腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，所述康復(fù)設(shè)備包括電極帽和控制器，所述電極帽與所述控制器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型成本較低、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)采取腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后利用電刺激特定腦部區(qū)域，以及電針刺激腦部足少陽(yáng)膽經(jīng)和督脈，可以實(shí)現(xiàn)患有腦血管病的運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)癥患者康復(fù)的技術(shù)效果，同時(shí)，利用本實(shí)用新型康復(fù)時(shí)間比較短，在一定的治療周期內(nèi)患者恢復(fù)到可以進(jìn)行簡(jiǎn)單交流。
【專利說(shuō)明】腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于語(yǔ)言障礙醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)正在逐漸邁入老年人社會(huì)，老年人的身心健康以及各種福利受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，面向失能及部分失能老年人和殘障者的語(yǔ)言障礙康復(fù)治療及訓(xùn)練用的設(shè)備，正在進(jìn)行大力開(kāi)發(fā)。
[0003]基于腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface, BCI)的康復(fù)技術(shù)主要有三種:第一種，利用BCI系統(tǒng)直接與外界交流，如控制神經(jīng)假肢、智能輪椅、電腦熒幕上的光標(biāo)等；第二種，對(duì)于那些神經(jīng)阻斷但肢體尚在的殘疾人可利用BCI系統(tǒng)直接控制其肢體肌肉，使肢體完成日常生活基本動(dòng)作；第三種，由于神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人在整個(gè)生命過(guò)程中中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能在合理的生理電位作用下可以重塑，那么可以利用BCI系統(tǒng)進(jìn)行神經(jīng)再恢復(fù)，如通運(yùn)動(dòng)想象而產(chǎn)生相應(yīng)腦電來(lái)推動(dòng)神經(jīng)再恢復(fù)。以目前市場(chǎng)上最有效的失語(yǔ)癥康復(fù)系統(tǒng)美國(guó)COGNI為例，COGNI失語(yǔ)癥訓(xùn)練系統(tǒng)采用多點(diǎn)觸摸技術(shù)和智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)reCOGNIzer,利用多媒體電腦的聲光電刺激，實(shí)現(xiàn)對(duì)失語(yǔ)癥患者全自動(dòng)智能訓(xùn)練康復(fù)。
[0004]但是，上述的語(yǔ)言障礙康復(fù)系統(tǒng)是一種單向的，通過(guò)聲光電外部感覺(jué)刺激來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)失語(yǔ)癥患者康復(fù)治療，且治療時(shí)間較長(zhǎng)，治療設(shè)備(一般都需要多媒體電腦)對(duì)于老年人操作來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，設(shè)備所需費(fèi)用昂貴，普通患者很難承受的起，另外，上述系統(tǒng)無(wú)法將患者的思維想法與康復(fù)設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，從而很難使患者達(dá)到用語(yǔ)言準(zhǔn)確表達(dá)自己思想的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的康復(fù)系統(tǒng)治療時(shí)間長(zhǎng)、操作復(fù)雜、費(fèi)用昂貴且無(wú)法完成患者用語(yǔ)言準(zhǔn)確表達(dá)自己思想的目的。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供了一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，所述康復(fù)設(shè)備包括電極帽和控制器，所述電極帽與所述控制器連接；所述電極帽包括信號(hào)采集電路、電刺激電路，所述信號(hào)采集電路包括兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路、第一信號(hào)傳輸電路，所述腦電信號(hào)采集后，依次通過(guò)所述兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路完成腦電信號(hào)的去噪與濾波，完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破?；所述控制器包括辨識(shí)電路、第二信號(hào)傳輸電路，所述辨識(shí)電路用于接收到所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)后輸出與設(shè)備使用者思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)；所述電刺激電路包括信號(hào)接收電路、正弦波發(fā)生電路、脈沖信號(hào)發(fā)生電路、電極、電針，所述信號(hào)接收電路用于接收所述思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)，所述正弦波發(fā)生電路用于產(chǎn)生基于所述頻率可變的正弦波電壓，所述電極根據(jù)所述正弦波電壓刺激設(shè)備使用者大腦的頂葉、顳葉和額葉語(yǔ)言功能區(qū)域；所述電針用于刺激大腦的足少陽(yáng)膽經(jīng)及督脈，所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路控制所述電針。
