一种基于EOG的ERG信号采集与处理系统及方法技术方案

一种基于EOG的ERG信号采集与处理系统及方法，该系统包括控制单元、视网膜刺激器单元、视网膜电信号采集单元和视网膜电信号处理单元；该方法包括：调节刺激光源照度和刺激光源闪光频率；三个皮肤分别安置于受试者眼睛正上方额头处、眼睛鼻梁内侧和眼睛眼睑处；进行20分钟以上的暗适应；受试者眼睛对准刺激光源；采集EOG信号；对受试者眼睛进行光刺激，同步采集受试者眼睛鼻梁内侧和眼睛眼睑处ERG信号，经过信号调理和AD转换后存储；视网膜电信号处理与分析单元读取ERG信号，并对ERG信号进行处理与分析。本发明专利技术采用外置皮肤电极采集ERG信号，使得采集更为方便，更为安全，成本也更低；在对信号处理上，采用的方法运算量小，可行性高，能实现信号快速处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于EOG的ERG信号采集与处理系统及方法
本专利技术涉及视觉信号采集与处理
，具体是一种基于EOG的ERG信号采集与处理系统及方法。
技术介绍
视觉系统作为人类最重要的感知系统之一，视觉系统疾病严重威胁我们的正常生活。视觉系统的很多病变是渐进的，早期发现和治疗是临床眼科学、预防医学、流行病学的重要课题。相比于传统的心理物理检查，视觉电生理检查从电生理的角度，能够实现对视觉通路的全面诊断，为视觉早期病变的检测提供了一种更适合的手段。传统视觉电生理包括三个方面：视网膜电图(Electroretinography，ERG)、视诱发电位(VisualEvokedPotential，VEP)、眼电图(Electrooculography，EOG)。视觉电生理已有国际电生理临床检查标准，相对而言，ERG检查有着更为广泛的应用。早期的视觉电信号检测通常进行动物实验，经过不断地发展、成熟，在人类的眼科临床检查和视觉研究也已经得到了广泛地应用。对于眼部生物电信号的探索有着悠久的历史，作为视觉电生理研究领域的先驱，德国的生理学家EmilduBois-Reymond在1849年对鲤鱼眼睛进行的动物实验中，首次发现了在鲤鱼眼球的前后极之间存在着电位差，并将这个电势差称之为眼静息电位，眼睛角膜一侧相对后极部位有数毫伏的电势差，这个发现开创了眼部生理研究的新纪元。此后，瑞典的生理学家Frithiof与Holmgren于1865年在对脊椎动物眼睛进行实验时，发现当施加闪光刺激时会产生动作电位。Dewar与M’Kendrick在1876年，以及Kuhne与Steiner在1881年分别证实了动作电位的主要位置位于视网膜色素上皮之间。并在此后的研究工作中证明这个动作电位来源于视网膜，其波形称之为视网膜电图。Canton于1875年在进行动物实验时发现一定频率的闪光刺激能够在动物的大脑视觉皮层上引起反应性变化，从而开启了视觉诱发电位领域的研究。Gotch在1903年应用精密仪器成功采集到ERG。此后，人们便开始对ERG的信号成分进行更加深入的研究。20世纪40年代初期，Riggs与karpe各自独立研制成功了角膜接触镜电极，并且能够满足临床应用的要求，这为ERG投入到实际的临床应用做出了重要贡献[1]。1945年karpe首次发展了临床ERG的记录方法和描述视网膜色素性变的ERG，此后又有许多研究人员相继发现了其它眼底病的ERG表现。1934年Adrian从大脑视觉皮层上通过皮肤电极成功采集到闪光刺激的视觉诱发电位。1947年通过Dawson等人的探索，叠加技术在视觉电信号检测中得到应用。1958年Clark研制成功了平均反应计算机，并将其应用到视觉诱发电位的检测。1960年闪光VEP检查在临床中得到了广泛应用。Cobb在1967年研制成功了图形VEP技术，此后，Holliday将图形VEP在眼科临床诊断进行应用推广。