一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，包括依次连接的脑电电极、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块和发声或发光单元，数据处理模块包括依次连接的带通滤波器、自动增益调节模块和驱动信号转换模块；带通滤波器与模数转换模块直接连接并且还通过快速傅里叶变换模块连接，快速傅里叶变换模块选择35

【技术实现步骤摘要】
一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统


[0001]本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种光刺激系统，其可以应用于光刺激治疗老年痴呆等记忆减退相关疾病。

技术介绍

[0002]老年痴呆是一种神经退行性疾病，症状表现为记忆及认知障碍、失语、视觉空间技能障碍等症状，其发病率随年龄增大而升高，80岁以上老人发病率达到15％以上，是世界上发病率最高的神经系统疾病，老年痴呆是随着年龄增长，大脑中的神经细胞逐渐发生病变所导致的。使用专门的电信号放大设备和电极，可以在头部记录到人的脑电波，脑电波能够提供大脑中神经细胞工作状态的部分信息，老年痴呆引起的神经功能异常在脑电波信号中也有所体现。
[0003]脑电波(Electroencephalogram，EEG)是可以在头皮通过电极记录到的随时间变化而波动的微弱电信号，大脑中的神经细胞可以产生神经电活动，在头皮处记录到的电信号是脑神经细胞在大脑皮层的神经电活动的总体反映。
[0004]脑电波表现为幅度随时间变化的连续电信号，通过滤波，可将原始脑电波信息分为不同频段的脑电波，包括阿尔法频段脑电波(αwave)、伽马频段脑电波(γwave)等等,它们分别与不同的脑功能有所关联，其中阿尔法频段脑电波(αwave)是指频率范围在8
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13Hz之间的脑波，一般与大脑的觉醒状态相关，可以表征精力集中的程度,伽马频段的脑电波信号(30
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80hz)一般与学习记忆等高等认知活动有关。有实验研究表明老年痴呆患者的脑电信号中，伽马频段脑电波的信号有所减弱，与其记忆功能障碍的特点相吻合。脑电波可以被外界的信息输入所影响，特定频率的声音、视觉、电等刺激，在一定条件下可以使脑电波的相应频率发生响应，能量增强。通过声光电等方式改变大脑活动、增强特定频段的脑电波来恢复大脑功能，是治疗老年痴呆的一个热点研究方向。
[0005]有研究者在动物实验中，通过给予老年痴呆模型动物持续的40hz的声音或闪光刺激，引发动物脑电波的伽马频段能量增强，成功降低了老年痴呆模型实验动物的疾病指标，并在后续的临床实验中得到了积极的结果，使40hz的声光刺激成为治疗老年痴呆的潜在手段。
[0006]目前市场上已经逐渐开始有根据此原理制作的可以给予40hz刺激的产品，主要形式是以40hz频率闪烁的各种灯具、带有40hz闪光光源的眼镜、眼罩，以及的40hz的音频。这些产品主要功能是生成40hz的声音或闪光刺激，希望通过这些刺激来增强使用者40hz左右伽马波段的脑波强度，从而达到治疗目的。
[0007]市面上已有的40hz光刺激产品，主要的不足表现为：
[0008]1、产品中并不包含脑波检测设备，也无法根据刺激引起的脑波变化对刺激实时进行相应的调整；
[0009]2、产品的刺激频率与输出功率固定，无法根据脑波信息的反馈进行相应的调整；
[0010]3、40hz声光刺激的目的是增强40hz附近伽马频段脑电波，但已经有研究表明不同
人产生此频段脑电波响应的最佳刺激频率并不相同，固定频率的刺激有可能无法有效的引起使用者脑电波的有效响应；
[0011]4、将现有的声光刺激配合传统的脑电波检测设备，虽然可以实现一定程度的信息反馈，但设备复杂、需专门人员进行监测和调试，不适合普通患者使用。
[0012]目前市面上存在利用α频段的脑电波信号进行反馈光刺激的产品。具体参见申请号为US5,241,967A、名称为System for evoking electroencephalogram signals的美国专利文件，该产品选择脑电波阿尔法频段信号，经过数据处理后驱动发光元件发出该频率的闪光，光强随脑电中该频段信号强度变化而变化，进行正反馈增强阿尔法脑波。这种设备的缺点在于，脑电信号采集自前额与耳后，需连接电脑使用，由电脑完成数据处理工作，刺激光源制作在一个佩戴的眼罩上，使用时需闭眼，且由于与固定设备通过导线连接，使用者使用时活动受到影响，限制了设备的适用范围。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，以为不同使用者提供针对其特定时间脑电信号的最佳刺激，并且便于使用。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，其包括依次连接的脑电电极、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块和发声或发光单元，所述数据处理模块包括依次连接的带通滤波器、自动增益调节模块和驱动信号转换模块；所述带通滤波器与所述模数转换模块直接连接并且还通过一个快速傅里叶变换模块连接，所述快速傅里叶变换模块设置为对脑电波信号进行快速傅里叶变换，选择35
