CN102014742B - 现场可部署的震荡检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于提供受治疗者的当场诊断以确定震荡的存在和/或严重性的方法和装置。所述方法包括：将耦合到手持基本单元的电极组放置在所述受治疗者的头上；通过所述电极组从所述受治疗者获得脑电信号；使用存储在所述基本单元的存储器中的信号处理算法处理所获得的脑电信号；根据经过处理的信号确定震荡的存在和/或严重性；在所述手持基本单元上指示震荡的存在和/或严重性；以及基于指示确定用于所述受治疗者的疗程。

Description

现场可部署的震荡检测器

本申请要求2008年3月3日提交的美国专利申请第12/041,106号的权益，其全部内容在此通过引用被整体包括。

技术领域

根据本发明的实施方式涉及紧急治疗类选法(triage)的领域，并且具体地涉及对最近已经遭受到头部损伤的受治疗者执行紧急神经类治疗类选法以确定受治疗者是否有震荡的便携式装置和方法。

背景技术

需要检测由于震荡所引起的细微的脑部功能障碍的客观的和敏感的方法。根据来自美国军队的报告，爆炸震荡脑损伤是伊拉克和阿富汗中的当前伤亡中的最显著的部分。然而，辨识和适当地治疗这些伤亡人员的不充分的准备和临床工具增加了这些损伤和它们的副作用的简档。在人体中脑部执行最复杂的和基本的过程。令人惊讶地，当代的医疗保健缺乏成熟的工具来客观地评估它们的功能。典型地通过面谈和主观的身体检查来临床地评估病人的精神和神经状态。一般的临床实验室目前不具有评估脑部功能或病理的能力，除了对可能外在地影响CNS的毒药、毒素或者药物的识别之外贡献很少。这些实验室通过身体检查可以诊断可能的震荡，但是不能够以任何精确度来确定震荡的严重性。

脑部成像研究，诸如计算断层扫描成像(CT)、磁共振成像(MRI)，被广泛使用并且是有用的。然而，这些结构化的和解剖的测试透露出很少的关于脑部功能的信息。“功能性的MRI”(fMRI)是优于MRI的最近的改进。fMRI测试提供氧化的血红素的浓度在脑部的各个部分的相对图像。虽然示出了氧气的使用的氧化的血红素的浓度是具体的脑部区域的总的新陈代谢功能的指示，它提供了关于潜在的脑部功能的非常有限的信息或者没有提供关于潜在的脑部功能的信息，即由脑部所进行的信息处理，其实质上是电化学的。

例如，受伤的脑部部分可能正在使用“标准的”氧气量。因此fMRI不能诊断可能是显著地功能失调的状况或损伤。另外，在诸如震荡的急性外伤性脑损伤(TBI)之后的即刻，CT和MRI/fMRI成像研究通常是阴性的，显示为没有结构异常，即使当存在清楚地和显著的异常脑功能时。这对于弥散性轴索损伤(DAI)也是一样的，涉及存在于大多数的脑震荡损伤案例中的神经纤维的剪断，并且可以在多数常规的结构图像上保持不可见。由震荡所引起的DAI造成的浮肿或水肿随后可能导致昏迷和死亡。

另外，CT和MRI/fMRI测试装置由于它们的尺寸、电源要求和成本没有完全在便携的、现场可部署的(field-deployable)应用中可用。这些评估工具在所选择的案例中起到了重要的作用，但是它们是昂贵的、不能广泛地得到，并且在急性护理情况的早期阶段它们没有提供关键信息。目前技术不能提供即时的、能付诸实施的信息，所述信息对于及时的介入、合适的治疗类选法或者用于诸如震荡的急性脑外伤的合适的护理计划的正式提出是关键的。然而，脑部具有用于器官之间的修复的最小容量，因此时间敏感的治疗类选法和介入在治疗诸如震荡的脑损伤非常重要。

所有的脑部活动、不管是反射性的、无意识的、无知觉的或者有知觉的，本质是电的。通过一系列的电化学反应(被称为神经传递素的分子是所述电化学反应的媒介)，电位(电压)得以产生并传输至整个脑部，在无数的神经元之间连续地行进。这个活动建立了脑电图(EEG)的基本电特征并且创建了具有解剖结构和功能的基础的可标识频率。理解这些基本节律和它们的意义使得将EEG表征为处在标准限值以内或者之外成为可能。在整个基本级别(level)处，EEG用作正常和异常脑功能的特征。

