CN109431499A - 植物人家庭看护辅助系统和辅助方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物医学工程领域，具体地说，涉及植物人家庭看护辅助系统和辅助方法。包括基于脑电的便携式脑状态评估模块、基于行为的意识水平辅助评估模块和自动检测校正模块；基于脑电的便携式脑状态评估模块包括脑电采集装置和电脑，进行脑状态评估；基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；自动检测校正模块根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。本发明填补了植物人家庭看护辅助系统的空白，能够在植物人的日常看护过程中提供支持，解决了现有脑电设备体积庞大、价格昂贵、普适性差以及操作专业化程度高等问题，利于本发明在植物人家庭化看护中的推广使用。

Description

植物人家庭看护辅助系统和辅助方法

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，具体地说，涉及植物人家庭看护辅助系统和辅助方法，应用于植物人家庭看护中的脑状态和意识水平辅助评估。

背景技术

现阶段，针对于植物人家庭看护的辅助系统仍为空白。临床中多使用热笔描记式脑电仪、数字化脑电仪以及修订版昏迷恢复量表对患者进行脑状态或意识水平的床旁评估。但是现有技术在家庭化推广中存在重大缺陷，难以在植物人家庭看护中实际应用。具体原因如下：热笔描记式脑电仪只能根据医生主观判断，选择性记录某段脑电波情况，无法实时监控，对于经常出现的脑电波异常现象，该脑电仪无法精确捕捉。而数字化脑电仪体积庞大、价格昂贵、操作复杂、需要专业培训只能在少数医疗机构使用，无法适用于家庭植物人脑电采集，普适性差。此外，设备采集的脑电数据复杂且后期处理专业程度高，需依赖专业人员的分析，无法应用于植物人的家庭脑电采集及分析。上述设备缺乏与相应脑电数据可视化指标的配合使用，家属无法直接获知患者的意识状态。修订版昏迷恢复量表虽是现阶段评估植物人意识状态的金标准，但其专业化程度高，操作复杂，操作人员需经专业训练，操作不当容易引起结果的极大偏差，难以在植物人家庭看护应用中推广。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了植物人家庭看护辅助系统和辅助方法的技术方案，解决了现有临床设备和方法难以家庭中使用的问题，而且本发明经济便携、操作简单、系统化、普适性强。

植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的辅助系统包括基于脑电的便携式脑状态评估模块、基于行为的意识水平辅助评估模块和自动检测校正模块；

基于脑电的便携式脑状态评估模块：包括脑电采集装置和电脑，脑电采集装置和电脑通信，将采集的脑电信号传输到电脑中，电脑进行脑状态评估；

基于行为的意识水平辅助评估模块：通过被看护人完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；

自动检测校正模块：根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。

进一步的，所述的脑电采集装置包括采集电极和处理单元，处理单元包括放大电路、模数转换电路和通讯模块，采集电极的信号经放大器放大和模数转换后通过蓝牙模块传输至电脑。

进一步的，所述的脑状态评估模块采用如下步骤工作：

11)系统中选择脑电评估模块，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；

12)在上位机软件中实时显示脑电图及功率谱，并通过内嵌的脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分。

进一步的，所述的脑电信息度的采集采用如下步骤工作：

11a)先用酒精对额部进行简单清洁，将电极贴片并排贴于前额，并将电极贴片反面扣点与头带扣槽相连接；

11b)随后将参考电极夹于右耳垂处，与皮肤充分接触；

11c)佩戴好脑电采集装置后，前额电极记录来自于额叶的单通道脑电信号，脑电信号经放大器放大和模数转换后通过蓝牙模块传输至电脑端，电脑端蓝牙接收脑电信号后自动进行脑电信息度算法计算，给出患者脑状态评分。

