研究较少,主要通过面部表情识别、图片交换沟通等途径进行探讨。因此目前对自闭症患儿不同视觉刺激、眼动规律及认知能力的相关性仍欠缺***、深入的研究。
本发明在前期研究的基础上,分析自闭症儿童在不同视觉刺激状态下的的眼球运动规律,分析其眼电活动特征,比较刺激前后受试者的眼动规律(包括:第一注视点及注视点的分布、时间、顺序)及眼电(EOG)电位变化,归纳出具体类别的视觉刺激对自闭症儿童的眼动规律及EOG的影响特点,进而将研究结果用于自闭症患者的治疗中,为调摄自闭症患者之“神”发挥一定作用。同时在自闭症患儿的干预治疗中能充分应用搜集到视觉刺激的电信号特点对患者采取针对性的、有目的的传统医学干预治疗。
目前从世界乃至中国自闭症儿童的发病率在逐年攀升,这些孩子在日常生活中无法与他人的交流,生活不能自理,其中三分之二的患儿还存在智力低下、语言障碍等问题,严重的影响患儿的成长及一生,给社会和家庭带来了沉重的负担。目前,现代医学对于儿童自闭症的治疗仍未找到一种确实可行的特效方法,主要以教育训练和行为矫正为主,且多须持续终生。因此目前亟需切可行的治疗手段用于临床治疗,以最大程度地改善患儿社会适应能力、提高患儿的生活质量。
自闭症(孤独症):儿童孤独症是广泛性发育障碍的一种亚型,以男性多见,起病于婴幼儿期,主要表现为不同程度的言语发育障碍、人际交往障碍、兴趣狭窄和行为方式刻板。约有3/4的患者伴有明显的精神发育迟滞。发明旨在提供一种有效的,基于传统中医针灸技术结合现代生物医学反馈技术的治疗技术,提供一种可供自闭症儿童临床治疗的方法。
目前已有大量文献及研究报道证实了中医的穴位刺激(包括头针)具有突出的疗效,然而由于针灸治疗临床周期较长(多以“年“计算),诸多患儿无法坚持长期治疗而耽误了最佳治疗时间(0-6岁)。本发明提供了一种可在家庭或社区医疗场所开展的自闭症治疗仪器,为广大自闭症患者的临床治疗提供了新的思路和方法。
本发明采用基于眼电生物反馈的信号调制***,利用自闭症儿童在注视物体及有意识目的的交流活动时产生的眼电信号,调控常规电针刺激信号的输出。本***中,眼电信号的选择及输出,以及该输出信号对电针信号的调控。
其中电针的输出***与普通电针一样,其输入信号是调制后的眼电信号,由该信号调控电针刺激的发放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪,旨在解决自闭症的言语发育障碍、人际交往障碍、兴趣狭窄和行为方式刻板,精神发育迟滞的问题。
本发明是这样实现的,一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪,包括信号采集***和信号处理及输出***,所述信号采集***包括信号输入***、眼动电活动搜集***;所述眼动电活动搜集***包括屏蔽后的输入信号电路、前置放大电路、右腿驱动电路、后级放大电路;所述信号处理及输出***包括信号采集筛选***、电针仪、和穴位刺激***;所述信号采集筛选***包括眼电采集模块与眼电处理模块;
所述信号输入***通过信号与屏蔽后的输入信号电路输入端连接,屏蔽后的输入信号电路输出端与前置放大电路输入端连接;前置放大电路输出端一路与右腿驱动电路连接,另一路与后级放大电路输入端连接,后级放大电路输出端通过输出的信号与眼电采集模块输入端连接,眼电采集模块输出端与眼电处理模块输入端电连接,眼电处理模块输出端与电针仪输入端电连接,电针仪输出端与穴位刺激***连接;
所述信号输入***包括双极导联方式的用来采集眼电信号的AgCl电极或普通的心电图电极,所述AgCl电极与屏蔽后的输入信号电路信号连接,所述AgCl电极包括用于采集水平通道眼电信号的水平方向的HEOL和HEOR两个电极、用于采集垂直眼电信号的垂直方向的VEOL和VEOU两个电极、GND参考电极;所述HEOL和HEOR两个电极分别布置在受试者的左右眼外角外的2.5cm处;所述VEOL和VEOU两个电极分别布置在受试者的右眉上2cm和右下眼睑2cm处,所述GND参考电极放置在受试者的前额;
所述穴位刺激***包括位于受试者穴位的穴位刺激装置并通过信号与电针仪连接。
进一步,所述采集眼电信号的AgCl电极的GND参考电极为1个或3个。
进一步,所述屏蔽后的输入信号电路接收信号输入***输入的信号,通过屏蔽装置对信号进行屏蔽;屏蔽后的信号一路与仪表放大器INA333的正负电压输入端连接,仪表放大器INA333的正负电压两端连接有510千欧的电阻;一路与1/2OPA2333运算放大器的输出端连接并同时与1/2OPA2333运算放大器的负极输入端连接,1/2OPA2333运算放大器的输出端通过一个电阻与第二1/2OPA2333运算放大器的负极端连接并且并联第一390千欧的电阻,另一1/2OPA2333运算放大器的输出端通过串联第二390千欧的电阻与右腿连接。
