CN111035385A - 一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法 - Google Patents

一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法，包括头皮电极、刺激电极、脑电信号放大单元、脑电信号采集主机、刺激同步单元、诱发刺激主机和显示器；所述头皮电极的输出端与所述脑电信号放大单元输入端连接；所述脑电信号放大单元的输出端与脑电信号采集主机的输入端连接；所述脑电信号采集主机与所述刺激同步单元连接，所述诱发刺激主机与所述刺激同步单元连接，所述刺激同步单元的视频输出端与所述显示器的输入端连接，所述显示器用于显示输出的视觉刺激画面以及通过刺激电极对头皮反馈刺激控制。本发明能实时地在诱发刺激主机和脑电信号采集主机之间建立同步，准确地将刺激时刻定标到所采集的脑电数据中。

Description

一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是涉及一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法。
背景技术
视觉诱发电位(Visual Evoked Potential，VEP)电生理现象,在视野范围内，以一定强度的闪光或图形刺激视网膜，可在视觉皮层或头颅骨外的枕区记录到电位变化；是研究人类的感觉机能、神经系统疾病、行为与心理活动等的重要手段，视觉诱发电位(VEP)是了解从视网膜到视觉皮层，即整个视觉通路功能完整性检测；视觉诱发电位(VisualEvoked Potential，VEP)目前被公认为可以有效地客观评价中心远视力等视觉功能的检测方法，无伦在法医临床学实践中还是在其他视力鉴定的相关领域，应用均最为广泛。其脑电检测系统主要分为两部分：脑电信号的外部视觉刺激部分和采集部分；脑电信号的外部视觉刺激部分由刺激显示器和刺激主机组成，刺激显示器上显示视觉刺激画面，画面控制软件在刺激主机上运行；脑电信号的采集部分由脑电采集放大电路和采集主机组成；为了达到刺激时间与采集时间完全对应的目的，则必须使刺激主机与采集主机之间实现信号同步，这样才能实时精准的监测到受试者视觉刺激后脑电的对应表现，以准确分析脑电相对于视觉刺激形式的诱发反应，从而可以基于诱发的反应来评估分析神经系统反应。现有的方法多是基于软件同步或辅助硬件同步。软件同步通过修正刺激与采集的时间差来完成，但存在精度不高的问题；辅助硬件同步结合外设光电采集电路，通过比较器实现，但存在复杂度过高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置及同步方法，本发明能实时地在诱发刺激主机和脑电信号采集主机之间建立同步，准确地将刺激时刻定标到所采集的脑电数据中。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一方面，提供了一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置,所述同步装置包括头皮电极、刺激电极、脑电信号放大单元、脑电信号采集主机、刺激同步单元、诱发刺激主机和显示器；所述头皮电极用于与头皮接触并采集诱发脑电信号，所述头皮电极的输出端与所述脑电信号放大单元输入端连接，所述脑电信号放大单元用于提高脑电信号的信噪比以及实现诱发脑电信号的放大；所述脑电信号放大单元的输出端与脑电信号采集主机的输入端连接；
所述脑电信号采集主机的视频输出端与所述刺激同步单元的第一输入端连接，所述刺激同步单元用于同步信号与视觉刺激信号输入同步，所述脑电信号采集主机用于将同步信号与诱发脑电信号结合反馈至脑电信号采集主机，以同步脑电刺激视频图像画面，所述诱发刺激主机的输出端与所述刺激同步单元的第二输入端连接，所述诱发刺激主机用于生成诱发脑电视觉刺激画面，所述刺激同步单元用于根据脑电刺激视频图像画面的编码信号实时生成同步信号，以及根据同步信号机制将脑电信号采集主机采集到的诱发脑通过刺激电极对头皮反馈刺激控制。
