[发明专利]一种基于多模态脑机接口的意识状态检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及脑机接口研究领域，特别涉及一种基于多模态脑机接口的意识状态检测系统。

背景技术

意识是一个内涵丰富的概念，可分成两个主要部分：觉醒(arousal)和觉知(awareness)。对于严重脑损伤患者来说，他们在度过急性阶段后将进入病情稳定的恢复阶段。相对于急性期，此阶段的病情评估需要尽可能的全面，并且希望能够反应预后及转归。根据觉知水平的不同，该类患者可分为多个临床状态。有些患者可能会进入到植物状态(vegetative state,VS)，他们有睡眠-觉醒的周期，但完全丧失对自身及外部环境的觉知能力。有些患者则可能恢复到最小意识状态(minimally consciousstate,MCS)，即存在微弱但确定的觉知能力。由此可见，MCS与VS的区分在于是否有证据表明患者具有觉知能力。另一方面，闭锁综合症(locked-in syndrome,LIS)患者是觉醒的并且具有完好的觉知能力，但身体完全瘫痪。这样也有可能导致与植物状态或最小意识状态的混淆。一般来说，不同意识障碍程度的患者需要不同的治疗方案，因此，准确判定患者的意识障碍水平显得异常重要。

目前，临床上评定患者的意识障碍程度主要依靠量表(例如，Glasgow格拉斯哥昏迷量表、JFK昏迷恢复量表等)以及临床经验，通过检查眼睛、言语和运动三方面刺激所引起的反应来进行综合评价。以2004年美国JFK医学中心Giacino等人修改的昏迷恢复量表(JFK Coma Recovery Scale-Revised，CRS-R)为例，分为6个项目：听觉、视觉、运动、言语反应、交流及唤醒水平。当使用昏迷恢复量表CRS-R对患者的意识状态进行评定时，若患者某个项目的分值小于或等于评分标准(听觉2分，视觉1分，运动2分，言语反应2分，交流0分，唤醒度不评分仅作参考)，则其意识状态被评定为VS；若某个项目高于评分标准为MCS；若运动项目达到6分或交流项目达到2分为脱离MCS。这类方法简单易行，对急性脑损伤后昏迷简捷有效，但对于VS和MCS患者则显得过于粗糙。有时对病情变化的敏感度不高，不能确切反映临床实际情况，因此行为判断往往带有一定主观性和不可预测性。此外，对于严重意识障碍患者，他们用以交流的运动表达系统可能存在不同程度的损伤，同时其觉醒水平具有局限性且经常不稳定，因此行为判断本身在操作上的准确性也不易保证。已有文献证实对VS意识障碍患者进行常规行为诊断的误诊率高达37％-43％。

具体来讲，现有技术及现有技术存在的缺点如下所示：

一、现有技术一的技术方案

目前，临床上评定患者的意识障碍程度主要依靠量表(例如，Glasgow格拉斯哥昏迷量表、JFK昏迷恢复量表等)以及临床经验，通过检查眼睛、言语和运动三方面刺激所引起的反应来进行综合评价。

二、现有技术一的缺点

这类方法简单易行，对急性脑损伤后昏迷简捷有效，但对于VS和MCS患者则显得过于粗糙。有时对病情变化的敏感度不高，不能确切反映临床实际情况，因此行为判断往往带有一定主观性和不可预测性。此外，对于严重意识障碍患者，他们用以交流的运动表达系统可能存在不同程度的损伤，同时其觉醒水平具有局限性且经常不稳定，因此行为判断本身在操作上的准确性也不易保证。已有多篇文献证实对VS意识障碍患者进行常规行为诊断的误诊率高达37％-43％。

三、现有技术二的技术方案

最近，部分学者利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)来研究意识障碍患者存留下来的脑功能。他们的目的是在fMRI中检测出基于特定命令的变化，并提供不依靠运动表达系统的觉知能力的证据。使用功能神经成像，前人的研究采用自我指示的刺激，如对MCS病人在听觉上进行熟悉声音的唤名，来客观地衡量患者大脑处理的能力。在一个个案研究中[4]，Owen等人要求VS患者在进行fMRI的过程中根据提示完成“打网球”和“在自己屋里行走”的想象任务。在两个任务中，该患者显示出与正常受试者相类似的脑激活现象。在几个月后，该患者通过行为表现的评分被诊断为MCS。

四、现有技术二的缺点

尽管学者们提出了不少基于fMRI的方法，但是fMRI的一些限制包括高额费用，不便携(只能在大型医院的核磁共振室进行)以及严格的身体要求(不能带金属支架，不准移动身体等诸多限制)局限了其在意识障碍患者的广泛应用。与fMRI不同，脑机接口由于其相对便宜的价格且良好的便携性，因而能很好应用到临床上。

五、现有技术三的技术方案