一種新穎的反饋電刺激裝置研制與應(yīng)用

0 引 言
隨著人類社會的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏愈來愈快，精神壓力越來越大，越來越多的人出現(xiàn)了睡眠障礙。研究表明，睡眠效果的判定，不僅要看睡眠時間的長短，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越引起關(guān)注。除藥物副作用外，藥物依賴也是一個重要問題。近年來，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(yī)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是治療中刺激的參數(shù)對所有患者都是一樣的，很難針對特定患者個體確定合適的刺激參數(shù)。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體而異，確切療效尚待進一步證實。目前，還未見有一種儀器能根據(jù)患者的睡眠進程狀態(tài)和睡眠時所表現(xiàn)的個體差異產(chǎn)生自適應(yīng)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現(xiàn)對睡眠障礙的神經(jīng)反饋治療裝置，試圖研制一種個性化睡眠障礙矯治儀器。

1 方法
1．1 系統(tǒng)概述
近年來，睡眠腦電的研究取得了很大進展。根據(jù)睡眠腦電的分析，已可定量判斷睡眠的質(zhì)量。人們通過不同方法，如時頻分析、小波變換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信息熵等理論對睡眠腦電進行了處理，發(fā)現(xiàn)隨著睡眠深度的增加，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，就是按照腦電圖的特征將睡眠分成所謂的快眼動(Rapid Eye Movement，REM)睡眠和非快眼動(Non-rapid Eye Movement，NREM)睡眠兩大類，而NREM睡眠又可分為程度不同的四個期，按其深度分別標為一期、二期、三期和四期，加上睡前清醒期，睡眠共可分為六個不同的狀態(tài)。最近的研究表明，隨著睡眠的加深，睡眠腦電的回歸復(fù)雜度持續(xù)下降，睡眠腦電的回歸復(fù)雜度可作為衡量睡眠質(zhì)量一個簡單而實用的指標。
基于上述分析，提出一種基于睡眠深度定量分析的個性化自適應(yīng)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，并進行放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換；第二，提取受試者不同睡眠期四道腦電回歸復(fù)雜度的平均值，該平均值即是睡眠深度的量化結(jié)果；第三，根據(jù)受試者睡眠深度的定量值，經(jīng)過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(shù)；第四，在該模式下的刺激信號通過與腦電采集時的同一組電極，作用于腦部，60 s后停止刺激，開始再次采集12 s腦電并計算回歸復(fù)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(diào)整方案。系統(tǒng)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圓盤電極，分別置于頭皮頂葉的四個部位F3，F(xiàn)4，C3，C4處，參考電極A1和A2則置于耳垂。借助于一個雙向電子開關(guān)74LS245，利用放置在受試者頭皮的同一組電極，交替執(zhí)行12 s腦電采集和60 s大腦刺激任務(wù)。雙向電子開關(guān)74LS245開通的方向是由CPU的一個輸入／輸出端口控制的。