在20世纪50年代初期，Marg和Monnier通过皮肤电极采集眼球转动时眼球前后电势差，从而间接的采集到了眼睛静息电位，从而实现了对于EOG的无创伤检查。Arden在1962年整理提供了较为完善的眼科EOG检查与分析方法，使得EOG检查能够广泛应用于眼科诊断。Gotch在1903年应用精密仪器成功采集到ERG。此后，人们便开始对ERG的信号成分进行更加深入的研究。20世纪40年代初期，Riggs与karpe各自独立研制成功了角膜接触镜电极，并且能够满足临床应用的要求，这为ERG投入到实际的临床应用做出了重要贡献[1]。1945年karpe首次发展了临床ERG的记录方法和描述视网膜色素性变的ERG，此后又有许多研究人员相继发现了其它眼底病的ERG表现。1934年Adrian从大脑视觉皮层上通过皮肤电极成功采集到闪光刺激的视觉诱发电位。1947年通过Dawson等人的探索，叠加技术在视觉电信号检测中得到应用。1958年Clark研制成功了平均反应计算机，并将其应用到视觉诱发电位的检测。1960年闪光VEP检查在临床中得到了广泛应用。Cobb在1967年研制成功了图形VEP技术，此后，Holliday将图形VEP在眼科临床诊断进行应用推广。在20世纪50年代初期，Marg和Monnier通过皮肤电极采集眼球转动时眼球前后电势差，从而间接的采集到了眼睛静息电位，从而实现了对于EOG的无创伤检查。Arden在1962年整理提供了较为完善的眼科EOG检查与分析方法，使得EOG检查能够广泛应用于眼科诊断。随着数字信号处理技术的不断发展，视觉电生理检测仪器也更加完善。利用现代数字信号处理技术可以有效对采集得到的信号进行相关处理分析，得到诊断中需要的有效信息。譬如可以对信号进行数字滤波，将模数转换采集到的离散信号数据利用数字滤波器提取出有效频带的信号，滤除掉无效的干扰信号。数字滤波器能够有效克服了模拟滤波器频率响应不易确定，易引入新的干扰噪声等缺陷。同时，为了避免由于眼动等因素引起的信号基线漂移，可以通过数字信号处理来剔除伪迹。此外，目前对于视觉电信号的分析处理，主要通过数学算法实现。譬如Naka-Rushton公式在分析视网膜电图分析中的应用。1983年吴乐正等人把Naka-Rushton公式成功应用于黄斑变性、视网膜色素变性和视锥细胞营养不良的诊断过程。1993年Anastasi等人对Naka-Rushton函数进行了微分分析。并通过提取恶性肥胖症患者术后维生素A缺乏症下的暗视b波，应用Naka-Rushton函数证实了因为光感受器视紫红质的减少导致了其捕获光量子的减少。此外，还可以利用Fourier对闪烁ERG、图形ERG和振荡电位进行分析，提取各次谐波，分析其特性。现在对于视网膜电生理的研究主要集中在多焦ERG中。其中多焦ERG是由Sutter等人研究开发的，它通过预先设定m-序列来对刺激器的刺激矩阵以及闪光进行控制，应用标准的刺激矩阵能够使视网膜所有部位分别接受到刺激，这样我们通过单个通道的电极采集到视网膜各个部位在受到刺激器刺激后的一簇反应。然后应用处理器进行快速Walsh变换，分离出视网膜相应部位的ERG波形，并且能够通过3D图像描绘视网膜不同部位信号的振幅地形图，从而可以清楚地知道其反应强度。利用多焦视网膜电图，能够直观的观察到病变部位反应幅度的下降情况以及潜伏期延长。相比于局部视网膜电图，多焦ERG能够同时完成多个部位的检测从而有效缩短检测的时间。随着多焦ERG技术应用越来越广泛，其在局部视网膜病变诊断方面的优势日益凸显。因而，多焦ERG仍将是视觉电生理研究的重要方向。传统的ERG测量采用的是角膜接触镜电极，需要将角膜接触镜电极放置于角膜表面，由于检测电极特殊的位置，检测过程中患者眨眼和眼球运动都会使眼部产生严重的不适，如果未能进行正确地佩戴很有可能对受试者的角膜产生一定的损伤。同时，对于儿童等不便于配合者以及角膜有病患的患者都不宜于通过角膜接触镜进行ERG信号采集，并且为了避免细菌感染，角膜接触镜电极不宜于重复使用，使得检测成本增加。