CN113116356A - 一种基于视觉脑电信号分析的自我意识障碍辅助诊断系统 - Google Patents

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蒋林华
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Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，具体为一种基于视觉脑电信号分析的自我意识障碍辅助诊断系统。本发明的自我意识障碍辅助诊断系统具体包括脑电信号采集系统、视觉刺激测试分析系统；脑电信号采集系统包括64导联脑电帽、无线EEG/ERP放大器、受试笔记本电脑、智能同步中心、刺激同步器；视觉刺激测试分析系统置于电脑中，用于对采集的脑电信号进行分析处理，包括降噪处理模块、特征提取模块、分类识别模块；最后，根据分类识别结果，分析受试者自我意识强弱。本发明系统通过视觉刺激系统对受试者进行测试，依据采集的视觉脑电信号进行分析，测试客观性好、准确性高，为意识障碍诊断提供科学依据。

Description

一种基于视觉脑电信号分析的自我意识障碍辅助诊断系统
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种基于视觉脑电信号分析的自我意识障碍辅助诊断系统。
背景技术
自我意识是指个体对当前主观状态的确认。自我意识主要包括存在意识、能动性意识、统一性意识、统一意识和界限意识。自我意识障碍是指以上诸方面中的某个或几个方面均受到不同程度的影响，以致病人对自身当前主观状态不能正确认识，包括不能感知自身的存在，不能意识到自身是一个单一的、独立的个体，不能正确认识现在的“我”和既往的“我”的区别，以及失去精神活动的自我支配和控制等。
自我意识障碍的筛查诊断方法主要有：
（1）临床分类法：主要是给予言语和各种刺激，观察患者反应情况加以判断；如呼叫其姓名、推摇其肩臂、压迫眶上切迹、针刺皮肤、与之对话和嘱其执行有目的的动作等；
（2）GLASGOW昏迷量表评估法：本法主要依据对睁眼、言语刺激的回答及命令动作的情况对意识障碍的程度进行评估的方法。
基于视觉的脑机接口应用主要有基于刺激诱发电位和基于运动想象的脑机接口。其中刺激诱发电位有P300电位、视觉诱发电位（VEP）、稳态视觉诱发电位（SSVEP）等。P300属于ERP(事件相关电位)的一种，是一种内源性的、和认知功能相关的特殊诱发电位。P300是在事件(如听觉、视觉刺激)发生后大约300ms出现的一个正向波。SSVEP是指当受到一个固定频率的视觉刺激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个连续的与刺激频率有关（刺激频率的基频或倍频处）的响应，它可以在实验中给一个正向的视觉刺激。
上述脑机接口类型处理方式均是以脑电信号为基础对其进行相应处理和分类识别来分析相关实验结果。
综上所述，现有自我意识障碍的诊断方法主要针对患者的行为表现进行评估判断，需要专业的人员进行测试和评估，专业化依赖强。且现有方法参考指标片面，缺乏科学性度量指标，客观性、准确性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种客观性好、准确性高的自我意识障碍辅助诊断系统。
本发明提供的自我意识障碍辅助诊断系统，是基于视觉脑电信号分析技术的，通过视觉刺激系统对受试者进行测试，依据采集的视觉脑电信号进行分析，为意识障碍诊断提供科学依据。具体包括：脑电信号采集系统、视觉刺激测试分析系统；其中：
脑电信号采集系统包括：64导联脑电帽1、无线EEG/ERP放大器2、受试笔记本电脑3、智能同步中心4、刺激同步器6；参见图1所示；其中：
所述64导联脑电帽1，用于接收脑电信号，一端与电极相连，一端与无线EEG/ERP放大器2相连；
64导联脑电帽1的材质为防水织物，外观类似帽子，用于穿戴在受试者头皮上，上有64个湿电极，使用时需要在电极上涂抹导电膏降低阻抗；
所述无线EEG/ERP放大器2，用于采集脑电电位信息，并对采集的脑电信号做放大等基本处理；无线EEG/ERP放大器2通过磁吸附于64导联脑电帽1后端；
所述受试笔记本电脑3,内配置有视觉刺激系统,用于直接刺激受试者的视觉；
所述智能同步中心4，实现设备间的无线通信，通过Wi-Fi将无线EEG/ERP放大器2和刺激同步器6与电脑5无线相连；
所述刺激同步器6，配合受试笔记本电脑3，与配置的视觉刺激系统同步，刺激的同时进行标记，用于对刺激信号进行事件标记；
所述视觉刺激测试分析系统，用于对采集的脑电信号进行分析处理，包括：降噪处理模块、特征提取模块、分类识别模块；该视觉刺激测试分析系统配置与电脑5，其中：
所述降噪处理模块，采用小波变换对采集的脑电信号进行降噪处理；
所述特征提取模块，采用独立成分分析算法去除与脑电不同信源的信号，通过降采样突出特征；
所述分类识别模块，对于提取到的特征，采用支持向量机（SVM）算法进行分类识别；其中：先做粗粒度自己、他人两分类；然后做自己、陌生他人、熟悉人的三分类；再加上不同时期不同人的细粒度分类；最后，根据分类识别结果，分析受试者自我意识强弱。
无线EEG/ERP放大器2和刺激同步器6均通过智能同步中心4实现和电脑5无线连接，实现实验标注和脑电数据传输。
本发明中，所述视觉刺激系统，实际为一特别构建的图片库，用于对受试者测试；该图片库包括：
（1）15张3-6岁幼儿时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（2）15张10-14岁少年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（3）15张18-25岁青年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张。
