生理参数测量和反馈系统技术方案

测量大脑的电活动(EEG)和身体部位的位置/运动(例如，手臂的运动)。呈现移动身体部位或从大脑活动确定的意向运动的虚拟表示，作为向在可以实现为平视显示器的显示器上的对象的反馈。时钟模块可操作以对从脑电活动感测系统和位置/运动检测系统传送的信息加盖时间戳，用于关节处理。该非侵入式基于EEG的大脑-计算机-接口对于中风康复特别有用。

Physiological parameter measurement and feedback system

Measure the electrical activity of the brain (EEG) and the location / movement of the body parts (e.g., arm movements). A virtual representation of the intended movement of a moving body part or a brain activity determined as a feedback to an object that can be implemented as a head up display. The clock module is operable to hold a timestamp for the information transmitted from the brain electrical activity sensing system and the position / motion detection system for the treatment of joints. The non-invasive brain computer interface based on EEG is particularly useful for stroke rehabilitation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及测量用户响应于刺激的生理参数和向用户提供反馈的系统。本专利技术的特定领域之一涉及测量用户的生理参数，以监视响应于显示的身体部位的运动的皮层活动，其中显示的运动以虚拟现实或增强现实向用户显示。所述系统可用于在用户经历中风之后，治疗用户的神经损伤和/或神经疾病，或帮助从用户的神经损伤和/或神经疾病复原。然而，系统可用于其它应用，比如游戏，或者了解为体育运动相关活动或其它活动所需的运动技巧。
技术介绍
脑血管疾病是归因于大脑内的血管的问题而出现的病情，并且会导致中风。根据世界卫生组织所说，全球每年约1500万人罹患中风。在这些人中，约1/3死亡，而另外的1/3永久残废。中风随后导致的神经损伤常常表现为轻偏瘫或者身体的其他局部麻痹。因而，中风患者的康复的领域一直是各种研究的主题。目前的康复过程通常基于受损身体部位进行的锻炼，实时追踪受损身体部位的运动，以向患者和/或执业医生提供反馈。当患者执行预定的运动模式时，计算机控制的机械驱动系统被用来追踪诸如患者的手臂之类的身体部位的位置及其施加的力。为了减轻患者疲劳，例如利用在运动的执行期间，可以提供帮助的驱动器，这种系统可以支持患者。这种设备的缺点是它们复杂并且昂贵。另外，常规的系统基于追踪实际的运动，并且因此不适合于发生中风之后的运动受损或者非常有限的极早阶段中的诊断或治疗。这些系统还可能给患者带来风险，例如如果使身体部位运动过快，或者如果沉重的驱动装备的部件落在患者身上。这些系统也不是特别轻便，从而通常无法家用和在医院环境中使用，并且还难以适应于特定患者的康复要求，因为允许的运动的范围通常受机械系统限制。US2011/0054870公开了一种用于患者康复的基于VR的系统，其中通过运动摄像头追踪患者的身体部位的位置。使用软件来创建运动化身，在监视器上向患者显示所述运动化身。在例子中，当规定双臂的运动时，如果患者只运动右臂，那么化身还可显示左臂的运动。在Chen,Y等的“Thedesignofareal-time,multimodalbiofeedbacksystemforstrokepatientrehabilitation”(ACMInternationalConferenceonMultimedia,2006年10月23日)中公开了类似的系统，其中使用红外摄像头来追踪在患者的手臂上的标记的3维位置。利用监视器，在VR中，当完成预定的运动模式(比如所显示图像的抓握)时，显示患者的手臂的位置。