自超过75年前的第一次记录起并且尤其自计算机的出现起，已经广泛地研究脑部的电活动。脑部的“正常的”电活动已经在数百个研究被恰当地表征，具有小范围的标准偏差。某些脑部部分的电活动的频率是对诸如为声音的、视觉的或者疼痛的各种刺激的正常响应，称之为“诱发电位”。

诱发电位(EP)是特定波，该特定波具有特有的形状、在这些波形内的峰值的幅度和持续时间，和许多其它特征，所有的这些特征已经恰当地建立了经数十年的研究所产生的标准数据。用于所有的EEG和诱发响应波的标准数据是跨不同性别、年龄和种族的显著地不变的。另外，恰当地描述和解释了确实存在的任何变异性。

神经科学家也已经表征了各种不同脑病理学的EEG特征。正如异常的心电图(ECG)图案是特定心脏病理的明显指示，不规则的脑波图案是诸如震荡的特定脑病理的明显指示。一大群数据，以及持续的改良和贡献，组成了临床神经生理学的领域。

尽管今天接受了基于EEG的神经度量标准(neurometric)技术并且大量的数据存在，临床环境中的应用显著地受限制。限制它的应用的一些障碍包括：EEG装置的成本、它的便携性的缺乏、需要技术人员管理测试、需要执行测试的时间、需要原始数据的专业解释。更加重要地，该技术在急性护理场景中既不可用也不实际，尤其在护理的意义上。完整的诊断EEG仪器一般价值80,000美元，如果完全装配地话。尽管高昂的成本，仪器产生了必须由专家仔细解释的基本原始波形。另外，标准EEG装置的使用仍然极其麻烦的。可以需要30分钟或者更长时间来施加所要求的19个电极。一旦受治疗者准备好测试，EEG记录可能花费1到4个小时。数据由EEG技术人员来收集和分析，并且然后被呈现给神经专家用于解释和临床评估。有一些严格专注于电的脑部数据的详细分析的自独立专业神经诊断实验室。专业中心或者一般地大型医院EEG机器对于ER、手术室(OR)、加护病房(ICU)或者病人最需要的任何其它急性护理药物场景都不实用。

全球由医学专家所执行的研究已经突出了用于发展提供用于已经遭受到外伤性头部损伤，尤其是震荡，的病人的早期诊断和有效治疗的方法的需求。诸如震荡的头部损伤可能具有严重的长期影响。例如，由震荡所造成的最大威胁之一是由纤维剪断所引起的延迟的脑肿胀，如果其没有被治疗可以造成昏迷和死亡。当正确地被诊断时，可以使用不同的治疗选项治疗震荡，但是每个治疗都包括它自己的风险，并且应当基于损伤的严重性被管理。需要即时的、功能性的震荡检测以治疗具有可能的震荡的病人用于防止进一步的损伤和伤残。

许多次，尽管早期检测的需要，震荡通常没有被检测出，特别当受治疗者没有展示任何可视伤口。CT扫描和MRI图像具有低于60％的用于震荡检测的准确性，并且追踪震荡的进展和引导治疗受到限制。然而，由脑部所发出的电信号可以是震荡及其后效的准确的检测器，通常具有90-95％的准确性。另外，监视脑电信号也可以被用于监视震荡随着时间的推移的进展以便为良好的治疗管理作好准备。

发明内容

根据本发明，提供了用于检测受治疗者中的震荡的存在和/或严重性的便携式装置，使用Bx^TM技术的脑震荡检测器，包括：包括多个脑电信号检测电极的头戴式装置，以及可操作地耦合到所述头戴式装置的手持基本单元，所述基本单元包括：处理器，存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令，以及用于提供震荡的存在和/或严重性的指示的指示器。

根据本发明，还提供用于提供受治疗者的当场(on-site)诊断以确定震荡的存在和/或严重性的方法，包括：将耦合到手持基本单元的电极组放置在所述受治疗者的头上，通过所述电极组从所述受治疗者获得脑电信号，使用存储在所述基本单元的存储器中的信号处理算法处理所获得的脑电信号，根据经过处理的信号确定震荡的存在和/或严重性，在所述手持基本单元上指示震荡的存在和/或严重性，以及基于指示确定用于所述受治疗者的疗程。

根据本发明，还提供使用便携式手持装置确定受治疗者是否已经遭受到新近的震荡的方法，包括：使用可操作地耦合到手持装置的电极组从所述受治疗者获得脑电信号，使用信号处理算法处理所获得的信号，使用经过处理的信号确定所述受治疗者是否具有震荡，以及在所述便携式手持装置上指示所述确定。