本发明提供的自我意识障碍辅助诊断系统，其测试流程系统如下：
（一）受试者佩戴好脑电帽1，初始化脑机接口设备，通过智能同步中心4建立无线EEG/ERP放大器2和电脑5的通信；让受试者处于安静不受打扰的环境中；
（二）开始测试，同时开始脑电信号采集；受试者注视电脑屏幕，电脑屏幕每隔3秒随机出现一张幼儿时期的照片，总共60张（其中20张为5个不同陌生人的照片，20张为5个不同熟知名人的照片，20张为受试者自己的5张不同照片）；信号采集时，每出现一张照片，系统会在照片出现时间点打上标签；另外，为了增强刺激，会让所有图片以相同的频率（12Hz）闪烁；
（三）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为少年时期的照片；
（四）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为青年时期的照片；
（五）停止信号采集，休息两分钟，重复步骤二到步骤四共两次，总共完成三组测试；
测试结束，得到受试者脑电信号数据；
（六）电脑5对采集到脑电信号进行分析处理；经过视觉刺激测试分析系统，得到分类识别结果，给出受试者自我意识强弱。
与现有技术相比，本发明的优点：
（1）本发明提供了一种全新的自我意识障碍辅助诊断系统；
（2）本发明所涉及的硬件设备相关技术较为成熟，可以直接获取使用；
（3）本发明对生理自发的脑电信号进行分析处理，相比传统测试方式所获得的实验结果，更具准确性和客观性；
（4）本发明对脑电信号的处理和分类，可根据不同实验内容进行改进，可塑性强；
（5）本发明可广泛应用于自我意识相关的各种检测，有助于推动自我意识的研究发展；
（6）本发明无需专业评估师，对测试地点无特殊要求，专业依赖性低、普及性强。
附图说明
图1为脑电信号采集系统示意图。
图2为测试流程图示。
图中标号：1为64导联脑电帽，2为无线EEG/ERP放大器，3为受试笔记本电脑，4为智能同步中心，5为电脑，6为刺激同步器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了脑电信号采集系统和视觉刺激测试分析系统。
脑电信号采集系统包括：64导联脑电帽1、无线EEG/ERP放大器2、受试笔记本电脑3、智能同步中心4、电脑5、刺激同步器6。其中，64导联脑电帽1材质为防水织物，外观类似帽子，用于穿戴在受试者头皮上，上有64个湿电极，使用时需要在电极上涂抹导电膏降低阻抗，用于接收脑电信号，一端与电极相连，一端与无线EEG/ERP放大器2相连；无线EEG/ERP放大器2通过磁吸附于64导联脑电帽1后端，用于采集脑电电位信息，并对采集的脑电信号做放大等基本处理；受试笔记本电脑3,内配置有视觉刺激系统,用于直接刺激受试者的视觉；智能同步中心4，通过Wi-Fi将无线EEG/ERP放大器2和刺激同步器6与电脑5无线相连，实现设备间的无线通信；刺激同步器6，配合受试笔记本电脑3，与配置的视觉刺激系统同步，刺激的同时进行标记，用于对刺激信号进行事件标记。
视觉刺激测试分析系统包括：降噪处理模块、特征提取模块、分类识别模块；该视觉刺激测试分析系统配置与电脑5，无线EEG/ERP放大器2和刺激同步器6均通过智能同步中心4实现和电脑5无线连接，实现实验标注和脑电数据传输。其中：降噪处理模块，采用小波变换对采集的脑电信号进行降噪处理；特征提取模块，采用独立成分分析算法去除与脑电不同信源的信号，通过降采样突出特征。分类识别模块，对于提取到的特征，采用支持向量机（SVM）算法进行分类识别；其中：先做粗粒度自己、他人两分类；然后做自己、陌生他人、熟悉人的三分类；再加上不同时期不同人的细粒度分类；最后，根据分类识别结果，分析受试者自我意识强弱。
本发明中，所述视觉刺激系统，实际为一特别构建的图片库，用于对受试者测试；该图片库包括：
（1）15张3-6岁幼儿时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（2）15张10-14岁少年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（3）15张18-25岁青年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张。
本实例测试步骤如下：
（一）受试者佩戴好脑电帽1，初始化脑机接口设备，通过智能同步中心4建立无线EEG/ERP放大器2和电脑5的通信；让受试者处于安静不受打扰的环境中；
（二）开始测试，同时开始脑电信号采集；受试者注视电脑屏幕，电脑屏幕每隔3秒随机出现一张幼儿时期的照片，总共60张（其中20张为5个不同陌生人的照片，20张为5个不同熟知名人的照片，20张为受试者自己的5张不同照片）；信号采集时，每出现一张照片，系统会在照片出现时间点打上标签；另外，为了增强刺激，会让所有图片以相同的频率（12Hz）闪烁；
（三）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为少年时期的照片；
（四）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为青年时期的照片；
（五）停止信号采集，休息两分钟，重复步骤二到步骤四共两次，总共完成三组测试；
测试结束，得到受试者脑电信号数据；
（六）电脑5对采集到脑电信号进行分析处理；经过视觉刺激测试分析系统，得到分类识别结果，辅助判断受试者自我意识状态。
综上所述，本发明通过视觉刺激测试分析系统，可以检测受试者的脑电波信号，结合信号分析技术可以对受试者的自我意识状态进行分析从而辅助自我意识障碍诊断，提升意识障碍诊断准确率。