某些基于VR的系统的缺陷在于它们只测量身体部位对于所指示任务的响应。因而，它们不直接测量响应于显示的身体部位的运动的皮层活动，只测量大脑的某一区域可以控制身体部位的方式。这会导致除了受到损伤的那些区域，大脑的各个区域都被治疗，或者至少不能直接监视大脑的特定区域。此外，患者未完全沉浸在VR环境中，因为他们看向分离的监视器屏幕来观看VR环境。在WO2011/123059和US2013/046206中，描述了具有大脑监视和运动追踪的基于VR的系统，已知系统的主要缺陷在于它们既不可靠又不精确地控制刺激或动作信号和大脑活动信号之间的同步，随着刺激或动作的作用，这会导致大脑响应信号的不正确或不精确的处理和读出。在常规系统中，为了使多模态数据(包括生理、行为、环境、多媒体和触觉，等等)与刺激源(例如，显示、音频、电或磁刺激)同步，以分散方式连接几个(即，对于每个数据源)独立的专用单元，意味着每个单元把其固有的特性(模块延时和抖动)带进系统中。另外，这些单元可以具有不同的时钟，因此以不同的格式和不同的速度获取不同种类的数据。特别地，不存在包含其中一些内容可以在一定程度与任何相关用户的生理/行为活动相关并由系统登记的虚拟和/或增强现实信息，和/或来自环境的任意信息的立体显示的综合系统。在不同的应用领域中，未实现上述要求在各种情况下会有消极结果，如在以下的非穷举的例子列表中简要地提及：a)在许多应用神经科学领域中，对于刺激呈现的神经响应的分析很重要。目前的解决方案损害了同步质量，尤其在测量的神经信号(例如，EEG)和刺激信号(例如，线索的显示)之间的抖动量方面。归因于此，不仅获取的信号的信噪比被降低，而且还把分析局限于更低的频率(通常小于30Hz)。确保最小抖动的更好的同步会开辟在更高频率下的神经信号探测，以及基于精确(亚毫秒)定时的刺激(不仅非侵入式刺激，而且直接在神经部位的侵入式刺激和皮下刺激)的新的可能性。b)虚拟现实和身体感知：如果未实现用户运动的捕捉与用户运动到实时再现所述运动的虚拟人物(化身)的映射之间的同步，那么经由屏幕或头戴式显示器的所进行的运动的延迟视觉反馈会给用户他/她不是所述运动的创造者的感觉。这在训练患者以恢复运动性的运动康复方面，以及对诸如通过远程操纵机器人拆除炸弹之类极其危险的操作的训练或执行来说具有重要后果。c)大脑-计算机接口：如果(如通过脑电图数据登记的)运动意图、肌肉活动和向大脑身体控制的神经假体的输出之间的同步失败，那么不能把运动动作和神经激活链接起来，妨碍了解对于成功控制神经假体所需的运动动作的底层的神经机制。d)神经检查：对于表面的非侵入式记录，脑电图(EEG)数据的频谱可高达100Hz。在这种情况下，时间分辨率在数十毫秒的范围中。如果EEG和诱发特定的大脑响应(例如对于在虚拟环境中发生的确定动作的P300响应)之间的同步失败，那么不能使大脑响应和引起所述响应的特定事件相关。(e)由截肢患者使用复杂的神经义肢设备的功能性神经再支配训练：与FES耦接的混合大脑计算机接口(BCI)系统和皮下刺激可用于精心设计和把功能性神经再支配优化到截肢者的残肢或其他身体部位周围的残留肌肉中。为了得到最佳结果，重要的是获得传感器数据和刺激数据之间的高质量同步，用于生成精确的刺激参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生理参数测量和运动追踪系统，所述系统向用户提供虚拟或增强现实环境，可利用所述环境来改善认知和感觉运动系统的响应，例如在大脑损伤的治疗中或者在运动技能的训练中。有利的是提供一种确保生理刺激和响应信号的测量和控制的精确实时整合的生理参数测量和运动追踪系统(例如，头部和身体的运动)。有利的是提供一种可以生成不同来源的多种刺激信号(例如，视觉刺激信号、听觉刺激信号、触摸感觉刺激信号、电刺激信号、磁刺激信号…)和/或可以测量不同种类的多种生理响应信号(例如，大脑活动、身体部位运动、眼睛运动、皮肤电响应)的生理参数测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生理参数测量和运动追踪系统，包含：向用户显示信息的显示系统；包含一个或多个感测装置的生理参数感测系统，所述感测装置被配置成感测用户的大脑中的电活动，并且生成脑电活动信息；配置成提供与用户的身体部位的位置/运动对应的身体部位位置信息的位置/运动检测系统；布置成接收来自生理参数感测系统的脑电活动信息和接收来自位置/运动检测系统的身体部位位置信息的控制系统，控制系统被配置成向显示系统提供包含身体部位的目标位置的目标位置信息，显示系统被配置成显示目标位置信息，控制系统还被配置成向显示系统提供身体部位位置信息，所述身体部位位置信息向用户提供身体部位的运动或者身体部位的意向运动的视图，其中生理参数测量和运动追踪系统还包含时钟模块，所述时钟模块可操作以对从生理参数感测系统和位置/运动检测系统传送的信息加盖时间戳，所述系统可操作以处理所述信息，以使实时操作成为可能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.25 EP 13186039.71.