[发明专利]基于近红外的多频段生理信号反馈系统及其使用方法

说明书

本发明公开一种基于近红外的多频段生理信号反馈系统及其使用方法。该系统包括：生理信号采集模块，用于实时地采集受试者大脑皮层的脑血氧信号；数据预处理模块，用于实时地对近红外光谱设备采集的原始数据进行预处理，以去除信号中的噪声成分；多频段解析模块，用于从预处理后的脑血氧信号提取多频段生理信号强度指标参数；生理信号反馈模块，用于将多频段解析模块提取的强度指标参数进行实时数据可视化处理，并反馈给受试者；以及显示模块，用于显示生理信号反馈模块的反馈过程。本发明基于近红外光谱技术，通过五个频段生理信号反馈的方法，对大脑特定频率段的生理活动和神经活动进行调节，帮助脑功能障碍患者更好的训练和康复。

技术领域

本发明属于康复辅具领域，具体涉及一种基于近红外的多频段生理信号反馈系统及其使用方法。

背景技术

康复训练是脑功能障碍患者康复的重要手段，对脑功能损伤导致运动功能障碍患者功能改善和恢复有重要意义。反馈训练技术在理解脑功能和脑疾病方面有广泛的应用。在反馈训练的过程中，通过生理信号采集设备监测多维度大脑皮层活动信息，利用大脑内在神经功能和机制，实现生理活动和神经活动的自我调节。反馈训练技术可实现解码大脑的神经活动模式，进而优化与特定神经功能相关的认知行为和运动控制。针对康复训练过程，反馈指的是利用特定大脑皮层区域活动相关信息对受试者后续的神经活动和训练行为进行调节。

专利CN102319067A涉及一种基于脑电信号的神经反馈训练系统，可指导参与者对特定脑电频带节律成分的自主调控，实现相关认知和行为改善的目的。专利CN101912255A提出了一种基于实时功能磁共振信号的神经反馈系统，感兴趣皮层区域的神经活动被用作反馈信息，参与者的脑部血流动力学信号直接实时显示给受试者，受试者在此过程中可学会通过反馈参数的变化来学习控制大脑活动，以及自主调节其行为活动。脑电设备空间分辨率低，无法获取大脑皮层脑血流信号，而核磁共振设备时间分辨率低，较难进行实时数据处理及反馈。

近红外光谱技术具良好的时空分辨率。通过近红外设备测量大脑血流动力学活动可以有效地作为反馈训练康复训练过程的信号。基于近红外信号提取出生理活动强度指标参数可以反馈给反馈干预过程的受试者，用于其对自身脑功能的自主控制，帮助受试者实施更为积极主动的康复训练。专利CN103040446A提供了一种基于光学脑成像的反馈训练系统方法，从光学脑成像神经活动数据中提取出大脑特定功能系统的血氧浓度指标作为反馈信息呈现给受训者，使其参与训练。但该方法缺乏特定频段的生理信号解析及反馈。

反馈训练下受试者主动参与自我调节神经活动的重复性康复训练对于受试者神经系统重建和运动功能恢复更加有效。因此，基于近红外的时空分辨率优势及生理信号分频段的基础，提供一种基于近红外的多频段生理信号反馈方法及系统，使受试者积极主动参与康复训练过程，以达到更佳的康复效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于近红外的多频段生理信号反馈方法及系统。此多频段生理信号反馈系统可实现脑区激活多频段生理信号反馈和功能连接多频段生理信号反馈，并将不同频率段内生理信号指标参数以视觉动画形式反馈给受试者，使其自主调节自身生理活动及神经活动，以达到更佳的康复训练效果。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于近红外的多频段生理信号反馈系统，其特征在于，包括：

生理信号采集模块，该生理信号采集模块用于实时地采集受试者大脑皮层的脑血氧信号；

数据预处理模块，该数据预处理模块用于实时地对所述生理信号采集模块采集的原始数据进行预处理，以去除信号中的噪声成分；

多频段解析模块，该多频段解析模块用于从预处理后的脑血氧信号提取多频段生理信号强度指标参数；

生理信号反馈模块，该生理信号反馈模块用于将多频段解析模块提取的强度指标参数进行实时数据可视化处理，并反馈给受试者；以及