專利名稱：基于p-vep的弱視檢查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療電子產(chǎn)品制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像翻轉(zhuǎn) 模式視覺誘發(fā)電位(P-VEP)的弱視檢查系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
弱視是指眼部無明顯器質(zhì)性病變，以功能性因素為主所引起的遠(yuǎn)視力《0. 8 且不能矯正者，弱視是兒童中較為常見的眼病，發(fā)病率約為2%-3%。我國有3億 多兒童，約有1千萬弱視患兒。因此，弱視的研究及防治是一個相當(dāng)重要的問 題，關(guān)系到下一代的健康成長。
對弱視進(jìn)行早期診斷和治療是防治弱視的關(guān)鍵。作為客觀評估視功能的檢 查方法，視覺電生理廣泛用于弱視的輔助診斷。視誘發(fā)電位(Visual Evoked Potential, VEP)屬于誘發(fā)電位(Evoked Potential, EP)的范疇，是大腦皮層 對視覺刺激發(fā)生反應(yīng)得一簇電信號，又稱為視誘發(fā)皮層電位(Visual Evoked Cortical Potential, VECP)或視誘發(fā)反應(yīng)(Visual Evoked Response, VER)。 VEP可通過放在頭部相應(yīng)位置的表面電極被記錄下來。
根據(jù)刺激頻率的不同，視覺誘發(fā)電位可分為瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位和穩(wěn)態(tài)視覺 誘發(fā)電位。中國專利局公布了 "基于腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)響應(yīng)的控制裝置"(申請?zhí)?99122161.3)，其采用穩(wěn)態(tài)刺激誘發(fā)視覺誘發(fā)電位實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口，用快速傅立葉 變換對腦電信號進(jìn)行頻率分析，得到相應(yīng)的頻率成分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)判斷和控制。 該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是信號提取方法簡單，易實(shí)現(xiàn)。但該技術(shù)亦存在一定的局限性。(1) 穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位對視覺刺激器的頻率穩(wěn)定性要求很嚴(yán)格，不同的目標(biāo)需要采 用不同的刺激頻率，而且各個頻率必須非常穩(wěn)定。若刺激頻率不穩(wěn)定，誘發(fā)電 位的頻譜峰值會發(fā)生變化，將直接影響腦機(jī)接口控制信號提取的正確率。(2) 穩(wěn)態(tài)刺激頻率范圍一般為6-14Hz，而人的自發(fā)腦電a波頻率為8-13Hz，其信 號幅度強(qiáng)于誘發(fā)電位，選擇刺激頻率還需避開a波所在頻帶，視覺刺激頻率的 選擇受到一定的限制。(3)當(dāng)視覺刺激頻率較高時，部分受試者感覺眼睛不適，眨眼次數(shù)增多，難以持續(xù)注視刺激目標(biāo)。(4)還有少數(shù)受試者的瞬態(tài)誘發(fā)電位 比較大，但當(dāng)刺激頻率較高時，可能會有部分人不能利用穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位實(shí) 現(xiàn)腦機(jī)接口 ，則可嘗試采用瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位來實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口 。
根據(jù)刺激方式不同，VEP主要分為閃光視覺誘發(fā)電位(F-VEP)和圖形視覺誘 發(fā)電位(P-VEP)，利用圖形方式(一般采用不同空間頻率和時間頻率的黑白棋盤 格)刺激視網(wǎng)膜后，產(chǎn)生的VEP信號，稱之為P-VEP。在弱視診斷中，F(xiàn)-VEP沒 有特殊意義?；颊叩腜-VEP信號有著特征的改變，這在弱視臨床和研究工作中 有兩點(diǎn)重要意義， 一是為臨床醫(yī)師提供早期發(fā)現(xiàn)兒童弱視的方法；二是對弱視 發(fā)生機(jī)制提供客觀的研究手段。
然而，P-VEP的提取非常困難，因為P-VEP信號十分微弱，通常淹沒在波幅 較大的背景腦電及其它噪聲中，必須采取一些特殊的處理技術(shù)來達(dá)到檢測的目 的。而常用的消噪方法在消除噪聲的同時，數(shù)據(jù)信息也會產(chǎn)生失真而丟失真實(shí) 信息?；谛〔ㄗ儞Q的消噪法能滿足各種消噪要求，且與傳統(tǒng)的消噪方法相比， 小波消噪有很多優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種基于瞬態(tài)的圖像模式翻轉(zhuǎn)視覺誘發(fā)電位 (P-VEP)技術(shù)提取腦機(jī)接口控制信號并實(shí)現(xiàn)了一個基于P-VEP的弱視檢查系統(tǒng)。
