CN111956933B

CN111956933B - 一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统

Info

Publication number: CN111956933B
Application number: CN202010877244.3A
Authority: CN
Inventors: 闫天翼; 刘思宇; 张德雨; 王凯; 陈端端; 王涵晓; 范宇昂; 康诺千; 吴景龙
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: CN111956933A

Abstract

本发明公开了一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，包括：场景信息采集系统，用于采集场景信息；导航控制系统，用于控制场景信息采集系统；脑电信息采集系统，用于采集阿尔兹海默病患者的脑电信号，生成待识别脑电信号序列；信息处理显示系统，包括：脑电信息处理系统和场景显示系统；脑电信息处理系统，用于处理待识别脑电信号序列生成脑电导航信号，脑电信息处理系统与导航控制系统连接；场景信息显示系统，用于显示所述场景信息，本发明提出的神经反馈康复系统可以对阿尔兹海默病患者进行有效的康复训练。

Description

一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统。

背景技术

阿尔兹默病(AD)是一种进程性的、神经性的疾病，该病人数占全世界3560万痴呆患者的大多数，患病人数迅速增长的同时，给家庭和社会都带来了繁重的压力。研究表明，AD患者在确诊后的平均寿命为8-10年。正常情况下，年龄增长都会带来某种水平的认知减退。但AD患者与同年龄段人相比，表现更为明显。这种认知减退极大影响患者的生活质量，并逐步发展成为痴呆，严重时导致死亡。

随着全球经济和医疗水平的进步，人均寿命有了显著提升，这在一定程度上体现了国民健康程度的提高。然而，随之而来的还有人口老龄化和老年疾病患病率的增加。AD患者认知功能、语言能力、生活自理能力的严重衰退，其临床治疗以及后期护理，都需要耗费巨大的人力物力，给患者及其家庭带来痛苦和压力的同时，也给社会带来了沉重的负担。据《世界阿尔兹海默病报告2018》统计，全球约有5千万人患有阿尔兹海默病，到2050年，全球将有约1.3亿人患阿尔兹海默病。阿尔兹海默病一旦发病，就只能通过药物缓解病情，难以治愈。

目前在AD治疗方面，具有药物治疗与手术治疗两种方法。但是，药物治疗会产生过度镇静、嗜睡、言语不清、共济失调和步态不稳等副作用，且疗效不显著，对部分人群基本无效。同时，手术治疗创伤极大，阿尔兹海默病患者多为老年人，患者往往难以承受手术带来的代价。

目前，已经有充分的研究证明阿尔兹海病患者在患病初期最先出现的病情特征是空间导航能力的缺失。

近年来，神经反馈技术的快速发展，为阿尔兹海默病的治疗提供了一种全新的治疗手段，一种安全且无创无副作用的治疗方法。因此，可以通过神经反馈的方式来训练患者的空间导航能力，以达到延缓患者病情的目的。但是，目前市面上尚无此类用于阿尔兹海默病患者神经反馈训练的设备。

因此，如何提供一种解决上述问题的阿尔兹海默病神经反馈康复系统，是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

鉴于此，本申请的目的在于提供一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，用于解决现有的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，其特征在于，包括：