电信号与刺激同步单元产生的同步信号与视觉刺激信号，作为同步信号的标记记录，所述刺激同步单元的视频输出端与所述显示器的输入端连接，所述显示器用于显示输出的视觉刺激画面以及上述方案进一步优选的，所述刺激同步单元包括HDMI分离器、HDMI接收器、FPGA处理器、显示输出端,所述诱发刺激主机的输出端与所述HDMI分离器的输入端连接，该HDMI分离器的输出端分别与所述能HDMI接收器和显示器连接，所述HDMI分离器用于分离出同步信号、视觉刺激信号，该HDMI分离器将同步信号输出给所述HDMI接收器，同时将视觉刺激信号输出给所述显示器,所述HDMI接收器的输出端与所述FPGA处理器的同步输入端连接，所述FPGA处理器的输出端与脑电信号采集主机连接，该FPGA处理器的将同步信号、刺激信号反馈给脑电信号采集主机。
上述方案进一步优选的，在所述头皮电极与脑电信号放大单元之间设置有前置放大器和八阶低通滤波器，所述头皮电极的输出端依次通过前置放大器和八阶低通滤波器与所述脑电信号放大单元的输入端连接。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于视觉诱发电位检测的视频同步方法，所述同步方法包括，通过头皮电极与头皮接触并采集诱发脑电信号，以及将刺激同步单元串接在脑电信号采集主机和显示器之间的HDMI线上，以及通过刺激诱发刺激主机产生同步信号与视觉刺激信号，并将同步信号与视觉刺激信号送入刺激同步单元，再通过刺激同步单元将同步信号与视觉刺激信号进行分离，以便将视觉刺激信号输出给显示器，并通过显示器输出的视觉刺激信号经刺激电极对头皮进行反馈刺激控制；以及通过刺激同步单元将分离出的同步信号与诱发脑电信号结合反馈给脑电信号采集主机，以同步脑电刺激视频图像画面。
上述方案进一步优选的，所述脑电信号采集主机从所述同步信号中解析出每幅所述脑电刺激视频图像画面的刺激时刻，并根据所述刺激时刻对所述诱发脑电信号作同步标记，以使所述诱发脑电信号与所述脑电刺激视频图像画面同步，所述刺激同步单元接收诱发刺激主机传送的同步信号与视觉刺激信号，并对每幅脑电刺激视频图像画面视觉刺激信号进行编码，在每幅脑电刺激视频图像画面中设置一个特殊固定的像素点字符，所述刺激同步单元通过判断此像素点字符，若该像素点字符符合刺激同步要求，则刺激同步单元生成同步信号，并将刺激同步信号发送给脑电信号采集主机；在每一幅刺激视频图像画面中有一位固定像素点信号，此固定的像素点上使用特殊字符标注，刺激同步单元通过判断此像素点的字符，即可分析是否有刺激视频信号，如果有刺激视频信号即可产生同步信号。
上述方案进一步优选的，所述诱发脑电信号通过HDMI数据线来传送视觉刺激信号时，视频信号经过编码生成3路视频数据流，每路视频数据流8位，共24bit，即3个TMDS数据信息通道，每个像素占用24位，每路8位，共24bit的视频数据流。
综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，有益效果在于：
本发明提出了一种精度高、实时性强的信号同步电路，实时地在诱发刺激主机和脑电信号采集主机之间建立同步，准确地将刺激时刻定标到所采集的脑电数据中，以标记同一时刻的视觉刺激诱发出来的脑电波形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置的原理图；
图2是本发明的刺激同步单元的原理图；
