CN1555243A - 视觉检查的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种执行视觉检查的系统(10)和方法，包括：显示一系列由病人观察的视觉刺激，所述系列包括逐行显示的模式(18，19)，并且检测表示响应所述视觉刺激的感觉的病人视觉诱发电位电信号。系统(10)包括视觉诱发电位记录和测量设备(11)、计算机(14)、监视器(15)、键盘(16)、电极(20、21、22)和视觉刺激产生设备(23)。使感觉刺激的表示与对诱发电位信号采样的速率同步。

Description

视觉检查的系统和方法

技术领域

本发明通常涉及医学诊断的检测领域，更具体地，涉及通过检测和测量作为对感觉刺激的感觉结果的诱发电位来测试听觉和视觉的系统和方法。尤其，本发明面向使用诱发电位来进行视觉检查的系统和方法，其中周期的感觉刺激表示和记录诱发电位响应信号的采样速率是同步的。

背景技术

在医学检查领域中为了帮助诊断，不论在医院环境、实验室或诊所会执行各种类型的检查。这样的检查包括从简单的观察病人到复杂的检查和诊断设备的使用，其中对病人施加电刺激，并且记录、测量和分析产生于病人的电响应信号。心电图信号显示病人的心脏状况，以及被用来检测心脏病发作或其他心脏状况。另外所熟悉的医学诊断测试是脑电图，其使用刺激从病人大脑产生电信号，所述电信号能够以电位的形式测量(被称作诱发电位)，并且显示病人的大脑活动。从脑电图测试中所记录的数据对确定突发性等疾病或者帮助医生诊断脑损伤是有用的。其他测试方法也使用用于诊断各种其他疾病的诱发电位，所述疾病包括中枢神经系统、听觉系统和视觉系统的疾病。通过测量对感觉刺激的电响应确定诱发电位。当刺激应用到人的特殊感觉时，在对管理特殊感觉起作用的大脑信息处理部分诱发对应的脑电位。通过使用放置在人的头皮上的电极所检测的电信号，来检测和测量对应于所包含特定感觉的大脑信息处理中心的区域中的这样的诱发脑电位。

因为个体不是总能够表示对视觉刺激的响应或者描绘所产生的视觉障碍，所以视觉诱发电位(VEP)是响应视觉刺激的诱发电位，并且对于帮助婴幼儿中的眼疾诊断是特别有用的。视网膜包含多于一亿三千万个光感体细胞，这些细胞将光转换为经处理以适合于一定特征的神经脉冲，所述神经脉冲通过视觉神经发送到大脑，在大脑中所述神经脉冲被解释。连接到眼睛的肌肉控制眼睛的移动。眼睛结构的先天缺陷、事故造成的外伤、疾病和随年龄的衰退全都导致眼睛功能失调。在大脑中的信息处理实质上是电化学的作用。诱发电位是由感觉刺激引起大脑的电响应。由视觉刺激产生的大脑的电响应是视觉诱发电位。这些视觉诱发电位中的变化能够用来体现沿着视觉通道的反常现象。这些视觉通道由细胞的连接而相互连接，其始于视网膜中的光感体细胞，通过水平细胞、双极细胞和无长突细胞，然后到达神经节细胞，这些通道缠绕在一起形成通向丘脑中细胞的视神经纤维，然后通向视觉皮层中的细胞。视网膜不记录图像，并且也不传输图像到大脑。而是视网膜生物地选择和吸收到达视网膜的模式中有用的信息特征，并且在神经网络中通过交互的手段发送所选择滤波的消息。然后，通过类似的手段，信息的处理还发生在大脑中，但是在神经系统网络中存在更复杂的交互。在电传输中的异常是来自沿着视觉通道的细胞反应中的期望模式的变异。相信所述异常对许多疾病和影响大脑、中枢神经系统、眼睛和耳朵的状况提供有用的见识。所以，在婴幼儿中检测可能的视觉损害的一种方式是记录和测量响应视觉刺激的视觉诱发电位。视觉诱发电位分析器能够用在疾病和大脑、中枢神经系统、眼睛和耳朵的状态的筛选。视觉诱发电位分析器通过分析大脑的电响应来检测病人大脑的功能异常。当某些显示在视频屏幕的光的快速变化模式被观察到时，则异常产生。这些电响应被称作电位。无损害地连接到头皮的传感器容许视觉诱发电位的测量，并且被广泛地用在视觉的基础研究和帮助神经和眼的不正常的诊断。然而，由于这些传感器从大脑的大片区域记录视觉诱发电位，以前，存在困难或不可能检验特定的神经处理的这些记录波形中的相关变化。

