一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，该方法主要通过设计测试者的动作，并安排测试者佩戴脑电图电极帽，测量测试者的脑波的变化情况，以此为依据判断测试者的平衡力现状。该方法通过利用测量与平衡感有关的脑波实现平衡力评估的方法，原理简单、实现难度相对较低、参数相关性大，可实现对平衡力高效、高精度、高可靠性的判别。该方法的应用可以通过测量直接反映平衡感的脑波信号，了解测试者的身体平衡机能，在运动员的训练，复健医生评估患者与辅助治疗上，老年人身体状况变化的监测、疾病预防以及国民身体素质鉴定等方面都能发挥巨大的用处。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法
本专利技术涉及平衡力评估，特别涉及一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法。
技术介绍
平衡能力是人体的基本机能，是测试和评价脑部疾病患者物理治疗效果与康复情况的必要依据，也是特殊职业人员(竞技类运动员、宇航员、飞行员、潜水员等)选拔的评价指标和辅助训练成果的反馈。同时，平衡能力在老年人身体状况变化的监测、疾病预防，以及国民身体素质鉴定等方面起着重要作用。目前人体平衡能力简单的测试方法就是闭眼单腿站立，先让双脚与肩同宽站立，双臂向前伸直，然后一脚后抬，膝部弯曲45度，闭上眼睛，用秒表开始计数。如果出现双臂放下、身体倾斜超过45度、移动了站立腿，或抬起的那条腿触地等情况，立刻停止计时，换另一条腿测试。但这样只是定性的测试且不能很准确得反应测试者的情况。国外普遍采用的压力平板姿势图来对人体的平衡功能进行客观、定量的评价。但是这种测量方法的成本较高，操作不方便。在此技术背景下，本专利技术提出了一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，在仅测量脑波的情况下，观察脑波的变化情况便可以评估测试者的平衡感。此方法原理简单，在一定程度上解决现有平衡感测试存在的一些缺陷，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，主要通过设计测试者的动作，并安排测试者佩戴脑电图电极帽，测量测试者的脑波的变化情况，以此为依据判断测试者的平衡力现状。其专利技术意义是：(1)该专利技术解决了现有平衡感测试存在的一些缺陷，提供了一种原理简单、实现难度相对较低、参数相关性大、准确性高的检测方法；(2)该方法的应用可以通过测量直接反映平衡感的脑波信号，了解测试者的身体平衡机能，在运动员的训练，复健医生评估患者与辅助治疗上，老年人身体状况变化的监测、疾病预防以及国民身体素质鉴定等方面都能发挥巨大的用处。本专利技术的技术方案是：一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：测试者需要在治疗或训练前测试一次，在治疗或训练后测试一次，完成测试有以下步骤：步骤1：佩戴设备准备测试；步骤2：进行指定动作；步骤3：开始测试，采集脑波信号；步骤4：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8-12Hz、15-18Hz的脑电波区间；步骤5：治疗或训练；步骤6：佩戴设备准备测试；步骤7：进行指定动作；步骤8：开始测试，采集脑波信号；步骤9：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8-12Hz、15-18Hz的脑电波区间；步骤10：对步骤4和步骤9获得的参数进行对比分析，评估平衡力是否有所改善。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤1中佩戴方式具体为：找到前方Fp1与Fp2通道的位置后，固定这两个通道的位置直接将帽子往后方拉，即可完成电极帽的佩戴；接着在电极帽的通道感应元件中，用针筒注入导电膏便可开始测量脑波信号，Fp1与Fp2分别为别为国际标准电极安装法中位于左、右额极位置的电极点。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于所述步骤2中进行指定动作的具体步骤为：测试者带上脑电图电极帽后，先进行睁眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，直视前方2米处的设置好的红点5分钟，接着坐在椅子上休息2分钟，进行闭眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，并闭上双眼5分钟。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤3中获得相应参数的方法为：所述步骤3中采集脑波信号的方法为：用脑电图电极帽测量Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、T3、T4共12个通道，将Cz通道设为12个通道的共同参考点位，并测量2个眼电图信号，左、右眼的眼电信号的参考电位分别位于右耳、左耳后方凸起处；F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、T3、T4、Cz分别为国际标准电极安装法中位于左额、右额、左中央、右中央、左顶、右顶、左枕、右枕、左中颢、右中颢、中央中线位置的电极点。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤4中获得参数的具体步骤为：(1)用EEGLAB工具包对采集到的脑波信号做信号前处理，包括先将信号进行滤波处理，再用独立成分分析ICA去除杂讯和消除眼动伪迹的干扰；EEGLAB工具包是一个脑电信号分析的MATLAB工具箱软件；独立成分分析ICA是从多个源信号的线性混合信号中分离出源信号的技术，ICA假设脑波信号源是独立的，是一个随机向量x，每段信号中都含有独立的向量s，通过线性变换矩阵W将随机向量x转换为独立的向量，公式如下：s＝W*x故脑波信号中可以分析出14个向量，即测量的12个脑波通道的信号与2个眼电图信号，这样便可去除眼电图信号中的杂讯与眼动伪迹的干扰；(2)通过Welch法计算各个通道中β1频段和α频段的频谱能量，Welch法的具体流程如下：先对信号分段，进行加窗处理，得到时域信号xm，作快速傅立叶变换转换为频域信号，对频域信号取二次方求出信号总的频谱能量，最后再求平均频谱能量；信号总的频谱能量的计算公式平均频谱能量计算公式为其中，x是信号采集的时间，M是信号的分段数，k是边界补零点个数，m＝0，1，...