王果 李立國(guó) 董獻(xiàn)文 趙永紅 李恩耀
【摘要】目的:研制具有無(wú)創(chuàng)、集成、移動(dòng)便攜、可家用特征的孤獨(dú)癥智能治療頭盔。方法:開發(fā)了能夠集成模擬電針刺激模塊、藥物離子導(dǎo)入模塊、生物反饋模塊和網(wǎng)絡(luò)信息模塊功能。結(jié)果:頭盔安全性高,療效佳,可實(shí)現(xiàn)家庭化、便攜化。結(jié)論:現(xiàn)代科技與先進(jìn)通訊技術(shù)將傳統(tǒng)針刺技術(shù)廣泛傳播,為廣大孤獨(dú)癥患兒提供有效、便捷的治療與幫助,使更多患兒及家庭獲益。
【關(guān)鍵詞】孤獨(dú)癥;治療頭盔;穴位注射;藥物導(dǎo)入
[中圖分類號(hào)]R749.94; R493 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2096-5249(2021)05-0227-02
孤獨(dú)癥譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)是一類兒童神經(jīng)發(fā)育障礙引起的疾病, 主要特征為社交障礙、刻板行為、言語(yǔ)障礙、興趣狹窄[1]。目前孤獨(dú)癥的發(fā)病機(jī)制仍不清楚, 但是患病率卻逐年攀升, 最新研究顯示美國(guó)8 歲兒童的孤獨(dú)癥患病率已經(jīng)達(dá)到1/59[2]。因?yàn)椴∫虿幻鳎艽笠徊糠止陋?dú)癥患者無(wú)法得到有效的治療,依然有50%~70%的患者長(zhǎng)期依賴家人的照顧,無(wú)法獨(dú)立生活[3]。正在并將持續(xù)給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)。同時(shí)孤獨(dú)癥的病因病機(jī)目前尚不清楚,治療也缺乏有效手段。臨床目前主要通過(guò)綜合康復(fù)訓(xùn)練如應(yīng)用行為分析訓(xùn)練、結(jié)構(gòu)化教學(xué)或注射修復(fù)神經(jīng)藥物等方法對(duì)患兒的行為及語(yǔ)言等問題進(jìn)行干預(yù),改善患兒癥狀,但效果欠佳。研究表明,運(yùn)用傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合干預(yù)能夠取得較好療效,并越來(lái)越受到研究者重視。針刺和穴位注射療法在孤獨(dú)癥治療中取得較好療效,水針位點(diǎn)注射療法綜合運(yùn)用針刺和穴位注射療法并結(jié)合現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)理論技術(shù),在孤獨(dú)癥治療中取得了良好療效。
1 主要原理
1.1針刺原理 針灸刺激通過(guò)人體自動(dòng)控制系統(tǒng)提供干預(yù)信號(hào),激發(fā)人體自身調(diào)節(jié)系統(tǒng),轉(zhuǎn)變機(jī)體狀態(tài)方向。針刺可能通過(guò)軀體自主反射,對(duì)穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生影響。這種涉及自主神經(jīng)系統(tǒng)的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)分支的體內(nèi)平衡經(jīng)常被認(rèn)為是陰陽(yáng)平衡概念的科學(xué)基礎(chǔ)[4]?,F(xiàn)代的影像學(xué)技術(shù)(PET/CT/MRI)已經(jīng)證實(shí)經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng), 雖然大腦的各個(gè)功能區(qū)域之間存在的關(guān)聯(lián)目前尚不明確, 但針刺頭部不同穴位以經(jīng)證實(shí)可以調(diào)節(jié)大腦不同區(qū)域的功能[5]。腦功能磁共振成像(fMRI)顯示:針刺的作用機(jī)制很大可能是由于針刺對(duì)穴位的物理刺激,引起相關(guān)聯(lián)腦區(qū)的部分功能核團(tuán)的活化,該區(qū)域的血流量增大,進(jìn)而釋放出相關(guān)調(diào)節(jié)進(jìn)行靶器官的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)大腦的活化[6]。Ping Wu等人在進(jìn)行對(duì)腦卒中中風(fēng)后遺癥患者使用針灸治療的試驗(yàn)中,也證明了針灸可以顯著地使腦結(jié)構(gòu)重組,提高運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能的恢復(fù)[7]。張全明團(tuán)隊(duì)通過(guò)患者治療前后P3電位的變化情況證實(shí)針刺不僅可以加速曾經(jīng)發(fā)育受阻的神經(jīng)纖維進(jìn)行二次發(fā)育,從而增加大腦皮質(zhì)神經(jīng)突觸的質(zhì)與量;還會(huì)加快沖動(dòng)在神經(jīng)纖維中的傳導(dǎo)速度,即:加快對(duì)外界信息的加工。于是從根本上提高孤獨(dú)癥患兒的專注力[8]。