本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案基于P-VEP的弱視檢査系統(tǒng)包括主機(jī)、輔 顯示器、電極、全隔離生物電放大器，主機(jī)上設(shè)主顯示器及A/D轉(zhuǎn)換卡，主顯 示器顯示系統(tǒng)界面，供醫(yī)生操作；主機(jī)連接輔顯示器，輔顯示器采用圖像翻轉(zhuǎn) 方式，產(chǎn)生能誘發(fā)視覺電位信號的刺激圖形；電極一端接被檢查者大腦枕部的 頭皮，另一端接全隔離生物電放大器，電極采集視覺誘發(fā)電位信號(作用電極的 位置通常是放在0z位，02位是位于前后中線枕外粗隆向上10%;參考電極通常是 放在鼻根上方5 8cm處；地電極通常放在耳垂或乳突處)，并將該信號傳至全隔 離生物電放大器進(jìn)行放大處理；全隔離生物電放大器通過A/D轉(zhuǎn)換卡與主機(jī)相 連，經(jīng)全隔離生物電放大器輸出的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；主機(jī)上設(shè)一基于P-VEP 的弱視檢查模塊，該模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊和檢查模塊，數(shù)據(jù)管理模塊由用戶管理、數(shù)據(jù)管理子模塊構(gòu)成；檢査模塊由閥值搜索、信號處理、疊加平均、信 號采集、刺激圖形及實(shí)時顯示子模塊構(gòu)成；主機(jī)對A/D轉(zhuǎn)換卡輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行 一系列處理，包括錯相刺激策略用于誘發(fā)電位的疊加，在小波變換域提取特征 向量，特征相量輸入感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出待識別信號隸屬于 視覺誘發(fā)電位信號模糊集的隸屬度，然后通過行簡單的模糊模式識別，得到腦 機(jī)接口控制信號，并在主顯示器顯示；醫(yī)生對提取到的信號曲線關(guān)鍵特征值進(jìn) 行標(biāo)注，生成并打印檢查報告。
所述的基于P-VEP的弱視檢査系統(tǒng)，弱視檢査模塊還包括各種圖形翻轉(zhuǎn)模 式剌激源生成模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊由波形分析、閥值分析及 對比分析子模塊構(gòu)成。
所述的基于P-VEP的弱視檢查系統(tǒng)，電極采用國際標(biāo)準(zhǔn)銀盤電極。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 由于瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位與刺激之間具有較嚴(yán)格的瑣時關(guān)系(視覺誘發(fā) 電位出現(xiàn)在刺激后相對固定的時間段內(nèi))，能較準(zhǔn)確地檢測出誘發(fā)電 位信號，有利于提高腦機(jī)接口的準(zhǔn)確率。
(2) 控制信號的提取方法對刺激頻率的穩(wěn)定性沒有嚴(yán)格要求，采用軟件編 程方式即可在計算機(jī)屏幕上產(chǎn)生視覺刺激模式，而且可根據(jù)需要靈活 地實(shí)現(xiàn)多種腦機(jī)接口視覺刺激模式。
(3) 采用頭皮電極記錄枕部的皮層視覺誘發(fā)電位，該記錄方式無創(chuàng)，使用 者無需訓(xùn)練或只需很少訓(xùn)練，容易被人接受。


圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。 圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)功能模塊圖。 圖3是本實(shí)用新型的系統(tǒng)處理流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。如圖1所示，本系統(tǒng)硬件部分主要由工控主機(jī)、輔顯示器、全隔離全隔離
生物電放大器、A/D轉(zhuǎn)換卡、國際標(biāo)準(zhǔn)銀盤電極組成。主機(jī)上設(shè)主顯示器及A/D 轉(zhuǎn)換卡，主顯示器顯示系統(tǒng)界面，由醫(yī)生操作并控制主機(jī)；主機(jī)與輔顯示器相 連，輔顯示器顯示黑白棋盤格的刺激圖形；銀盤電極按照國際EEG標(biāo)準(zhǔn)接在被 檢查者頭部相應(yīng)位置，電極一端接被檢査者，另一端接全隔離生物電放大器， 電極采集EEG信號并送至全隔離生物電放大器；全隔離生物電放大器對信號進(jìn) 行放大至幾伏和基本濾波，全隔離生物電放大器通過線路與主機(jī)上的A/D轉(zhuǎn)換 卡相連；A/D轉(zhuǎn)換卡對全隔離生物電放大器輸出的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；主機(jī)對 A/D轉(zhuǎn)換卡輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，最終在主顯示器中顯示處理的結(jié)果。
主要元器件選擇如下放大器選全隔離生物電放大器ISO VEP50uV。放大 器的主要性能指標(biāo)如下標(biāo)稱電壓為50《V，增益(倍)20000，精度誤差柳.2%， 極化電位〉令120mV，時間常數(shù)0.22S,檢出幅度0.5《V， CMRR120db，頻帶 1Hz-300Hz(有50Hz工頻陷波)，分辨率[0.35《V，輸入阻抗IOMG(內(nèi)偏 置)/100M。(外偏置)，工作電壓+15V/15mA，偏置電流〈0.01《A，隔離電壓 1500Vrms (《2500Vpk) 。 A/D轉(zhuǎn)換卡選用USB2000A型AD卡。A/D轉(zhuǎn)換卡主要性能 指標(biāo)如下12位單端32通道/雙端16通道100K A/D卡，硬件增益1 1000可 選(INA128)， 8K字FIF0存儲器，0 10V、 土5V、 土10V輸入可選，開關(guān)量輸入、 輸出各16路，l路16位定時/計數(shù)器。
如圖2所示，基于P-VEP的弱視檢查模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊、檢査模塊、 分析模塊，數(shù)據(jù)管理模塊由用戶管理、數(shù)據(jù)管理子模塊構(gòu)成；檢查模塊由閥值 搜索、信號處理、疊加平均、信號采集、刺激圖形及實(shí)時顯示子模塊構(gòu)成；分 析模塊由波形分析、閥值分析以及對比分析構(gòu)成。
檢查模塊實(shí)現(xiàn)了一種空間頻率刺激參數(shù)下P-VEP波形提取和多種空間頻率 刺激參數(shù)下空間頻率閾值自動搜索。
數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)了用戶基本信息管理、用戶診斷信息管理、P-VEP波形 數(shù)據(jù)管理、空間頻率閾值自動搜索曲線數(shù)據(jù)管理、手動空間頻率閾值和自動空 間頻率閾值信息管理。
波形和閾值分析子模塊將被檢查者不同剌激參數(shù)下P-VEP波形進(jìn)行比較，便于醫(yī)生分析判斷得出手動空間頻率閾值，結(jié)合前述多種空間頻率剌激參數(shù)下 自動搜索的空間頻率閾值，確定最終的最優(yōu)閾值，將相關(guān)最優(yōu)閾值保存到數(shù)據(jù)庫。
圖3是本實(shí)用新型的處理流程圖。點(diǎn)擊開始進(jìn)入到基于P-VEP的弱視檢查 系統(tǒng)，首先由醫(yī)生在主控機(jī)器上完成刺激源的相關(guān)參數(shù)設(shè)置；然后在醫(yī)生監(jiān)控 狀態(tài)下，由醫(yī)生完成對被檢査者刺激過程中的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，給出被檢查者刺 激源的同時，醫(yī)生實(shí)時采集剌激后產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)，而且提供了醫(yī)生在對被檢 查者刺激過程中根據(jù)需要撤銷刺激源刺激；刺激操作完成后，將檢查結(jié)果保存， 并對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，打印分析結(jié)果，操作結(jié)束。
權(quán)利要求1、基于P-VEP的弱視檢查系統(tǒng)，其特征是包括主機(jī)、輔顯示器、電極、全隔離生物電放大器，主機(jī)上設(shè)主顯示器及A/D轉(zhuǎn)換卡，主顯示器顯示系統(tǒng)界面，供醫(yī)生操作；主機(jī)連接輔顯示器，輔顯示器顯示刺激圖形；電極一端接被檢查者，另一端接全隔離生物電放大器，全隔離生物電放大器通過A/D轉(zhuǎn)換卡與主機(jī)相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于P-VEP的弱視檢查系統(tǒng)，其特征是所述的電 極釆用國際標(biāo)準(zhǔn)銀盤電極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及基于P-VEP的弱視檢查系統(tǒng)，主機(jī)上設(shè)主顯示器及A/D轉(zhuǎn)換卡，主顯示器顯示系統(tǒng)界面，供醫(yī)生操作；主機(jī)連接輔顯示器，輔顯示器顯示刺激圖形；電極一端接被檢查者，另一端接全隔離生物電放大器，全隔離生物電放大器通過A/D轉(zhuǎn)換卡與主機(jī)相連，主機(jī)上設(shè)一基于P-VEP的弱視檢查模塊，該模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊和檢查模塊，數(shù)據(jù)管理模塊由用戶管理、數(shù)據(jù)管理子模塊構(gòu)成；檢查模塊由閥值搜索、信號處理、疊加平均、信號采集、刺激圖形及實(shí)時顯示子模塊構(gòu)成。本實(shí)用新型具有能較準(zhǔn)確地檢測出誘發(fā)電位信號；根據(jù)需要靈活地實(shí)現(xiàn)多種腦機(jī)接口視覺刺激模式；使用者無需訓(xùn)練或只需很少訓(xùn)練，容易被人接受。
文檔編號A61B5/0496GK201308487SQ20082016314
公開日2009年9月16日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者王麗萍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)