场景信息采集系统，用于采集场景信息，场景信息用于阿尔兹海默病患者进行观看；

导航控制系统，导航控制系统控制场景信息采集系统，采集场景信息；

脑电信息采集系统，脑电信息采集系统用于采集阿尔兹海默病患者的脑电信号，生成待识别脑电信号序列；

信息处理显示系统，包括：脑电信息处理系统和场景显示系统；

脑电信息处理系统，用于处理待识别脑电信号序列生成脑电导航信号，脑电信息处理系统与导航控制系统连接；

场景信息显示系统，用于显示场景信息；

优选地，场景信息采集系统包括：移动信息采集系统和全景信息采集系统；

全景信息采集系统用于采集场景信息的全景信息；

全景信息包括：障碍物信息、移动信息采集系统、目标点信息和墙壁。

优选地，移动信息采集系统为导航机器人；

优选地，移动信息采集系统包括：视频采集单元、移动控制单元；

视频采集单元用于采集场景信息的目标点信息；

移动控制单元用于控制移动信息采集系统进行移动；

移动控制单元与导航控制系统连接；

优选地，导航控制系统与场景信息采集系统连接；

导航控制系统，包括SLAM导航系统和脑电智能控制系统；

SLAM导航系统，用于控制场景信息采集系统，采集场景信息；

脑电智能控制系统，通过脑电信息处理系统获得的脑电导航信号，控制场景信息采集系统；

SLAM导航系统包括内部传感器和外部传感器；

SLAM导航系统的工作过程为：

通过内部传感器和外部传感器进行定位；

利用外部传感器获取的环境信息，构建增量式的环境地图；

基于环境地图的位置和路径规划，进行导航；

导航过程中，根据路径规划，内部传感器发送控制指令，实现场景信息采集系统的自动控制。

优选地，脑电智能控制系统的工作过程为：

在场景信息上，叠加代表前后左右四个不同频率的闪烁刺激块；

阿尔兹海默病患者通过注视所述闪烁刺激块，诱发相应频率的脑电信号；

通过采集脑电信号，分析得到阿尔兹海默病患者的控制意图；

按照控制意图，控制场景信息采集系统向着不同方向运动；

优选地，SLAM导航控制系统与脑机智能控制系统分别占据不同的权重；

脑机智能控制系统的控制比重增加时，

SLAM导航控制系统的控制比重减小；

SLAM导航控制系统的初始控制比重大于脑机智能控制系统的初始控制比重；

优选地，脑电采集系统包括：脑电信息获取模块和脑电信息分类模块；

脑电信息获取模块，用于获取待识别脑电信号序列；

脑电信息分类模块，用于待识别脑电信号序列的脑电信号分类，得到待识别脑电信号序列的脑电分类信息，通过脑电信息处理系统生成脑电导航信号；

还包括量表评估系统；

量表评估系统包括空间导航能力测试量表，通过所述空间导航能力测试量表评估所述阿尔兹海默病患者的空间导航能力。

本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例设计与开发了一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，帮助阿尔兹海默病患者通过神经反馈训练来进行康复训练。通过对量表评估系统的评分进行分析，结果表明，本发明提出的神经反馈康复系统对患者空间导航能力的提高均值在15.31％。验证了本发明可以对阿尔兹海默病患者进行有效的康复训练，改善了患者的空间导航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的场景信息叠加闪烁刺激的示意图；

图2为本申请提供的一种导航控制系统的结构示意图；

图3为本申请提供的闪烁刺激诱发脑电信号的原理示意图；

图4为本申请提供的康复训练场景的示意图；

图5为本申请提供的一种导航机器人设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，如图1-5所示，该系统包括：

场景信息显示系统，用于显示场景信息。

本发明所述的阿尔兹海默病神经反馈康复系统的工作方法为：

通过场景摄像头采集环境信息呈现给阿尔兹海默病患者观看，场景中包括一些障碍物信息、导航机器人等信息；患者需要控制导航机器人向着目标点进行移动，导航控制系统由两部分组成：SLAM导航控制与脑机智能控制；通过布署在用户头部的脑电信息采集装置，获取待识别脑电信号序列；将所述待识别脑电信号序列输入到位于计算机设备上的脑电信息处理系统，得到所述待识别脑电信号序列的脑电分类信息；将上述脑电分类信息转化为相对应的导航机器人控制指令；上述控制指令即为脑机智能控制的控制信号；导航机器人在SLAM导航控制与脑机智能控制的双重控制下向着目标点前进；根据到达目标点所需要的时间进行打分，评估患者的空间导航能力；通过这种导航训练，训练患者的空间导航能力，实现阿尔兹海默病的康复训练。

在具体实施过程中，首先，机器人在虚拟场景中采用SLAM算法进行自主导航，在即使没有脑控干预的情况下，机器人依然能够稳定到达既定的终点位置。脑控干预导航系统对机器人的路线进行调整，使机器人不能按照最优路线导航至终点。置于被试者前端的屏幕输出虚拟环境中机器人的第一视角，同时在该视角上叠加闪烁刺激，如图2所示。患者佩戴脑电采集设备，实验场景如图5所示。

机器人导航控制系统具体可分为两个模块：第一个模块是机器人SLAM导航模块；第二个模块是脑机智能导航模块。结构示意图见图3所示。首先，机器人采用SLAM算法进行自主导航，在即使没有脑控干预的情况下，机器人依然能够稳定到达既定的终点位置。脑机智能导航模块对机器人的导航路线进行调整，使机器人按照干预后的路线导航至终点。置于患者前端的LED屏幕输出场景信息，同时在该场景信息上叠加闪烁刺激，患者佩戴脑电采集设备，以注视刺激的方式对机器人的导航进行干预。通过脑电信息处理系统对被试者的脑电进行分析，采用综合公式：

对机器人进行最终的控制指令输出。由公式可知，输出机器人的控制指令取决于机器人自身SLAM导航模块与脑机智能控制模块的结合。若患者的控制信号强度高(P值高)，控制的准确度高，则脑机智能控制占比增加，患者感觉对机器人的“占有”增强。若患者脑机智能控制信号强度低，则脑机智能控制占比降低，表现为机器人的“失控”。采用上述方式，可对患者的空间导航能力进行训练。

闪烁刺激诱发脑电信号的原理示意图如图4所示。当患者受到一个固定频率的闪烁刺激的时候，在大脑视觉皮层会产生一个连续的与闪烁刺激频率同频的响应。

为了验证本发明的使用效果，设计如下实验验证过程：

通过与北京宣武医院进行，招募15名阿尔兹海默病患者(年龄55-70岁)参与实验验证的过程。参与者均表示视力正常或者进行了视力矫正。所有参与者在实验前均进行了充足的睡眠休息，并且将头发清洗干净。所有的离线数据采集与在线测试均在屏蔽室环境下进行，没有外界的电磁干扰。

