专利名称：用于呈现电生理测量的方法和支持系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及呈现电生理信号的方法，该方法包括接收电生理信号、处理所接收的 电生理信号以产生与所接收的电生理信号相对应的音频信号，并可听地呈现该音频信号。 本发明还涉及用于帮助读取电生理信号的支持系统。
背景技术：
电生理学通常涉及将电极置于活体的生物组织中或者离体组织中。一般的电生理 测量在例如大脑或肌肉组织中进行，但是其他类型的组织也可以经受电生理测量。以下，作 为例子，论述了大脑中的电生理测量。但是要注意，所述技术还可应用于其他电生理测量。当执行诸如用于深层脑刺激的长期电极植入之类的神经外科过程时，在植入前进 行的成像经常不足以对目标准确定位。典型地还需要对预测的目标位置附近的神经活动进 行测量，并根据该活动的特性来确定何时到达了期望的目标。这在深层脑刺激的情况下尤 其重要，在该情况下不仅需要分析神经活动的测量以确定目标位置的功能性解剖结构，还 需要确定多个植入的电极(例如在当前过程中通常是4个)中的哪些应该用于刺激。在许多情况下，用于这样做的过程几乎完全依赖于电生理学家的经验和临床技 能。他查看所测量信号的简单的时间过程和/或收听经扬声器播放为声音的信号。基于他 自己对各种解剖区域中的信号通常听起来或看起来怎样的经验和知识，然后他试图根据所 测量的信号确定功能性解剖结构。这个过程非常耗时，通常占据植入所需总时间的大部分， 并且对于患者尤其不舒服，因为在该部分过程期间他们必须醒着并警惕。存在试图在此任务中帮助电生理学家的信号处理包。这些包中的大多数使用简 单地为电生理学家提供诸如光谱分析、峰电位分拣(spike sorting)和峰间隔统计(spike interval statistics)之类的他可以应用于信号的标准信号处理工具集合的方式。另一方 式是让软件本身试图进行功能性解剖结构的确定。这两种方式都很少成功。试图根据所测量的电生理信号来确定功能性解剖结构的任务是非常耗时的任务。 这不仅增加了该过程的成本、风险和不舒服性，而且还具有限制了这种过程的候选者的数 量的影响，因为可能潜在获益于这种植入的许多患者可能体力上不能应对该手术操作。另 外，确定功能性解剖结构的处理是复杂并高度主观的任务，这需要极具经验的电生理学家 恰当地进行。因此对确定功能性解剖结构和定位目标的任务进行简化的外科支持系统对于 降低手术所需时间、使得这样的过程对于大量外科团队切实可行、以及改进目标定位的准 确性是至关重要的。简单地提取数据的统计属性并将那些特征提供给电生理学家提供非常小的实际 益处。这样的特征趋向于在各种情况之间变化很大，并且查看所有结果、对其进行解释以及 得出结论所需的时间在手术环境下变得不容许。当有经验的电生理学家(视觉地或听觉 地)估计信号时，他关注(key into)的特征是以正式的计算方式非常难以估计的信号中的 更微妙的模式和规则性。没有对由支持系统提供的统计测量与有经验的电生理学家关注的 视觉或听觉特征之间的关系的深入理解，对于电生理学家来说将这样的测量并入其估计中是极难的。在大多数情况下，最终独自基于其主观估计进行判断，而没有给于由支持系统所 提供的另外的统计测量在整个判断中的权重(即使有的话也很少)。对于自动进行功能性解剖结构的确定的方式，这还引起了严重的问题，这是因为 对于检测这些微妙特征的有经验的人的能力来说，这也是令人畏缩的任务，更不用说没有 该能力的人。发明目的本发明的目的是提供以使得电生理学家可以迅速并直观地理解信息的方式来呈 现电生理信号的方法和系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，该目的通过一种呈现电生理信号的方法而实现，该方法 包括接收该电生理信号，从所接收的电生理信号中提取不同的分量，每个分量代表至少一 个生理单元的活动，处理这些不同的分量以产生与各个不同的分量对应的不同音频信号， 以及可听地呈现所述不同音频信号。当使用该方法时，将允许电生理学家收听各个生理单元的活动。在已知的系统和 方法中，仅允许生理学家收听来自一个或多个电极的、并代表不同生理单元的组合的整体 活动的信号。利用根据本发明的方法，更易于进行对电生理信号的迅速并可靠的估计以及 判断所检查的对象的生理状态。