CN217408819U - 基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，包括近红外光检测传感器、光电信号处理器、视觉刺激呈现装置、眼动检测装置、信号采集传输装置和数据分析处理装置，光电信号处理器与近红外光检测传感器连接，用于驱动近红外光检测传感器，并进行光电转换信号处理；眼动检测装置与视觉刺激呈现装置连接，用于跟踪被试者的眼动轨迹信号；信号采集传输装置分别与光电信号处理器和眼动检测装置连接，分别采集近红外光谱的脑血氧信号和眼动数据，同时将数据传输给数据分析处理装置，并呈现分析数据。本实用新型对被试施加虚拟场景刺激的同时，同步采集眼动与脑血氧检测进行联合分析，进一步提高该系统的集成以及评估准确性。

Description

基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统

技术领域

本实用新型涉及意识障碍患者检测领域，具体涉及一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，主要应用于以意识障碍为代表的脑损伤后严重失能患者和借助残存意识进行有效交流的临床需求。

背景技术

由于意识障碍患者的视觉、听觉、运动和语言功能普遍受损，研究表明：目前，依靠临床检查中的误诊率高达43％。意识障碍残存意识检出困难、标准化差，无法有效导出是限制意识障碍(Disorders of consciousness， DOC)人群获得更好功能康复的关键瓶颈之一。因此，准确识别该类患者的意识水平对确定诊疗策略具有重要意义。眼球活动由于涉及的系统相对简单，眼动及视物追踪往往是DOC患者最早出现的稳定且直观的行为学征象，利用眼球运动进行意识检测、功能训练及残存意识的导出，是有效且易行的对失能患者的人机交互及辅助交流解决方案及切入点。

单纯使用行为学及眼球追踪技术，仍然是对临床表征的一个外在观察，提高检测可靠性及稳定性，需要借助辅助检测与评价设备对脑功能活动进行检测与评估。目前，脑功能评价常使用功能MR和基于脑电的神经电生理手段，但对于DOC患者，功能MR由于检测昂贵，无法实施长期、反复训练中的任务监测，EEG在DOC患者头部损伤、变形、颅骨缺损及金属材料修补的干扰下，记录准确性下降。

实用新型内容

本实用新型目的是解决现有技术中针对意识障碍患者依靠经验评定误诊率高、标准化差，无法及时捕获早期恢复的微弱意识，难以有效导出的问题，为此，本实用新型提供了一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，所述系统包括近红外光检测传感器、光电信号处理器、视觉刺激呈现装置、眼动检测装置、信号采集传输装置和数据分析处理装置，所述光电信号处理器与所述近红外光检测传感器连接，用于驱动所述近红外光检测传感器，并对其进行光电转换信号处理；所述眼动检测装置与所述视觉刺激呈现装置连接，用于跟踪被试者的眼动轨迹信号；所述信号采集传输装置分别与所述的光电信号处理器和眼动检测装置连接，分别采集基于近红外光谱的脑血氧信号和眼动数据，同时将数据传输给数据分析处理装置，并呈现分析数据。

进一步地，所述系统中还设有视觉补光装置和摄像头模组，其分别设置于所述视觉刺激呈现装置上，所述眼动检测装置分别与所述的视觉补光装置和摄像头模组电性连接，用于在启动所述视觉刺激呈现装置时，同时启动视觉补光装置和摄像头模组开启。

优选地，所述视觉刺激呈现装置为VR图像呈现模组，用于给被试者特定的视觉刺激。

进一步优选地，所述视觉刺激呈现装置为虚拟现实眼镜，其上设有用于呈现场景的镜片或屏幕。

进一步优选地，所述视觉补光装置为呈点阵环绕所述镜片或屏幕周围的近红外光源。

所述数据分析处理装置为带有数据处理器的计算机或移动终端。

优选地，所述近红外光检测传感器为脑血氧探头，其设置于所述视觉刺激呈现装置上，且位于所述镜片或屏幕上边缘的上方位置，并与佩戴后被试的额头位置相对应。

优选地，所述摄像头模组为近红外摄像头，其分别设置于所述镜片或屏幕的下边缘位置。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

