生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，包括个性化视听刺激装置、意识障碍评估模块和经颅直流电刺激装置，个性化视听刺激装置同时提供诊断的刺激和意识的唤醒方案；意识障碍评估模块包括脑电采集器、集成模拟前端、主控单元、蓝牙单元、电源管理单元。脑电信号采集器通过接口与集成模拟前端相连，集成模拟前端与主控单元相连；主控单元根据脑电特征值控制经颅直流电刺激装置，并通过蓝牙单元将脑电数据传输到个性化视听刺激装置来控制不同的个性化视听刺激方案，电源管理单元为相关部件供电。本发明专利技术将意识障碍的检测、诊断及康复一体化，可根据检测结果动态调节唤醒方案，有效性高，结果准确，对早期意识的恢复具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统
本专利技术涉及生物脑电信号
，具体涉及一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统。
技术介绍
意识障碍是严重脑损伤后常见的临床症状，分为脑死亡、昏迷、植物状态、微意识状态、闭锁综合征(实为清醒，但列在此系列研究)。我国每年新增意识障碍患者约10万例，每年需花费高达10-50万元的治疗和护理费用，如此庞大的患者数量和巨额费用给家庭和社会带来了巨大负担。目前临床上主要依靠各种评分量表及医师经验对意识障碍的程度及预后进行评价，不仅具有很强的主观性和滞后性，更无法捕捉早期意识的恢复，误诊率最高达43％。因此，客观地评测意识障碍患者有无意识，并确定有效康复方案，仍是医学亟待解决的重大难题。研究已证实可通过脑电图(EEG)、正电子发射计算机断层显像技术(PET)和功能磁共振成像技术(fMRI)等手段探测意识障碍者大脑活动，但现有范式不具有个性化，难以涉及意识障碍者独特的意识经验内容，在意识评估和唤醒方面效果有限。已有研究证实唤名、情感图片等能引起意识障碍者部分脑区被特定性激活，且多通道刺激比单通道刺激能引起意识障碍者更多的行为应答，但所见报道所用刺激均为标准范式，无法触及意识障碍者差异化的深层意识内容。近几年，生物反馈治疗仪作为一种新的设备被应用在众多疾病领域，取得了积极的治疗效果，对本专利技术的开展起到积极借鉴作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，实现个性化视听刺激和经颅直流电刺激的自适应调节，形成了有效的康复方案，有利于提高检测效率，降低成本。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，所述的系统包括个性化视听刺激装置、意识障碍评估模块和经颅直流电刺激装置，所述的意识障碍评估模块包括脑电采集器、集成模拟前端、主控单元、蓝牙单元、电源管理单元，其中，所述的脑电采集器通过电极和USB接口与集成模拟前端相连，所述的集成模拟前端通过SPI与主控单元相连，所述的主控单元通过UART与所述的蓝牙单元相连，所述的蓝牙单元与所述的个性化视听刺激装置通过蓝牙无线信息交互，并通过蓝牙单元将主控单元的脑电数据传输到个性化视听刺激装置来控制不同的个性化视听刺激方案，所述的经颅直流电刺激装置与所述的主控单元连接，根据主控单元的脑电特征值调节个性化视听刺激素材和经颅直流电刺激的刺激类型、输出直流电强度，其中，所述的经颅直流电刺激的刺激类型包括直流刺激、脉冲刺激、正弦刺激和伪刺激。进一步地，所述的个性化试听刺激方案基于心理学原理设计，通过搜集和筛选意识障碍者相关的记忆信息，选用最佳的光、声、影的组合方式以及呈现时间，其中，记忆信息包括意识障碍者最喜欢的、记忆最深刻的人、物、事。进一步地，所述的意识障碍评估模块还包括电源管理单元，所述的电源管理单元为集成模拟前端、主控单元、经颅直流电刺激装置供电。进一步地，所述的脑电采集器包括帽子、单极脑电传感器、参考电极，其中，所述的单极脑电传感器设置在帽子的内侧，并与佩戴者的额头皮肤接触；所述的参考电极与帽子的下沿相连，并夹在佩戴者的耳垂处；所述的参考电极为脑电贴片电极；所述的单极脑电传感器和参考电极分别与集成模拟前端连接。进一步地，所述的集成模拟前端选用TI公司的ADS1299芯片，包括依次连接的多路复用器、检测组件、滤波器、低噪声增益放大器、高分辨率模数转换器、偏置驱动放大器、振荡器以及串行外设接口SPI，所述的集成模拟前端对采集到的脑电信号进行放大、滤波和模数转换之后由串行外设接口SPI传输到主控单元。进一步地，所述的经颅直流电刺激装置包括数模转换模块、恒流源模块以及表面电极，该经颅直流电刺激装置根据主控单元的脑电特征值输出直流刺激、脉冲刺激、正弦刺激和伪刺激，输出的刺激信号经过数模转换模块进行数模转换后经恒流源模块，将适宜的电流输出至表面电极，并作用于意识障碍者靶区域。进一步地，所述的经颅直流电刺激装置还包括用于限制电路瞬时电流的过流保护电路，所述的过流保护电路包括NPN型三极管T1、采样电阻R1、上拉电阻R2、FPGA和电容C1，其中，NPN型三极管T1的一N极分别与上拉电阻R2以及FPGA相连，NPN型三极管T1的另一N极接地，NPN型三极管T1的P极分别与采样电阻R1以及电容C1相连后接地；保护信号为过流保护电路的输入信号，输入采样电阻R1以及电容C1的一端；当保护信号电流过大时，电容C1缓慢充电，采样电阻R1产生高分压，NPN型三极管T1被导通，经上拉电阻R2，FPGA输出高电平，控制刺激波形的输出，以此达到限流的作用。进一步地，所述的主控单元进行脑电信号处理，首先采用小波包变换消除低频噪声干扰，然后基于最大信噪比的盲源分离算法，用于脑电信号的伪迹滤波处理；其次运用非线性动力学分析方法，将实时的脑电信号经计算得到包括动态的Lempel-Ziv复杂度、C0复杂度和熵在内的脑电信号特征值，将上述脑电特征值经聚类分析算法处理后，最后利用支持向量机进行分类识别，对应得到不同的控制指令。