CN111657912A - 用于对受试者进行机械压力刺激的*** - Google Patents

用于对受试者进行机械压力刺激的*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于对受试者进行机械压力刺激的***，包括压力刺激器和控制器；所述压力刺激器的至少一部分位于磁屏蔽室内部，以用于向所述磁屏蔽室内部的受试者提供机械压力刺激，其中所述磁屏蔽室内部具有脑磁图设备，所述脑磁图设备用于从所述受试者采集脑磁信号；所述控制器与所述脑磁图设备通信，以用于接收所述脑磁图设备采集到的脑磁信号，并且用于处理并分析所述脑磁信号。本发明通过使用脑磁信号来代替受试者的口述，可以减轻受试者的负担，并且提高刺激参数选取的稳定性和可靠性。

Description

用于对受试者进行机械压力刺激的***
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种用于对受试者进行机械压力刺激的***。
背景技术
目前市面上可由截肢者购买并使用的假肢手通常为美容性假手和功能性假手。其中功能性假手可为截肢者提供部分的手部功能，包括五指分开并拢、对指抓捏等功能。但目前的功能性假手通常无法为截肢者提供感觉反馈，更无法如正常手一样提示截肢者当前正使用哪个或哪些手指来执行手部功能。例如，当功能性假手正使用拇指和食指捏住某个物体，若截肢者没有看到这一动作，他便无法知晓拇指和食指正在被使用。此外，大量脑卒中患者偏瘫后，会丧失局部肢体的感觉功能，这将会加剧患侧的肌肉萎缩，因而影响运动康复。
目前，也有研究者通过电刺激或机械压力刺激截肢或者偏瘫患者的方法，来产生手部或者局部躯体皮肤的感觉。其中无论是通过电刺激还是机械压力刺激，其刺激参数的选取都是非常关键的。通常都是通过使用不同的刺激参数来刺激受试者的局部皮肤区域，并依靠受试者的口述来选取合适的刺激参数。然而，依靠口述这一方式来选取刺激参数不仅需要受试者的注意力时刻保持高度集中，而且还极易受到环境影响。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于对受试者进行机械压力刺激的***，通过改进刺激参数的选取方式，从而为受试者提供具有更稳定和更可靠的感觉反馈。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何为受试者提供具有更稳定和更可靠的感觉反馈。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于对受试者进行机械压力刺激的***，包括压力刺激器和控制器；所述压力刺激器的至少一部分位于磁屏蔽室内部，以用于向所述磁屏蔽室内部的受试者提供机械压力刺激，其中所述磁屏蔽室内部具有脑磁图设备，所述脑磁图设备用于从所述受试者采集脑磁信号；所述控制器与所述脑磁图设备通信，以用于接收所述脑磁图设备采集到的脑磁信号，并且用于处理并分析所述脑磁信号。
进一步地，所述压力刺激器包括电机、压触件、连接装置，其中所述连接装置用于连接所述电机与所述压触件，所述压触件与所述受试者的局部皮肤接触，所述局部皮肤包括手指、躯体局部区域，所述电机位于所述磁屏蔽室外部，并由所述控制器控制，以经由所述连接装置向所述压触件施加机械压力，从而向所述受试者的所述局部皮肤提供所述机械压力刺激。
进一步地，所述手指包括拇指、食指、中指、无名指和小指中的一项或多项；所述躯体局部区域包括上臂、前臂、躯干、躯干和下肢中的一项或多项。
进一步地，当所述控制器控制所述电机以向所述压触件施加所述机械压力时，所述控制器生成触发信号。
进一步地，所述控制器还包括计算装置，所述计算装置至少基于所述触发信号来执行对所述脑磁信号的处理。
进一步地，对所述脑磁信号的所述处理包括对所述脑磁信号进行分割、平均、滤波。
进一步地，所述计算装置基于所述受试者的脑部磁共振图像并且采用等效电流偶极子模型来执行对所述脑磁信号的分析。
进一步地，所述脑磁信号包括第一脑磁信号和第二脑磁信号，其中，所述第一脑磁信号包括当所述受试者的所述手指被所述机械压力刺激时从所述受试者采集的所述脑磁信号，所述第二脑磁信号包括当所述受试者的所述躯体局部区域被所述机械压力刺激时从所述受试者采集的所述脑磁信号。
进一步地，所述计算装置基于对所述第一脑磁信号与所述第二脑磁信号的处理和/或分析来进一步调整所述压力刺激器的刺激参数，从而调整向所述受试者的所述局部皮肤施加的所述机械压力刺激。
进一步地，所述刺激参数包括刺激频率、所述电机的转动圈数、所述压触件的形状、所述压触件与所述受试者的接触面积中的一项或多项。
本发明所提出的技术方案与现有技术相比，其通过使用脑磁信号来代替受试者的口述，可以减轻受试者的负担，并且提高刺激参数选取的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的机械压力刺激***以及磁屏蔽室的总体框图。