进一步,所述前置放大电路接收屏蔽后的两个输入信号,两个输入信号分别与C1和C2电容连接,C1和C2电容输出端分别与OPA2333-A和OPA2333-B的正极端连接,C1和C2电容输出端之间同时连接10兆欧的电阻R1和R2;OPA2333-A和OPA2333-B的输出端分别与INA333的第2负极和第3正极端连接,INA333的第5引脚外接1.65伏电压,INA333的第7引脚外接3.3伏正电压,第1引脚与第8引脚通过510千欧电阻连接,OPA233-A和OPA2333-B的输出端同时连有100千欧的R29和R28。
进一步,所述右腿驱动电路接收前置放大电路的两个输入信号,两个输入信号分别与C1和C2电容连接,C1和C2电容输出端分别与OPA1和OPA2的正极端连接,C1和C2电容输出端之间同时连接10兆欧的电阻R1和R2;OPA1和OPA2的输出端分别与INA333的第2负极和第3正极端连接,INA333的第5引脚外接1.65伏电压,INA333的第7引脚外接3.3伏正电压,第1引脚与第8引脚通过510千欧电阻R3连接,OPA1和OPA2的输出端同时连有100千欧的R29和R28,100千欧的R29和R28输出端与OPA3的正极端连接,OPA3负极端通过极性线与OPA3输出端连接,OPA3输出端通过20千欧的R30与OPA4的负极端连接,同时与OPA4并联的电容C17和300千欧的R32连接,电容C17和300千欧的R32并联后与OPA4的输出端连接,OPA4的输出端与右腿连接,OPA4的正极端并联有电容C13、40千欧的R34、40千欧的R33,40千欧的R34和电容C13并联后输出端接地,40千欧的R33接有电压-3.3伏。
进一步,所述后级放大电路接收前置放大电路传输的信号经过电容C6输出端传输到OPA1的正极端同时在电容C6输出端并联接地的1兆欧的R4;OPA1的输出端连接31千欧的R7输入端,R7输出端连接31千欧的R8输入端同时并联电容C12,电容C12输出端输出信号;R8输出端与OPA2的正极端连接,OPA2的输出端输出信号,R8输出端同时连接电容C7,电容C7输出端一路接地,一路连接10千欧的R9,R9的输出端一路连接OPA2的负极端,一路连接15千欧的R10将信号输出;在OPA1的负极端一路通过连接10千欧的R5接地,一路通过37千欧的R6和串联的1千欧可调电阻R7与31千欧的R7输入端连接。
本发明的另一目的在于提供一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的控制方法,该控制方法包括:
通过信号输入***采集眼电信号,信号输入***通过用于采集水平通道眼电信号的水平方向的HEOL和HEOR两个电极、用于采集垂直眼电信号的垂直方向的VEOL和VEOU两个电极、GND参考电极采集自闭症儿童在注视物体及有意识目的的交流活动时产生的眼电信号;
通过眼动电活动搜集***、信号采集筛选***对眼电信号进行甄别、处理,对甄别、处理后的眼电信号输送到电针仪;
电针仪将接收到眼电信号传输到穴位刺激***;
穴位刺激***根据电针仪指令对穴位进行电刺激治疗。
进一步,所述电针仪将接收到眼电信号为通过眼动电活动搜集***、信号采集筛选***调控后的信号。
本发明提供的一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪积极效果:本发明用来对自闭症儿童的临床治疗,可以用在医院、机关、事业单位,或者个人家庭。本发明提出一种新的针灸治疗理念,即在传统的以穴位和对穴位的刺激方式为主的针灸治疗手段上叠加一种基于现代生物反馈技术(以电生理信号)的有源刺激,即实现对现代针灸临床治疗技术手段的整合,丰富针灸临床刺激手段,改变以往在针灸临床刺激中依赖临床门诊时间、无选择性的针灸刺激,利用患者疾病特征中的相关生物信号(如电信号),提高针灸刺激的靶向性。。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的控制方法流程图;
图2是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的结构示意图;
图中:1、信号输入***;2、眼动电活动搜集***;3、信号采集筛选***;4、电针仪;5、和穴位刺激***。
图3是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的眼电信号搜集***结构示意图;
图4是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的屏蔽后的输入信号电路原理图;
