本發(fā)明涉及經(jīng)顱電刺激設(shè)備，尤其涉及一種自適應(yīng)的經(jīng)顱電刺激方法以及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)顱電刺激主要包括經(jīng)顱直流電刺激（tdcs）和經(jīng)顱交流電刺激（tacs）。它是指從頭皮給予腦區(qū)不同類型的電流刺激，對于感知、認(rèn)知行為、運(yùn)動功能障礙等有著非常顯著的調(diào)控作用。傳統(tǒng)的經(jīng)顱電刺激輸出單一且固定的電刺激，如直流、正弦波等。一旦確定輸出參數(shù)后，無法做出改變。

2、隨著對非侵入性腦刺激研究的不斷深入，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)顱電刺激的效果是狀態(tài)依賴的，即刺激調(diào)控效果（從非常有效到幾乎沒效）與使用者當(dāng)前的大腦活動狀態(tài)密切相關(guān)。而傳統(tǒng)經(jīng)顱電刺激輸出的波形以及相關(guān)參數(shù)（頻率、振幅、刺激時長等）是固定的，若使用者大腦活動發(fā)生改變，則電刺激不會隨之變化，不具有自適應(yīng)性。因此，對于完全相同的刺激范式,不同個體的調(diào)控效果可能存在巨大的差異。這限制了傳統(tǒng)經(jīng)顱電刺激的作用。

3、新型的經(jīng)顱電刺激技術(shù)是采集個體的腦電或其他狀態(tài)信號，提取信號的特征量，并根據(jù)一定條件改變刺激的參數(shù)、波形、靶點(diǎn)等，以施加特異性刺激。這種閉環(huán)的刺激形式，與使用者大腦狀態(tài)息息相關(guān)，具有更優(yōu)的適應(yīng)性。但是，現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的電刺激依舊是相對固定的，即僅能夠改變部分參數(shù)、靶點(diǎn)或波形。并且，現(xiàn)有技術(shù)多針對某一類病癥，所開發(fā)的設(shè)備不具有靈活性。因此,一種能夠自適應(yīng)產(chǎn)生波形、自適應(yīng)選擇靶點(diǎn)、可適應(yīng)多種病癥的自適應(yīng)經(jīng)顱電刺激是一種非常有潛力的技術(shù)。

4、現(xiàn)有公開的技術(shù)（經(jīng)顱實(shí)時異步電刺激改善睡眠的裝置?cn115212456b）采集使用者的腦電信號，并設(shè)置不同的刺激參數(shù)，如振幅、頻率、相位等參數(shù)，但是僅能輸出正弦波，無法產(chǎn)生更多波形，如直流、高級耦合波形。

5、現(xiàn)有公開的技術(shù)（基于交叉頻率耦合的個體化認(rèn)知功能調(diào)節(jié)裝置cn115487418a）利用使用者的額葉theta振蕩和gamma振蕩來改變輸出刺激的靶點(diǎn)、強(qiáng)度、頻率，以及耦合波形（波峰嵌套、波谷嵌套）。但是，刺激靶點(diǎn)僅限于f3、f4、p3、p4，不適用于國際標(biāo)準(zhǔn)的64導(dǎo)聯(lián)，且其提供的耦合方式單一，無法提供大多數(shù)常見的耦合方式，如相位-振幅耦合pac、相位-相位耦合ppc、振幅-振幅耦合aac等。

6、現(xiàn)有公開的技術(shù)（基于交叉頻率耦合的個體化認(rèn)知功能調(diào)節(jié)裝置?cn115487418a）利用磁共振獲取使用者大腦狀態(tài)，然后選擇靶點(diǎn)、電流來進(jìn)行電刺激。該技術(shù)需要與磁共振聯(lián)合使用，成本較高，操作復(fù)雜，且輸出的電刺激不含頻率、耦合波形等，適用范圍有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)的經(jīng)顱電刺激方法以及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的電刺激，且可以拓展腦電指標(biāo)、修改正常人腦電數(shù)據(jù)，從而令系統(tǒng)適應(yīng)于各種不同的病癥。

2、本發(fā)明提出的一種自適應(yīng)的經(jīng)顱電刺激方法，包括如下步驟：

3、步驟一、獲取異常靶點(diǎn)信息：采集被試腦電數(shù)據(jù)并預(yù)處理得到純凈的實(shí)時腦電數(shù)據(jù)，在時間域設(shè)定滑窗，將滑窗內(nèi)所有靶點(diǎn)的實(shí)時腦電數(shù)據(jù)與正常人腦電數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換至頻域，按頻率分段，計算每一段的實(shí)時腦電指標(biāo)和正常人腦電指標(biāo)，將每一段的實(shí)時腦電指標(biāo)中的功率與對應(yīng)的正常人腦電指標(biāo)中的功率做t檢驗(yàn)，若顯著性概率p<0.05則認(rèn)為被試腦電存在異常，記錄異常靶點(diǎn)、異常頻率段數(shù)n和異常頻率段；