随着视网膜电生理在眼部疾病诊断中越来越广泛的应用，传统视网膜电信号采集方式的弊端显得尤为突出。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EOG的ERG信号采集与处理系统，其特征在于：包括控制单元、视网膜刺激器单元、视网膜电信号采集单元和视网膜电信号处理单元；所述的控制单元用于调节刺激光闪光频率、控制视网膜电信号采集单元进行信号采集、AD转换及数据存储；所述视网膜刺激器单元用于发出刺激光和控制刺激光照度；视网膜电信号采集单元用于采集受试者眼睛鼻梁内侧的ERG信号、眼睛眼睑处的ERG信号，对ERG信号调理、AD转换模块和数据存储；视网膜电信号处理单元用于读取ERG信号，完成对ERG信号的去噪、去基线、去眼动干扰、时域特征点提取和频域特征点提取。

【技术特征摘要】
1.一种基于EOG的ERG信号采集与处理方法，采用基于EOG的ERG信号采集与处理系统，包括控制单元、视网膜刺激器单元、视网膜电信号采集单元和视网膜电信号处理单元；所述的控制单元用于调节刺激光闪光频率、控制视网膜电信号采集单元进行信号采集、AD转换及数据存储；所述视网膜刺激器单元用于发出刺激光和控制刺激光照度；视网膜电信号采集单元用于采集受试者眼睛鼻梁内侧的ERG信号、眼睛眼睑处的ERG信号，对ERG信号调理、AD转换和数据存储；视网膜电信号处理单元用于读取ERG信号，完成对ERG信号的去噪、去基线、去眼动干扰、时域特征点提取和频域特征点提取；其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据ISCEV规定的标准ERG的采集模式，调节所需的采集模式下的刺激光源照度和刺激光源闪光频率；步骤2：对受试者皮肤进行清洁，将三个皮肤电极分别安置于受试者眼睛正上方额头处、眼睛鼻梁内侧和眼睛眼睑处；步骤3：受试者进行20分钟以上的暗适应；步骤4：调整受试者体位，使受试者眼睛对准刺激光源；步骤5：采集受试者眼睛鼻梁内侧和眼睛眼睑处EOG信号，并将该两个EOG信号作为标准EOG信号；步骤6：对受试者眼睛进行光刺激，两个皮肤电极同步采集受试者眼睛鼻梁内侧和眼睛眼睑处ERG信号，ERG信号中叠加有EOG信号，安置在受试者眼睛正上方额头处的皮肤电极分别从受试者眼睛鼻梁内侧和眼睑处提取出人体共模电压即人体噪声，并将该噪声反向加到人体；步骤7：三个皮肤电极同步采集的信号经过信号调理和AD转换后存储；步骤8：视网膜电信号处理单元读取ERG信号，并对ERG信号进行处理与分析；步骤8.1：对ERG信号去噪；步骤8.2：对ERG信号去基线；步骤8.3：采用模板匹配的方法对ERG信号去眼动干扰：将标准EOG信号作为模板，计算出标准EOG信号长度、均值、方差和平方值，以标准EOG信号长度在ERG信号上进行滑动，从ERG信号中截取出与标准EOG信号长度相同的ERG信号，若截取出的ERG信号的均值、方差和平方值均与模板的均值、方差和平方值相匹配，则将ERG信号中减去标准EOG信号，即可去除眼动干扰信号；步骤8.4：对ERG信号进行时域特征提取；步骤8.5：对ERG信号进行频域特征提取。2.根据权利要求1所述的ERG信号采集与处理方法，其特征在于：所述步骤8.1对ERG信号去噪是利用陷波器滤除ERG信号中的工频噪声，该陷波器用以下常系数线性差分方程表示：式中：n表示信号序列的序号，i、j均表示移序，x(n-i)和y(n)分别为陷波器输入信号序...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，李锡勇，岳耀灿，郝丽玲，徐礼胜，张福利，康雁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21