根据本发明，还提供用于检测在受治疗者中的震荡的存在和/或严重性的便携式手持装置，使用Bx^TM技术的脑震荡检测器，包括：包括多个脑电信号检测电极和用于诱发神经性电位的装置的头戴式装置，以及可操作地耦合到所述头戴式装置的手持基本单元，所述基本单元包括：处理器，存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令，以及显示器，所述显示器提供震荡的存在和/或严重性的视觉显示，视频或音频记录装置中的至少一个，用于记录所述受治疗者的音频或视频中的至少一个，所述存储器包含用于使得所述处理器分析所记录的音频或视频中的至少一个和从音频或视频记录中的至少一个提取特征的指令，所提取出的特征由所述处理器在所述信号处理算法中使用，以及无线通信装置，用于传送所检测到的并经过处理的信号至远程数据库。

进一步根据本发明，还提供用于检测在受治疗者中的震荡的存在和/或严重性的便携式手持装置，使用Bx^TM技术的脑震荡检测器，包括：包括多个神经性信号检测电极和用于诱发神经性电位的装置的头戴式装置，以及可操作地耦合到所述头戴式装置的手持基本单元，所述基本单元包括：处理器，存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令，以及显示器，所述显示器提供震荡的存在和/或严重性的视觉显示，其中所述显示器提供震荡的存在和/或严重性的颜色编码指示，所述颜色编码指示包括：红色指示，如果震荡存在并且严重，则其被显示，橙色指示，如果震荡可能存在，并且需要对所述受治疗者执行更多的测试，则其被显示，以及绿色指示，如果没有震荡，则其被显示。

要理解的是上述一般的描述和下面详细的描述仅是示例性的和解释性的并且不限制如所要求保护的本发明。

被包含在这个说明书中并且构成这个说明书的部分的附图示出根据本发明的实施方式以及与描述一起，用于解释本发明的原理。

附图说明

图1示出了根据本发明的震荡检测装置的便携式手持基本单元。

图2示出了根据本发明的便携式手持基本单元的示意图。

图3示出了图示根据本发明提供被认为具有震荡的病人的当场诊断的步骤的流程图。

具体实施方式

详细参考根据本发明的实施方式，实施方式的例子在附图中描绘。在任何可能的地方，全部图中相同的附图标记将被用于指代相同或者类似的部件。

收集到的标准化的数据已经被用于建立脑电活动的定量特征，该些特征清楚地区别出正常的脑功能和异常的机能失调状况。这个标准化的数据已经被示出为独立于种族背景并且具有极其高的测试-再测试可靠性、特异性(低的假阳性率)和敏感性(低的假阴性率)。已进行的15,000个正常的和病理性的评估的研究已经证明脑电信号对于正常脑功能中的变化高度敏感，并且在诸如震荡(爆炸)或者外伤性的(碰撞)脑损伤、局部缺血或撞击的灾变性事件之后瞬时地改变它们的特征，并且还反映出不涉及物理脑部结构中的任何可检测的变化的各种各样的慢性发展的、神经病学上的和精神的失调。因为不同类型的脑损伤和疾病以不同方式影响脑电活动，所以不仅可能区分正常功能和异常功能，还可能独立地确定哪种病理正在影响脑部并且到什么程度，提供怎样朝着更加正常的手术来恢复脑功能的指导。根据本发明的实施方式使用这个作为提供诊断的基础。

根据本发明，便携式装置，使用Bx^TM技术的脑震荡检测器能够从脑电信号检测出震荡，包括便携式手持基本单元、包括连接到手持基本单元的多个电极的头戴式装置、和安装在手持基本单元尤其用于处理检测到的脑信号和确定受治疗者是否有震荡的软件。图1示出了根据本发明的震荡检测装置的便携式手持基本单元。根据本发明的便携式手持基本单元100包括导航板102，其中导航板102可以包括多个导航按钮和选择按钮，允许用户在屏幕104上描绘的菜单上从头到尾导航，和选择呈现在屏幕104上的选项。根据本发明，屏幕104可以包括LCD、LED、OLED、或者等离子屏幕。屏幕104也可以包括简单的LED(或者其它照明方式)指示器，该指示器提供了例如为装置是否接通、测试是否正在执行、或者震荡的存在和/或严重性的指示。

根据本发明的一个实施方式，震荡的存在和/或严重性可以使用颜色编码的光源来指示。如果震荡存在并且严重时，红色光源被点亮，如果震荡可能存在但是要求要对受治疗者执行更多的测试则橙色光源被点亮，并且如果没有震荡则绿色光源可以被点亮。颜色编码指示提供了简单的、易于使用和易于读取的方式用于快速确定和诊断受治疗者中的震荡的存在。