[0007]其中，所述電針的工作參數(shù)包括:頻率50Hz、電壓3V、電流0.1-0.5mA。
[0008]其中，所述第一信號(hào)傳輸電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于在所述完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破髑皩⑺鐾瓿扇ピ牒蜑V波后的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，所述第一信號(hào)傳輸電路、第二信號(hào)傳輸電路為無(wú)線傳輸電路。
[0009]其中，所述虛擬辨識(shí)器包括小波包分析算法、時(shí)頻空分析算法、支持向量機(jī)分類算法，所述小波包分析算法，用于處理接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)中提取出特征信息形成初始特征，所述時(shí)頻空分析算法用于從所述初始特征中選擇特征子集形成特征向量，所述支持向量機(jī)分類算法用于根據(jù)所述特征向量將所述接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)進(jìn)行特征選取與信號(hào)分類。
[0010]其中，在每次使用所述康復(fù)設(shè)備時(shí)，所述電極刺激和所述電針刺激的時(shí)間，根據(jù)每次采集的腦電信號(hào)的特征確定。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型成本較低、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)采取腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后利用電刺激特定腦部區(qū)域，以及電針刺激腦部足少陽(yáng)膽經(jīng)和督脈，可以實(shí)現(xiàn)患有腦血管病的運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)癥患者康復(fù)的技術(shù)效果，同時(shí)，利用本實(shí)用新型康復(fù)時(shí)間比較短，在一定的治療周期內(nèi)患者恢復(fù)到可以進(jìn)行簡(jiǎn)單交流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖中:1_信號(hào)采集電路，2-電刺激電路，3-電針，4-控制器，5-電極帽。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解為此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，所述康復(fù)設(shè)備包括電極帽和控制器，所述電極帽與所述控制器連接；所述電極帽包括信號(hào)采集電路、電刺激電路，所述信號(hào)采集電路包括兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路、第一信號(hào)傳輸電路，所述腦電信號(hào)采集后，依次通過(guò)所述兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路完成腦電信號(hào)的去噪與濾波，完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破?；所述控制器包括辨識(shí)電路、第二信號(hào)傳輸電路，所述辨識(shí)電路用于接收到所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)后輸出與設(shè)備使用者思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)；所述電刺激電路包括信號(hào)接收電路、正弦波發(fā)生電路、脈沖信號(hào)發(fā)生電路、電極、電針，所述信號(hào)接收電路用于接收所述思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)，所述正弦波發(fā)生電路用于產(chǎn)生基于所述頻率可變的正弦波電壓，所述電極根據(jù)所述正弦波電壓刺激設(shè)備使用者大腦的頂葉、顳葉和額葉語(yǔ)言功能區(qū)域；所述電針用于刺激大腦的足少陽(yáng)膽經(jīng)及督脈，所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路控制所述電針。[0016]本實(shí)用新型基于腦-機(jī)接口(BCI)的人機(jī)融合控制系統(tǒng)?！澳X控”涉及神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、控制科學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉的前沿研究方向。同時(shí)，腦機(jī)接口技術(shù)的迅速發(fā)展為腦控的研究提供了技術(shù)支撐，使腦控系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。腦機(jī)接口是通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備在人腦與外界環(huán)境之間，建立一條不依賴于正常的由外周神經(jīng)和肌肉組織的對(duì)外信息交流和控制通路。