进一步的，所述的脑电信息度计算包括如下步骤：

12a)多尺度分解:脑电信号经滤波去噪后进行多尺度分解，对于脑电信号{x₁,x₂,x₃,…x_i,…x_N}，分解为k个尺度：

12b)信息模式序列转换:计算各尺度下信号的信息模式，将信号转变为信息模式序列，对各个尺度下的信号y^k进行排序计算，将信号转换为数字1-6表示的信息模式序列Py^k

12c)模式序列信息度计算，包括如下步骤:

(1)利用步骤12b的信息模式序列，初始化l(i)＝1，设置S、Q初始字符串；

(2)整合S和Q为SQ字符串；去除SQ序列末尾字符，形成SQv字符串；

(3)判断Q是否为SQv字符串的末尾，若否进行步骤(4)；若是，进行步骤(5)；

(4)判断Q是否为SQv字符串的中，若是，字符串末尾加入信息模式下一个字符；若否，S＝SQ，l(i)＝l(i)+1；进行步骤(2)；

(5)使用信息量上限L(i)对l(i)归一化成模式序列转换后计算信息模式序列的信息度

其中l^k(i)表示第k个尺度上信息模式序列的信息度；

12d)加权计算：不同尺度下信息度经过加权计算得到脑电信息度指标，ω^k是指各个尺度的加权值

进一步的，所述的基于行为的意识水平辅助评估模块采用如下步骤工作：

21)选择基于行为的意识水平辅助评估模块，家属借助模块中的修订版昏迷恢复量表动作分步演示和指导语，对患者进行步骤化的修订版昏迷恢复量表评估；

22)并将每一项得分输入相对应记录栏中，由软件分析得出该患者的意识状态水平。

进一步的，所述的自动检测校正模块包括行为量表冲突项校验部分和脑电-行为综合校验部分。

进一步的，所述的行为量表冲突项校验采用量表冲突项检测，标记冲突项得分并通过更详细的演示重新引导家属进行相关项目的行为评分。

进一步的，所述的自动检测校正模块采用如下步骤工作：

31)选择自动检测校正模块，模块先对行为量表得分进行冲突项校验，如果校验不通过则标记冲突分项并对冲突项进行更详细的分步演示和指导，重新评分；

32)脑电-行为校验基于脑电的脑状态评测评分和行为量表最终得分，计算该患者的最终意识状态水平；

33)电脑可通过历史评估对比，提示患者意识状况好转或恶化的趋势，该系统通过历史数据对比评判患者当前状态变化。

植物人家庭看护辅助方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：进行基于脑电的便携式脑状态评估，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；通过脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分。

步骤2：进行基于行为的意识水平辅助评估，通过被看护人完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；

步骤3：进行自动检测校正，根据脑状态评估模块和基于行为意识水平辅助评估模块的评估结果进行脑电-行为综合校验，根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。

本发明填补了植物人家庭看护辅助系统和辅助方法的空白，开发了植物人家庭看护辅助系统和辅助方法，能够在植物人的日常看护过程中提供支持，解决了现有脑电设备体积庞大、价格昂贵、普适性差以及修订版昏迷恢复量表操作专业化程度高等问题，利于本发明在植物人家庭化看护中的推广使用。

基于脑电的便携式脑状态评估模块中的单通道脑电采集装置仅有两个采集电极，相比于现有的多通道脑电采集设备，操作更为简便。同时该脑电检测仪内嵌于头带，体型轻巧，携带便捷，能够在植物人患者的家庭看护中普及。且本模块集成了脑状态评估算法，实现脑电数据的在线处理、实时显示，解决患者家属无法解读脑电的问题，免除了对使用者的信号处理技术的要求。在基于行为的辅助评估模块中，本方案将复杂专业的修订版昏迷恢复量表步骤化，通过动作分步演示、指导语，使非专业的患者家属亦可对患者进行昏迷恢复量表评估，解决了家属专业评估能力的不足问题。