Claims (3)

1.一种基于视觉脑电信号分析的自我意识障碍辅助诊断系统，其特征在于，通过视觉刺激系统对受试者进行测试，依据采集的视觉脑电信号进行分析，为意识障碍诊断提供科学依据；具体包括：脑电信号采集系统、视觉刺激测试分析系统；其中：
所述脑电信号采集系统，包括：64导联脑电帽1、无线EEG/ERP放大器2、受试笔记本电脑3、智能同步中心4、刺激同步器6；其中：
所述64导联脑电帽1，材质为防水织物，外观类似帽子，穿戴在受试者头皮上，用于接收脑电信号，内设置有64个湿电极，一端与无线EEG/ERP放大器2相连；
所述无线EEG/ERP放大器2，用于采集脑电电位信息，并对采集的脑电信号做放大等基本处理；无线EEG/ERP放大器2通过磁吸附于64导联脑电帽1后端；
所述受试笔记本电脑3,内配置有视觉刺激系统,用于直接刺激受试者的视觉；
所述智能同步中心4，通过Wi-Fi将无线EEG/ERP放大器与电脑无线相连；
所述刺激同步器6，配合受试笔记本电脑3，与配置的视觉刺激系统同步，刺激的同时进行标记，用于对刺激信号进行事件标记；
所述视觉刺激测试分析系统，用于对采集的脑电信号进行分析处理，包括：降噪处理模块、特征提取模块、分类识别模块；该视觉刺激测试分析系统配置与电脑5，其中：
所述降噪处理模块，采用小波变换对采集的脑电信号进行降噪处理；
所述特征提取模块，采用独立成分分析算法去除与脑电不同信源的信号，通过降采样突出特征；
所述分类识别模块，对于提取到的特征，采用支持向量机（SVM）算法进行分类识别；其中：先做粗粒度自己、他人两分类；然后做自己、陌生他人、熟悉人的三分类；再加上不同时期不同人的细粒度分类；最后，根据分类识别结果，分析受试者自我意识强弱；
无线EEG/ERP放大器2和刺激同步器6均通过智能同步中心4和电脑5无线连接，实现实验标注和脑电数据传输。
2.根据权利要求1所述的自我意识障碍辅助诊断系统，其特征在于，所述视觉刺激系统为一构建的图片库，用于对受试者测试；该图片库包括：
（1）15张3-6岁幼儿时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（2）15张10-14岁少年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张；
（3）15张18-25岁青年时期的人的照片；其中：陌生人的5张，大众所熟知的名人的5张，受试者自己5的张。
3.根据权利要求2所述的自我意识障碍辅助诊断系统，其特征在于，其测试流程如下：
（一）受试者佩戴好脑电帽1，初始化脑机接口设备，通过智能同步中心4建立无线EEG/ERP放大器2和电脑5的通信；让受试者处于安静不受打扰的环境中；
（二）开始测试，同时开始脑电信号采集；受试者注视电脑屏幕，电脑屏幕每隔3秒随机出现一张幼儿时期的照片，总共60张；其中：20张为5个不同陌生人的照片，20张为5个不同熟知名人的照片，20张为受试者自己的5张不同照片；信号采集时，每出现一张照片，系统会在照片出现时间点打上标签；
（三）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为少年时期的照片；
（四）停止信号采集，休息一分钟，重复步骤二，但测试照片改为青年时期的照片；
（五）停止信号采集，休息两分钟，重复步骤二到步骤四两次，总共完成三组测试；
测试结束，得到受试者脑电信号数据；
（六）电脑5对采集到脑电信号进行分析处理；经过视觉刺激测试分析系统，得到分类识别结果，给出受试者自我意识强弱。
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