图5是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的前置放大电路原理图;
图6是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的右腿驱动电路原理图;
图7是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的后级放大电路原理图;
图8是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的正常人双眼规律平扫时的眼电图;
图9是本发明实施例提供的基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的正常人双眼寻找目的物时的眼电图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明主要采用基于眼电生物反馈的信号调制***,利用自闭症儿童在注视物体及有意识目的的交流活动时产生的眼电信号,调控常规电针刺激信号的输出。本发明中,眼电信号的选择及输出,以及该输出信号对电针信号的调控。
其中电针的输出***与普通电针一样,其输入信号是调制后的眼电信号,由该信号调控电针刺激的发放。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1:一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的控制方法,该控制方法包括:
通过信号输入***采集眼电信号,信号输入***通过用于采集水平通道眼电信号的水平方向的HEOL和HEOR两个电极、用于采集垂直眼电信号的垂直方向的VEOL和VEOU两个电极、GND参考电极采集自闭症儿童在注视物体及有意识目的的交流活动时产生的眼电信号;
通过眼动电活动搜集***、信号采集筛选***对眼电信号进行甄别、处理,对甄别、处理后的眼电信号输送到电针仪;
电针仪将接收到眼电信号传输到穴位刺激***;
穴位刺激***根据电针仪指令对穴位进行电刺激治疗。
所述电针仪将接收到眼电信号为通过眼动电活动搜集***、信号采集筛选***调控后的信。
如图2:一种基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪,包括信号采集***和信号处理及输出***;所述信号采集***包括信号输入***1、眼动电活动搜集***2;
如图3:所述眼动电活动搜集***2包括屏蔽后的输入信号电路、前置放大电路、右腿驱动电路、后级放大电路;
所述信号处理及输出***包括信号采集筛选***3、电针仪4、和穴位刺激***5;所述信号采集筛选***包括眼电采集模块与眼电处理模块;
所述信号输入***1通过信号与屏蔽后的输入信号电路输入端连接,屏蔽后的输入信号电路输出端与前置放大电路输入端连接;前置放大电路输出端一路与右腿驱动电路连接,另一路与后级放大电路输入端连接,后级放大电路输出端通过输出的信号与眼电采集模块输入端连接,眼电采集模块输出端与眼电处理模块输入端电连接,眼电处理模块输出端与电针仪输入端电连接,电针仪输出端与穴位刺激***连接;
所述信号输入***1包括双极导联方式的用来采集眼电信号的AgCl电极,所述AgCl电极与屏蔽后的输入信号电路信号连接,所述AgCl电极包括用于采集水平通道眼电信号的水平方向的HEOL和HEOR两个电极、用于采集垂直眼电信号的垂直方向的VEOL和VEOU两个电极、GND参考电极;所述HEOL和HEOR两个电极分别布置在受试者的左右眼外角外的2.5cm处;所述VEOL和VEOU两个电极分别布置在受试者的右眉上2cm和右下眼睑2cm处,所述GND参考电极放置在受试者的前额;
所述穴位刺激***包括位于受试者穴位的穴位刺激装置并通过信号与电针仪连接。
所述采集眼电信号的AgCl电极的GND参考电极为1个或3个。
如图4:所述屏蔽后的输入信号电路接收信号输入***输入的信号,通过屏蔽装置对信号进行屏蔽;屏蔽后的信号一路与仪表放大器INA333的正负电压输入端连接,仪表放大器INA333的正负电压两端连接有510千欧的电阻;一路与1/2OPA2333运算放大器的输出端连接并同时与1/2OPA2333运算放大器的负极输入端连接,1/2OPA2333运算放大器的输出端通过一个电阻与第二1/2OPA2333运算放大器的负极端连接并且并联第一390千欧的电阻,另一1/2OPA2333运算放大器的输出端通过串联第二390千欧的电阻与右腿连接。