A.本实用新型提供的近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其采用近红外光检测传感器检测组织血氧变化，与功能MR相比具有较高的时间分辨率，信息更加丰富；与EEG相比空间定位能力更好，具有易于布设、可长时程、连续监测的功能，非常适合DOC患者需要床旁、连续、多次检测的需求，本实用新型通过眼动追踪并配合近红外光谱检测技术，将会进一步提高该系统的集成以及评估准确性。

B.本实用新型可通过所提供的意识检测及评价系统，对眼动及视物追踪等意识恢复早期征象进行深入研究，借助基于虚拟现实的视觉界面增强及近红外光谱同步脑功能检测技术，在虚拟现实眼镜的硬件环境上搭建眼动跟踪，完成眼动追踪实现目标盯视、追踪、识别及点选命令输出的可分级及递进式检测、分析与意识水平相关性，完成意识训练及辅助输出系统的研制，实现意识早期精准评定及高效辅助功能。

C.通过本实用新型所提供的虚拟现实技术增强对DOC患者注意力的吸引，并可增加多层次、多级别的虚拟环境与场景，提高眼动追踪的引出率及稳定性，通过采用虚拟现实眼动技术配合近红外光谱检测技术将会进一步提高该系统的集成以及评估准确性；同时，通过近场虚拟现实眼镜给被试施加刺激，解决传统眼动仪无法解决的两个眼球分离或不同步活动，不能确定有效眼动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提供的意识检测与评价系统中的视觉刺激呈现装置结构示意图；

图2是本实用新型所提供的系统组成及连接关系结构示意图；

图3是本实用新型所提供的系统原理结构简图。

图中标识如下：

1-视觉刺激呈现装置，11-镜片或屏幕；2-视觉补光装置，3-摄像头模组；4-近红外光检测传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，包括近红外光检测传感器、光电信号处理器、视觉刺激呈现装置、眼动检测装置、信号采集传输装置和数据分析处理装置，光电信号处理器与近红外光检测传感器连接，用于驱动近红外光检测传感器，并对其进行光电转换信号处理；眼动检测装置与视觉刺激呈现装置连接，用于跟踪被试者的眼动轨迹信号；信号采集传输装置分别与光电信号处理器和眼动检测装置连接，分别采集基于近红外光谱的脑血氧信号和眼动数据，同时将数据传输给数据分析处理装置，通过对眼动参数和脑血氧变化分析，再结合视觉参数和血氧参数的意识评价分析模型进行分析处理，并呈现给被试或主试人员分析结果数据，如图3所示，通过实时采集视觉参数和近红外光谱，对所采集信号进行动态预处理，结合动态视觉参数和血氧参数进行实时的多模态参数分析，最终得出被试的意识分析结果。

为了更清楚地呈现刺激图像，本实用新型还在系统中设有视觉补光装置和摄像头模组，其分别设置于视觉刺激呈现装置上，眼动检测装置分别与视觉补光装置和摄像头模组电性连接，用于在启动视觉刺激呈现装置时，同时启动视觉补光装置和摄像头模组开启，以实现对眼动信号的准确采集。这里的视觉刺激呈现装置可以为呈现图片或视频的显示器，本实用新型优选采用VR图像呈现模组，用于给被试特定的视觉刺激。比如，可以给被试佩戴虚拟现实眼镜，同时将视觉补光装置和摄像头模组设置在虚拟现实眼镜上，视觉补光装置为呈点阵环绕镜片或屏幕11的多个近红外光源，而摄像模组为设置于镜片或屏幕11下方的近红外摄像头，被试佩戴时，近红外摄像头可以将被试的眼动信息传输给眼动检测装置，以供眼动检测装置对被试的眼动情况进行分析。

本实用新型通过佩戴虚拟现实眼镜，在镜片或屏幕上施加虚拟场景刺激图像或视频，从而显著增强对DOC患者注意力的吸引，适合DOC患者需要床旁、连续、多次检测的需求；还可通过增加多层次、多级别的虚拟环境与场景，提高眼动追踪的引出率及稳定性；同时，通过配合近红外光谱检测技术，进一步提高该系统的集成以及评估准确性。