进一步地，所述的蓝牙单元采用TI仪器BLE-CC2640R2F芯片。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)意识障碍综合评估系统综合了神经电生理检测技术(EEG/ERP)、功能磁共振成像技术(fMRI)和正电子发射计算机断层显像技术(PET)，并结合临床行为学量表，建立针对意识障碍者的多模态综合数据库，为意识障碍者的意识评估提供更全面、客观的信息支持。(2)个性化视听刺激装置考虑到以往标准化的刺激方案难以触及意识障碍者差异化的意识经验内容，本专利技术提出制定基于心理学原理设计的个性化视听刺激装置。在意识评估方面，该方案可作为刺激手段，使意识障碍者在更接近自己真实意识的状态下完成各项生理学检测，降低误诊率；在意识唤醒和康复方面，个性化视听刺激装置具有丰富、多感觉通道、接近现实情景等特点，更利于引起意识障碍患者较强的行为反应，有望成为一种合理有效的新型康复方案。(3)本专利技术主控单元内集成的运用非线性动力学分析方法计算的四种脑电特征算法值能基本反映出正常人脑电信号和意识障碍患者脑电信号的非线性特征参数差异，由于脑电信号是通过仪器直接测量，后期的信号处理是通过非线性分析的各类精准算法计算及分析得出，该方法和经验、量表相比，更加客观化和定量化，特别是与临床常用的脑电图分析相比，具有一定的优势，能够更加精确直观的反映大脑的意识程度，为后续意识障碍的治疗提供了更加准确可靠的指标。附图说明图1是本专利技术实施例的基于生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统的结构框图；图2是本专利技术实施例的基于生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统中脑电采集器和集成模拟前端的结构功能图；图3是本专利技术实施例用于检测及其康复唤醒中个性化视听刺激装置中刺激方案制定图；图4是本专利技术实施例用于康复唤醒的经颅刺激方案图；图5是本专利技术实施例经颅直流电刺激装置中的保护电路图；图6是本专利技术实施例采用的蓝牙单元的结构及其功能原理图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的系统包括个性化视听刺激装置、意识障碍评估模块和经颅直流电刺激装置，所述的意识障碍评估模块包括脑电采集器、集成模拟前端、主控单元、蓝牙单元、电源管理单元，其中，所述的脑电采集器通过电极和USB接口与集成模拟前端相连，所述的集成模拟前端通过SPI与主控单元相连，所述的主控单元通过UART与所述的蓝牙单元相连，所述的蓝牙单元与所述的个性化视听刺激装置通过蓝牙无线信息交互，并通过蓝牙单元将主控单元的脑电数据传输到个性化视听刺激装置来控制不同的个性化视听刺激方案，所述的经颅直流电刺激装置与所述的主控单元连接，根据主控单元的脑电特征值调节个性化视听刺激素材和经颅直流电刺激的刺激类型、输出直流电强度，其中，所述的经颅直流电刺激的刺激类型包括直流刺激、脉冲刺激、正弦刺激和伪刺激。

【技术特征摘要】
1.一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的系统包括个性化视听刺激装置、意识障碍评估模块和经颅直流电刺激装置，所述的意识障碍评估模块包括脑电采集器、集成模拟前端、主控单元、蓝牙单元、电源管理单元，其中，所述的脑电采集器通过电极和USB接口与集成模拟前端相连，所述的集成模拟前端通过SPI与主控单元相连，所述的主控单元通过UART与所述的蓝牙单元相连，所述的蓝牙单元与所述的个性化视听刺激装置通过蓝牙无线信息交互，并通过蓝牙单元将主控单元的脑电数据传输到个性化视听刺激装置来控制不同的个性化视听刺激方案，所述的经颅直流电刺激装置与所述的主控单元连接，根据主控单元的脑电特征值调节个性化视听刺激素材和经颅直流电刺激的刺激类型、输出直流电强度，其中，所述的经颅直流电刺激的刺激类型包括直流刺激、脉冲刺激、正弦刺激和伪刺激。2.根据权利要求1所述的一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的个性化试听刺激方案基于心理学原理设计，通过搜集和筛选意识障碍者相关的记忆信息，选用最佳的光、声、影的组合方式以及呈现时间，其中，记忆信息包括意识障碍者最喜欢的、记忆最深刻的人、物、事。3.根据权利要求1所述的一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的意识障碍评估模块还包括电源管理单元，所述的电源管理单元为集成模拟前端、主控单元、经颅直流电刺激装置供电。4.根据权利要求1所述的一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的脑电采集器包括帽子、单极脑电传感器、参考电极，其中，所述的单极脑电传感器设置在帽子的内侧，并与佩戴者的额头皮肤接触；所述的参考电极与帽子的下沿相连，并夹在佩戴者的耳垂处；所述的参考电极为脑电贴片电极；所述的单极脑电传感器和参考电极分别与集成模拟前端连接。5.根据权利要求1所述的一种生物反馈式意识障碍检测及唤醒系统，其特征在于，所述的集成模拟前端选用TI公司的ADS1299芯片，包括依次连接的多路复用器、检测组件、滤波器、低噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，刘亚，韩俊南，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州明智信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44