大腦在進(jìn)行思維活動(dòng)、產(chǎn)生動(dòng)作意識(shí)或受外界刺激時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞將產(chǎn)生幾十毫伏的電活動(dòng)，大量神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)傳到頭皮表層形成腦電波，此腦電波將體現(xiàn)出某種節(jié)律和空間分布的特征，并可以通過(guò)一定的方法加以檢測(cè)，再通過(guò)信號(hào)處理(特征提取和信號(hào)分類)從中辨析出人的意圖信號(hào)，而將其轉(zhuǎn)換為控制命令，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制和與外界的交流。目前，腦機(jī)接口采用的輸入信號(hào)包括 P300、穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(Steady2State Visual Evoked Potential, SSVEP)、皮層慢電位(Slow Cortical Potential, SCP)以及μ或β節(jié)律等。其中，基于SCP、μ或β節(jié)律等自發(fā)腦電的腦機(jī)接口屬于獨(dú)立型腦機(jī)接口，人們可以通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)控制SCP、μ或β節(jié)律的變化。SCP出現(xiàn)的頻率范圍在0.1-3Ηζ，變化緩慢，持續(xù)時(shí)間交叉。由于其頻率較低，在腦電信號(hào)低頻濾波時(shí)極易被濾掉，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少提及。無(wú)論是正常人還是存在運(yùn)動(dòng)殘疾的人，通過(guò)訓(xùn)練能夠?qū)W會(huì)控制β節(jié)律(13-28ΗΖ)的幅度，且在頻域當(dāng)中幅值明顯，易于采集和控制，因此本次腦機(jī)接口輸入信號(hào)采用β節(jié)律。
[0017]基于上述原理，本實(shí)用新型提供了一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，包括電極帽、控制器，電極帽集成了信號(hào)采集電路、電刺激電路。
[0018]本實(shí)用新型通過(guò)非侵入式電極帽采集皮層β節(jié)律信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)腦電信號(hào)的采集。由于腦電信號(hào)中有工頻的雜波、眼電、心電以及肌電等偽跡，因此，信號(hào)將依次通過(guò)兩級(jí)放大電路，五階高通濾波電路，陷波電路，主動(dòng)式高階濾波電路，完成腦電信號(hào)的去噪與濾波。信號(hào)采集電路，輸出的腦電信號(hào)通過(guò)一個(gè)無(wú)線通信，傳送到控制器進(jìn)行處理，控制器利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field — Programmable Gate Array, FPGA)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的處理。本實(shí)用新型中將信號(hào)采集裝置電極帽與信號(hào)處理裝置控制器物理隔離，消除了設(shè)備使用者與FPGA的電氣連接，使腦電信號(hào)采集裝置更便捷，確保了患者的絕對(duì)安全。
[0019]本實(shí)用新型，所述第一信號(hào)傳輸電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于在所述完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破髑皩⑺鐾瓿扇ピ牒蜑V波后的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，所述第一信號(hào)傳輸電路、第二信號(hào)傳輸電路為無(wú)線傳輸電路。
[0020]腦電信號(hào)的分類處理主要特征抽取和模式識(shí)別。特征抽取的主要作用是從腦電信號(hào)中抽取出能夠反映受試者不同思維狀態(tài)的腦電特征，將其轉(zhuǎn)換為特征向量作為模式識(shí)別的輸入。特征抽取是腦電信號(hào)處理中十分重要的一步，抽取出的特征的好壞將直接影響腦電信號(hào)的識(shí)別率。模式識(shí)別主要是尋找一個(gè)以特征向量為輸入的判別函數(shù)，并且能識(shí)別出不同的腦電信號(hào)。本實(shí)用新型的核心就是通過(guò)FPGA對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行信息處理。
[0021]本實(shí)用新型虛擬辨識(shí)器包括小波包分析算法、時(shí)頻空分析算法、支持向量機(jī)分類算法，所述小波包分析算法，用于處理接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)中提取出特征信息形成初始特征，所述時(shí)頻空分析算法用于從所述初始特征中選擇特征子集形成特征向量，所述支持向量機(jī)分類算法用于根據(jù)所述特征向量將所述接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)進(jìn)行特征選取與信號(hào)分類。[0022]考慮到皮層β節(jié)律信號(hào)頻域特性好，本實(shí)用新型采用小波包分析算法進(jìn)行提取。同時(shí)，由于自發(fā)EEG信號(hào)信噪比低，且某些干擾成分與信號(hào)具有相似的時(shí)頻特性，單純的時(shí)頻特征提取因區(qū)分度不夠，會(huì)影響分類效果，本實(shí)用新型繼續(xù)利用時(shí)域-空域分析方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行綜合處理。
[0023]模式識(shí)別是腦電信號(hào)處理的重點(diǎn)，本實(shí)用新型利用支持向量機(jī)(Support vectormachine, SVM)對(duì)維數(shù)高的非線性數(shù)據(jù)記性處理。
