基于腦電的癲癇預(yù)判、干預(yù)方法及癲癇EIT監(jiān)測方法探索研究.pdf

1、癲癇是由多種原因引起的臨床常見的神經(jīng)疾病之一，目前對癲癇疾病的治療手段主要是藥物治療和手術(shù)切除病灶，但約有25％的難治性癲癇患者，無論藥物還是外科手術(shù)均不能有效治療。癲癇發(fā)作的反復(fù)性、突發(fā)性以及不可預(yù)見性容易造成患者的身體傷害，甚至危及生命。因此，目前急需一種能夠有效抑制難治性癲癇發(fā)作的治療方法，解除患者的病痛。
　　及早的預(yù)判到癲癇發(fā)作不僅可以采取必要的措施進(jìn)行預(yù)防，而且有助于提高癲癇診治技術(shù)，并為人們研制新的治療方法提供依據(jù)。

2、因此癲癇發(fā)作預(yù)判研究對治療癲癇患者，尤其是難治性癲癇患者至關(guān)重要。雖然許多學(xué)者都致力于癲癇預(yù)判算法的研究，但目前還沒有一種預(yù)判算法能夠應(yīng)用于臨床，得到令人滿意的預(yù)判結(jié)果。
　　電刺激作為一種新興的癲癇抑制方法，正在世界范圍內(nèi)廣泛研究。反饋電刺激系統(tǒng)包括電刺激器與癲癇預(yù)判算法，能夠在癲癇發(fā)作前期給予電刺激抑制即將到來的發(fā)作。這種刺激方式避免了藥物治療的副作用，而且在降低長時(shí)間電刺激可能導(dǎo)致的組織損傷的同時(shí)，增加了刺激的有效性，可能成

3、為難治性癲癇患者的有效治療方式。然而目前，由于癲癇預(yù)判算法仍存在許多不足，經(jīng)過癲癇預(yù)判觸發(fā)的電刺激能否在出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的臨床癲癇癥狀之前就有效抑制還需要進(jìn)一步驗(yàn)證，電刺激參數(shù)最佳值或最佳取值范圍仍不確定，因此反饋電刺激系統(tǒng)并沒有在實(shí)驗(yàn)室及臨床試驗(yàn)中得到令人信服的結(jié)果，有效的反饋電刺激器仍有待開發(fā)。
　　目前癲癇預(yù)判和治療的研究主要是通過腦電分析進(jìn)行，雖然這種研究方式已經(jīng)進(jìn)行了很多年，但目前來說，癲癇發(fā)作預(yù)判及電刺激干預(yù)仍未取得突破性

4、進(jìn)展。因此若能找到其他的有效途徑進(jìn)行癲癇預(yù)判，不僅是對現(xiàn)有方法的補(bǔ)充，同時(shí)也可能為癲癇預(yù)判和治療提供新方法。
　　癲癇發(fā)作時(shí)病灶區(qū)的血流灌注以及代謝變化可能導(dǎo)致該部位的電阻抗發(fā)生變化。電阻抗斷層成像技術(shù)（ElectricalImpedanceTomography，EIT）能夠根據(jù)組織的電阻抗特性及其變化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映病理及生理變化過程。這兩點(diǎn)提示我們，EIT有可能監(jiān)測癲癇發(fā)作時(shí)的電阻抗變化。然而目前EIT監(jiān)測癲癇發(fā)作的研究十分有限，

5、這主要是因?yàn)镋IT的刺激電流幅度以及頻率遠(yuǎn)高于腦電的幅度及頻率。因此同步監(jiān)測時(shí)腦電波形會(huì)被EIT帶來的噪聲完全湮沒。這就導(dǎo)致EIT監(jiān)測過程中缺乏腦電這一金標(biāo)準(zhǔn)作為對照，無法判斷EIT的圖像變化是否由癲癇發(fā)作引起。
　　基于上述存在的問題，本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于復(fù)高斯小波變換預(yù)判算法的顱內(nèi)反饋電刺激系統(tǒng)。通過臨床實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證了預(yù)判算法的有效性以及反饋電刺激抑制癲癇發(fā)作的有效性。本文還嘗試應(yīng)用EIT監(jiān)測癲癇發(fā)作過程，并初步解決了

6、與EIT同步監(jiān)測的腦電被干擾以致無法判讀的問題。通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了EIT具有反映癲癇發(fā)作過程的能力。本文的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1）基于復(fù)高斯小波變換的相位同步化預(yù)判算法的研究
　　實(shí)現(xiàn)了基于復(fù)高斯小波變換的相位同步化預(yù)判算法（phasesynchronizationbasedonthecomplexGaussianwavelettransform,PSW），該方法的理論依據(jù)符合癲癇發(fā)作的病理生理學(xué)機(jī)制，并且能