眼动检测装置通过驱动视觉补光装置和摄像头模组进行补光和视频图像捕获，同时，信号采集传输装置分别控制光电信号处理器和眼动检测装置，用于采集基于近红外光谱的脑血氧信号和眼动数据，同时将数据传输给数据分析处理装置进行数据处理，并显示给主试和/或被试。这里所采用的数据分析处理装置为带有数据处理器的计算机或移动终端，所采用的近红外光检测传感器4为脑血氧探头，如图1所示，其设置于视觉刺激呈现装置1上，且位于镜片或屏幕11上边缘的上方位置，并与佩戴后被试的额头位置相对应，通过脑血氧探头可以直接对被试的脑血氧信息进行采集。

其中的数据分析处理装置用于对眼动信号和脑血氧信号进行分析处理，得出被试的意识障碍程度的相关检测结论。

本系统所采用的动态视觉追踪技术在情绪分析、心理障碍、注意缺陷多动障碍等多个领域进行了广泛的研究，并获得了很大进展。例如，运用眼动技术探索孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder，ASD)与注意缺陷多动障碍(attention deficithyperactivity disorder，ADHD)的眼动特点及区别，建立两者眼动诊断模型，能够为临床提供客观的诊断指标。情绪与眼动之间也是密切相关，有研究发现，不同情绪效价会使表象生成过程产生不同规律性的眼动分化，积极情绪与消极情绪对表象生成过程也会产生不同的眼动行为，进一步加强情绪与表象之间的关系。通过快速的捕获眼动特征能够分析出被试的情绪波动。意识障碍人群伴随着不完整的情绪表达和差异化的眼动特征，同时也伴随着活跃程度不同的脑功能状态。本实用新型系统通过眼动的捕获和近红外光谱脑血氧的检测，基于内置的视觉参数和血氧参数的意识评价分析模型，能够很好的反映出意识障碍人群的脑功能差异所表现出来的意识障碍程度。通过实时分析基于动态视觉和脑血氧的联合参数，可客观的对意识障碍水平进行量化分级。

本实用新型未述之处均适用于现有技术。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述系统包括近红外光检测传感器(4)、光电信号处理器、视觉刺激呈现装置(1)、眼动检测装置、信号采集传输装置和数据分析处理装置，所述光电信号处理器与所述近红外光检测传感器(4)连接，用于驱动所述近红外光检测传感器(4)，并对其进行光电转换信号处理；所述眼动检测装置与所述视觉刺激呈现装置(1)连接，用于跟踪被试者的眼动轨迹信号；所述信号采集传输装置分别与所述的光电信号处理器和眼动检测装置连接，分别采集基于近红外光谱的脑血氧信号和眼动数据，同时将数据传输给数据分析处理装置，并呈现分析数据。

2.根据权利要求1所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述系统中还设有视觉补光装置(2)和摄像头模组(3)，其分别设置于所述视觉刺激呈现装置(1)上，所述眼动检测装置分别与所述的视觉补光装置(2)和摄像头模组(3)电性连接，用于在启动所述视觉刺激呈现装置(1)时，同时启动视觉补光装置(2)和摄像头模组(3)开启。

3.根据权利要求2所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述视觉刺激呈现装置(1)为VR图像呈现模组，用于给被试者特定的视觉刺激。

4.根据权利要求3所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述视觉刺激呈现装置(1)为虚拟现实眼镜，其上设有用于呈现场景的镜片或屏幕(11)。

5.根据权利要求4所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述视觉补光装置(2)为呈点阵环绕所述镜片或屏幕(11)周围的近红外光源。

6.根据权利要求4或5所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述数据分析处理装置为带有数据处理器的计算机或移动终端。

7.根据权利要求6所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述近红外光检测传感器(4)为脑血氧探头，其设置于所述视觉刺激呈现装置(1)上，且位于所述镜片或屏幕(11)上边缘的上方位置，并与佩戴后被试的额头位置相对应。

8.根据权利要求7所述的基于近红外光谱和动态视觉追踪的意识检测及评价系统，其特征在于，所述摄像头模组(3)为近红外摄像头，其分别设置于所述镜片或屏幕(11)的下边缘位置。

Images