1.2位點(diǎn)及穴位原理 通過(guò)對(duì)不同穴位或位點(diǎn)的刺激,改變軸突離子通道,更新或改變突觸連接,促使內(nèi)源性干細(xì)胞遷移和神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性變化,啟用潛伏通路,得以在腦部對(duì)應(yīng)部位建立新功能區(qū)或進(jìn)行系統(tǒng)間重組,調(diào)節(jié)局部功能。
1.3藥效原理 采用局部給藥的方式,使藥物直達(dá)病變部位。研究顯示,維生素B1對(duì)人體的作用非常強(qiáng)大,它可以加速脂肪、糖、蛋白質(zhì)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝速度,加快三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量的速度; 維生素B12作為常規(guī)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)類藥物, 對(duì)部分受損神經(jīng)髓鞘有一定的修復(fù)作用,維生素B12還參與有髓鞘神經(jīng)代謝,并在其中起重要作用。
擬采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、模擬電刺激、藥物離子導(dǎo)入、生物反饋和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研制具有無(wú)創(chuàng)、集成、移動(dòng)便攜、可家用特征的孤獨(dú)癥智能治療頭盔,以便能夠進(jìn)一步推廣和發(fā)展水針位點(diǎn)注射療法,更好地滿足孤獨(dú)癥患者家庭化、遠(yuǎn)程化治療需求。
2 總體設(shè)計(jì)
頭盔整體包括電路控制板塊、電刺激板塊、藥物離子導(dǎo)入板塊、生物反饋和健康監(jiān)測(cè)板塊、人機(jī)交互裝置。將頭盔電源按鈕打開,指示燈亮綠燈,說(shuō)明設(shè)備正常。同時(shí)藍(lán)牙處于開啟狀態(tài),打開手機(jī)App。可以在手機(jī)上選擇個(gè)性化治療方案,選擇完成后,確認(rèn)所選穴位與頭皮接觸良好,點(diǎn)擊運(yùn)行,頭盔就會(huì)進(jìn)行模擬針刺以及藥物導(dǎo)入程序。當(dāng)設(shè)備電池電量不足時(shí),指示燈亮黃燈,設(shè)備將要停止工作,提醒用戶及時(shí)更換電池或充電;監(jiān)測(cè)模塊一旦發(fā)現(xiàn)溫度、濕度異常以及與頭皮接觸不良時(shí),就會(huì)反饋到系統(tǒng),此時(shí)頭盔指示燈亮紅燈成報(bào)警狀態(tài),同時(shí)自動(dòng)斷電,停止工作。在整個(gè)治療的過(guò)程中,生物反饋板塊會(huì)采集患者的腦電、眼電、血氧的指標(biāo),所有數(shù)據(jù)都會(huì)在移動(dòng)終端顯示,用戶可以通過(guò)APP, 查看患者的治療方案與治療記錄及各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),醫(yī)生也可以共享數(shù)據(jù),并對(duì)患兒的治療方案做出及時(shí)的調(diào)整。設(shè)備的整個(gè)功能框圖如圖1所示。
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1電路設(shè)置 充電口與電池相連,藍(lán)牙與單片機(jī)相連,電流采集電路與電極和單片機(jī)相連,恒流源與單片機(jī)及放大器電路相連,存儲(chǔ)模塊與單片機(jī)相連,電極溫度與濕度檢測(cè)電路與警報(bào)裝置、電極、單片機(jī)相連,監(jiān)測(cè)反饋裝置與單片機(jī)相連,腦電、眼電裝置與濾波裝置及放大器電路相連。殼體外安裝控制裝備運(yùn)行的開關(guān),包括控制藍(lán)牙的部分。有指示燈,指示燈在正常運(yùn)行、缺電、警報(bào)情況分別顯示綠、黃、紅三種顏色。