根据本发明，导航板102可以被用于选择和实施由手持基本单元100所执行的功能。例如，屏幕104可以显示选项菜单，高亮用于对受治疗者执行测试的可能选项。这些选项可以包括开始测试、选择要执行的测试的类型、和/或用于处理或传输所获得的数据的选项。

导航板102也可以被用于输入关于已经遭受到头部损伤的受治疗者的附加信息。这个附加信息包括关于已经遭受到头部损伤的受治疗者的观察到的标准信息，包括该受治疗者是否眩晕或者摇晃、该受治疗者是否恶心或者呕吐、该受治疗者是否是反应迟钝的、和响应于面谈问题从受治疗者获得的信息，其可以透露诸如记忆丧失、目盲、耳鸣、疑惑或者头疼的这样的信息。根据本发明的实施方式，存储在手持基本单元100的存储器中的软件可以在屏幕104上显示允许用户选择受治疗者可观察的特征的选择屏、和通过面谈获得的信息。这样的选择屏可以采取列表的形式，示出了震荡的常见的值得注意的特征，允许用户经检验框选择所观察到的特征。

手持基本单元100可以经连接装置106耦合到包括多个电极的头戴式装置(未示出)。连接装置106可以包括永久地附接或者可拆卸的电缆或者电线，或者可以包括无线收发器，能够无线地从头戴式装置发送和接收信号。

手持基本单元100也可以包括收发天线108。根据本发明的实施方式，收发天线108可以用于无线地发送存储在手持基本单元100中的数据至远程位置用于存储或者进一步处理。这个数据可以包括诊断数据、治疗数据或者原始电信号。远程位置可以是个人计算机或者大型数据库。个人计算机可以用于存储和进一步处理所获得的数据，例如允许医学专家监视受治疗者的经过震荡治疗的进展。远程数据库可以用于存储所获得的数据，以允许所获得的数据添加到具有类似的脑电信号的受治疗者的较大型数据池。这个较大型数据池可以用于神经度量标准研究以基于比较提供更准确的诊断。

手持基本单元100可以进一步包括音频/视频数据接收装置110。音频/视频接收装置110可以包括摄像机(静止图像/视频、或者两者)和/或麦克风。根据本发明，除了通过头戴式装置获得脑电信号之外，使用音频/视频接收装置110来获得关于受治疗者的附加数据。这个数据可以包括视频数据和/或音频数据，该视频数据示出了受治疗者的面部表情、眼球运动和平衡，该音频数据包括在透露出受治疗者的急促不清的言语或者记忆丧失的损伤后的面谈查问过程中所给出的问题的响应。从这个附加的音频/视频数据提取出的具体的、可辨识的特征可以与所获得的脑电信号一起使用以提供受治疗者的诊断，并确定受治疗者是否遭受到震荡。

进一步根据本发明，存储在手持基本单元100的存储器中的软件可以被配置为在屏幕104上显示测试的结果。结果可以包括根据所获得的数据产生的显示脑损伤、脑损伤的位置或者脑损伤的严重性的指示的脑谱图。结果也可以包括震荡的简单指示。这个简单指示可以包括如上所述的红色/橙色/绿色光源，或者可以是指示震荡的存在和/或严重性的简单的文本显示。

存储在手持基本单元100的存储器中的软件可以进一步被配置为在屏幕104上显示与受治疗者的测试或者装置的操作相关的附加信息。例如，存储器可以包含用于使用和操作装置的要被显示在屏幕104上的交互式指令。交互式指令可以包括包含提供用于操作装置的视频和音频指令的多媒体视频/音频记录的富含特征的呈现，或者可以简单地是文本文件，显示在屏幕104上，显示了用于操作和使用装置的逐步指令。利用装置交互式指令的包括，消除了要求彻底的训练以使用装置的需要，允许由非医学专家部署和使用。

图2示出了根据本发明的便携式手持基本单元100的示意图。如图2中所示，手持基本单元100被连接到头戴式装置200。头戴式装置200可以包括用于检测脑电信号要被放置在受治疗者的头部204上的电极组202。电极组202可以包括减少的电极组、具有少于19个电极，并且优选地少于10个电极。头戴式装置200也可以包括可以被用于诱发电位测试的刺激发射器206。刺激发射器206可以包括音频或者视频刺激发射器。

手持基本单元100还包括电子线路块208，该电子线路块208包括处理器210、存储器212和用于提供电力到电子线路块的电源214。在根据本发明的一个实施方式中，电源214包括可充电的电池，当其被耦合到正在由AC或者DC电源218供电的充电器216时可以被充电。

