[发明专利]一种隐式注视脑机接口的意识状态检测系统

说明书

本发明公开了一种隐式注视脑机接口的意识状态检测系统，包括视听觉刺激模块、脑电信号采集模块、脑电信号处理模块；视听觉刺激模块采用语义一致和不一致的视听数字随机播放给受试者；脑电信号采集模块实时记录受试者进行规定任务的脑电信号；脑电信号处理模块实时输出在线检测结果。本发明设计隐式注视的视听觉刺激范式，使用脑机接口技术去对受试者进行意识状态检测。在线分析准确率实时反馈给受试者，对其意识状态进行准确检测。本发明通过语义一致和不一致的视听刺激检测受试者的意识状态，提高受试者意识检测的准确率。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术与电生理事件相关诱发电位的技术领域，尤其是指一种隐式注视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(JFKComa 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％。因此，采用更加客观和科学的方法来检测患者的意识状态是十分必要的。

脑机接口(brain computer interface，BCI)是指在人脑和计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道，它不依赖于脑的正常生理输出通路(外周神经系统及肌肉组织)，是一种全新的人机接口方式。自从上个世纪初发现头皮脑电(electroencephalogram，EEG)信号后，它就被应用于神经系统疾病辅助诊断、脑功能康复的研究等方面。脑机接口在意识状态检测中的一个重要优势就是能实时地产生检测结果。反过来，如果该患者是有意识的话，这些实时的结果能对患者起到一个有用的反馈作用。使用脑机接口进行意识状态检测在起步阶段，我们需要开发更强大的脑机接口来提高检测的性能。

目前用于检测意识状态的脑机接口方法全部采用基于听觉刺激来实现。听觉脑机接口的一个通病就是准确率低。目前从正常人的使用情况来看，视觉脑机接口要比听觉脑机接口的准确率要好得多。本发明设计的就是采用视觉脑机接口来进行意识障碍患者的意识检测。由于部分意识障碍患者缺乏控制眼部运动的能力，所以使用注视相关的视觉BCI来检测对于他们来说并不合适，或者难以获得准确的诊断结果。