一种生理参数测量和运动追踪系统，包含：向用户显示信息的显示系统；包含一个或
多个感测装置的生理参数感测系统，所述感测装置被配置成感测用户的大脑中的电活动，
并且生成脑电活动信息；配置成提供与用户的身体部位的位置/运动对应的身体部位位置
信息的位置/运动检测系统；布置成接收来自生理参数感测系统的脑电活动信息和接收来
自位置/运动检测系统的身体部位位置信息的控制系统，控制系统被配置成向显示系统提
供包含身体部位的目标位置的目标位置信息，显示系统被配置成显示目标位置信息，控制
系统还被配置成向显示系统提供身体部位位置信息，所述身体部位位置信息向用户提供身
体部位的运动或者身体部位的意向运动的视图，其中生理参数测量和运动追踪系统还包含
时钟模块，所述时钟模块可操作以对从生理参数感测系统和位置/运动检测系统传送的信
息加盖时间戳，所述系统可操作以处理所述信息，以使实时操作成为可能。
2.按照权利要求1所述的系统，其中时钟模块被配置成对与配置成刺激用户的大脑活
动的刺激信号相关的信号和测量的大脑活动信号加盖时间戳，通过时间戳的方式使刺激信
号能够与大脑活动信号同步。
3.按照权利要求1或2所述的系统，其中控制系统被配置成判定是否由位置/运动检测
系统感测到不存在运动或者存在小于预定量的运动量，并且如果判定无运动或者运动量小
于预定量，那么至少部分基于脑电活动信息向显示系统提供身体部位位置信息，以使显示
的身体部位的运动至少部分基于脑电活动信息。
4.按照权利要求1-3任意之一所述的系统，其中生理参数感测系统包含配置成测量不
同生理参数的多个传感器，所述传感器选自由EEG传感器、ECOG传感器、EMG传感器、GSR传感
器、呼吸传感器、ECG传感器、温度传感器、呼吸传感器和脉搏血氧饱和度传感器组成的群
组。
5.按照权利要求1-4任意之一所述的系统，其中位置/运动检测系统包含深度感测摄像
头和可操作以提供用户的图像流的一个或多个彩色摄像头。
6.按照权利要求1-5任意之一所述的系统，其中控制系统可操作以向生理参数感测系
统供给信息，以生成刺激用户的运动或状态的信号。
7.按照权利要求1-6任意之一所述的系统，包含形成单一单元的头戴式设备，所述单一
单元包含可操作以向用户显示虚拟或增强现实图像或视频的所述显示系统；并且所述感测
装置被配置成感测大脑中的电活动，感测装置包含分布于用户的大脑的感觉和运动区的多
个传感器。
8.按照权利要求7所述的系统，其中传感器连接到柔性的头盖形传感器支持物，所述头
盖形传感器支持物被配置成在用户的头上延伸，并连接到显示系统支持物。
9.按照权利要求7或8所述的系统，其中头盖形传感器支持物包含多个衬垫，第一组衬
垫被布置成从第一衬垫支持物延伸，所述第一衬垫支持物沿近似正交的方向从显示单元支
持物延伸，第二组衬垫被布置成从第二衬垫支持物延伸，所述第二衬垫支持物沿近似正交
的方向从显示单元支持物延伸。
10.按照权利要求7-9任意之一所述的系统，其中头戴式设备包含配置成测量不同生理
参数的所述多个传感器，所述多个传感器选自由EEG传感器、ECOG传感器、眼睛运动传感器
和头部运动感测单元组成的群组。
11.按照权利要求7-10任意之一所述的系统，其中头戴式设备还包含可操作以检测用
户的身体部位的位置/运动的所述位置/运动检测系统之一，位置/运动检测系统包含深度
传感器和一个或多个彩色摄像头。
12.按照权利要求6-11任意之一所述的系统，其中头戴式设备包含无线数据传送装置，
所述无线数据传送装置被配置成无线传送来自...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·塔迪，G·加里派利，D·曼尼提，N·布尔道德，D·派瑞玛科斯，
申请(专利权)人：迈恩德玛泽股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH