一种多导脑生物信息反馈仪制造技术

本发明专利技术公开了一种用三维视听刺激作为反馈手段，基于ＤｉｒｅｃｔＸ３Ｄ的实时脑电生物反馈训练仪器，该仪器的硬件是由多个头皮电极，脑电信号提取模块，硬件实时脑电信号处理模块，和计算机组成，计算机内设置有用于支持脑电生物反馈训练的软件。本发明专利技术采用硬件实现小波包分析方法实时消除干扰和生理伪差并采用数据融合算法、频谱分析等数字信号处理方法，提取精确的特征信息，从而得到准确的实时反馈治疗信息。采用三维视听刺激作为反馈训练手段，使反馈刺激更加有个性化和真实感。运用真实感非常强的三维场景，配以背景音乐，使患者顺利完成反馈训练任务。仪器使用简单，界面友好，易于医生和患者接受。仪器不要求使用者具有编程经验，不提供复杂的操作环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗辅助仪器，特别是一种实时脑生物信息反馈仪，该反馈仪可对脑电信号进行实时处理，并以心理学为依托，采用三维视听刺激作为反馈手段的多导实时脑生物信息反馈仪。
技术介绍
生物反馈技术最早是根据巴甫洛夫的经典条件反射理论而发展起来的。西方国家近四十年来的研究发现，由中枢神经系统调节的经典条件反射的建立，不仅仅是对随意肌有效，而且对自主神经系统所控制的内脏功能，如血管、气管平滑肌紧张度，呼吸、脉搏的节律，以至对脑电的形态和节律同样有效。借助先进的仪器，通过学习和训练，人体的自主神经系统能建立操作性条件反射，从而改变其功能状况。脑功能生物反馈即EEG(electroencephalogram)生物反馈是一种用于解除生理和心理不适的生物反馈治疗的方法。它是通过采集受试人的脑电信号并以某种方式显示出来，以训练受试者有意识地控制自身的脑电波模式，达到治疗的目的。脑功能生物反馈治疗技术起源于70年代，在二十世纪九十年代形成第二个高峰，目前在美国共有21个生物反馈学会，普遍应用于医疗、教育领域，取得了明显的效果，在欧盟，也广泛开展了生物反馈治疗，但是在我国基本出于开始研究阶段。EEG生物反馈的研究者们认为，通过不断地训练，受试人能够随意调节脑电波节律的增加或者减少，这种反馈疗法的目的就是诱导出与神经放松相关的脑电波，并且通过反复训练产生持久效应，使大脑形成一种“习惯”，自此以后它就能不断产生健康的脑电波模式。现有的脑电生物反馈治疗仪主要是美国瑞菲尔公司的A620脑电生物反馈治疗系统，欧洲迈英德—思必瑞特公司的BioGraph生物反馈系统等，国内还未见同类产品。但是这几种生物反馈治疗仪器都是采用软件完成治疗的，但也存在着较多缺陷，其主要在于1)、都是以单一电极信号作为反馈信息，而且其放置大都在顶部区域，并不符合已有的理论基础，无法发挥脑电生物反馈治疗的最大优势，并且针对性不强；2)、仪器都是以单一频率信息作为反馈信号，信息量比较小，而且特征并不十分明确，并不能得到相应的针对患者的特征信息进行反馈治疗；3)、反馈设计都是以平面游戏为主，游戏比较单一，不能很好的引起受试者的注意，影响反馈治疗的结果。另外，这几款仪器都是国外品牌，软件完全西化，并不适合中国国情，其操作复杂，价格昂贵，没有适合家用的型号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种以心理学为依托，采用三维视听刺激作为反馈手段的多导脑生物信息反馈仪。为达到上述目的，本专利技术采取如下技术解决方案一种多导脑生物信息反馈仪，其特征在于，该仪器的硬件包括多个头皮电极，用于脑电信号采集，采样频率是128Hz或者256Hz，并将采集的脑电信号送入脑电信号提取模块；脑电信号提取模块，用于脑电信号的提取、放大和滤波处理，放大的信号通过16位A/D转换成数字信号后送入硬件实时脑电信号处理模块；硬件实时脑电信号处理模块，用于对A/D转换的数字信号进行预处理，采用小波包分解、小波阈值的方法进一步消除干扰和生理伪差，并利用神经网络、频谱分析以及数据融合算法对信号进行实时的特征信息提取，并将处理后的脑电信号以及实时特征信息包通过USB传输接口送入计算机，计算机内设置有用于支持脑电生物反馈训练的软件。所述的支持脑电生物反馈训练的软件由以下模块构成；一管理模块，用于对训练进程和受试者信息进行管理，包括训练者信息的创建、查询、修改、删除，以及训练方案的选择，设置反馈训练方案所要求的指标和形式以及资料的存储；一数据库，用于存储训练方案、训练者的信息及其训练的过程存储；一反馈训练模块，该模块中有预先设定的训练指标，用于根据训练者选定的方案对训练者进行三维视听信息反馈训练，并从通讯逻辑模块读出反馈训练方案中所要求的特征信息与预先设定好的训练指标进行比较，如果达到训练指标，则反馈训练继续进行，否则，则等待特征信息符合训练指标进行训练，或重新设置反馈训练指标；一显示模块，由结果打印、脑电分析、脑电显示三部分组成，用于实时显示训练者的动态脑电图，实时监控训练者的脑电变化情况；一离线分析模块，用于对实时脑电信号处理模块预处理后得到的脑电信号数据在时频域进行特征分析，为受试者提供正确地反馈训练方案；一通讯逻辑模块，用于解决多个线程之间的资源同步访问，使线程能够正确地访问共有资源；一数据采集模块，用于采集由USB传输上来的经过预处理的脑电信号以及该信号的实时特征信息包，采集的数据送入脑电信号二次处理模块；一脑电信号二次处理模块，用于对硬件实时脑电信号处理模块的数据进行进一步的处理，消除传输过程中的信号失真，并将特征信息包中的信息提取出来送入通讯逻辑模块；管理模块分别与离线分析模块、数据采集模块、反馈训练模块、数据库、显示模块连接，反馈训练模块和通讯逻辑模块连接，通讯逻辑模块还和显示模块连接，数据采集模块通过脑电信号二次处理模块与通讯逻辑模块连通本专利技术的仪器具有下列技术特点1.