如图5:所述前置放大电路接收屏蔽后的两个输入信号,两个输入信号分别与C1和C2电容连接,C1和C2电容输出端分别与OPA2333-A和OPA2333-B的正极端连接,C1和C2电容输出端之间同时连接10兆欧的电阻R1和R2;OPA2333-A和OPA2333-B的输出端分别与INA333的第2负极和第3正极端连接,INA333的第5引脚外接1.65伏电压,INA333的第7引脚外接3.3伏正电压,第1引脚与第8引脚通过510千欧电阻连接,OPA233-A和OPA2333-B的输出端同时连有100千欧的R29和R28。
如图6:所述右腿驱动电路接收前置放大电路的两个输入信号,两个输入信号分别与C1和C2电容连接,C1和C2电容输出端分别与OPA1和OPA2的正极端连接,C1和C2电容输出端之间同时连接10兆欧的电阻R1和R2;OPA1和OPA2的输出端分别与INA333的第2负极和第3正极端连接,INA333的第5引脚外接1.65伏电压,INA333的第7引脚外接3.3伏正电压,第1引脚与第8引脚通过510千欧电阻R3连接,OPA1和OPA2的输出端同时连有100千欧的R29和R28,100千欧的R29和R28输出端与OPA3的正极端连接,OPA3负极端通过极性线与OPA3输出端连接,OPA3输出端通过20千欧的R30与OPA4的负极端连接,同时与OPA4并联的电容C17和300千欧的R32连接,电容C17和300千欧的R32并联后与OPA4的输出端连接,OPA4的输出端与右腿连接,OPA4的正极端并联有电容C13、40千欧的R34、40千欧的R33,40千欧的R34和电容C13并联后输出端接地,40千欧的R33接有电压-3.3伏。
如图7:所述后级放大电路接收前置放大电路传输的信号经过电容C6输出端传输到OPA1的正极端同时在电容C6输出端并联接地的1兆欧的R4;OPA1的输出端连接31千欧的R7输入端,R7输出端连接31千欧的R8输入端同时并联电容C12,电容C12输出端输出信号;R8输出端与OPA2的正极端连接,OPA2的输出端输出信号,R8输出端同时连接电容C7,电容C7输出端一路接地,一路连接10千欧的R9,R9的输出端一路连接OPA2的负极端,一路连接15千欧的R10将信号输出;在OPA1的负极端一路通过连接10千欧的R5接地,一路通过37千欧的R6和串联的1千欧可调电阻R7与31千欧的R7输入端连接。
首先采集患者的眼球运动信息,根据儿童在注视物体是特定的眼球运动特征(包括较长一段时间的静止)所表现出来的眼电活动,根据自闭症儿童在注视物体时瞳孔大小,作为儿童心理变化的依据,发出规律指令,让电针治疗仪输出特定的治疗频率。
具体实施例:
如图8和图9:
采集到的信号如图8、9所示预实验结果,表明即当双侧眼电信号在一个连续的时间周期内(如在1秒钟内)能达到如图所示的三个以上超过180mv峰值的眼电活动,及可认为其存在有目的的眼电活动,那么就可以由主控器发出一次刺激指令给电针仪(如最常见的G6805型电针仪),使其维持一个长达30秒的低频刺激,并输出到穴位表面的刺激电极上。
由于每个患儿对刺激的耐受程度不同,要求每个患儿在治疗前必须调节好适应其个体的最佳刺激强度(即电针的刺激强度输出旋钮可调),之后才可开始稳定的使用。换言之该过程必须在针灸医师的指导下完成。
正常人双眼寻找目的物时的眼电图由于水平眼电HEOG幅值比较大,通过实验判定,水平眼电活动幅值大于200uv的活动即刻判定为有目的及意义的眼球活动,垂直眼电互动幅值大于150uv的活动即刻判定为有意义的眼球活动。
下面结合基于生物反馈技术的自闭症穴位刺激治疗仪的控制方法对本发明进一步说明:
由眼电***控制,随着眼球的有目的运动,而发出一次刺激信号,通知电针仪开始工作;
常规电针仪,如G6805型电针仪,每接到一次工作信号就发出一次长达30秒的低频刺激(2Hz);
低频刺激指令在百会穴位或长强穴位上的穴位刺激装置即刺激电极工作。
通过输出一系列为期30秒的电刺激(刺激的频率,幅度可调)以实现治疗目的。
本发明将传统针灸疗法对“神”的临床应用与现代的眼电分析及检拾技术相结合,改变既往针灸临床中在干预时机上的盲目,即只能依靠患者在门诊就诊时被动地接受治疗,而不能有选择性地、有时机地开展干预治疗,实现针灸临床中具有目的性的诊疗行为。本发明在于扩大了针灸临床的治疗手段,首次将基于现代生物医学最新研究技术及手段引入到传统针灸治疗临床中,实现二者的最佳整合,这种治疗思路及方法是原创性的。本发明不但应用在孤独症的治疗,而是包含了以后所有关于将传统针灸治疗(即无输出调节的,无时间效应的,无生物反馈调节机制的传统穴位刺激)利用生物反馈技术开展针灸治疗的所有发明思路。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。