自动检测校正模块。一方面，模块可对行为量表得分进行冲突项校验，提高了意识水平辅助评估的准确率。另一方面，脑电-行为校验通过计算基于脑电的脑状态评测评分和行为量表最终得分得出患者最终意识状态水平，使评估所得的患者意识状态更为准确。最后，电脑可通过历史评估对比，提示患者意识状况好转或恶化的趋势，为家属提供历史参考信息。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明流程图；

图3为脑电信息度计算方法流程图；

图4为多尺度分解方法示意图；

图5为信息模式序列转换方法示意图；

图6为模式序列信息度计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明构建了以基于脑电的植物人家庭看护辅助系统如图1和图2所示，包括基于脑电的便携式脑状态评估模块、基于行为的意识水平辅助评估模块和自动检测校正模块三大模块为核心的系统，为植物人的家庭辅助看护提供简便式评估和专业分析途径。

在基于脑电的便携式脑状态评估模块中，包括便携式脑电采集装置和意识水平评估算法——脑电信息度，采用基于蓝牙无线传输的便携式单通道脑电采集装置，可便捷的佩戴在患者前额叶区，简便易行；同时该脑电检测仪体型轻巧，操作简单，自动化程度高，能够在植物人患者的家庭看护中普及使用。其次，该模块集成了基于脑电的意识水平评估算法——脑电信息度，对脑电数据进行指标化处理，实时显示。

利用植物人家庭看护辅助系统进行植物人看护的方法包括以下步骤：

步骤1：进行基于脑电的便携式脑状态评估，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；通过脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分。

步骤2：进行基于行为的意识水平辅助评估，通过被看护人完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；

步骤3：进行自动检测校正，根据脑状态评估模块和基于行为意识水平辅助评估模块的评估结果进行脑电-行为综合校验，根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。

便携式脑状态评估模块采用如下步骤工作：

11)系统中选择脑电评估模块，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；

12)在上位机软件中实时显示脑电图及功率谱，并通过内嵌的脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分。

使用便携式脑电采集头带采集脑电信号采用如下步骤工作：

11a)先用酒精对额部进行简单清洁，将电极贴片并排贴于前额，并将电极贴片反面扣点与头带扣槽相连接；

11b)随后将参考电极夹于右耳垂处，与皮肤充分接触；

11c)佩戴好脑电采集装置后，前额电极记录来自于额叶的单通道脑电信号，脑电信号经放大器放大和模数转换后通过蓝牙模块传输至电脑端，电脑端蓝牙接收脑电信号后自动进行脑电信息度算法计算，给出患者脑状态评分。

脑电信息度算法如附图3所示，具体步骤如下：

12a)多尺度分解如图4所示:脑电信号经滤波去噪后进行多尺度分解，对于脑电信号{x₁,x₂,x₃,…x_i,…x_N}，分解为k个尺度：

12b)信息模式序列转换:如图5所示，计算各尺度下信号的信息模式，将信号转变为信息模式序列，对各个尺度下的信号y^k进行排序计算，将信号转换为数字1-6表示的信息模式序列Py^k

12c)模式序列信息度计算，如图6所示:

(1)利用步骤12b的信息模式序列，初始化l(i)＝1，设置S、Q初始字符串；

(2)整合S和Q为SQ字符串；去除SQ序列末尾字符，形成SQv字符串；

(3)判断Q是否为SQv字符串的末尾，若否进行步骤(4)；若是，进行步骤(5)；

(4)判断Q是否为SQv字符串的中，若是，字符串末尾加入信息模式下一个字符；若否，S＝SQ，l(i)＝l(i)+1；进行步骤(2)；

(5)使用信息量上限L(i)对l(i)归一化成模式序列转换后计算信息模式序列的信息度

其中l^k(i)表示第k个尺度上信息模式序列的信息度

12d)加权计算：不同尺度下信息度经过加权计算得到脑电信息度指标，ω^k是指各个尺度的加权值

该指标表示脑电中活动成分的复杂程度，与意识障碍患者意识活动程度有很强相关性。

在基于行为的意识水平辅助评估模块中，本发明将高度专业化的修订版昏迷恢复量表步骤化、可视化，通过真人动作演示和通俗易懂的指导语相结合引导家属一步步完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由软件分析得出相对应植物人意识状态，解决家属专业评估能力不足的问题。