4、步驟二、確定刺激靶點(diǎn)：遍歷滑窗內(nèi)所有靶點(diǎn)的異常頻率段數(shù)n，將n≥1的靶點(diǎn)作為異常靶點(diǎn)，以異常靶點(diǎn)為中心查看相鄰靶點(diǎn)，并記錄相鄰靶點(diǎn)為異常靶點(diǎn)的數(shù)量，遍歷所有異常靶點(diǎn)，篩選出相鄰異常靶點(diǎn)數(shù)量最多的異常靶點(diǎn)，取所篩選出的異常靶點(diǎn)對應(yīng)的腦電振幅最大者作為刺激靶點(diǎn)；

5、步驟三、電刺激：基于滑窗內(nèi)靶點(diǎn)的實(shí)時腦電指標(biāo)、預(yù)先所儲存的正常人腦電指標(biāo)、異常靶點(diǎn)、異常頻率段數(shù)n和異常頻率段構(gòu)建自適應(yīng)的刺激波形，以刺激靶點(diǎn)作為電刺激的陽極，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，以中心對稱靶點(diǎn)或相鄰靶點(diǎn)作為陰極，進(jìn)行電刺激；

6、步驟四、循環(huán)步驟一至步驟三，結(jié)合實(shí)時更新的滑窗數(shù)據(jù)，切換刺激靶點(diǎn)，修改刺激波形及參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的電刺激，直至異常靶點(diǎn)消失。

7、進(jìn)一步地，在步驟三中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，以中心對稱靶點(diǎn)或相鄰靶點(diǎn)作為陰極，具體為：

8、設(shè)定作為陰極的靶點(diǎn)個數(shù)，將刺激靶點(diǎn)作為陽極；

9、當(dāng)陰極個數(shù)大于等于2時，以與刺激靶點(diǎn)相鄰的靶點(diǎn)作為陰極；

10、當(dāng)陰極個數(shù)等于1時，在大腦平面中，以大腦平面中點(diǎn)為中心，將刺激靶點(diǎn)中心對稱后對應(yīng)的靶點(diǎn)作為陰極。

11、進(jìn)一步地，在步驟一中，計算每一段的實(shí)時腦電指標(biāo)和正常人腦電指標(biāo)，具體如下：

12、計算時域和頻域的實(shí)時腦電指標(biāo)，所述實(shí)時腦電指標(biāo)包括常用頻率的功率、平均振幅、功率占比、功率譜密度、相位、實(shí)時振幅；

13、計算網(wǎng)絡(luò)連接指標(biāo)，所述網(wǎng)絡(luò)連接指標(biāo)包括相位滯后指數(shù)、加權(quán)相位滯后指數(shù)、相位鎖定值、加權(quán)相位鎖定值。

14、進(jìn)一步地，在步驟三中，基于滑窗內(nèi)靶點(diǎn)的實(shí)時腦電指標(biāo)、預(yù)先所儲存的正常人腦電指標(biāo)、異常靶點(diǎn)、異常頻率段數(shù)n和異常頻率段構(gòu)建自適應(yīng)的刺激波形，自適應(yīng)的刺激波形的參數(shù)包括刺激波形振幅、刺激波形頻率、以及刺激波形時長，具體為：

15、基于滑窗內(nèi)實(shí)時腦電指標(biāo)的平均振幅，得到刺激波形振幅；

16、當(dāng)異常頻率段數(shù)n等于1，且時，刺激波形以直流顯示，并以刺激波形振幅作為直流電壓，其中，表示異常頻率段的平均振幅，表示正常人同頻率段的平均振幅；

17、當(dāng)異常頻率段數(shù)n等于1，且時，刺激波形頻率選擇異常頻率段中最大振幅所對應(yīng)的頻率，刺激波形以正弦波顯示，頻率選擇異常頻率段中最大振幅所對應(yīng)的頻率，振幅為刺激波形振幅；

18、當(dāng)異常頻率段數(shù)n大于等于2，選取刺激波形振幅最大的兩個異常頻率段作為耦合對象，按頻率大小分為低頻、高頻，刺激波形以耦合波形顯示。

19、進(jìn)一步地，當(dāng)異常頻率段數(shù)n大于等于2，選取振幅最大的兩個頻率段作為耦合對象，按頻率大小分為低頻、高頻，刺激波形以耦合波形顯示，具體包括：

20、當(dāng)異常頻率段數(shù)n大于等于2，選取振幅最大的兩個異常頻率段作為耦合對象，按頻率大小分為低頻、高頻，提取滑窗內(nèi)所有低頻相位和高頻振幅，若高頻振幅最大值對應(yīng)的低頻相位始終一致，則電刺激采用相位-幅度耦合apc；