图3是本发明的诱发刺激画面示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，结合图1和图2，提供了一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置,包括头皮电极、刺激电极、脑电信号放大单元、脑电信号采集主机、刺激同步单元、诱发刺激主机和显示器；诱发脑电信号通过头皮电极采集进入脑电信号放大单元，用于将诱发脑电信号放大，刺激电极与大脑皮层接触，再通过脑电信号分析反馈控制其作用于大脑皮层局部区域，可用于康复治疗，所述头皮电极用于与头皮接触并采集诱发脑电信号，所述头皮电极的输出端与所述脑电信号放大单元输入端连接，所述脑电信号放大单元用于提高脑电信号的信噪比以及实现诱发脑电信号的放大，以及实现刺激电极对头皮反馈刺激控制；所述脑电信号放大单元的输出端与脑电信号采集主机的输入端连接；所述脑电信号采集主机的视频输出端与所述刺激同步单元的第一输入端连接，所述刺激同步单元用于同步信号与视觉刺激信号送入同步，所述脑电信号采集主机用于将同步信号与诱发脑电信号结合反馈至脑电信号采集主，以同步脑电刺激视频图像画面，所述诱发刺激主机的输出端与所述刺激同步单元的第二输入端连接，所述诱发刺激主机用于生成诱发脑电视觉刺激画面，即使诱发刺激主机用于在PC机上生成诱发脑电视觉画面；所述刺激同步单元用于根据脑电刺激视频图像画面的编码信号实时生成同步信号，以及根据同步信号机制将脑电信号采集主机采集到的诱发脑电信号与刺激同步单元产生的同步信号与视觉刺激信号，作为同步信号的标记记录，所述刺激同步单元的视频输出端与所述显示器的输入端连接，所述显示器用于显示输出的视觉刺激画面以及通过刺激电极对头皮反馈刺激控制；所述刺激同步单元用于根据脑电刺激画面的编码信号实时生成同步信号，以及根据同步信号将脑电信号采集主机到的脑电信号与诱发脑电视觉刺激画面同步，所述刺激同步单元的视频输出端与所述显示器的输入端连接，所述显示器用于显示输出的刺激画面，所述诱发刺激主机在PC机在(Intel(R)Core(TM)i7-5500U CPU@2.40GHz,8.00GB RAM)完成脑电信号采集和分析，与所述刺激同步单元连接,刺激同步单元将视觉刺激时刻定位到所采集的视觉诱发脑电数据中；一方面，脑电信号微弱，经过由硬件电路组成的脑电信号放大单元后，经串口进入采集PC主机再次进行脑电信号去噪处理和特征分析；另一方面，脑电信号采集主机从刺激同步单元信号中解析出每个所述诱发刺激画面的刺激时刻，并根据该时刻对所述脑电信号做同步标记，以使所述脑电信号与所述脑电刺激画面同步。
在本发明中，在所述头皮电极与脑电信号放大单元之间设置有前置放大器和八阶低通滤波器，所述头皮电极的输出端依次通过前置放大器和八阶低通滤波器与所述脑电信号放大单元的输入端连接；所述前置放大器放大实现视觉诱发脑电的信号放大，刺激电极与大脑皮层接触，再通过脑电信号分析反馈控制其作用于大脑皮层局部区域，可用于康复治疗，经过前置放大器和八阶低通滤波器实现视觉诱发脑电的信号放大，脑电波经头皮电极采集送入放大单元的输入端，由于脑电波属于低频、小幅值的生物电信号，要求电路具有高增益、高共模抑制比、低噪声和低漂移的特性。前置放大器采用三运放差分结构，利用二阶低通滤波器的原理，实现四级放大滤波，共八阶低通滤波，诱发脑电信号经前置放大器放大、八阶低通滤波器进行滤波和去噪后送入脑电信号采集主机作进一步处理。
在本发明中，如图2所示，所述刺激同步单元包括HDMI分离器、HDMI接收器、FPGA处理器、显示输出端,所述诱发刺激主机的输出端与所述HDMI分离器的输入端连接，该HDMI分离器的输出端分别与所述HDMI接收器和显示器连接，所述HDMI接收器的输出端与所述FPGA处理器连接，所述FPGA处理器的输出端分别与脑电信号采集主机连接，所述分离器将HDMI信号一分为二，接收HDMI分离器分离后的HDMI信号，即分离刺激画面图像数据后的信号，所述HDMI分离器采用型号LT86102SX一分二高清分离器，所述HDMI接收器型号为ADV7441ABSTZ，该型号是一款高质量