至今，视觉诱发电位系统已经用来测试婴儿对视觉刺激的响应，以便确定可能存在的弱视。在一生中没有尽可能早地检查出弱视现象，在成年后能够导致不可治愈的视觉问题。然而，如果较早查出，弱视能够有效地治愈。所以，已经合意地开发出对婴儿和其他成人执行视觉诱发电位测试的系统。被称作VENUS系统的这种系统迄今已由Neuroscientific公司商品化，并且在标题为“An Electrophysiological technique for Assessment of the Development ofSpatial Vision”，Optometry and Vision Science，Vol.74，No 9，September 9，1997中给予说明。

在美国，耳朵感染或中耳炎是医生调查学龄前儿童的主要原因。估计一年有多于二千四百万次的家庭医生就诊。对于在1975年至1990年间这样的感染增至三倍的二岁以下儿童治疗的问题是严重的。在六岁之前承受重复的耳朵感染的儿童经常经历临时的失聪、说话迟钝、协调困难、以及永久失聪。同样地，许多婴儿(大约1000个新生儿中有4个)存在听力减弱问题，这将引起讲话、语言和意识发展的延迟。许多例子中，直到孩子二或三岁时才发现失聪和不能正常讲话。本发明也适合于提供早期检测婴幼儿听力障碍的眼睛和耳朵问题的检查。

涉及用VEP的测试和检查的关注点是VEP响应的采样速率有可能不与视觉刺激的周期的显示同步。不能实现这样的同步就使得读取和中断结果数据是困难的，并且可以导致不可靠的结果和可能的错误诊断。所以，不与采样速率同步的VEP响应所获得的是不客观的和不可靠的分析。至今，用来实现这样的同步的方法利用外部触发信号来启动数据采样，所以，在采样速率中缺乏灵活的能力，并且导致系统过大和不紧凑，以及不受到技术人员和义务人员的青睐。

发明内容

所以，本发明的目的在于提供一种使VEP采样速率与视觉刺激的显示同步的系统和方法，其克服了现有技术的缺点。

本发明更特殊的目的是提供一种通过确定是否已经显示了刺激模式的逐行显示器的特定行，以及通过对计算机的CPU产生中断信号来使VEP采样速率与视觉刺激的显示同步的系统和方法，所述计算机的CPU控制刺激的显示和VEP数据的采样，以便启动和执行VEP数据的采样，以及，刷新用于下一帧图像显示的视频RAM的内容。

本发明的又一目的是提供一种利用产生中断信号和行计数的商业可获得的部件来使VEP采样速率与视觉刺激的显示同步的系统和方法。

对于本领域的技术人员在理解了以下描述的本发明后，其他目的、特征和本发明的优势将是明显的。

所以，本发明引导一种执行视觉检查的系统和方法，其包括在逐行模式显示器中显示一系列视觉刺激以便被病人观察，以及检测对视觉刺激所响应的病人的视觉诱发电位。将对所显示的每个视觉刺激系列的每个刺激响应的视觉诱发电位的电信号的表示转换为数字化的数据，并记录和测量。通过确定是否已经显示了逐行显示器的特定行，以及通过产生计算机的中断请求信号以便启动和执行视觉诱发电位信号的采样并重新闪现用于下一帧图像显示的视频RAM的内容，使得视觉刺激的显示与对响应的视觉诱发电位信号的采样速率同步。