电子线路块208进一步耦合到头戴式装置200、用于控制例如导航板102的用户接口电子线路220、用于控制例如屏幕104的显示电子线路222和根据本发明的实施方式的无线电子线路224，该无线电子224用于控制例如无线收发器108和/或到头戴式装置200的无线连接106。电子线路块208也耦合到用于控制例如A/V接收装置110的附加的A/V电子线路226。通常，存储器212包括使得处理器210执行如下功能的指令：用于操作便携式手持装置100(包括图2中示出的所有电子线路)，和用于对受治疗者执行测试和基于所执行的测试提供诊断，如将更详细地所描述地那样。

图3示出了图示根据本发明提供被认为具有震荡的病人的当场诊断的步骤的流程图，并且将接合图2被描述以示出根据本发明的实施方式的提供诊断的方法。电极202首先被放置在刚受到头部损伤和可能具有震荡的受治疗者204的头上(步骤302)。使用由电池214供应的电力来接通手持基本单元100，并且处理器210执行存储在存储器中用于控制显示电子线路222来显示信息的指令，其中该信息包括电力状态、准备状态、测试模式、和/或用于用户输入命令的消息。用户然后使用导航板102输入命令来开始测试。如果用户确定诱发电位也可能必须要被记录(步骤301)，他可能发动刺激发射器206并且施加刺激到脑部以引出诱发电位(步骤303)。用户接口电子线路将用户命令传送到电子线路块208，并且处理器210解释该命令并且提供信号至头戴式装置电子线路以开始获得信号。脑电信号可能包括自发电位或诱发电位(spontaneous or evoked potentials)中的至少一个，其从头戴式装置电极202获得(步骤304或步骤305)并且从头戴式装置电子线路传送到电子线路块208用于处理。处理器210然后执行包括在存储器212中用于处理所获得的信号的指令(步骤306)。

在根据本发明的实施方式中，信号被处理以去除噪声、被处理以提取特征和被处理以分类所提取出的特征。更具体而言，存储器212可以包含指令，该指令可以由处理器210执行，用于使用双树复数小波变换作为可逆的变换来处理信号以适应性地对所获得的信号进行滤波。指令可以进一步包括由处理器210执行的算法的执行过程，其中针对每个子平均(sub-average)来计算复数小波变换，然后计算每个标准化小波系数w_i，j的相位方差(phase variance)。根据跨子平均的在这个位置处的系数的相位方差来选择性地缩放每个小波系数的幅度。缩放具有形式：

w_i，j＝α_i，jW_i，jexp(jθ_i，j)，

其中W_i，j和θ_i，j分别是在第j个标度(scale)处的未经处理的复数的第i个小波系数的幅度和相位，并且其中：

α_i，j＝exp(-0.75(F_ij/T_max)⁴，

其中F_ij是跨子平均的系数w_i，j的相位方差。经滤波的信号被平均并且由处理器210执行自动峰检测算法以确定下面的峰位置和等待时间(latency)：峰1、峰2和峰间1-5等待时间(Interpeak 1-5 latency)。然后处理器210比较这些值与包含在处理器212中的标准化数据。

根据本发明的实施方式，处理信号可以包括执行用于从所获得的信号去除噪声的算法、或者“去噪声”。在一个实施方式中，去噪声算法利用使用小波变换的基于小波的信号处理。在其它实施方式中，算法可以包括扩散几何处理算法(a diffusion geometry processingalgorithm)或者分形处理算法(a fractal processing algorithm)。小波变换，是傅里叶变换族的成员，是将给定信号分解为被称为小波的正交基本函数组的过程。在传统的离散傅里叶变换(DFT)中，使用复数正弦曲线作为基本函数来分解信号，产生信号的频域表示。相反，离散小波变换(DWT)使用特别指代的小波族，或者小的波作为基本函数。通过扩大(dilate)称为“母小波”的原始小波函数来创建小波族。小波变换使用不同的母小波扩大在时间和频率上分解信号。利用DWT的应用，一维有限信号x[n]被表示为二维“小波坐标”。创建信号分解的各个级别，称为标度。在每个标度处通过计算原始信号x[n]和母小波的缩放版本的内乘积来创建系数组。母小波函数由Ψ表示，并且它的扩大由Ψ(j)表示。在标度j处的小波的位置指数被称为平移(translation)。小波的值完全由二维序列Ψ(j，k)来描述，其中j是小波的标度指数，k是平移指数。DWT被定义为：

$C(j,k)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left[n\right]{\mathrm{\Ψ}}_{j,k}\left[n\right],\mathrm{where}{\mathrm{\Ψ}}_{j,k}\left[n\right]=2^{\frac{-j}{2}}\mathrm{\Ψ}(2^{-j}n-k)$

