CN116173368B - 一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统 - Google Patents

一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，包括音视频输出模块、气味输出模块和控制模块，音视频输出模块、气味输出模块连接于控制模块，控制模块内配置有音视频播放系统、气味放送控制系统和被动思维诱导系统；音视频播放系统用于将预先建立好的场景系统通过音视频输出模块进行播放，其中，场景系统中具有音视频数据；气味放送控制系统用于根据场景系统中的场景变化通过气味输出模块定时定量释放相应的气味；被动思维诱导系统用于结合场景系统中的场景变化设置相应的视听嗅任务指令，音视频播放系统和气味放送控制系统根据所述视听嗅任务指令进行相应的动作。本申请能够达到良好的意识康复效果。

Description

一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统
技术领域
本申请涉及意识康复系统的技术领域，尤其是涉及一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统。
背景技术
目前研究结果表明，即使是在脑损伤后数年，仍然有一些意识障碍患者可能会从康复干预中受益。目前对意识障碍患者的促醒除了高压氧、有创或者无创神经刺激等常规临床疗法，外周感觉刺激是临床中简便价廉的一个重要促醒方法。
外周感觉刺激是指向患者呈现不同类型如视觉、听觉和嗅觉等多种环境刺激，以促使患者的意识水平最大程度的恢复。杭州师范大学狄海波团队通过一项超100人大样本研究发现其中以“唤名刺激”最具典型意义，唤名可以引发最小意识障碍患者和植物状态患者不同的大脑激活。
目前临床在使用外周感觉刺激时存在仅凭医生或者家属经验自己操作，且一次只能使用某一种刺激，或者刺激物选择不当等问题，目前在实际应用上对意识障碍患者使用外周感觉刺激用于患者的促醒仍未形成系统可靠的综合标准治疗手段。
发明内容
为了实现良好的意识康复效果，本申请提供一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统。
本申请提供的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统采用如下的技术方案：
一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，包括音视频输出模块、气味输出模块和控制模块，所述音视频输出模块、气味输出模块连接于控制模块，所述控制模块内配置有音视频播放系统、气味放送控制系统和被动思维诱导系统；
所述音视频播放系统用于将预先建立好的场景系统通过音视频输出模块进行播放，其中，场景系统中具有音视频数据；
所述气味放送控制系统用于根据场景系统中的场景变化通过气味输出模块定时定量释放相应的气味；
所述被动思维诱导系统用于结合场景系统中的场景变化设置相应的视听嗅任务指令，所述音视频播放系统和所述气味放送控制系统根据所述视听嗅任务指令进行相应的动作。
可选的，所述音视频播放系统用于输出平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流，所述音视频输出模块通过无线方式或有线方式将平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流进行传输。
可选的，所述气味输出模块采用肩挂式气味释放仪，所述肩挂式气味释放仪包括两个肩挂主体，两个肩挂主体通过连接带进行连接，每个肩挂主体内设置有若干气味释放部，若干气味释放部并排设置。
可选的，所述气味释放部包括设置在所述肩挂主体内的气味储库、以及设置在所述肩挂主体内与所述气味储库相通的风扇安装腔，所述风扇安装腔与所述气味储库之间连通的通道安装有电磁阀，所述风扇安装腔内安装有微风扇，所述肩挂主体的正面设置有与所述风扇安装腔相通的出味孔，所述肩挂主体的背面设置有与所述气味储库相通的通气细孔。
可选的，所述气味储库内设置有填充棉，所述填充棉上浸润有气味原料。
可选的，该系统还包括录制模块，所述控制模块内还配置有音频录制系统，所述音频录制系统通过录制模块录制家属音频数据和/或家属视频数据。
可选的，所述控制模块内还配置有语音识别与模拟系统，所述语音识别与模拟系统用于将录制的家属音频数据合成为场景系统中以供所述被动思维诱导系统调用的视听嗅任务指令。