附图说明

参考附图，将完全地说明本发明的上述和其他目的、特征和优点。

图1是说明本发明整体结构的方框图；

图2是用于本发明的一种视觉刺激类型的说明图；

图3是说明现有同步技术结构的方框图；

图4是说明本发明的同步系统的结构方框图；

图5是说明使视觉诱发电位采样速率与视觉刺激同步过程的流程图；

图6是说明用在本发明的中断服务程序的处理的流程图。

具体实施方式

通常，本发明的系统包括视觉刺激器、带有增强VEP信号的放大器的数据获取装置、以及观看结果的监视器。具体地讲，如图1所描述的本发明的系统10包括连接到计算机14的中央处理单元的视觉诱发电位记录和测量设备(或数据获取部件)11，所述中央处理单元用于控制VEP记录和测量设备11的操作和运行。VEP记录和测量设备11包括用于增强获取的VEP信号的放大器12，以及用于将信号转换为数字化形式的模数转换器13。为了病人安全，所述放大器与眼睛分开，其具有高共模抑制比、低噪声、以及对弱信号和频率应用的稳定性。计算机14连接到监视器15用于显示被VEP记录和测量设备11捕获的数据，以及用于提供一种向操做人员传送对病人17执行有关检查的操作信息的手段。连接到计算机14的键盘16提供一种向计算机输入涉及要检查的主题的信息手段。在大脑中对刺激的响应通过无损害地连接到病人头皮的传感器拾取，并经数据获取部件放大、数字化、记录和分析。可任意使用的电极20、21和22被分别放在病人头皮上的视觉皮层、前额皮层和顶骨皮层处。通过电线将电极20、21和22连接到VEP记录和测量设备11。连接到计算机14，并被其控制的视觉刺激产生设备23用于产生将被病人感觉的视觉刺激。也可以使用放置在刺激产生设备23和病人17之间的罩套24，以便增强病人对所显示的视觉刺激的注意。所述刺激是一或二维光模式的高阶可变数组(highly variable array)。这些刺激能够被快速调整和变化(即，在约60Hz或更高的帧速率)，以及能够在从白到黑灰度级的全范围内改变主亮度和对比度。通过容许单独地改变模式的不同区域或使之与静态区形成对照，所述系统能够进行特殊的和详细的视觉诱发电位的测量，以及执行所有传统的视觉诱发电位检查。

本发明包括由计算机14执行的软件，用于根据检查程序的启动，在监视器15上显示图形的用户界面(GUI)。所述GUI容许操作员输入诸如名字、生日和身份证号等病人的数据。在系统中输入病人的数据后，随着在用于病人观察的刺激产生设备23的刺激显示屏25上显示视觉刺激，开始视觉检查。由设备23产生的视觉刺激被启动，并且由计算机14控制。所述刺激由可变空间模式扫描(sweeps of variable spatial patterns)以水平光栅(grating)的形式构成，所述水平光栅随着持续大约1秒的每个这样的模式的显示从厚到薄变化。图2是说明对病人显示的刺激显示类型的示例图。所述显示由交替的并在水平方向上形成对比的亮带18和暗带19的模式30组成。本发明的系统使所述刺激产生设备23在视觉显示屏25上显示一系列的模式。该系列典型地由将显示的六种不同的模式组成。每种模式的显示持续大约1秒。每种模式按照每个带的厚度不同于其他模式。在显示的系列中，第一个显示的模式具有最宽的带宽，并且显示的每个随后的模式具有较窄的带宽。多组显示(每组包括一系列五个的扫描)将展现给病人，以便被病人的每只眼睛观察。每组由一系列五个的扫描组成，其中每个扫描是一系列六个模式的连续相继显示。通过在输入设备上输入命令，例如连接到计算机14的键盘16，操作员可以改变所述显示的系列和组，以及在完成每个系列和组后，操作员能够启动下一个显示的系列或组的显示。一组显示将显示给病人的每只眼睛。关于每个视觉刺激显示的跟踪信息将显示在监视器15上，以便操作员可以跟踪显示活动。在完成视觉刺激组的显示后，本发明的系统将在监视器屏幕15上显示检查结果。

本发明的特征是使用计算机控制技术使周期视觉刺激与用于记录VEP信号响应的采样速率同步。这种同步方法包括中断请求信号的使用(IRQ)，该中断请求信号产生于计算机图形卡和中断处理程序，以对VEP信号响应采样和在同一时间逐帧显示所述刺激。产生于计算机图形卡的中断请求信号是水平的或垂直的同步相关信号。这样，IRQ信号与监视器帧速率同步。使用IRQ信号作为定时控制，完成在刺激的周期和VEP采样速率之间的同步。

在视觉刺激响应中产生的视觉诱发电位信号由模数转换器13数字化，以便计算机处理。为了分析在频域中的VEP稳定状态响应和使在VEP傅立叶分量中的计算误差最小，模数转换VEP采样速率必须与所述刺激显示同步。一旦周期的刺激显示给一个对象，所产生的VEP在某一开始周期有瞬间的过程，例如，100ms。这个周期后，所述VEP响应达到它的稳定状态，即，从统计的角度所述响应变成可重复的周期信号。周期信号能够表达为具有不同振幅、相位和多个频率的正弦曲线的总和。这些频率分量被称作傅立叶分量。