系数C(j，k)是小波Y(j，k)与原始信号x[n]的内乘积的平移k和不同标度j处的小波系数。在小波坐标中，保存关于信号能量的频率和位置(时间)的信息。这是噪声抑制过程，其利用了关于潜在的(underlying)信号和污染它的噪声二者的平滑度和相干特性的假设。类似于在频域中进行滤波，小波系数设阈值算法减少了在小波域中的小波系数的组。这个方法是基于这样的假设：潜在的信号是平滑且相干的，而与信号混合的噪声是粗糙和不相关的。信号的平滑度是与它的带宽有关的特性，并且与信号可以被微分多少次相关地被定义。平滑度的程度等于可以计算的连续导数(continuous derivative)的数目。信号是相干的，如果它的能量在时域和频域二者中是集中的。不相干的噪声是“展开的”，并且是不集中的。相干性的一个测度是要求多少小波系数来表示99％的信号能量。时间-频率信号空间在所有标度和平移处是由小波系数所完全地跨越的。以适当选择的小波为基础相当集中的信号分解将需要非常少的系数来表示99％的信号能量。然而，完全不相干的噪声将需要99％的跨整个空间的系数来表示99％的它的能量。

这个传统的小波去噪声方法是三步方法：

1、对信号进行小波变换以获得在不同标度的小波系数

2、对系数进行设阈值并且将任何小于阈值δ的系数设置为零

3、执行逆小波变换以近似原始信号

在去噪声过程中，通过选择性地将小波系数设置为零来衰减信号的噪声分量。去噪声因此是非线性操作，因为不同的系数受到设阈值函数的不同影响。有许多参数在这个算法中要控制：小波分解的级别、阈值选择、使用固定的量(fixed amount)所保持的不同的小波系数处的不同的阈值。

根据本发明的实施方式，去噪声过程涉及将所获得的信号划分成离散间隔、或者“帧”，然后平均化帧，并且去噪声经平均化的帧。在重新组合信号之前被去噪声的帧的量越多，去操作过程的结果越好。优选地，通过使用两个相邻的帧和计算它们的线性均值来组合帧。选择这个方法是因为它的简单性、可计算的稳定性和充分被理解的行为。这个二进制线性均值然后被去噪声，并且新的帧被创建。总的想法是产生尽可能多的帧的原始排列的置换(permutation)，并且继续平均和去噪声这些帧的新组合。这个重新组合过程是类似树的过程，并且可以包括上述的双树过程，其中新的重新组合的帧的级别被创建。平均和去噪声操作在级别k处创建帧，其从级别k-1起不再是帧的线性组合。

通过以下不同的标准可以评估用于实现该任务的多种可能算法：实施的简易性、计算效率、计算稳定性等。对于本发明来说，使用实施的简易性，原因在于本发明的关键方面是不同的小波去噪声技术的实施，而不是帧重新排列的组合学。在帧重新排列中的优选实施方式的目标是产生足够新的帧以获得可接受的性能。

处理器210进一步被配置为执行包含在存储器212中的指令以执行用于从经处理的信号中提取信号从而评估经处理的信号的算法(步骤308)。在一个实施方式中，处理器210执行指令，其根据美国专利第6,358,486，6,052,619和5,287,859号所公开的方法对经处理的信号执行特征提取算法，其中上述美国专利通过引用被包括在本文中。该算法利用快速傅里叶变换(FFT)分析，被应用于表征经处理的信号的频率组成，典型地将信号划分成传统的频率带：δ(1.5-3.5Hz)、θ(3.5-7.5Hz)、α(7.5-12.5Hz)、β(12.5-25Hz)和γ(25-50Hz)。较高的EEG频率，高达和超过1000Hz也可以被使用。这些特征可以包括经处理的信号的特性，诸如绝对和相对功率、对称性和相干性。在分析经处理的脑波的环境中，绝对功率是每个频率带中的和经处理的信号的总的频谱中的功率的平均数，并且是脑电活动的强度的测度(measure)。相对功率是总的功率贡献用于各自的电极和各自的频率带的百分比，并且是脑活动是怎样分布的测度。对称性是在每个频率带中的两个脑半球的对应区域之间的活动的级别的比率并且是所观察到的活动的平衡的测度。相干性是在两个半球的对应区域中的电事件的同步程度并且是脑活动的协调的测度。单变量(univariate)特征的这四个基本类别从经处理的信号的频谱分析中得出，被认为是表征脑活动的独立方面并且每个都被认为是对各种各样的不同的临床状况和状态的改变敏感。例如通过使用对数函数，单个和成对特征的全部组被计算并且被变换用于高斯性(Gaussianity)。一旦已经证明高斯分布和年龄复归(age regression)被应用，就执行统计Z变换。Z变换用于描述从标准值所期望的年龄中得出的偏差：