具体而言，对于一个患者完整的康复训练流程如下：

操作人员引导患者进入实验环境并调整舒适坐姿坐好，操作人员为患者脑电采集设备与实验用耳机，调整合适后，开始康复训练。实验前患者被告知要忽略双耳声音，集中精力于屏幕上闪烁刺激；放松心态并避免肢体、头部、咬牙等物理动作。患者通过注视相应方向的闪烁刺激控制导航机器人的移动。开始时屏幕圆盘呈现黄色，这时患者需要放松心态，注意屏幕；黄色结束后训练开始，屏幕中央出现一个虚拟机器人及一个目标点，患者通过注视相应的视觉闪烁刺激来控制导航机器人移动(不同的闪烁刺激对应导航机器人不同的移动方向)，最终使机器人到达指定目标点。患者操作正确即可计分，需要调整自身策略(集中注意力等)尽量增加得分。每次训练共重复10次，每两次训练中间有30s休息时间，实验前后都需采集一分钟静息态脑电。康复训练持续一周时间。

实验过程中实验员全程陪同，以确保患者认真完成实验。

本发明实施例设计与开发了一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，帮助阿尔兹海默病患者通过神经反馈训练来进行康复训练。通过对量表评估系统的评分进行分析，结果表明，本发明实例提出的神经反馈康复系统对患者空间导航能力的提高均值在15.31％。本实验过程验证了所提发明可以对阿尔兹海默病患者进行有效的康复训练，以改善患者的空间导航能力。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，其特征在于，包括：

场景信息采集系统，用于采集场景信息，所述场景信息用于阿尔兹海默病患者进行观看；

导航控制系统，所述导航控制系统控制所述场景信息采集系统，采集所述场景信息；

脑电信息采集系统，所述脑电信息采集系统用于采集阿尔兹海默病患者的脑电信号，生成待识别脑电信号序列；

所述脑电信息处理系统，用于处理所述待识别脑电信号序列生成脑电导航信号，所述脑电信息处理系统与所述导航控制系统连接；

所述场景信息显示系统，用于显示所述场景信息；

所述导航控制系统与所述场景信息采集系统连接；

所述导航控制系统，包括SLAM导航系统和脑电智能控制系统；

所述SLAM导航系统，用于控制所述场景信息采集系统，采集所述场景信息；

所述脑电智能控制系统，通过所述脑电信息处理系统获得的所述脑电导航信号，控制所述场景信息采集系统；

所述SLAM导航系统与所述脑电智能控制系统分别占据不同的权重；

所述脑电智能控制系统的控制比重增加时，

所述SLAM导航系统的控制比重减小；

所述SLAM导航系统的初始控制比重大于所述脑电智能控制系统的初始控制比重。

2.根据权利要求1所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，其特征在于：

所述场景信息采集系统包括：移动信息采集系统和全景信息采集系统；

所述全景信息采集系统用于采集所述场景信息的全景信息；

所述全景信息包括：障碍物信息、移动信息采集系统、目标点信息和墙壁。

3.根据权利要求2所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，其特征在于：

所述移动信息采集系统为导航机器人。

4.根据权利要求2所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统，其特征在于：

所述移动信息采集系统包括：视频采集单元、移动控制单元；

所述视频采集单元用于采集所述场景信息的所述目标点信息；

所述移动控制单元用于控制移动信息采集系统进行移动；

所述移动控制单元与所述导航控制系统连接。

5.根据权利要求1所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统,其特征在于：

所述SLAM导航系统包括内部传感器和外部传感器；

所述SLAM导航系统的工作过程为：

通过所述内部传感器和所述外部传感器进行定位；

利用所述外部传感器获取的环境信息，构建增量式的环境地图；

基于所述环境地图的位置和路径规划，进行导航；

导航过程中，根据所述路径规划，所述内部传感器发送控制指令，实现所述场景信息采集系统的自动控制。

6.根据权利要求1所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统,其特征在于：

所述脑电智能控制系统的工作过程为：

在所述场景信息上，叠加代表前后左右四个不同频率的闪烁刺激块；

所述阿尔兹海默病患者通过注视所述闪烁刺激块，诱发相应频率的所述脑电信号；

通过采集所述脑电信号，分析得到所述阿尔兹海默病患者的控制意图；

按照所述控制意图，控制所述场景信息采集系统向着不同方向运动。

7.根据权利要求1所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统,其特征在于：

所述脑电信息采集系统包括：脑电信息获取模块和脑电信息分类模块；

所述脑电信息获取模块，用于获取所述待识别脑电信号序列；所述脑电信息分类模块，用于所述待识别脑电信号序列的脑电信号分类，得到所述待识别脑电信号序列的脑电分类信息，通过所述脑电信息处理系统生成脑电导航信号。

8.根据权利要求1所述一种阿尔兹海默病神经反馈康复系统,其特征在于：

还包括量表评估系统；

所述量表评估系统包括空间导航能力测试量表，通过所述空间导航能力测试量表评估所述阿尔兹海默病患者的空间导航能力。