多格式视频解码器，集成多路复用HDMI接收器，FPGA处理器的型号为EP4CE6E144；利用该刺激同步单元解析HDMI信号数据，可以准确地将视觉刺激时刻定位到所采集的视觉诱发脑电数据中，刺激同步单元有两个HDMI接口，一个作为输入，一个作为输出，输入HDMI接口接诱发刺激主机，在使用时，刺激同步单元串接到计算机和显示器之间的HDMI线，将所述刺激诱发主机产生同步信号与视觉刺激信号，输出HDMI接口接显示输出端，用于显示输出经过分离同步信号之后的诱发刺激画面数据，显示输出端接刺激同步单元的输出HDMI接口，用于显示诱发刺激画面，FPGA处理器与刺激同步单元设置于同一电路板上，输入输出均接HDMI信号，用于从HDMI信号中分离出同步信号，在FPGA处理器中，将分离出的同步信号与诱发脑电信号结合反馈给脑电信号采集主机。本发明通过FPGA会检测画面指定位置的像素点色彩来识别当前的图像类型，并把类型数据和同步信号通过24bit数据输出到采集单元，进行数据和信号的同步。
根据本发明的另一个方面，如图1和图2所示，提供了一种用于视觉诱发电位检测的视频同步方法，具体步骤如下：通过头皮电极与头皮接触并采集诱发脑电信号，以及将刺激同步单元串接在脑电信号采集主机和显示器之间的HDMI线上，以及通过刺激诱发刺激主机产生同步信号与视觉刺激信号，并将同步信号与视觉刺激信号送入刺激同步单元，再通过刺激同步单元将同步信号与视觉刺激信号进行分离，通过刺激同步单元的信号分离与结合，以使所述脑电信号与所述视觉刺激信号同步结合，以便将视觉刺激信号输出给显示器，并通过显示器输出的视觉刺激信号经刺激电极对头皮进行反馈刺激控制；以及通过刺激同步单元将分离出的同步信号与诱发脑电信号结合反馈给脑电信号采集主机，以同步脑电刺激视频图像画面；所述脑电信号采集主机从所述同步信号中解析出每幅所述脑电刺激视频图像画面的刺激时刻，并根据所述刺激时刻对所述诱发脑电信号作同步标记，以使所述诱发脑电信号与所述脑电刺激视频图像画面同步，所述刺激同步单元接收诱发刺激主机传送的同步信号与视觉刺激信号，并对每幅脑电刺激视频图像画面视觉刺激信号进行编码，在每幅脑电刺激视频图像画面中设置一个特殊固定的像素点字符，如图3所示的标记区(像素点字符)，即为诱发刺激画面示意图(脑电刺激视频图像画面)，所述刺激同步单元通过判断此像素点字符，若该像素点字符符合刺激同步要求，则刺激同步单元生成同步信号，并将刺激同步信号发送给脑电信号采集主机。
在本发明中，如图1和图2所示，所述诱发脑电信号通过HDMI数据线来传送视觉刺激信号时，视频信号经过编码生成3路视频数据流，在显示器上生成与脑电信号采集主机同步的诱发脑电视觉画面，通过视觉刺激的诱发大脑皮层电活动的脑电信号，头皮电极、刺激电极主要完成各种与视觉相关诱发电位或事件相关电位检查功能，在诱发刺激主机和显示器之间采用高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)，音视频信号在单线缆上传输，可不经过压缩。HDMI数据线上传送视频像素信号时，视频信号经过编码，生成3路(即3个TMDS数据信息通道，每路8位)共24bit的视频数据流,如图2所示，刺激同单元串接在刺激主机和显示器之间，其具备HDMI输入和输出接口，支持1024＊768-1920＊1080/60Hz显示分辨率，在不影响PC机和显示器正常功能的前提下，可以抓取第(0，0)像素数据，并把24bit数据输出到IO口上，输出电平为LVTTL(3.3V)；抓取的24bit显示数据在本帧显示期间保持，第(0，0)像素数据标记刺激画面属性，用于标识不同刺激画面的编码信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置,其特征在于：包括头皮电极、刺激电极、脑电信号放大单元、脑电信号采集主机、刺激同步单元、诱发刺激主机和显示器；所述头皮电极用于与头皮接触并采集诱发脑电信号，所述头皮电极的输出端与所述脑电信号放大单元输入端连接，所述脑电信号放大单元用于提高脑电信号的信噪比以及实现诱发脑电信号的放大；所述脑电信号放大单元的输出端与脑电信号采集主机的输入端连接；