3.2刺激導(dǎo)入模塊 通過(guò)導(dǎo)線與電路板連接,電極導(dǎo)線用材防銹蝕、導(dǎo)電性強(qiáng)。表面電極主體為海綿材質(zhì),海綿電極的大小、形狀在不同腦區(qū)有所差別的矩形, 厚度均約為2㎜。電極片內(nèi)側(cè)面固定于絕緣,貼近頭部的一面為粘面,可與藥液浸墊粘合,藥液浸墊大小與電極片基本一致的橢圓形,由紗布包裹著海綿的獨(dú)立結(jié)構(gòu),可通過(guò)粘面與電極片結(jié)合。表面電極內(nèi)部還有溫度傳感器測(cè)量電極表面溫度、濕度傳感器獲取電極工作環(huán)境的濕度。溫度傳感器用于獲取工作區(qū)域電極表面的溫度,當(dāng)溫度高于40°時(shí),則需要斷開電路,一方面保護(hù)用戶免于電灼傷,另一方面,溫度過(guò)高不利于藥物的導(dǎo)入。濕度傳感器獲取作用區(qū)域內(nèi)電極的表面濕度,當(dāng)濕度>85%時(shí),斷開電源,濕度過(guò)高不利于藥物的導(dǎo)入。
3.3監(jiān)測(cè)模塊 腦電圖電極可由充滿電解質(zhì)溶液的彈性部件形成,由國(guó)際10-20系統(tǒng)定義的電極排布,F(xiàn)3、F4、C3、C4、O1和O2。眼電圖電極也是由充滿電解質(zhì)溶液的彈性部件形成,位于太陽(yáng)穴處。腦、眼電圖的參考由充滿電解質(zhì)溶液的彈性部件形成,置于前額。監(jiān)測(cè)大腦皮層血氧飽和度的傳感器也是置于前額,由釋放660 nm波長(zhǎng)以及釋放905 nm、910 nm或者940 nm波長(zhǎng)的兩個(gè)二極管組成的監(jiān)測(cè)探頭。從血氧對(duì)不同波長(zhǎng)光波吸收率得差異來(lái)進(jìn)行血氧情況的數(shù)據(jù)采集。
4 軟件設(shè)計(jì)
移動(dòng)終端APP的設(shè)計(jì)采用板塊化、子程序疊加的模式, 首先設(shè)計(jì)好治療的方案, 方案中包含:模擬電刺激的波幅、波形、強(qiáng)度、頻率、時(shí)間等, 當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí), 操作者選擇患者相對(duì)應(yīng)的治療方案,確認(rèn)電量充足,各穴位接觸良好后,操作者依據(jù)提示按下啟動(dòng)鍵。治療開始時(shí),主頁(yè)面上會(huì)同時(shí)顯示溫度、濕度、腦電、眼電、血氧情況,每次治療產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)。在單次治療結(jié)束后,設(shè)備會(huì)自動(dòng)停止并斷電,操作者只需將設(shè)備從患兒頭上取下即可。
5 結(jié)論
我國(guó)孤獨(dú)癥患者數(shù)量逐年攀升[9],孤獨(dú)癥患兒需長(zhǎng)期進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,這一過(guò)程給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)。目前,孤獨(dú)癥的治療缺少有效治療,但經(jīng)科學(xué)和臨床研究證實(shí),針刺聯(lián)合穴位藥物注射療效較佳,反應(yīng)良好。孤獨(dú)癥智能治療頭盔使傳統(tǒng)的穴位注射技術(shù)家庭化、便攜化,穴位注射療法的人工治療費(fèi)用,降低患兒家庭來(lái)院治療所需支出的交通、食宿等相關(guān)費(fèi)用,切實(shí)減輕患兒及其家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān);孤獨(dú)癥智能治療頭盔可廣泛普及全國(guó)各個(gè)地區(qū),減少各醫(yī)院開展水針位點(diǎn)注射技術(shù)培訓(xùn)與傳播所需支付的人力物力,減少專項(xiàng)財(cái)政支出,符合便捷、綠色、友好的環(huán)境發(fā)展模式。孤獨(dú)癥智能治療頭盔的研發(fā)與應(yīng)用,利用現(xiàn)代科技與先進(jìn)通訊技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的現(xiàn)代化研究和發(fā)展。
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