基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈训练系统，通过脑磁图信号向脑电的投射策略，形成特异性脑电信号，用于焦虑情绪的调控和改善。本发明专利技术属于医疗技术领域，包括相互连接的脑电图采集模块、实时处理模块与视觉反馈模块；实现了从信号采集—信号处理—信号反馈—信号采集的完整治疗闭环。本发明专利技术通过对脑电信号进行实时解码分析与特征提取，并且使用多模态特融合的特异性映射模型，建立反应情绪相关核心脑区(如杏仁核)实时活动的特异性脑电映射信号，具备更强的空间准确性与症状特异性；应用特异性映射信号进行神经反馈治疗，可以辅助制定个体化、多疗程的神经调控训练，改善用户的焦虑情绪，为用户提供了一个非侵入的便捷的神经调控平台。了一个非侵入的便捷的神经调控平台。了一个非侵入的便捷的神经调控平台。

【技术实现步骤摘要】
基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统


[0001]本专利技术属于医疗
，涉及了一种基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统，具体的，是涉及了一种脑电图(Electroencephalogram,EEG)和脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)融合的特异性信号指标，用于改善焦虑的神经反馈治疗系统。

技术介绍

[0002]焦虑症(Anxiety)是对亲人或自己生命安全、前途命运等的过度担心而产生的一种烦躁情绪，又称焦虑性神经症，以焦虑情绪体验为主要特征。主要表现为：无明确客观对象的紧张担心，坐立不安等。严重时可造成极大的主观痛苦，甚至影响患者适应融入现实的社会环境。
[0003]现有对Anxiety的治疗方式通常为药物治疗与心理治疗。药物治疗主要使用苯二氮卓类药物(又称为安定类药物)、抗抑郁药以及长短效药物合用。由于药物的持续性相对较短，不适合长期大量使用，同时有可能产生依赖，治疗过程中往往会给患者造成较大的心理与经济负担。而心理治疗是通过临床医生通过专业的言语或非言语沟通，引导和帮助患者改变行为习惯、认知应对方式等等，对医师的专业性有较高要求，同时也无法关联大脑的神经生物学变化。
[0004]越来越多的焦虑疗法采用结合心理治疗的生物反馈治疗或者放松、冥想治疗来引导被试缓解焦虑，被证明卓有成效并且能够有效提高患者自身调节情绪的能力。神经反馈是其中一种生物反馈技术，其通过视觉、听觉或其他形式来表征人体的某种神经活动，并且将这种表征实时反馈给实验被试；通过被试对该表征的自我调控来改善与这种神经活动相关联的某种行为或病症。神经反馈技术的核心在于捕捉并反馈被试的神经活动，这种探测手段一般包含脑电图(Electroencephalogram,EEG)、脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)，以及血液动力学的成像方式如功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)与近红外成像(functional Near infrared imaging,fNIRS)等，主流的研究多采用EEG与fMRI进行神经反馈研究。
[0005]传统的神经反馈方式是采用EEG信号单通道频率信号进行反馈，常见的有使用脑电P3、P4、F3、F4等通道的alpha或beta频率信号进行反馈，用以调控抑郁情绪、焦虑情绪、认知表现等问题。但是，EEG在定位方面存在明显的缺陷，其较低的空间分辨率使得通过颅骨测量来评估神经电活动的来源成为一个不适定的逆问题。
[0006]与之相对的，fMRI信号通过图像采集、处理的方式可以精准的获取深部脑区的血氧水平信号(blood oxygenation level dependent,BOLD)，具备更强的特异性，为探索深部脑区结构神经可塑性变化和认知行为功能之间的关系提供了一种崭新的手段。但是，fMRI信号的时间分辨率较差(秒级别)，这极大降低了通过fMRI信号进行神经反馈训练的调控实时性，致使采用fMRI进行特异性神经反馈的效果大打折扣。
[0007]因此，亟需开发一种创新的神经反馈技术，兼顾实时性的同时可以精准地靶向患
者的情绪区域，为患者建立一个可以自主进行情绪调节的训练平台。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术提供了一种基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统。
[0009]本专利技术的技术方案是：本专利技术所述的一种基于脑磁图脑电图多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统，包括脑电图采集模块、实时处理模块与视觉反馈模块；
[0010]所述脑电图采集模块与实时处理模块相连接，所述实时处理模块与视觉反馈模块相连接，所述视觉反馈模块与脑电采集模块相连，构成了一个闭环系统，利用该系统可以辅助制定个体化的神经反馈调控训练，改善用户的焦虑情绪。
[0011]其中，所述脑电图采集模块通过硬件设备实现脑电图信号的采集与传输；其包括采集单元及通讯单元一，采集单元采集脑电信号封装后通过通讯单元一发送至实时处理模块；