基于行为的意识水平辅助评估模块采用如下步骤工作：

21)脑电评估后，选择基于行为的意识水平辅助评估模块，家属借助模块中的修订版昏迷恢复量表动作分步演示和指导语，对患者进行步骤化的修订版昏迷恢复量表评估；

22)并将每一项得分输入相对应记录栏中，由软件分析得出该患者的意识状态水平。

自动检测校正模块包括行为量表冲突项校验和脑电-行为综合校验两部分，行为量表校验采用量表冲突项检测，标记冲突项得分并通过更详细的演示重新引导家属进行相关项目的行为评分。量表冲突校验通过后，进行脑电-行为综合校验，根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。

自动检测校正模块采用如下步骤工作：

31)行为意识水平评估后，选择自动检测校正模块，模块先对行为量表得分进行冲突项校验，如果校验不通过则标记冲突分项并对冲突项进行更详细的分步演示和指导，重新评分；量表冲突项汇总如附表1所示，若同时出现表格中同一行中两项的情况，则认为量表有冲突，例如若同时出现无听觉反应(A0)和会使用物件(M6)或能注意(Ar3)，则认为存在量表冲突项。

表1行为评分量表得分冲突项表

32)脑电-行为校验基于脑电的脑状态评测评分和行为量表最终得分，计算该患者的最终意识状态水平，如表2所示，例如当行为量表行为评分结果为最小意识，脑状态评估得分为0.9-1，则最终评价结果为脱离最小意识。

表2脑电-行为校验对比方案表

33)电脑可通过历史评估对比，提示患者意识状况好转或恶化的趋势，该系统通过历史数据对比评判患者当前状态变化，并给以相应对策分析，辅助家属决策。

本发明解决了植物人家庭看护辅助产品市场空白的问题。基于脑电的便携式脑状态评估模块中的单通道脑电采集装置仅有两个采集电极，相比于现有的多通道脑电采集设备，操作更为简便。同时该脑电检测仪内嵌于头带，体型轻巧，携带便捷，能够在植物人患者的家庭看护中普及。且本模块集成了脑状态评估算法，实现脑电数据的在线处理、实时显示，解决患者家属无法解读脑电的问题，免除了对使用者的信号处理技术的要求。在基于行为的辅助评估模块中，本方案将复杂专业的修订版昏迷恢复量表步骤化，通过动作分步演示、指导语，使非专业的患者家属亦可对患者进行昏迷恢复量表评估，解决了家属专业评估能力的不足问题。

自动检测校正模块。一方面，模块可对行为量表得分进行冲突项校验，提高了意识水平辅助评估的准确率。另一方面，脑电-行为校验通过计算基于脑电的脑状态评测评分和行为量表最终得分得出患者最终意识状态水平，使评估所得的患者意识状态更为准确。最后，电脑可通过历史评估对比，提示患者意识状况好转或恶化的趋势，为家属提供历史参考信息。

Claims (10)

1.植物人家庭看护辅助系统，包括基于脑电的便携式脑状态评估模块、基于行为的意识水平辅助评估模块和自动检测校正模块；其特征在于：

基于脑电的便携式脑状态评估模块包括脑电采集装置和电脑，脑电采集装置和电脑通信，将采集的脑电信号传输到电脑中，电脑进行脑状态评估；

基于行为的意识水平辅助评估模块通过被看护人完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；

自动检测校正模块根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。

2.根据权利要求1所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的脑电采集装置包括采集电极和处理单元，处理单元包括放大电路、模数转换电路和通讯模块，采集电极的信号经放大器放大和模数转换后通过蓝牙模块传输至电脑。

3.根据权利要求1所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的脑状态评估模块采用如下步骤工作：

11)系统中选择脑电评估模块，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；

12)在上位机软件中实时显示脑电图及功率谱，并通过内嵌的脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分。