21、當(dāng)異常頻率段數(shù)n大于等于2，同時電刺激不是相位-幅度耦合apc方式，選取振幅最大的兩個異常頻率段作為耦合對象，按頻率大小分為低頻、高頻，提取滑窗內(nèi)所有低頻振幅和高頻振幅，若高頻振幅最大值對應(yīng)低頻振幅最大值，高頻振幅最小值對應(yīng)低頻振幅最小值，則電刺激采用幅度-幅度耦合aac；

22、當(dāng)異常頻率段數(shù)n大于等于2，同時電刺激不是相位-幅度耦合apc以及幅度-幅度耦合acc方式，選取振幅最大的兩個異常頻率段作為耦合對象，按頻率大小分為低頻、高頻，提取滑窗內(nèi)所有低頻相位和高頻相位，取低頻多個周期，每個周期內(nèi)對應(yīng)的高頻周期是固定值，則電刺激采用相位-相位耦合ppc。

23、一種自適應(yīng)的經(jīng)顱電刺激系統(tǒng)，包括腦活動分析模塊、靶點(diǎn)選擇模塊、刺激波形產(chǎn)生模塊以及刺激產(chǎn)生裝置；

24、腦活動分析模塊用于獲取異常靶點(diǎn)信息：獲取被試腦電數(shù)據(jù)并預(yù)處理得到純凈實(shí)時腦電數(shù)據(jù)，在時間域設(shè)定滑窗，將滑窗內(nèi)所有靶點(diǎn)的實(shí)時腦電數(shù)據(jù)與正常人腦電數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換至頻域，按頻率分段，計算每一段的實(shí)時腦電指標(biāo)和正常人腦電指標(biāo)，將每一段的實(shí)時腦電指標(biāo)中的功率與對應(yīng)的正常人腦電指標(biāo)中的功率做t檢驗(yàn)，若顯著性概率p<0.05則認(rèn)為被試腦電存在異常，記錄異常靶點(diǎn)、異常頻率段數(shù)n和異常頻率段；

25、靶點(diǎn)選擇模塊用于確定刺激靶點(diǎn)：遍歷滑窗內(nèi)所有靶點(diǎn)的異常頻率段數(shù)n，將n≥1的靶點(diǎn)作為異常靶點(diǎn)，以異常靶點(diǎn)為中心查看相鄰靶點(diǎn)，并記錄相鄰靶點(diǎn)為異常靶點(diǎn)的數(shù)量，遍歷所有異常靶點(diǎn)，篩選出相鄰異常靶點(diǎn)數(shù)量最多的異常靶點(diǎn)，取所篩選出的異常靶點(diǎn)對應(yīng)的腦電振幅最大者作為刺激靶點(diǎn)；

26、刺激波形產(chǎn)生模塊用于電刺激：基于滑窗內(nèi)靶點(diǎn)的實(shí)時腦電指標(biāo)、預(yù)先所儲存的正常人腦電指標(biāo)、異常靶點(diǎn)、異常頻率段數(shù)n和異常頻率段構(gòu)建自適應(yīng)的刺激波形，以刺激靶點(diǎn)作為電刺激的陽極，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，以中心對稱靶點(diǎn)或相鄰靶點(diǎn)作為陰極，進(jìn)行電刺激；

27、刺激產(chǎn)生裝置用于循環(huán)腦活動分析模塊至刺激波形產(chǎn)生模塊，結(jié)合實(shí)時更新的滑窗數(shù)據(jù)，切換刺激靶點(diǎn)，修改刺激波形及參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的電刺激，直至異常靶點(diǎn)消失。

28、進(jìn)一步地，在刺激波形產(chǎn)生模塊中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，以中心對稱靶點(diǎn)或相鄰靶點(diǎn)作為陰極，具體為：

29、設(shè)定作為陰極的靶點(diǎn)個數(shù)，將刺激靶點(diǎn)作為陽極；

30、當(dāng)陰極個數(shù)大于等于2時，以與刺激靶點(diǎn)相鄰的靶點(diǎn)作為陰極；

31、當(dāng)陰極個數(shù)等于1時，在大腦平面中，以大腦平面中點(diǎn)為中心，將刺激靶點(diǎn)中心對稱后對應(yīng)的靶點(diǎn)作為陰極。

32、本發(fā)明提供的一種自適應(yīng)的經(jīng)顱電刺激方法以及系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）自適應(yīng)的電刺激：可根據(jù)大腦活動狀態(tài)，實(shí)時修改刺激的波形、頻率、時長、振幅等參數(shù)；（2）自適應(yīng)的刺激靶點(diǎn)：可根據(jù)大腦活動狀態(tài)，實(shí)時自動選擇合適的刺激靶點(diǎn)；（3）可產(chǎn)生耦合刺激波形：集成了pac、aac、ppc耦合波形算法，除了可以產(chǎn)生傳統(tǒng)的直流、正弦波，還可以根據(jù)需要產(chǎn)生各種耦合波形；（4）可拓展適應(yīng)癥：可根據(jù)需要拓展腦電指標(biāo)、修改正常人腦電數(shù)據(jù)，從而令系統(tǒng)適應(yīng)于各種不同的病癥。