Z＝受治疗者值位于标准范围内的概率

Z变换的重要性在于它允许使用概率的公用度量标准来合成具有不同的度量标准的测度。使用从被认为是标准的、或者具有其它状况的大型种群的受治疗者中获得的脑电信号的数据库，针对电极组202中的每个电极确定这些响应信号的分布。具体而言，每个提取出的特征或者因子得分(factor score)被转换为Z变换得分(score)、或者因子Z得分，其表征在受治疗者中所观察到的所提取的特征值或者因子得分将符合标准值的概率。

处理器210进一步被配置为执行算法，其中所提取出的特征或者Z得分被分类以确定震荡的存在和/或严重性(步骤310)。在一个实施方式中，这些单变量数据组受到高斯归一化以便提高任何随后的统计分析的准确性。Z得分被给定选好的判别得分(discriminant score)。每个判别得分是用于从受治疗者的经处理的信号获得的单极和/或双极单变量和多变量特征的Z得分的选定子集的各自的加权组合。处理器210执行算法，在该算法中针对两个或者更多个诊断类别中的每一个，评估各自的判别得分，将若干个选定的Z得分中的每一个乘以各自的系数并且加上所产生的乘积。系数在诊断类别之间和在Z得分之间典型地不同。通过概率评估表达式评估受治疗者属于两个或者更多个诊断类别中的一个的概率，其中该概率评估表达式是相关判别得分的函数，从而与相对于存储器212针对震荡的存在和/或严重性所提供的极限的结果相匹配。诊断类别可以指示受治疗者是否有震荡、震荡的严重性、和震荡是否需要即时医疗。

根据本发明，用户还可以从受治疗者获得附加数据(步骤312)。如上进一步所讨论地那样，这样的附加数据可以包括由A/V电子线路226获得的视频数据和/或音频数据，该视频数据示出了受治疗者的面部表情、眼球运动和平衡，该音频数据包括在透露出受治疗者的急促不清的言语或者记忆丧失的损伤后的面谈查问过程中所给出的问题的响应。在注册时，还可以使用症状检查列表、和关于震荡历史、先前诊断出的震荡的严重性和频率的健康问卷从受治疗者收集信息。如现有技术中所公知地那样，症状检测列表可以被用于定级现在和先前忍受的头部损伤的每个症状的严重性，并且严重性定级可以被求和(sum)以提供用于所遭受到的每个震荡的总的等级。关于震荡等级和震荡的频率的这个信息可以由用户输入到处理器210中。通过处理器210将每个震荡等级乘以那种类型的震荡的频率来产生震荡指数，并且在多个不同等级的震荡的情况下，对这些乘积求和。每个受到震荡的病人的震荡指数可以被存储在存储器212中并且还可以被无线地传送到远程数据库以用作损伤的电子记录。与A/V数据一起，这个附加数据可以由处理器210处理(步骤314)并且与经处理的获得到的脑电信号结合使用以提供所获得的信号的评估(步骤308)和确定头部损伤的存在和/或严重性(步骤310)。

确定头部损伤的存在和/或严重性之后，处理器210执行指令以提供头部损伤的存在和/或严重性的指示(步骤316)以便要由显示电子线路222显示。该指示可以包括显示在屏幕104上的颜色编码指示、脑谱图、或者简单消息，如上面另外所描述地那样。处理器210然后可以执行用于基于存储在存储器212中的震荡指数、经处理的信号和指示确定疗程的算法(步骤318)。例如，使用上述的分类技术，存储器210可以比较具体指示、震荡指数和相关的获得的信号与存储在存储器中数据，该数据进一步指示所应用的治疗及其成效(success)。所存储的数据可以进一步包括涉及具体受治疗者的震荡随着时间的推移的进展、以时间间隔所应用的某些治疗的有效性的信息。在执行用于确定疗程的算法中，处理器210可以考虑所有这个信息以便基于受治疗者的脑信号严密地调整用于受治疗者的疗程。该受治疗者然后可以得以治疗(步骤320)。

根据本发明的实施方式，使用先进的信息处理算法和存储的具有震荡和类似脑损伤的数千名受治疗者的脑电信号数据，可以提供受治疗者是否具有震荡的快速准确的指示。另外，由能够集成在便携式手持装置中的处理器执行该先进的信号处理算法。与减少的电极组一起使用的便携式手持装置为用于确定受治疗者是否有震荡并且确定疗程的快速便携式解决方案作好准备，并且可以使能用于严重震荡的早期指示，允许在损伤的早期阶段给出治疗。