[0024]電刺激裝置由信號(hào)接收電路、正弦波發(fā)生電路和脈沖信號(hào)發(fā)生電路組成。頻率信號(hào)接收電路接收有效腦電波，正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生正弦波電壓，作用于電極刺激患者大腦的頂葉、顳葉和額葉語(yǔ)言功能區(qū)域。正弦波發(fā)生電路用于控制所述電極，脈沖信號(hào)發(fā)生電路用于控制所述電針。
[0025]所述電針集成于所述電極帽上，所述電針用于刺激大腦的足少陽(yáng)膽經(jīng)及督脈。較優(yōu)地，在電極作用一定時(shí)間后，所述電針開(kāi)始發(fā)揮作用。
[0026]其中，所述電針的工作參數(shù)包括:頻率50hz、電壓3V、電流0.1-0.5mA。
[0027]本實(shí)用新型的有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，成本較低、操作簡(jiǎn)單、通過(guò)采取腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后利用電刺激特定腦部區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)患有腦血管病的運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)癥患者康復(fù)的技術(shù)效果，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了中西醫(yī)的結(jié)合，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，還采用了利用電針刺激使用者的特定部位，足少陽(yáng)膽經(jīng)以及督脈，刺激該特定部位對(duì)使用者起到了治療作用，利用本實(shí)用新型康復(fù)時(shí)間比較短，在一定的治療周期內(nèi)患者恢復(fù)到可以進(jìn)行簡(jiǎn)單交流。
[0028]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，其特征在于，所述康復(fù)設(shè)備包括電極帽和控制器，所述電極帽與所述控制器連接；所述電極帽包括信號(hào)采集電路、電刺激電路，所述信號(hào)采集電路包括兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路、第一信號(hào)傳輸電路，所述腦電信號(hào)采集后，依次通過(guò)所述兩級(jí)放大電路、五階高通濾波電路、陷波電路、主動(dòng)式高階濾波電路完成腦電信號(hào)的去噪與濾波，完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破?；所述控制器包括辨識(shí)電路、第二信號(hào)傳輸電路，所述辨識(shí)電路用于接收到所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)后輸出與設(shè)備使用者思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)；所述電刺激電路包括信號(hào)接收電路、正弦波發(fā)生電路、脈沖信號(hào)發(fā)生電路、電極、電針，所述信號(hào)接收電路用于接收所述思維狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特定頻率的數(shù)字信號(hào)，所述正弦波發(fā)生電路用于產(chǎn)生基于所述頻率可變的正弦波電壓，所述電極根據(jù)所述正弦波電壓刺激設(shè)備使用者大腦的頂葉、顳葉和額葉語(yǔ)言功能區(qū)域；所述電針用于刺激大腦的足少陽(yáng)膽經(jīng)及督脈，所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路控制所述電針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，其特征在于，所述電針的工作參數(shù)包括:頻率50Hz、電壓3V、電流0.1-0.5mA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，其特征在于，所述第一信號(hào)傳輸電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于在所述完成去噪和濾波后的腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)剿隹刂破髑皩⑺鐾瓿扇ピ牒蜑V波后的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，所述第一信號(hào)傳輸電路、第二信號(hào)傳輸電路為無(wú)線傳輸電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，其特征在于，所述虛擬辨識(shí)器包括小波包分析算法、時(shí)頻空分析算法、支持向量機(jī)分類算法，所述小波包分析算法，用于處理接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)中提取出特征信息形成初始特征，所述時(shí)頻空分析算法用于從所述初始特征中選擇特征子集形成特征向量，所述支持向量機(jī)分類算法用于根據(jù)所述特征向量將所述接收到的所述第一信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)哪X電信號(hào)進(jìn)行特征選取與信號(hào)分類。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腦電語(yǔ)言障礙康復(fù)設(shè)備，其特征在于，在每次使用所述康復(fù)設(shè)備時(shí)，所述電極刺激和所述電針刺激的時(shí)間，根據(jù)每次采集的腦電信號(hào)的特征確定。
【文檔編號(hào)】A61N1/36GK203663244SQ201320811405
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】呂桂澤, 高強(qiáng), 馬津全, 王穎純, 宋雨, 崔揚(yáng) 申請(qǐng)人:天津市鳴都科技發(fā)展有限公司