7、夠快速實(shí)時(shí)的進(jìn)行分析預(yù)警。PSW的預(yù)判率能夠到達(dá)80％以上，多種對比研究指標(biāo)又表明其預(yù)判能力優(yōu)于傳統(tǒng)的相位同步化預(yù)判算法，是一種有望應(yīng)用于臨床的癲癇預(yù)判算法。
　　2）反饋電刺激與開環(huán)電刺激抑制癲癇的對比研究
　　設(shè)計(jì)并開發(fā)了反饋電刺激治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基于復(fù)高斯小波變換的相位同步化預(yù)判方法以及顱內(nèi)電刺激器。通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對比研究反饋電刺激與開環(huán)電刺激的抑制癲癇效果，結(jié)果表明：反饋電刺激降低癲癇發(fā)作次數(shù)57％以上，減少發(fā)作

8、持續(xù)時(shí)間17％，顯著優(yōu)于開環(huán)電刺激。該效果也優(yōu)于目前現(xiàn)有的電刺激器抑制效果。反饋電刺激能夠結(jié)合實(shí)際需要給予電刺激，避免長時(shí)間的反復(fù)刺激造成的組織損傷，是更適合于臨床的電刺激治療方法。
　　3）不同刺激頻率的反饋電刺激抑制癲癇的對比研究
　　對比研究低頻反饋電刺激與高頻反饋電刺激抑制癲癇的效果。對比研究指標(biāo)為癲癇發(fā)作次數(shù)，發(fā)作持續(xù)時(shí)間以及每小時(shí)發(fā)作次數(shù)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1Hz低頻電刺激降低癲癇發(fā)作次數(shù)57％，減少發(fā)作持續(xù)時(shí)間

9、17％；100Hz高頻電刺激降低癲癇發(fā)作次數(shù)32％，減少發(fā)作持續(xù)時(shí)間16％。雖然低頻電刺激對發(fā)作次數(shù)以及發(fā)作持續(xù)時(shí)間的降低幅度大于高頻電刺激，但兩者之間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　4）EIT監(jiān)測癲癇發(fā)作的初步研究
　　嘗試應(yīng)用EIT監(jiān)測癲癇發(fā)作過程，以癲癇發(fā)作時(shí)大鼠的行為學(xué)特征為依據(jù)判斷癲癇是否發(fā)作，并觀察癲癇發(fā)作時(shí)癲癇灶電阻抗的變化。研究表明：在63次癲癇發(fā)作中，有44次癲癇發(fā)作，病灶區(qū)部位電阻抗下降。2次癲癇發(fā)作，病灶

10、區(qū)電阻抗上升；9次癲癇發(fā)作，病灶區(qū)以外部位電阻抗下降，病灶區(qū)無明顯變化；8次癲癇發(fā)作，整個(gè)監(jiān)測范圍內(nèi)的電阻抗均無明顯變化。
　　5）EIT與腦電同步監(jiān)測癲癇發(fā)作的初步研究
　　嘗試EIT與腦電記錄儀使用不同的采集電極同步監(jiān)測癲癇發(fā)作，通過調(diào)整EIT的采樣間隔以及激勵(lì)電流強(qiáng)度，得到最佳的EIT圖像與腦電圖像。以癲癇發(fā)作時(shí)大鼠的腦電特征為依據(jù)判定癲癇是否發(fā)作，并觀察癲癇發(fā)作時(shí)電阻抗的變化。研究表明：在6次癲癇發(fā)作中，有4次發(fā)作病

11、灶區(qū)部位電阻抗下降，其中2次電阻抗變化與腦電發(fā)作同步發(fā)生，2次電阻抗變化早于腦電發(fā)作。有2次發(fā)作病灶區(qū)部位電阻抗無明顯變化。實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)病灶區(qū)電阻抗上升。
　　綜上所述，本文的特色和創(chuàng)新之處在于：突破了以往癲癇預(yù)判算法的局限性，以更加符合癲癇發(fā)作病理生理機(jī)制的理論為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了基于復(fù)高斯小波變換的相位同步化預(yù)判算法。并以該算法為核心，設(shè)計(jì)開發(fā)了顱內(nèi)反饋電刺激系統(tǒng)抑制癲癇發(fā)作。臨床試驗(yàn)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，PSW是有效的癲癇預(yù)判算法，基于