[发明专利]一种基于脑-机接口的医患交互方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学信号处理的技术领域，具体涉及一种基于脑-机接口的医患交互方法。

背景技术

渐冻人症是运动神经元疾病的一种，患者的运动能力逐渐丧失，直至呼吸衰竭。不过，这一切都在他们神志清醒、思维清晰的情况下发生，他们清晰地逼视着自己逐渐死亡的全过程。依据现有的科学技术帮助这些病人刻不容缓。采用基于脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)技术设计的医患交互系统，可以帮助“渐冻人”群体有效解决生活上的沟通问题，提高他们的生活质量、减少意外发生的可能性。

另一方面中国ICU建设与管理指南中指出：“我国三级和有条件的二级医院均应设立重症医学科，重症医学科属于临床独立学科，直属医院职能部门直接领导。ICU是重症医学学科的临床基地。传统上，医护人员总是将所有精力放在患者生命的抢救和病情的监测上，忽视了患者的需求。同时，各大医院中很难能做到重症监护病房的人员配备的比例(2.5-3∶1)。所以针对人员配备不足的问题，在病人需要帮助的情况下，尤其是夜间，很难能及时的得到帮助，但是即使在白天，人员配备还充足的情况下，病人有需求，医护人员也不能及时的了解病人的想法，有时还可能会得到相反的结果。目前重症监护中心主要是一些急救设备和检测生命信息指数的仪器，将医患交互系统应用到具有ICU重症监护中心的大型医院中，可以很好地解决肢体瘫痪或运动不变、说话不便(如使用呼吸机)的非脑瘫类重症病人与医生、护士、家庭护理人员间的沟通问题。

脑电是来自大脑神经组织的电活动。临床上在头皮用双极或单极记录法来观察皮层的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图。脑电包含有自发脑电信号和诱发脑电信号。自发脑电信号是大脑皮层持续的节律性电位改变；诱发脑电信号，也称为诱发电位(Evoked Potential，EP)，是神经系统(包括外周或中枢、感觉或运动系统)接受内、外界“刺激”所产生的特定电活动。

诱发电位可分为两大类，一类是外源性刺激相关诱发电位，包括视觉诱发电位、听觉诱发电位、躯体感觉诱发电位和运动诱发电位等；另一类是内源性事件相关诱发电位，与大脑的认知功能有关。诱发电位可以应用于神经系统病损的研究，有重要的临床诊断价值，此外，诱发电位的研究有助于认识人类自身的高级神经活动本质。

与自发脑电相比，诱发电位的波幅较低，通常淹没于自发脑电和其它各种伪迹中。诱发电位有一定的空间、时间和相位特征，诱发电位须在特定的部位才能检测出来。再者，诱发电位的潜伏期与刺激之间有较严格的锁时关系，而且是在给予刺激时，几乎可立即或在一定时间内瞬时出现。

自发脑电和诱发电位都能从不同方面反映大脑的不同状态，可应用于脑-机接口。事实上并不是任意一种脑电信号都可用于脑-机接口。然而，在特定的情况下，通过训练，人们有可能产生某种稳定的脑电信号，或者对特定的刺激产生一种可靠的反应。只有这些容易被解释的脑电信号可以应用于脑-机接口。

当人接受到一个视觉刺激时，在视皮层就会产生相应的电活动，这种信号被称为视觉诱发电位(Visual Evoked Potentials，VEP)。视觉诱发电位是人眼经过“集中注视”活动诱发大脑视觉皮层神经的特定电活动在头皮电位的反映。基于VEP的BCI系统依赖于使用者控制眼睛注视方向的能力。当受到频率恒定的外界刺激时，大脑将会产生一个和外界刺激频率或其谐波同频率的响应，该响应的强弱可以由头皮或皮层上测量得到的电压信号表征，即稳态诱发电位(Steady-State Evoked Potential，SSEP)，在对视觉进行重复刺激的实验中，都能观察到稳态诱发电位的出现。这种明显的被刺激频率所调制的脑电信号被称为稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potentials，SSVEP)。对于许多严重瘫痪患者，其视觉功能常常是健全的，因此视觉诱发电位是一种比较适合于脑-机接口的脑电信号。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于脑-机接口的医患交互方法，通过不同频率的视觉刺激，诱发大脑产生相应的稳态视觉诱发电位，通过电极加以采集，利用脑电放大器对采集到的微弱的脑电信号进行放大，并通过脑电放大器与计算机之间的数据传输线将数据传输至计算机进行分析、处理与识别，最终将识别结果通过计算机显示输出。

实现本发明的基于脑-机接口的医患交互方法所采用的硬件系统，包括脑电采集模块和脑电分析及医患交互模块。