[0012]所述实时处理模块对脑电信号进行实时解码分析与特征提取，并且使用脑电图
‑
脑磁图多模态融合模型，基于实时脑电信号构建情绪相关核心脑区(如杏仁核)活动实时的靶向特异性信号；
[0013]其包括通讯单元二、数据预处理模块、特征提取单元及多模态特异性信号构建单元，通讯单元二从脑电图采集模块获取脑电数据后，经由数据预处理模块对脑电图信号进行预处理，再经由特征提取单元进行进一步解码；通过多模态特异性信号构建单元，解码后的信号在个体脑电信号上投射脑磁图靶向信息，获得情绪相关核心脑区(如杏仁核)活动的靶向特异性实时信号；
[0014]所述视觉反馈模块控制神经反馈范式的切换，显示引导语与反馈信息；其包括显示单元及范式控制单元，实时处理模块产生的特异性信号经过范式控制单元封装，最后显示单元显示引导语与封装的特异性信号反馈信息。
[0015]进一步的，所述靶向特异性信号构建方法的具体情况是：
[0016]该系统的实时处理模块，通过对脑电信号的解码分析与特征提取，并且使用多模态融合的方法，通过脑电信号的不同分解构建脑深部区域的靶向特异性信号，表征人脑与情绪功能密切相关的核心区域的激活情况。
[0017]进一步的，所述脑电信号的解码分析与特征提取，包括以下步骤：
[0018]步骤(1)、脑电图信号预处理：通过信号滤波与通道筛选、去噪丢弃、去除眼电和肌电、重参考、独立成分分析，获得脑电信号；
[0019]步骤(2)、脑电图信号特征提取：对于步骤(1)内的脑电信号，通过信息熵一致性约束、脑电时频分析等方法，提取脑电信号的多通道多频段特征信息。
[0020]进一步的，所述基于脑电图
‑
脑磁图多模态融合的特异性靶向信号构建包括以下步骤：
[0021](1)、脑电/脑磁同步采集实验：通过在高电磁屏蔽的脑磁图室进行脑电图与脑磁图同步采集实验，进行情绪面孔相关生理范式的信号采集，获取脑电图、脑磁图同步数据；
[0022](2)、脑电图信号特征提取：过程同上述系统内脑电信号解码过程；
[0023](3)、脑磁图信号预处理：对于步骤(1)内的脑磁信号，通过信号滤波与通道筛选、
去噪丢弃、独立成分分析、时频分析等方法，获取任务态脑磁图数据；
[0024](4)、脑磁图信号特征提取：对于步骤(3)内的脑磁信号，通过时频分析、线性约束最小方差源重建方法，获取全脑神经活动源头信号估计；
[0025](5)、靶向区域源信号提取：对于步骤(4)内的源信号估计，通过多元对称正交化、AAL模版坐标坐标挖球等分析方法，获取情绪靶向脑区的特异性神经活动源信号；
[0026](6)、特异性映射模型搭建：对步骤(2)、(5)内的脑电多频段特征与脑磁情绪靶向脑区的特异性神经活动源信号，通过卷积神经网络等方法，构建脑电与脑磁的特异性映射模型，以皮层脑电信号表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统，其特征在于，包括相互连接的脑电图采集模块(1)、实时处理模块(2)与视觉反馈模块(3)，所述脑电图采集模块(1)与实时处理模块(2)相连接，所述实时处理模块(2)与视觉反馈模块(3)相连接，所述视觉反馈模块(3)与脑电图采集模块(1)相连接，从而构成一个闭环系统；其中，所述脑电图采集模块(1)包括相互连接的采集单元(11)及通讯单元一(12)，所述通讯单元一(12)与实时处理模块(2)中的通讯单元二(21)相连，所述实时处理模块(2)包括相互连接的通讯单元二(21)、数据预处理模块(22)、特征提取单元(23)及多模态特异性信号构建单元(24)，所述多模态特异性信号构建单元(24)采用多模态特异性信号构建单元与视觉反馈模块(3)中的范式控制单元(31)相连，所述视觉反馈模块(3)包括范式控制单元(31)及显示单元(32)。2.根据权利要求1所述的基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统，其特征在于，在所述脑电图采集模块(1)中，所述采集单元(11)采集脑电信号封装后通过通讯单元一(12)发送至实时处理模块(2)；所述实时处理模块(2)中的通讯单元二(21)从脑电图采集模块(1)获取脑电数据后，先经由数据预处理模块(22)对脑电图信号进行预处理，再经由特征提取单元(23)进行解码，通过多模态特异性信号构建单元(24)，解码后的信号通过多模态特异性映射模型，获得情绪相关核心脑区活动的实时特异性映射信号；所述实时处理模块(2)产生的特异性映射信号经过所述视觉反馈模块(3)中的范式控制单元(31)封装，最后显示单元(32)显示引导语与封装的特异性信号反馈信息。3.根据权利要求1所述的基于多模态融合改善焦虑的特异性神经反馈系统，其特征在于，所述构成的闭环系统用于辅助制定个体化的神经反馈调控训练；所述神经反馈是一种神经调控方法，其需连续进行反馈训练4～10个疗程；其中，单次特异性神经反馈训练则由视觉反馈模块(3)内的范式控制单元(31)控制，其具体操作步骤如下：(1)、基线静息态EEG：观察未训练前的用户静息状态下大脑的活动，建立神经反馈过程中所使用的调控阈值；(2)、练习阶段：帮助被试熟悉实验流程，并协助被试构想出3～5个神经反馈策略，供练习使用，选取其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢青，姚志剑，张鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：