采集多个头皮电极得到的多导脑电信号提取反馈治疗信息，可以根据不同的需要放置不同的位置，提取与治疗相关性最大的脑电信号；2.采用小波包分析的方法消除干扰和生理伪差并采用数据融合算法和神经网络、频谱分析等新型数字信号处理方法，提取更为精确的特征信息，从而得到更加准确的反馈治疗信息；3.采用硬件实现实时脑电信号的预处理和特征提取，大大提高运算速度，从而更好的保证反馈训练的实时性。4.三维视听信息反馈的设计从患者的角度出发，依托设计心理学，在内容和形式上的设计都充分考虑患者的疾病类型，年龄，性别，性格，力求有针对性地对患者进行训练。5.采用三维视听刺激作为反馈训练手段，使反馈刺激更加有个性化和真实感。在视听信息反馈形式的开发方面，采用Microsoft公司的DirectX来开发三维场景的视听信息反馈。运用功能强大的DirectX能渲染出真实感非常强的三维场景，配以适当的背景音乐，使受训者能够有身临其境的感觉，其中穿插特殊的音效作用，使患者集中注意力完成反馈训练任务。6.友好简单的人机界面本专利技术的医用仪器，系统的使用简单，同时界面友好，易于医生和患者接受。系统不要求使用者具有编程经验，不提供复杂的操作环境。附图说明图1是本专利技术的脑电生物反馈治疗仪的硬件框图； 图2是脑电生物反馈治疗仪的系统软件框图；图3是脑电信号采集、与绘图子程序流图；图4是整个视听信息反馈训练的开发流程图；图5是视听信息反馈训练初试化流程图；图6是视听信息反馈训练循环流程图；图7是渲染帧图和显示模块具体流程图；图8是“太空遨游”视听信息反馈训练界面图；图9是脑电生物反馈治疗具体实例图；图10是本专利技术具体实现的模拟电源及隔离模块的一种电路原理图。图11是本专利技术的具体实现的前置放大模块的一种电路原理图。图12是本专利技术的具体实现的模拟滤波模块模块的一种电路原理图。图13是本专利技术的具体实现的交流电转换为直流电压模块的一种电路原理图。图14是本专利技术的具体实现的产生3V电压模块的一种电路原理图。图15是本专利技术的具体实现的产生1.8V电压模块的一种电路原理图。图16是本专利技术的具体实现的复位电路模块的一种电路原理图。图17是本专利技术的具体实现的模数转换模块的一种电路原理图。图18是本专利技术的具体实现的USB接口模块的一种电路原理图。图19是本专利技术的具体实现的ARM处理器模块的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多导脑生物信息反馈仪，其特征在于，该仪器的硬件包括：多个头皮电极，用于脑电信号采集，采样频率是１２８Ｈｚ或者２５６Ｈｚ，并将采集的脑电信号送入脑电信号提取模块；脑电信号提取模块，用于脑电信号的提取、放大和滤波处理，放大的 信号通过１６位Ａ／Ｄ转换成数字信号后送入硬件实时脑电信号处理模块；硬件实时脑电信号处理模块，用于对Ａ／Ｄ转换的数字信号进行预处理，采用小波包分解、小波阈值的方法进一步消除干扰和生理伪差，并利用神经网络、频谱分析以及数据融合算法对信号 进行实时的特征信息提取，并将处理后的脑电信号以及实时特征信息包通过ＵＳＢ传输接口送入计算机，计算机内设置有用于支持脑电生物反馈训练的软件。

【技术特征摘要】
1.一种多导脑生物信息反馈仪，其特征在于，该仪器的硬件包括多个头皮电极，用于脑电信号采集，采样频率是128Hz或者256Hz，并将采集的脑电信号送入脑电信号提取模块；脑电信号提取模块，用于脑电信号的提取、放大和滤波处理，放大的信号通过16位A/D转换成数字信号后送入硬件实时脑电信号处理模块；硬件实时脑电信号处理模块，用于对A/D转换的数字信号进行预处理，采用小波包分解、小波阈值的方法进一步消除干扰和生理伪差，并利用神经网络、频谱分析以及数据融合算法对信号进行实时的特征信息提取，并将处理后的脑电信号以及实时特征信息包通过USB传输接口送入计算机，计算机内设置有用于支持脑电生物反馈训练的软件。2.如权利要求1所述的多导脑生物信息反馈仪，其特征在于，所述的支持脑电生物反馈训练的软件由以下模块构成；一管理模块，用于对训练进程和受试者信息进行管理，包括训练者信息的创建、查询、修改、删除，以及训练方案的选择，设置反馈训练方案所要求的指标和形式以及资料的存储；一数据库，用于存储训练方案、训练者的信息及其训练的过程存储；一反馈训练模块，该模块中有预先设定的训练指标，用于根据训练者选定的方案对训练者进行三维视听信息反馈训练，并从通讯逻辑模块读出反馈训练方案中所要求的特征信息与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，郑崇勋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]