通过考虑本文所公开的发明的说明和实践，对于熟悉本领域的技术人员来说，本发明的其它实施方式将会是显而易见的。旨在于该说明和例子仅被认为是示例性的，由下面的权利要求来指示本发明的真实范围和本质。

Claims (14)

1.用于检测受治疗者中的震荡的存在和严重性的便携式装置，包括：

包括多个脑电信号检测电极的头戴式装置；以及

可操作地耦合到所述头戴式装置的便携式基本单元，所述基本单元包括：

处理器；

存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令；以及

指示器，用于提供震荡的存在和严重性的指示。

2.根据权利要求1的便携式装置，其中所检测到的信号包括自发信号或者诱发信号中的至少一个。

3.根据权利要求1的便携式装置，其中所述信号处理算法对所检测到的信号去噪声；从经去噪声的信号中提取特征；构建用于分类所提取出的特征的判别函数；以及基于所分类的特征检测震荡的存在和严重性。

4.根据权利要求3的便携式装置，其中所述信号处理算法包括小波、小波分组处理算法、扩散几何处理算法或者分形处理算法中的至少一个。

5.根据权利要求1的便携式装置，其中所述存储器进一步包括用于使用和操作所述装置的交互式指令。

6.根据权利要求1的便携式装置，所述指示器包括视觉显示。

7.根据权利要求6的便携式装置，其中所述视觉显示包括颜色编码指示。

8.根据权利要求7的便携式装置，其中所述颜色编码指示包括：

红色指示，如果震荡存在并且严重，则其被显示；

橙色指示，如果震荡可能存在，并且需要对所述受治疗者执行更多的测试，则其被显示；以及

绿色指示，如果没有震荡，则其被显示。

9.根据权利要求6的便携式装置，其中所述视觉显示包括液晶显示(LCD)屏幕，所述LCD屏幕能够显示震荡存在、震荡的严重性、和示出具有震荡的脑部区域的受治疗者的脑部的画面的指示。

10.根据权利要求9的便携式装置，其中所述视觉显示进一步显示交互式指令，所述指令被存储在所述存储器中，用于使用和操作所述装置。

11.根据权利要求1的便携式装置，进一步包括：

视频摄像机或者麦克风中的至少一个，可操作地耦合到所述手持基本单元用于记录所述受治疗者，所述记录被存储在所述存储器中，其中

所述存储器包含使得所述处理器从所存储的记录中检测预先确定的特征的指令，所检测到的特征由所述信号处理算法处理。

12.用于检测在受治疗者中的震荡的存在和严重性的便携式手持装置，包括：

头戴式装置，包括多个脑电信号检测电极和用于诱发神经性电位的装置；以及

手持基本单元，可操作地耦合到所述头戴式装置，所述基本单元包括：

处理器；

存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令；

显示器，所述显示器提供震荡的存在和严重性的视觉显示；

视频或音频记录装置中的至少一个，用于记录所述受治疗者的音频或视频中的至少一个，所述存储器包含用于使得所述处理器分析所记录的音频或视频中的至少一个和从音频或视频记录中的至少一个提取特征的指令，所提取出的特征由所述处理器在所述信号处理算法中使用；以及

无线通信装置，用于传送所检测到的并经过处理的信号至远程数据库。

13.用于检测在受治疗者中的震荡的存在和严重性的便携式手持装置，包括：

头戴式装置，包括多个神经性信号检测电极和用于诱发神经性电位的装置；以及

手持基本单元，可操作地耦合到所述头戴式装置，所述基本单元包括：

处理器；

存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号至少部分地执行非线性信号处理算法的指令；以及

显示器，所述显示器提供震荡的存在和严重性的视觉显示，其中所述显示器提供震荡的存在和/或严重性的颜色编码指示，所述颜色编码指示包括：

红色指示，如果震荡存在并且严重，则其被显示；

橙色指示，如果震荡可能存在，并且需要对所述受治疗者执行更多的测试，则其被显示；以及

绿色指示，如果没有震荡，则其被显示。

14.用于检测在受治疗者中的外伤性脑损伤的存在和严重性的便携式手持装置，包括：

包括多个脑电信号检测电极的头戴式装置；以及

可操作地耦合到所述头戴式装置的便携式基本单元，所述基本单元包括：

处理器；

存储器，所述存储器包含用于使处理器对所检测到的信号执行信号处理算法的指令；以及

指示器，用于提供外伤性脑损伤的存在和严重性的指示。

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