实现同步的传统方式包括从使用专用计算机图形卡产生的触发信号来击活VEP采样的模数转换。如此的传统技术在图3中进行了说明。在这项技术中，专用计算机图形卡350与模数(也称作“ADC”)转换卡351相连。ADC卡351和图形卡350通过计算机总线352(例如，产业标准结构(ISA)或者外围部件相互连接(PCI)总线)与计算机相连。当在显示屏幕25上显示所述视觉刺激时，图形卡350向ADC卡351发送帧速率同步触发信号。当接收每个触发时，ADC卡351记录所述对刺激及时响应的VEP的采样。触发信号的频率比率和视觉刺激屏幕帧的速率被计算机在用户能够调整同步采样速率方式的图形卡350上预先设置。例如，在计算机中的软件能够在一帧中预先设置触发速率两次。所以，如果帧速率是75Hz，然后被触发击活的采样速率是150Hz。计算机的CPU 353通过桥354连接到总线。所述图形卡350向用于刺激显示的视觉刺激显示屏幕25产生规则(regular)的视频信号。在VEP采样期间，图形卡350也产生帧速率同步触发360，该触发被传输到ADC卡351以触发每个数据采样。

图4是说明使VEP采样速率与视觉刺激同步的本发明系统的结构图。在这个实施例中，不要求外部触发。图形卡450和ADC卡451是商用产品，其通过标准PCI总线452和桥457与计算机CPU 453相连。图形卡450向视觉刺激产生设备23产生规则的视频信号以用于模式的刺激显示。卡450包括对显示在显示屏幕25上的水平行进行计数的行计数寄存器。在VEP检查过程中，图形卡450通过商用产品中断控制器455还产生中断信号454(IRQ)。中断控制器455通过主机总线456与计算机CPU 453通信。所述中断信号的定时由显示行计数确定，该显示行计数被计算机14在图形卡450上设定。当CPU 453接收来自图形卡450的每个中断信号时，它中断它的当前程序并设立中断服务/处理程序。在这个程序中，CPU 453击活ADC卡451以对VEP采样并刷新视频RAM，即，将模式数据装入视频卡以用于下一帧的显示。

图形卡450也有行比较器。当行计数达到设置在行比较器中的值时，卡450产生所述中断信号454。通过在行比较器中设置预定的值，所述中断定时能够被计算机控制。也能够为下一个中断信号在行比较器中设立行计数。

因此，显示刺激与数据采样的同步完全被系统软件控制，而不需要任何硬件调整。图5是说明用于同步VEP采样速率与视觉刺激的中断技术的处理图。在步骤501，图形卡启动和执行在视觉刺激监视器上的逐行刺激显示。在步骤502，确定是否视觉图像的特定的或预定的行已经显示。如果已经显示，在步骤503，视频RAM内容被推进(push into)显示设备23/25以便显示所述模式，并且行计数被设置到零。如果还没有显示所述视觉刺激图像的预定的特定的行，跳过步骤503，并且在步骤504确定是否视觉图像显示的行已经达到在图形卡行比较器中预设的计数。如果已经达到，然后向计算机CPU453产生中断请求信号(IRQ，如虚线454所示)。计算机CPU 453上的应用程序506控制中断初始化过程。程序506设置图形卡上的行计数以用于产生在帧中的第一中断，并且初始化视频RAM内容以用于要显示的第一模式。然后，CPU对应用程序508(用于普通系统的操作和监视)产生IRQ。当CPU从图形卡收到每个中断请求信号时，它中断程序508，并且转到中断服务程序507。在这个程序中，计算机击活所述ADC卡以对VEP采样和重新闪现用于下一模式的帧图像显示的视频RAM的内容。

所述中断服务程序结合图6进行说明。第一步601清除中断请求并且从ADC卡读取数据以对VEP采样。在步骤602，确定是否这是帧中最后的中断。如果是最后的中断，在步骤603，设置行计数器以用于下一帧的第一中断。如果不是最后的中断，在步骤604，设置行计数器以用于同一帧的下一中断。在任一情况中，在步骤605，启动用于要显示的下一视觉图像的视频RAM内容，并且终止所述中断服务程序，以及服务返回到所述应用程序。