可选的，所述控制模块内还配置有家属唤名嵌入系统，所述家属唤名嵌入系统用于根据家属音频数据设置唤名频度、唤名时间节点和唤名声音大小。
可选的，所述控制模块内还配置有自主视频制作系统，所述自主视频制作系统用于将照片、视频和音乐制作成可供所述音视频播放系统播放的音视频数据。
可选的，该系统还包括脑电监测模块，所述脑电监测模块连接于控制模块，所述控制模块内还配置有脑电信号处理与数字化评估系统，所述脑电信号处理与数字化评估系统用于将脑电监测模块所记录的脑电信号实时处理后本地存储或传输至云平台，所述脑电信号处理与数字化评估系统还用于将脑电信号根据预设的评估模型生成评估结果，并根据每一次的评估结果生成时间轴对比图表。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统将视觉、听觉、嗅觉在特定任务引导下协同工作，并根据临床研究确定任务指令及时长，结合任务的多模态协同诱导激活多脑区联动可以使患者大脑在受到多种良性联合刺激时保持较长久的广泛兴奋性反应，有利于维持大脑皮层的激活状态，刺激大脑对可重塑的受损组织进行自我修复，重新建立神经元之间连接，达到良好的意识康复效果。
2、视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统还映入脑电监测功能，实现促醒意图到脑电监测其效用的闭环，操作人员在实施多模态促醒手段时，可以实施通过脑电图观察患者脑神经活动，进而根据患者情况及时调整多模态系统刺激方案，实现个性化治疗。
附图说明
图1是视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统的硬件框图。
图2是控制模块中的软件系统框图。
图3是肩挂式气味释放仪的正面结构示意图。
图4是肩挂式气味释放仪的背面结构示意图。
图5是气味释放部的结构示意图。
附图标记说明：1、肩挂主体；2、连接带；3、气味释放部；31、气味储库；32、风扇安装腔；33、微风扇；34、出味孔；35、通气细孔；36、填充棉；37、电磁阀；4、后盖板；5、双密封结构；51、硅胶层；52、抵触端；6、主板仓；7、电池仓；8、线束；9、充电口；10、电源状态指示灯；11、工作状态指示灯。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
基于目前在实际应用上对意识障碍患者使用外周感觉刺激用于患者的促醒仍未形成系统可靠的综合标准治疗手段。
本实施例提出了一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，参照图1和图2所示，包括录制模块、音视频输出模块、气味输出模块、控制模块、脑电监测模块和无线通讯模块，录制模块、音视频输出模块、气味输出模块、脑电监测模块和无线通讯模块连接于控制模块。
控制模块内配置有音频录制系统、音视频播放系统、气味放送控制系统、被动思维诱导系统、语音识别与模拟系统、家属唤名嵌入系统、自主视频制作系统和脑电信号处理与数字化评估系统。
本申请解决了临床上对意识障碍患者进行感官刺激时，存在器械不成熟、操作不规范，单一刺激或者刺激物不当对患者的意识康复作用有限的现状，本申请在患者接受标准化多模态外周感觉刺激康复治疗的同时，引入脑电监测，实现无创、简便、提升意识康复效果并能够实时反馈患者治疗情况。
以下对该系统中设置的各个模块以及控制模块中配置的各个系统进行详细说明。
录制模块、音视频输出模块、气味输出模块、控制模块、脑电监测模块和无线通讯模块为设置在本意识康复系统中的硬件。音频录制系统、音视频播放系统、气味放送控制系统、被动思维诱导系统、语音识别与模拟系统、家属唤名嵌入系统、自主视频制作系统和脑电信号处理与数字化评估系统为配置在控制模块中的软件。
音视频播放系统用于将预先建立好的场景系统通过音视频输出模块进行播放，其中，场景系统中具有音视频数据。其中，音视频播放系统用于输出平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流，音视频输出模块通过无线方式或有线方式将平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流进行传输。
平面投屏是平面投屏音视频数据流传输到电视机或投影仪等设备播放，VR是VR音视频数据流传输到VR眼镜上播放，因此，用户可以根据需要选择对应的设备进行观看，通过将对应的设备通过有线或无线的方式与本系统进行连接即可。
