脑深部电刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）已广泛应用于临床帕金森病的治疗，通过精准地向脑深部核团发放电刺激，通常为丘脑底核（subthalamic nucleus，STN）或苍白球内侧部（internal globus pallidus，GPi），使得相应回路的功能恢复相对正常。

目前普遍使用的传统开环DBS能够提供持续不断、固定参数的刺激，已被证明能够显著缓解帕金森病患者的运动症状。然而，不同帕金森病患者的临床症状不同，患者个体的症状也会在不同时间尺度上发生波动，因此刺激参数无法根据症状变化而动态调整的开环DBS可能会产生诸多副作用，如抑郁、运动障碍、构音障碍等。

使用闭环深脑刺激器能够根据帕金森病患者症状变化而动态调整刺激参数，即实现闭环的自适应DBS（adaptive DBS，aDBs）。公开号为CN114462455A的中国专利文献公开了一种基于计算模型的帕金森状态下闭环DBS刺激效果评价指标计算方法，包括：S1：信号采集：基于计算模型采集LFP信号；S2：信号预处理：对LFP信号进行滤波及降采样；S3：时域分割：将β爆发从预处理后的LFP信号中分离出来；S4：统计分析：根据步骤S3得到的β爆发持续时间长短进行统计分析，并进行长振荡与短振荡的二分类；S5：量化：将步骤S4得到的二分类结果进行量化，获得闭环DBS刺激效果的评价指标。

为了使闭环DBS治疗更有效，找到可量化、易测量、能够准确反映帕金森症状严重程度的生物标志物是首要任务。

大量研究表明，基底神经节的STN核团中beta（12-35Hz）活性异常增强与帕金森病患者的运动症状严重程度有着密切的关联。现有的研究通过实时采集分析STN中局部场电位（local field potential，LFP）信号的病理性beta振荡，将beta频带的能量作为反馈信号调控刺激电流大小的输出，从而实现闭环DBS的控制。

在此基础之上，近年来一些研究根据帕金森病患者的脑电特征，将闭环DBS的感应频段设置为患者beta能量最集中的频带，然而这些仅使用单一beta频带控制刺激输出的方式仍然存在以下两点问题：

第一，所选beta频带的能量往往会受到非病理性因素的影响，如日常运动、昼夜节律等，导致其能量变化或峰值移动。第二，单一beta频带的能量往往无法同时准确反映患者的症状、多巴胺能药物以及运动等情况，即无法区分STN-beta的病理活动和自主性活动，导致闭环DBS调控不够精准。

本发明公开了基于帕金森病患者药物与运动状态的闭环神经调控系统，包括：参数设定模块，用于确定低beta频带、高beta频带、上阈值和下阈值；信号采集模块，用于采集帕金森病患者STN的局部场电位信号并进行预处理；特征计算模块，用于通过短时傅里叶变换，计算低beta频带能量和高beta频带能量，并计算两者比值的平均值；判定输出模块，用于对平均值与上阈值、下阈值进行对比；若大于上阈值，判断患者处于药物失效-运动状态，输出高强度刺激；若大于下阈值，小于上阈值，判断患者处于药物失效-静息状态，输出中等强度刺激；若小于下阈值，判断患者处于药物有效状态，输出低强度刺激。本发明可基于药物和运动状态实现精准的闭环脑深部电刺激。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

● 本发明基于在帕金森病患者中观察到的，多巴胺能药物能显著抑制STN中低beta频带能量，步行运动能显著抑制高beta频带能量的现象，定义了STN中低beta和高beta能量的比值LHR，从而准确地识别患者不同的用药和运动情况。这解决了目前以单一beta频带能量为反馈指标的闭环DBS因无法区分STN-beta的病理和自主性活动导致调控不够精准的问题。

● 本发明应用于闭环深脑刺激器的在线信号处理和特征计算方法，每秒仅进行若干次的简单短时傅里叶变换以计算特定频段的能量，且每隔若干秒计算一次LHR的平均值并与阈值作比较，平衡了计算精度和计算延迟，使其能够直接应用于闭环深脑刺激器系统中性能有限的植入式脉冲刺激器。此外，这种计算方法也解决了STN活性在较短时间尺度上出现自发波动的问题。

本发明实施例中帕金森病患者A和B分别在药物“关”-静息、药物“关”-运动、药物“开”状态下左侧STN局部场电位信号的功率谱密度

本发明实施例中帕金森病患者A左侧STN局部场电位信号的时频图、低高beta能量占比LHR值的变化及其控制的闭环刺激幅值变化

本发明实施例一种基于帕金森病患者药物与运动状态的闭环神经调控系统示意图