4.根据权利要求3所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的脑电信息度的采集采用如下步骤工作：

11a)先用酒精对额部进行简单清洁，将电极贴片并排贴于前额，并将电极贴片反面扣点与头带扣槽相连接；

11b)随后将参考电极夹于右耳垂处，与皮肤充分接触；

11c)佩戴好脑电采集装置后，前额电极记录来自于额叶的单通道脑电信号，脑电信号经放大器放大和模数转换后通过蓝牙模块传输至电脑端，电脑端蓝牙接收脑电信号后自动进行脑电信息度算法计算，给出患者脑状态评分。

5.根据权利要求3所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的脑电信息度计算包括如下步骤：

12a)多尺度分解:脑电信号经滤波去噪后进行多尺度分解，对于脑电信号{x₁,x₂,x₃,…x_i,…x_N}，分解为k个尺度：

12b)信息模式序列转换:计算各尺度下信号的信息模式，将信号转变为信息模式序列，对各个尺度下的信号y^k进行排序计算，将信号转换为数字1-6表示的信息模式序列Py^k；

12c)模式序列信息度计算，包括如下步骤:

(1)利用步骤12b的信息模式序列，初始化l(i)＝1，设置S、Q初始字符串；

(2)整合S和Q为SQ字符串；去除SQ序列末尾字符，形成SQv字符串；

(3)判断Q是否为SQv字符串的末尾，若否进行步骤(4)；若是，进行步骤(5)；

(4)判断Q是否为SQv字符串的中，若是，字符串末尾加入信息模式下一个字符；若否，S＝SQ，l(i)＝l(i)+1；进行步骤(2)；

(5)使用信息量上限L(i)对l(i)归一化成模式序列转换后计算信息模式序列的信息度

其中l^k(i)表示第k个尺度上信息模式序列的信息度；

12d)加权计算：不同尺度下信息度经过加权计算得到脑电信息度指标，ω^k是指各个尺度的加权值

6.根据权利要求1所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的基于行为的意识水平辅助评估模块采用如下步骤工作：：

21)选择基于行为的意识水平辅助评估模块，家属借助模块中的修订版昏迷恢复量表动作分步演示和指导语，对患者进行步骤化的修订版昏迷恢复量表评估；

22)并将每一项得分输入相对应记录栏中，由软件分析得出该患者的意识状态水平。

7.根据权利要求1所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的自动检测校正模块包括行为量表冲突项校验部分和脑电-行为综合校验部分。

8.根据权利要求7所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的行为量表冲突项校验采用量表冲突项检测，标记冲突项得分并通过更详细的演示重新引导家属进行相关项目的行为评分。

9.根据权利要求1所述的植物人家庭看护辅助系统，其特征在于所述的自动检测校正模块采用如下步骤工作：

31)选择自动检测校正模块，模块先对行为量表得分进行冲突项校验，如果校验不通过则标记冲突分项并对冲突项进行更详细的分步演示和指导，重新评分；

32)脑电-行为校验基于脑电的脑状态评测评分和行为量表最终得分，计算该患者的最终意识状态水平；

33)电脑可通过历史评估对比，提示患者意识状况好转或恶化的趋势，该系统通过历史数据对比评判患者当前状态变化。

10.植物人家庭看护辅助方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：进行基于脑电的便携式脑状态评估，使用便携式脑电采集头带采集脑电信号，并通过蓝牙模块传输数据至电脑；通过脑电信息度算法计算患者意识水平状态评分；

步骤2：进行基于行为的意识水平辅助评估，通过被看护人完成整套修订版昏迷恢复量表评测，由基于行为的意识水平辅助评估模块分析得出相对应植物人意识状态；

步骤3：进行自动检测校正，根据脑状态评估模块和基于行为意识水平辅助评估模块的评估结果进行脑电-行为综合校验，根据校验结果自动分析得出患者脑状态和意识水平。