在本实施例中，无线方式可以为蓝牙、WIFI等无线传输方式，无线方式即通过无线通讯模块与平面投屏设备(电视机或投影仪)、VR眼镜建立连接。有线方式可以为HDMI线缆传输，无线方式即通过线缆分别连接本系统的传输接口和平面投屏设备的传输接口，或本系统的传输接口和VR眼镜的传输接口。因此，音视频输出模块可以根据用户的选择进行无线方式或有线方式进行数据的传输。
场景系统中具有音视频数据，在本实施例中将场景系统可以分为各个主题，如美景、体育运动、户外活动、聚会、喜庆、刺激运动或惊悚等，每个场景系统中包含对应的音视频数据。场景系统通过音视频数据预先建立在本申请的意识康复系统中。因此，音视频播放系统将场景系统进行播放时，用户通过平面投屏设备或VR眼镜即可观看到场景系统中对应主题的音视频数据。
气味放送控制系统用于根据场景系统中的场景变化通过气味输出模块定时定量释放相应的气味。被动思维诱导系统用于结合场景系统中的场景变化设置相应的视听嗅任务指令，音视频播放系统和气味放送控制系统根据视听嗅任务指令进行相应的动作。
具体的，若场景系统中的主题为户外活动，场景系统中的音视频数据呈现在一个花园中，此时被动思维诱导系统配置一个视听嗅任务指令，视听嗅任务指令为在患者左侧喊患者的名字，因此，VR眼镜在左侧播放音频数据，并且在VR眼镜中镜头将往左引导，视频画面中左边有一棵桂花树，此时视听嗅任务指令为家属呼喊患者跑过来的视听嗅任务指令，VR眼镜中将同步播放进呼喊和奔跑的音视频数据，在VR眼镜中临近桂花树时，视听嗅任务指令为释放桂花味的气味，气味放送控制系统将通过气味输出模块分别控制左右两侧输出桂花味的气味，形成动态效果，后续通过特定的视听嗅任务指令，以使得音视频播放系统和气味放送控制系统进行相应的动作。
由此，本实施例通过配合立体方位的声音、气味和视频画面，引导患者被动地接受场景刺激，产生各脑区的神经元激活并产生主动的思维活动，使患者多脑区联动，形成除外周感官对映皮层刺激外的语言、情绪、逻辑、判断等处理脑区的联动刺激，最大限度激活脑区。其中，在客户定制的场景里，还会增加回忆场景，从而激活更多的相关神经元，增加促醒效果。
以下对气味输出模块进行详细说明。
参照图3和图4所示，气味输出模块采用肩挂式气味释放仪，肩挂式气味释放仪包括两个肩挂主体1，两个肩挂主体1通过连接带2进行连接，每个肩挂主体1内设置有若干气味释放部3，若干气味释放部3并排设置。本实施例中，肩挂主体1采用工程塑料材质，连接带2采用柔性材质，柔性材质可以为硅胶或者橡胶材质。
参照图5所示，气味释放部3包括设置在肩挂主体1内的气味储库31、以及设置在肩挂主体1内与气味储库31相通的风扇安装腔32，风扇安装腔32与气味储库31之间连通的通道安装有电磁阀37，风扇安装腔32内安装有微风扇33，肩挂主体1的正面设置有与风扇安装腔32相通的出味孔34，肩挂主体1的背面设置有与气味储库31相通的通气细孔35。其中，气味储库31内设置有填充棉36，填充棉36上浸润有气味原料。
通过在填充棉36上浸润气味原料，进而可以使得每个气味释放部3可以释放出一种气味，气味释放部3的数量可以根据实际情况进行选择，本实施例不作具体限定。需要释放对应气味释放部3的气味时，通过启动对应的气味释放部3的电磁阀37和微风扇33，微风扇33即可将气味储库31中的气味从出味孔34中吹出。
参照图3和图4所示，肩挂主体1的背面可拆卸安装有用于覆盖气味储库31的后盖板4，通气细孔35开设在后盖板4上。在一个实施例中，后盖板4通过卡扣连接在肩挂主体1上。在气味储库31中填充棉36没有气味后，通过将后盖板4在肩挂主体1上拆卸而下，即可对气味储库31中的填充棉36进行加注气味原料(气味剂)。
后盖板4与气味储库31之间设置有双密封结构5。双密封结构5包括硅胶层51和抵触端52，硅胶层52设置在后盖板4上且围绕通气细孔35、以及设置在气味储库31的底部，抵触端52设置在后盖板4上，由此，后盖板4覆盖在气味储库31上时，抵触端52压紧在气味储库31底部的硅胶层51，气味储库31压紧在后盖板4上的硅胶层51上，由此形成双密封结构5能够有效避免气味储库31中的气味逸散。
值得说明的是，通气细孔35穿透过后盖板4，从而能够保持微风扇33启动时，微风扇33能够将气味储库31中的气味从出味孔34中吹出，通气细孔35起到气流流通的目的。