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45hz频率的脑电波信号中能量最高的频率作为带通滤波器的中心频率和刺激频率；所述驱动信号转换模块直接与发声或发光单元连接，所述驱动信号转换模块设置为将自动增益调节模块的输出信号转换为频率为刺激频率的发声或发光单元的驱动信号。
[0015]优选地，所述数据处理模块设置为：
[0016]步骤S1：开机后，记录来自模数转换模块的脑电波信号，并利用快速傅里叶变换模块，对脑电波信号进行快速傅里叶变换，选择35
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45hz频率的脑电波信号中能量最高的频率作为带通滤波器的中心频率和刺激频率；
[0017]步骤S2：利用带通滤波器根据步骤S1确定的带通滤波器的中心频率进行带通滤波以得到初始正弦波信号，利用自动增益调节模块对初始正弦波进行自动增益控制得到经过增益调节的正弦波信号，利用驱动信号转换模块将其转换为频率为所述刺激频率的发声或发光单元的驱动信号，并将其发送给发声或发光单元。
[0018]优选地，所述发声或发光单元为LED灯，所述发声或发光单元的驱动信号为PWM信号，且所述驱动信号转换模块为PWM转换模块，PWM信号是脉冲波宽调制信号。
[0019]优选地，在步骤S2中，经过增益调节的正弦波信号的幅值被转换为PWM信号的占空比。
[0020]优选地，所述发声或发光单元为发声单元，所述发声或发光单元的驱动信号为模拟电信号，且所述驱动信号转换模块为数模转换模块和第二信号放大模块。
[0021]优选地，所述闭环反馈光刺激系统为一个可穿戴设备，包括一个电路盒和连接于电路盒的两侧的一个弹性绑带，弹性绑带与电路盒组成了一个可穿戴的环形结构，所述电
路盒包括壳体，所述脑电电极和发声或发光单元位于壳体外部，信号放大模块、模数转换模块和数据处理模块位于壳体内部。
[0022]优选地，所述脑电电极设于电路盒的壳体外部且环形结构的内侧面，所述内侧面与环形结构的轴向方向平行。
[0023]优选地，所述脑电电极为金属电极；或所述脑电电极为彼此连接的金属按扣座和贴片电极，所述贴片电极由按扣、导电凝胶和贴布组成。
[0024]优选地，所述发声或发光单元为LED灯，所述壳体的下部在对应于环形结构的内侧的位置具有一个与环形结构的轴向方向成一夹角的发光斜面，所述LED灯位于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，其特征在于，其包括依次连接的脑电电极(4)、信号放大模块(6)、模数转换模块(7)、数据处理模块(8)和发声或发光单元(5)，所述数据处理模块(8)包括依次连接的带通滤波器(9)、自动增益调节模块(10)和驱动信号转换模块(11)；所述带通滤波器(9)与所述模数转换模块(7)直接连接并且还通过一个快速傅里叶变换模块连接，所述快速傅里叶变换模块设置为对脑电波信号进行快速傅里叶变换，选择35
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45hz频率的脑电波信号中能量最高的频率作为带通滤波器(9)的中心频率和刺激频率；所述驱动信号转换模块(11)直接与发声或发光单元(5)连接，所述驱动信号转换模块(11)设置为将自动增益调节模块(10)的输出信号转换为频率为刺激频率的发声或发光单元(5)的驱动信号。2.根据权利要求1所述的基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，其特征在于，所述数据处理模块(8)设置为：步骤S1：开机后，记录来自模数转换模块(7)的脑电波信号，并利用快速傅里叶变换模块，对脑电波信号进行快速傅里叶变换，选择35
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45hz频率的脑电波信号中能量最高的频率作为带通滤波器(9)的中心频率和刺激频率；步骤S2：利用带通滤波器(9)根据步骤S1确定的带通滤波器(9)的中心频率进行带通滤波以得到初始正弦波信号，利用自动增益调节模块(10)对初始正弦波进行自动增益控制得到经过增益调节的正弦波信号，利用驱动信号转换模块(11)将其转换为频率为所述刺激频率的发声或发光单元(5)的驱动信号，并将其发送给发声或发光单元(5)。3.根据权利要求2所述的基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，其特征在于，所述发声或发光单元(5)为LED灯，所述发声或发光单元(5)的驱动信号为PWM信号，且所述驱动信号转换模块(11)为PWM转换模块，PWM信号是脉冲波宽调制信号。4.根据权利要求3所述的基于伽马脑电信号的闭环反馈光刺激系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫行健，何熲，高军晖，
申请(专利权)人：上海暖禾脑科学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：