所述脑电信号采集主机的视频输出端与所述刺激同步单元的第一输入端连接，所述刺激同步单元用于同步信号与视觉刺激信号送入同步，所述脑电信号采集主机用于将同步信号与诱发脑电信号结合反馈至脑电信号采集主机，以同步脑电刺激视频图像画面，所述诱发刺激主机的输出端与所述刺激同步单元的第二输入端连接，所述诱发刺激主机用于生成诱发脑电视觉刺激画面，所述刺激同步单元用于根据脑电刺激视频图像画面的编码信号实时生成同步信号，所述刺激同步单元的视频输出端与所述显示器的输入端连接，所述显示器用于显示输出的视觉刺激画面以及通过刺激电极对头皮反馈刺激控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置,其特征在于：所述刺激同步单元包括HDMI分离器、HDMI接收器、FPGA处理器、显示输出端,所述诱发刺激主机的输出端与所述HDMI分离器的输入端连接，该HDMI分离器的输出端分别与所述能HDMI接收器和显示器连接，所述HDMI分离器用于分离出同步信号、视觉刺激信号，该HDMI分离器将同步信号输出给所述HDMI接收器，同时将视觉刺激信号输出给所述显示器,所述HDMI接收器的输出端与所述FPGA处理器的同步输入端连接，所述FPGA处理器的输出端与脑电信号采集主机连接，该FPGA处理器的将同步信号、刺激信号反馈给脑电信号采集主机。
3.根据权利要求1所述的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置,其特征在于：在所述头皮电极与脑电信号放大单元之间设置有前置放大器和八阶低通滤波器，所述头皮电极的输出端依次通过前置放大器和八阶低通滤波器与所述脑电信号放大单元的输入端连接。
4.一种利用权利要求1或2所述的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步装置的视频同步方法，其特征在于：所述同步方法包括，通过头皮电极与头皮接触并采集诱发脑电信号，以及将刺激同步单元串接在脑电信号采集主机和显示器之间的HDMI线上，以及通过刺激诱发刺激主机产生同步信号与视觉刺激信号，并将同步信号与视觉刺激信号送入刺激同步单元，再通过刺激同步单元将同步信号与视觉刺激信号进行分离，以便将视觉刺激信号输出给显示器，并通过显示器输出的视觉刺激信号经刺激电极对头皮进行反馈刺激控制；以及通过刺激同步单元将分离出的同步信号与诱发脑电信号结合反馈给脑电信号采集主机，以同步脑电刺激视频图像画面。
5.根据权利要求4所述的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步方法，其特征在于：所述脑电信号采集主机从所述同步信号中解析出每幅所述脑电刺激视频图像画面的刺激时刻，并根据所述刺激时刻对所述诱发脑电信号作同步标记，以使所述诱发脑电信号与所述脑电刺激视频图像画面同步，所述刺激同步单元接收诱发刺激主机传送的同步信号与视觉刺激信号，并对每幅脑电刺激视频图像画面视觉刺激信号进行编码，在每幅脑电刺激视频图像画面中设置一个特殊固定的像素点字符，所述刺激同步单元通过判断此像素点字符，若该像素点字符符合刺激同步要求，则刺激同步单元生成同步信号，并将刺激同步信号发送给脑电信号采集主机。
6.根据权利要求4所述的一种用于视觉诱发电位检测的视频同步方法，其特征在于：所述诱发脑电信号通过HDMI数据线来传送视觉刺激信号时，视频信号经过编码生成3路视频数据流，每路视频数据流8位，每位共24bit。
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