其中一个肩挂主体1的背面开设有主板仓6，另一个肩挂主体1的背面开设有电池仓7，主板仓6内设置有电路板，电池仓7内设置有电池，电池上连接有线束8，线束8穿过连接带2连接在电路板上，线束8从连接带2的内部穿过。电路板连接至每个微风扇33和电磁阀37，电路板起到控制作用，能够单独控制每个微风扇33和电磁阀37启动或控制多个微风扇33和电磁阀37一起启动，电池能够为电路板和微风扇33和电磁阀37进行供电。
另一个肩挂主体1的背面设置有充电口9，充电口9电连接于电池。本实施例中，电池采用充电电池，通过充电口9上插接插头，能够给电池进行充电，从而保证肩挂式气味释放仪的电量续航。
肩挂主体1的正面设置有电源状态指示灯10和工作状态指示灯11。电源状态指示灯10和工作状态指示灯11连接于电路板，电源状态指示灯10和工作状态指示灯11用于显示电池的电量，电池电量充足时显示绿色，电池电量不足时显示红色，工作状态指示灯11在肩挂式气味释放仪工作时显示黄色。
值得说明的是，控制模块通过无线通讯模块与肩挂式气味释放仪连接，控制模块可以远程控制肩挂式气味释放仪工作，肩挂式气味释放仪即可根据视听嗅任务指令在气味放送控制系统的控制下进行相应的动作。
参照图1和图2所示，音频录制系统通过录制模块录制家属音频数据和/或家属视频数据，录制模块采用麦克风和摄像头，通过录制的家属音频数据或家属视频数据存储在本意识康复系统中，并且可以关联进入到场景系统中进行调用。
语音识别与模拟系统用于将录制的家属音频数据合成为场景系统中以供被动思维诱导系统调用的视听嗅任务指令。由此，通过将家属音频数据作为视听嗅任务指令，可以提高患者对声音的敏感度和大脑反应性，从而提高促醒效果。
家属唤名嵌入系统用于根据家属音频数据设置唤名频度、唤名时间节点和唤名声音大小。由此，通过家属唤名嵌入系统的设置可以进行患者的唤名刺激，可以引发最小意识障碍患者和植物状态患者不同的大脑激活。
自主视频制作系统用于将照片、视频和音乐制作成可供音视频播放系统播放的音视频数据，音视频数据可以作为场景系统中的素材以供用户自动调用，值得说明的是，上述照片、视频和音乐可以采用录制的家属音频数据或家属视频数据，也可以采用患者感应的照片、视频和音乐，具体的可以实际情况进行相应的选择。
脑电监测模块包含电极帽、信号采集单元、信号放大单元和信息处理单元，电极帽的数量设置有若干个，本实施例中电极帽的数量设置有6个，电极帽通过线缆连接至本意识康复系统，通过电极帽采集到患者的脑电信号后通过信号采集单元、信号放大单元和信号处理单元进行处理后，即可得到脑电波数据。
脑电信号处理与数字化评估系统用于将脑电监测模块所记录的脑电信号实时处理后本地存储或通过无线通讯模块传输至云平台，通过对该脑电波数据的实时观察，可以有效得知当前的促醒效果，若患者对当前场景系统下具有较强的大脑反应性，可以制定相应的促醒方案。
脑电信号处理与数字化评估系统还用于将脑电信号根据预设的评估模型生成评估结果，并根据每一次的评估结果生成时间轴对比图表。通过时间轴对比图表可以有效得知患者的意识康复状态，从而进行相应的促醒方案。
值得说明的是，在云平台中还存储有多个场景系统，本意识康复系统可以通过无线通讯模块在云平台中下载场景系统所包含的音视频数据。并且本意识康复系统也可以通过无线通讯模块连接移动终端，通过移动终端实现对本意识康复系统的远程控制，方便不同用户根据需求进行自主选择。
对于临床来说，意识障碍患者的意识康复在中国处于起步阶段，而意识康复又是患者治疗的关键要素和难点，外周感觉刺激作为一种疗法一直处在摸索阶段且无参考标准。目前临床医生如果为患者进行外周感觉刺激，势必带来巨大的工作量，同时还存在操作不便，效果不明等问题。而对于大量的居家管理的意识障碍患者，依靠家属的专业知识，更无法为患者做有效的感官刺激，但恰恰外周感觉刺激又是家庭护理促醒中最重要的板块。“视、听、嗅多模态协同诱导被动思维意识康复系统”的应用不仅解决了临床外周感觉促醒标准化问题，大大提高了医生的医疗效率，更同时实时反馈患者干预数据，便于医生及时调整治疗方案。而对于居家使用的患者，解决了家属的护理压力，让家属在家就能为患者进行科学的意识促醒，同时脑电干预数据也为患者再次求诊时为医生提供了动态完整的反馈记录，便于医生掌握患者的意识水平动态波动情况。因此本系统对提升医疗资源优化配置，减轻家属负担都具有重要的意义。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，包括音视频输出模块、气味输出模块和控制模块，所述音视频输出模块、气味输出模块连接于控制模块，所述控制模块内配置有音视频播放系统、气味放送控制系统和被动思维诱导系统；
