一種新穎的反饋電刺激裝置研制與應用

0 引 言
隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展，人們的生活節奏愈來(lái)愈快，精神壓力越來(lái)越大，越來(lái)越多的人出現了睡眠障礙。研究表明，睡眠效果的判定，不僅要看睡眠時(shí)間的長(cháng)短，更重要的是要看睡眠的深度。
治療睡眠障礙的首選方法無(wú)疑還是藥物，但用藥物糾正睡眠障礙對人體形成的危害越來(lái)越引起關(guān)注。除藥物副作用外，藥物依賴(lài)也是一個(gè)重要問(wèn)題。近年來(lái)，非藥物治療睡眠障礙的方法得到重視，目前，非藥物治療睡眠障礙的方法主要包括基于中醫理論的穴位刺激法、大腦電磁刺激法、大腦聲光刺激法等。這些方法的共同缺點(diǎn)是治療中刺激的參數對所有患者都是一樣的，很難針對特定患者個(gè)體確定合適的刺激參數。另外，由于這些方法的作用機制尚不明了，不同方法的治療效果因不同的個(gè)體而異，確切療效尚待進(jìn)一步證實(shí)。目前，還未見(jiàn)有一種儀器能根據患者的睡眠進(jìn)程狀態(tài)和睡眠時(shí)所表現的個(gè)體差異產(chǎn)生自適應的刺激模式，從而改善睡眠的報道。
本文提出一種由計算機與腦信息交互實(shí)現對睡眠障礙的神經(jīng)反饋治療裝置，試圖研制一種個(gè)性化睡眠障礙矯治儀器。

1 方法
1．1 系統概述
近年來(lái)，睡眠腦電的研究取得了很大進(jìn)展。根據睡眠腦電的分析，已可定量判斷睡眠的質(zhì)量。人們通過(guò)不同方法，如時(shí)頻分析、小波變換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、信息熵等理論對睡眠腦電進(jìn)行了處理，發(fā)現隨著(zhù)睡眠深度的增加，睡眠腦電具有明顯不同的特征。目前在國際上通行的睡眠分類(lèi)，就是按照腦電圖的特征將睡眠分成所謂的快眼動(dòng)(Rapid Eye Movement，REM)睡眠和非快眼動(dòng)(Non-rapid Eye Movement，NREM)睡眠兩大類(lèi)，而NREM睡眠又可分為程度不同的四個(gè)期，按其深度分別標為一期、二期、三期和四期，加上睡前清醒期，睡眠共可分為六個(gè)不同的狀態(tài)。最近的研究表明，隨著(zhù)睡眠的加深，睡眠腦電的回歸復雜度持續下降，睡眠腦電的回歸復雜度可作為衡量睡眠質(zhì)量一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的指標。
基于上述分析，提出一種基于睡眠深度定量分析的個(gè)性化自適應神經(jīng)反饋電刺激睡眠障礙治療裝置。第一，用安放在人體頭部的電極提取受試者12 s的腦電信號，并進(jìn)行放大濾波和模數轉換；第二，提取受試者不同睡眠期四道腦電回歸復雜度的平均值，該平均值即是睡眠深度的量化結果；第三，根據受試者睡眠深度的定量值，經(jīng)過(guò)分析生成下一次電刺激的刺激模式，包括刺激波形和波形參數；第四，在該模式下的刺激信號通過(guò)與腦電采集時(shí)的同一組電極，作用于腦部，60 s后停止刺激，開(kāi)始再次采集12 s腦電并計算回歸復雜度，了解新刺激條件下睡眠質(zhì)量的定量值，對比本次刺激與前次刺激對睡眠的影響情況，決定下一步刺激模式的調整方案。系統的流程圖如圖1所示。

1．2 腦電提取與放大
腦電提取所用電極是采用Ag／Cl圓盤(pán)電極，分別置于頭皮頂葉的四個(gè)部位F3，F4，C3，C4處，參考電極A1和A2則置于耳垂。借助于一個(gè)雙向電子開(kāi)關(guān)74LS245，利用放置在受試者頭皮的同一組電極，交替執行12 s腦電采集和60 s大腦刺激任務(wù)。雙向電子開(kāi)關(guān)74LS245開(kāi)通的方向是由CPU的一個(gè)輸入／輸出端口控制的。