其中，100-机械压力刺激***，110-压力刺激器，111-电机，112-压触件，113-连接装置，120-控制器，200-磁屏蔽室，210-脑磁图设备，220-受试者。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
以下在本文所描述的术语，例如脑磁图设备、脑磁信号、磁屏蔽室、躯体局部区域等，应当被理解为本领域技术人员所公知的含义。
图1是本发明的一个实施例的机械压力刺激***100及磁屏蔽室200的总体框图。
如图1所示，机械压力刺激***100可包括压力刺激器110和控制器120。其中压力刺激器110可包括电机111、压触件112、以及连接装置113。在一个实施例中，连接装置113的一部分、脑磁图设备210以及受试者220可位于磁屏蔽室200的内部，连接装置113的另一部分、电机111以及控制器120可位于磁屏蔽室200的外部。在该实施例中，压触件112可位于磁屏蔽室200的内部并与受试者220的局部皮肤接触。其中所述局部皮肤可包括手指、上臂、前臂、躯干和下肢。当通过机械刺激手指或其他躯体局部皮肤时，受试者220可感觉手指或其他部位皮肤被刺激到。在一些实施例中，压力刺激器110的电机111可由控制器120控制，以经由连接装置113向压触件112施加机械压力，从而向受试者220的局部皮肤提供机械压力刺激。
在一个实施例中，电机111可以是步进电机或其他类型的可用于经由连接装置113向压触件112施加机械压力的电机。压触件112可以具有特定形状，例如，圆形、方形等，以与受试者220的局部皮肤接触。连接装置113可用于在电机111与压触件112之间提供连接，以将来自电机111的运动传递到压触件112。
在一个实施例中，当控制器120控制电机111经由连接装置113向压触件112施加机械压力，从而向受试者220的局部皮肤提供机械压力刺激时，控制器120可生成触发信号。控制器120可接收来自脑磁图设备210所采集到的受试者220的脑磁信号。控制器120可进一步包括计算装置，所述计算装置可基于触发信号来对所采集到的脑磁信号进行处理。所述处理可包括分割、平均、滤波等。其中所述分割可包括将脑磁信号与触发信号在时间上进行对齐，并以多个触发信号的时间为基准点，来对脑磁信号进行分割。在一个实施例中，机械压力刺激的频率可以是1Hz，可以以触发信号前100ms以及触发信号后900ms来对脑磁信号进行分割，或者以触发信号前150ms以及触发信号后850ms来对脑磁信号进行分割，或以1000ms时间段的其他分隔方式来对脑磁信号进行分割。在另一实施例中，机械压力刺激的频率可以是2Hz，可以以触发信号前50ms以及触发信号后450ms来对脑磁信号进行分割，或者以触发信号前100ms以及触发信号后400ms来对脑磁信号进行分割，或以500ms时间段的其他分隔方式来对脑磁信号进行分割。在其他实施例中，机械压力刺激的频率可以为其他值。随后可由计算装置对经分割的脑磁信号执行平均和滤波操作，以生成经处理的脑磁信号。计算装置还可基于受试者220的脑部磁共振图像并且采用等效电流偶极子模型来执行对经处理的脑磁信号的分析，以生成电流偶极子。
在一些实施例中，脑磁信号可包括：当受试者220的手指被机械压力刺激时从受试者220采集到的第一脑磁信号；以及当受试者220的躯体局部皮肤区域被机械压力刺激时从受试者220采集到的第二脑磁信号。相应地，经处理的脑磁信号也可包括第一经处理的脑磁信号和第二经处理的脑磁信号，并且电流偶极子也可包括第一电流偶极子和第二电流偶极子。
在一些实施例中，可以以第一经处理的脑磁信号和/或第一电流偶极子作为标准，用以评价第二经处理的脑磁信号和/或第二电流偶极子。在该实施例中，第一脑磁信号可以是在受试者220清晰并且舒适地感受到其手指被机械压力刺激时从受试者220采集到的脑磁信号。在一个实施例中，可以通过潜伏期来评价第二经处理的脑磁信号。在另一实施例中，可以通过电流偶极子的位置、方向、强度等来评价第二电流偶极子。当第二经处理的脑磁信号和/或第二电流偶极子不符合标准时，可以调整压力刺激器110的刺激参数，从而调整向受试者220的躯体局部皮肤区域施加的机械压力刺激。
在其他实施例中，还可将第一经处理的脑磁信号和/或第一电流偶极子、或第二经处理的脑磁信号和/或第二电流偶极子与预先存储的模板相比较。当第一经处理的脑磁信号和/或第一电流偶极子、或第二经处理的脑磁信号和/或第二电流偶极子与预先存储的模板不符合时，可以调整压力刺激器110的刺激参数，从而调整向受试者220的局部皮肤(其可包括手指、躯体局部区域)施加的机械压力刺激。