，k-1，ωk是信号函数补零点位置时的频率；(3)分别计算睁眼实验和闭眼实验的β1频段和α频段的绝对能量，频段的绝对能量是每一段的平均频谱能量加总的原始值；将睁眼实验时得到的α频段的绝对能量减去闭眼实验时的α频段的绝对能量得到α频段的相对能量。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于所述步骤6中佩戴方式具体为：找到前方Fp1与Fp2通道的位置后，固定这两个通道的位置直接将帽子往后方拉，即可完成电极帽的佩戴；接着在电极帽的通道感应元件中，用针筒注入导电膏便可开始测量脑波信号。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于所述步骤7中进行指定动作的具体步骤为：测试者带上脑电图电极帽后，先进行睁眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，直视前方2米处的设置好的红点5分钟，接着坐在椅子上休息2分钟，进行闭眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，并闭上双眼5分钟。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于所述步骤8中采集脑波信号的方法为：用脑电图电极帽测量Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、T3、T4共12个通道，将Cz通道设为12个通道的共同参考点位，并测量2个眼电图信号。优选的，所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于所述步骤9中获得参数的具体步骤为：(1)对采集到的脑波信号做信号前处理，包括先将信号进行滤波处理，再用独立成分分析ICA去除杂讯和消除眼动伪迹的干扰；(2)通过Welch法计算各个通道中β1频段和α频段的频谱能量，Welch法的具体流程如下：先对信号分段，进行加窗处理，得到时域信号xm，作快速傅立叶变换转换为频域信号，对频域信号取二次方求出信号总的频谱能量，最后再求平均频谱能量；信号总的频谱能量的计算公式平均频谱能量计算公式为(3)分别计算睁眼实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：测试者需要在治疗或训练前测试一次，在治疗或训练后测试一次，完成测试有以下步骤：步骤1：佩戴设备准备测试；步骤2：进行指定动作；步骤3：开始测试，采集脑波信号；步骤4：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8‑12Hz、15‑18Hz的脑电波区间；步骤5：治疗或训练；步骤6：佩戴设备准备测试；步骤7：进行指定动作；步骤8：开始测试，采集脑波信号；步骤9：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8‑12Hz、15‑18Hz的脑电波区间；步骤10：对步骤4和步骤9获得的参数进行对比分析，评估平衡力是否有所改善。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：测试者需要在治疗或训练前测试一次，在治疗或训练后测试一次，完成测试有以下步骤：步骤1：佩戴设备准备测试；步骤2：进行指定动作；步骤3：开始测试，采集脑波信号；步骤4：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8-12Hz、15-18Hz的脑电波区间；步骤5：治疗或训练；步骤6：佩戴设备准备测试；步骤7：进行指定动作；步骤8：开始测试，采集脑波信号；步骤9：获得参数，包括β1频段和α频段的总频谱能量和平均频谱能量，α频段、β1频段分别为大脑产生的处于8-12Hz、15-18Hz的脑电波区间；步骤10：对步骤4和步骤9获得的参数进行对比分析，评估平衡力是否有所改善。2.根据权利要求1所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤1中佩戴方式具体为：找到前方Fp1与Fp2通道的位置后，固定这两个通道的位置直接将帽子往后方拉，即可完成电极帽的佩戴；接着在电极帽的通道感应元件中，用针筒注入导电膏便可开始测量脑波信号，Fp1与Fp2分别为别为国际标准电极安装法中位于左、右额极位置的电极点。3.根据权利要求1所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤2中进行指定动作的具体步骤为：测试者带上脑电图电极帽后，先进行睁眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，直视前方2米处的设置好的红点5分钟，接着坐在椅子上休息2分钟，进行闭眼实验，静止站立且双手自然垂放，身体放松尽量保持不动，并闭上双眼5分钟。4.根据权利要求1所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤3中采集脑波信号的方法为：用脑电图电极帽测量Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、T3、T4共12个通道，将Cz通道设为12个通道的共同参考点位，并测量2个眼电图信号，左、右眼的眼电信号的参考电位分别位于右耳、左耳后方凸起处；F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、T3、T4、Cz分别为国际标准电极安装法中位于左额、右额、左中央、右中央、左顶、右顶、左枕、右枕、左中颢、右中颢、中央中线位置的电极点。5.根据权利要求1所述的基于脑波信号测量的平衡力评估方法，其特征在于：所述步骤4中获得参数的具体步骤为：5-1、对采集到的脑波信号做信号前处理，包括先将信号进行滤波处理，再用独立成分分析ICA去除杂讯和消除眼动伪迹的干扰，其中，独立成分分析ICA是从多个源信号的线性混合信号中分离出源信号的技术，ICA假设脑波信号源是独立的，是一个随机向量x，每段信号中都含有独立的向量s，通过线性变换矩阵W将随机向量x转换为独立的向量，公式如下：s＝W*x故脑波信号中可以分析出14个向量，即测量的12个脑波通道的信号与2个眼电图信号，这样便可去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克华，刘智强，马佳航，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33