所述音视频播放系统用于将预先建立好的场景系统通过音视频输出模块进行播放，其中，场景系统中具有音视频数据；
所述气味放送控制系统用于根据场景系统中的场景变化通过气味输出模块定时定量释放相应的气味；
所述被动思维诱导系统用于结合场景系统中的场景变化设置相应的视听嗅任务指令，所述音视频播放系统和所述气味放送控制系统根据所述视听嗅任务指令进行相应的动作；
其中，场景系统中的音视频数据呈现在花园中，所述被动思维诱导系统配置一个视听嗅任务指令，视听嗅任务指令为在患者左侧喊患者的名字，音视频播放系统在左侧播放音视频数据后将镜头往左引导，音视频数据中左边有一棵桂花树；所述被动思维诱导系统配置一个视听嗅任务指令，视听嗅任务指令为家属呼喊患者跑过来，音视频播放系统中将同步播放呼喊和奔跑的音视频数据，音视频数据中临近桂花树；所述被动思维诱导系统配置一个视听嗅任务指令，视听嗅任务指令为释放桂花味的气味，所述气味放送控制系统控制输出桂花味的气味，所述被动思维诱导系统后续通过视听嗅任务指令，使得音视频播放系统和气味放送控制系统进行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述音视频播放系统用于输出平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流，所述音视频输出模块通过无线方式或有线方式将平面投屏音视频数据流或VR音视频数据流进行传输。
3.根据权利要求1所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述气味输出模块采用肩挂式气味释放仪，所述肩挂式气味释放仪包括两个肩挂主体(1)，两个肩挂主体(1)通过连接带(2)进行连接，每个肩挂主体(1)内设置有若干气味释放部(3)，若干气味释放部(3)并排设置。
4.根据权利要求3所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述气味释放部(3)包括设置在所述肩挂主体(1)内的气味储库(31)、以及设置在所述肩挂主体(1)内与所述气味储库(31)相通的风扇安装腔(32)，所述风扇安装腔(32)与所述气味储库(31)之间连通的通道安装有电磁阀(37)，所述风扇安装腔(32)内安装有微风扇(33)，所述肩挂主体(1)的正面设置有与所述风扇安装腔(32)相通的出味孔(34)，所述肩挂主体(1)的背面设置有与所述气味储库(31)相通的通气细孔(35)。
5.根据权利要求4所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述气味储库(31)内设置有填充棉(36)，所述填充棉(36)上浸润有气味原料。
6.根据权利要求1所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，该系统还包括录制模块，所述控制模块内还配置有音频录制系统，所述音频录制系统通过录制模块录制家属音频数据和/或家属视频数据。
7.根据权利要求6所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述控制模块内还配置有语音识别与模拟系统，所述语音识别与模拟系统用于将录制的家属音频数据合成为场景系统中以供所述被动思维诱导系统调用的视听嗅任务指令。
8.根据权利要求6所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述控制模块内还配置有家属唤名嵌入系统，所述家属唤名嵌入系统用于根据家属音频数据设置唤名频度、唤名时间节点和唤名声音大小。
9.根据权利要求6所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，所述控制模块内还配置有自主视频制作系统，所述自主视频制作系统用于将照片、视频和音乐制作成可供所述音视频播放系统播放的音视频数据。
10.根据权利要求1所述的一种视听嗅多模态协同诱导激活多脑区联动意识康复系统，其特征在于，该系统还包括脑电监测模块，所述脑电监测模块连接于控制模块，所述控制模块内还配置有脑电信号处理与数字化评估系统，所述脑电信号处理与数字化评估系统用于将脑电监测模块所记录的脑电信号实时处理后本地存储或传输至云平台，所述脑电信号处理与数字化评估系统还用于将脑电信号根据预设的评估模型生成评估结果，并根据每一次的评估结果生成时间轴对比图表。
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