在一个实施例中，刺激参数可以包括刺激频率、电机111的转动圈数、压触件112的形状、或压触件112与受试者220的接触面积。当第二经处理的脑磁信号和/或第二电流偶极子符合标准(例如，第二经处理的脑磁信号的潜伏期在第一经处理的脑磁信号的潜伏期的预定范围内，第二电流偶极子的位置、方向、强度分别在第一电流偶极子的位置、方向、强度的预定范围内)或与预先存储的模板相符合(例如，第二经处理的脑磁信号的潜伏期在预先存储的模板脑磁信号的潜伏期的预定范围内，第二电流偶极子的位置、方向、强度分别在预先存储的模板电流偶极子的位置、方向、强度的预定范围内)时，可将刺激参数确定为合适的刺激参数。类似地，当第一经处理的脑磁信号和/或第一电流偶极子符合与预先存储的模板相符合(例如，第一经处理的脑磁信号的潜伏期在预先存储的模板脑磁信号的潜伏期的预定范围内，第一电流偶极子的位置、方向、强度分别在预先存储的模板电流偶极子的位置、方向、强度的预定范围内)时，可将刺激参数确定为合适的刺激参数。
以上针对脑磁信号的处理和分析可通过安装在计算装置上的协同开源应用Brainstorm来执行。该Brainstorm软件是在1990年代末基于MATLAB开发的，该项目最初是由洛杉矶南加州大学、巴黎的
Figure BDA0002568967730000041
医院和新墨西哥的洛斯阿拉莫斯国家实验室共同合作进行的，并且得到了美国国立卫生研究院(NIH)以及法国国家科研中心(CNRS)的支持。该软件的第一个版本于2000发布，在2004年加入了完整的图形用户界面，
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，包括压力刺激器和控制器；所述压力刺激器的至少一部分位于磁屏蔽室内部，以用于向所述磁屏蔽室内部的受试者提供机械压力刺激，其中所述磁屏蔽室内部具有脑磁图设备，所述脑磁图设备用于从所述受试者采集脑磁信号；所述控制器与所述脑磁图设备通信，以用于接收所述脑磁图设备采集到的脑磁信号，并且用于处理并分析所述脑磁信号。
2.如权利要求1所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述压力刺激器包括电机、压触件、连接装置，其中所述连接装置用于连接所述电机与所述压触件，所述压触件与所述受试者的局部皮肤接触，所述局部皮肤包括手指、躯体局部区域，所述电机位于所述磁屏蔽室外部，并由所述控制器控制，以经由所述连接装置向所述压触件施加机械压力，从而向所述受试者的所述局部皮肤提供所述机械压力刺激。
3.如权利要求2所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述手指包括拇指、食指、中指、无名指和小指中的一项或多项；所述躯体局部区域包括上臂、前臂、躯干、躯干和下肢中的一项或多项。
4.如权利要求2所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，当所述控制器控制所述电机以向所述压触件施加所述机械压力时，所述控制器生成触发信号。
5.如权利要求4所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述控制器还包括计算装置，所述计算装置至少基于所述触发信号来执行对所述脑磁信号的处理。
6.如权利要求5所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，对所述脑磁信号的所述处理包括对所述脑磁信号进行分割、平均、滤波。
7.如权利要求5所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述计算装置基于所述受试者的脑部磁共振图像并且采用等效电流偶极子模型来执行对所述脑磁信号的分析。
8.如权利要求3至7中任一项所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述脑磁信号包括第一脑磁信号和第二脑磁信号，其中，所述第一脑磁信号包括当所述受试者的所述手指被所述机械压力刺激时从所述受试者采集的所述脑磁信号，所述第二脑磁信号包括当所述受试者的所述躯体局部区域被所述机械压力刺激时从所述受试者采集的所述脑磁信号。
9.如权利要求8所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述计算装置基于对所述第一脑磁信号与所述第二脑磁信号的处理和/或分析来进一步调整所述压力刺激器的刺激参数，从而调整向所述受试者的所述局部皮肤施加的所述机械压力刺激。
10.如权利要求9所述的用于对受试者进行机械压力刺激的***，其特征在于，所述刺激参数包括刺激频率、所述电机的转动圈数、所述压触件的形状、所述压触件与所述受试者的接触面积中的一项或多项。
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