实时癫痫电位检测与闭环式深部脑刺激系统的设计

【摘要】近年来,深部脑刺激治疗癫痫的研究得到了越来越多的重视。但是,在电刺激治疗癫痫的研究中,现有的刺激模式多是开环的,不能根据病人病情的变化自动输出电刺激信号；而已有的闭环式电刺激器在灵活性和通用性上也存在很多不足。因此开发可以自动根据癫痫的发作状态输出电刺激的闭环式系统对于电刺激治疗癫痫的研究有着重要的意义。本文利用LabVIEW软件和美国国家仪器公司的NIUSB-6251数据采集卡,结合放大器、刺激器等设备,针对大鼠癫痫模型的海马区局部场电位特征,设计了一种癫痫检测与闭环式深部脑刺激系统。主要工作包括：(1)设计闭环式控制程序,完成实时脑电信号分析,以及给定参数的电刺激输出等功能；(2)设计癫痫检测算法,能够在保证癫痫检测正确率的基础上,提高检测的实时性；(3)利用大鼠癫痫模型评价系统的性能,考察不同电刺激参数对于癫痫发作的抑制效果。本文的创新点和主要研究结果如下：(1)应用LabVIEW软件设计了系统的闭环式控制程序。该程序实时性高,可扩展性强,能够控制NIUSB-6251数据采集卡进行大脑场电位信号的采集,并在检测到癫痫波后输出刺激触发信号,触发刺激器输出刺激脉冲。刺激延时只有0.12s左右。而且,程序功能的更改和移植也很方便。(2)设计了结合信号幅值、斜率和海岸线参数的癫痫波检测新算法。算法计算速度快,检测效果好。大鼠癫痫模型海马脑区场电位信号的检测结果表明,利用本文设计的癫痫检测算法,该系统癫痫波的检出率可以达到91.3%,而误检率只有8%。(3)大鼠癫痫模型的在体实验发现,在癫痫发作期,高频电刺激对癫痫有一定的抑制作用。然而当电刺激发生在癫痫发作间期时,癫痫活动反而容易增强。而且,10s时长的刺激脉冲对癫痫发作的抑制效果要比5s时长的好,但是持续1min以上的刺激脉冲的抑制效果并不明显。总之,本文设计的闭环式电刺激系统,能够自动检测场电位中的癫痫波,并根据用户的设置,输出特定频率、强度和持续时长的电刺激脉冲。动物实验结果表明,高频电刺激对癫痫有一定的抑制作用。该系统实时性高,灵活性好,通用性强,可以成为深部脑刺激抑制癫痫实验研究的有效工具。
【作者】胡振华；
【导师】封洲燕；
【作者基本信息】浙江大学，生物医学工程，2014，硕士
【关键词】癫痫检测；闭环式；电刺激；LabVIEW；抑制；

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