已经结合阐明本发明原理的一些优选实施例来描述和说明了本发明。然而，应该理解本领域的技术人员容易做出各种调整和改变，并且不限于本发明在这里所描述和显示的实施例的结构和操作。例如，本发明的系统和方法有用于各种病人对刺激的响应而产生诱发电位的医学检查。这样的检查能够涉及听觉能力、行走能力、神经响应和其他、以及视觉能力。所以，另外的调整和等同可以认为落在权利要求所定义的本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于执行医学检查的系统，包括：

提供一系列被病人感觉的感觉刺激的装置；

用于产生表示响应所述感觉刺激的所述病人的诱发电位电信号的装置；

用于检测所述信号并连接到所述产生装置的装置；

用于放大所述信号并连接到所述检测装置的装置；

用于记录表示所述信号的数据并连接到所述放大装置的装置；

用于测量所述数据并连接到所述记录装置的装置；以及

用于通过产生用于启动和执行采样的中断请求信号，使所述感觉刺激系列的表示与对所述诱发电位信号采样的速率同步，并连接到所述测量装置的装置。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述医学检查是视觉检查，其中用于提供所述系列感觉刺激的装置包括连接到显示屏的由计算机操作的视觉刺激产生设备，所述显示屏显示由病人视觉观察的多个模式。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述多个模式包括形成对比的水平方向的亮带和暗带，所述多个模式的每个模式按每个带的厚度系列中的而与其他模式不同。

4.如权利要求3所述的系统，其中用于检测所述电信号的所述装置包括连接到病人头皮的、并与视觉诱发电位记录和测量设备连接的多个电极。

5.如权利要求4所述的系统，其中用于放大所述信号的装置对产生数据的所述信号进行放大，并且还包括转换所述信号为数字化数据的装置。

6.如权利要求5所述的系统，其中用于使所述感觉刺激的表示与对所述诱发电位信号采样的速率同步的所述装置包括：用于向所述视觉刺激产生设备产生视频信号的计算机图形卡，所述图形卡与所述计算机的CPU链接并与所述视觉刺激产生设备连接，所述图形卡包括用于对显示在显示屏上的水平线计数的行计数寄存器，以及与所述图形卡连接的中断控制器，以便所述图形卡按预定时间周期产生用于启动和执行所述数据采样的中断请求信号。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述图形卡还包括行比较器，以便当所述行计数达到在所述行比较器中的预定值时，所述图形卡产生所述中断信号，由所述计算机按照所述行比较器中的预定所述值控制所述中断信号的定时。

8.一种执行视觉检查的方法，包括：

显示一系列由病人观察的视觉刺激，所述系列包括逐行显示的多个模式；

检测表示响应所述视觉刺激的感觉的病人视觉诱发电位电信号；

记录所述电信号，所述电信号表示所述显示的系列视觉刺激中的每个刺激的所述视觉诱发电位；以及

通过产生用于启动和执行所述记录的中断请求信号，使所述系列视觉刺激的所述显示与记录所述电信号的速率同步。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述同步包括确定所述逐行模式显示器的预定行的显示，以及对控制所述显示的计算机产生所述中断信号，以便当已经检测到所述预定行时，启动所述视觉诱发电位信号的记录并且重新闪现用于下一帧视觉刺激图像显示的视频RAM的内容。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述中断请求信号是从计算机图形卡产生的。

11.一种同步方法，其在用于执行视觉检查的系统中，使一系列感觉刺激的表示与对所述感觉刺激的视觉感觉响应的视觉诱发电位信号的采样速率同步，所述系统具有由带有行比较器的计算机图形卡控制的视觉刺激产生设备，其中所述系列感觉刺激是多个模式，所述系列的每个模式包括逐行视觉图像，并且不同于所述系列的其他模式，其中所述系列显示给病人的每只眼睛，用于产生和检测表示所述病人的视觉诱发电位的电信号，所述同步方法包括检测所述视觉图像的特殊行的表示、根据所述预定行的检测启动所述系列中的下一个模式的显示、重新设置所述行计数为零、检测是否达到所述图形卡行比较器中的预设计数、以及对所述计算机的CPU产生中断请求信号。

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