许多技术可用于呈现不同的音频信号。将在下面描述一些 这样的技术。来自电生理信号的不同分量例如可以包括背景噪声、动作电位或者来自特定生理 单元的动作电位。根据依照本发明的方法的实施例，处理包括将不同的增益应用于不同音频信号。 例如，对于背景噪声可以应用比对于动作电位更高的增益，以便使得更容易从背景噪声中 得到重要信息。或者，背景噪声可以得到更低的增益或甚至可以完全移除(零增益)，以便 强调其他信号。此外，可以通过使来自一些生理单元的分量具有比其他更高的增益来强调 该分量。优选地，可由用户或者经由自动或预定的处理来调整所有分量的相对增益。在根 据本发明的另一方法中，处理包括为每个不同音频信号分配位置，并且可听地呈现包括使 用3D位置音频算法，以便就好像音频信号来自各个分配的位置那样来呈现音频信号。在一个基本的实施例中，由左扬声器呈现与特定生理单元相对应的第一信号，而 由右扬声器呈现与另一生理单元相对应的第二信号。在更高级的实施例中，3D位置音频系 统可以将多个不同的生理单元定位在从用户观察点来看的不同角度和距离处。根据下文中描述的各实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并将参 考所述各实施例阐述本发明的这些和其他方面。
附图中图1示意性示出了根据本发明的电生理测量系统，图2示意性示出了带有混合器级的电生理测量系统，图3示意性示出了包括3D位置音频输出的电生理测量系统，以及
图4示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式图1示意性示出了根据本发明的电生理测量系统10。系统10用于测量人脑15的 特定位置中的神经活动。已经将两个电极14植入大脑15中，以用于获取电生理读数。在 系统10的输入11处接收所获取的信号，并将其传送到处理器12。处理器12处理所接收的信号以便从所接收的电生理信号中提取不同的分量，每 个分量代表大脑15的至少一个生理单元的活动。例如，生理单元可以是单个脑细胞或者特 定轴突。在肌电图学，分量可以代表一个运动神经单元的活动。可以从仅一个输入信号中 提取一些分量。其他分量可以由从分离的电极获得的信号组合中导出。处理器12还可以 被安排为提取代表多于一个脑细胞中的活动的分量。例如，来自空间上或者功能上相关的 脑细胞的信号可以组合成一个分量。通常，背景信号还包括对于电生理学家来说重要的信 息，因此在不同分量中的一个或多个中提供背景信号可能是有用的。例如，背景信号可以源 自于更远离电极的多个运动神经单元的动作电位(potential)。在从输入信号中提取不同的分量之后，处理器12产生与各个不同的分量相对应 的音频信号。然后使用至少一个扬声器13呈现这些分离的音频信号。这样呈现分离的音 频信号，以使得电生理学家能够容易地解释在不同分量中所包括的信息并能够在来自不同 生理单元的信号之间进行区分。例如，不是一起而是依次呈现不同的分量。呈现不同分量 的顺序可以由系统用户配置。或者，可以将不同的滤波器应用于不同的分量，可以仅呈现音 频信号的预定集合，或者一些音频信号可以比其他分量经历更多的放大。优选地，该呈现还 使得信息可以以容易和直观的方式从两个或多个分离信号的组合中导出。图2示意性示出带有混合器级20的电生理测量系统10。该实施例与图1所示的 实施例非常相似。相对于图1的实施例主要添加的是系统10进一步包括用于混合不同音 频信号的混合器级20。混合器级20用于混合来自处理器12的不同音频信号。在混合器级 20，可以选择一些或全部的不同音频信号以经由一个或多个扬声器13呈现给用户。混合器 级20可以将某些延迟应用于所选的音频信号，以便依次呈现音频信号或者使得能够研究 不同信号之间的定时关系。取决于由信号代表的信息的类型，混合器级20还可以将不同的 滤波器应用于不同的音频信号。混合器级20的重要特征是可以将不同增益应用于不同音 频信号，使得用户更容易关注于所测量的电生理信号的特定方面。优选地，系统10允许重 复收听相同的信号，每次改变不同音频信号的增益比。优选地，混合器级20的所有设置都 是用户可控的，但是其部分或全部也可以根据预编程的方案(半)自动地进行控制。当然 可以组合用于传送和/或选择不同音频信号的不同技术。图3示意性示出包括3D位置音频输出30的电生理测量系统10。在此例子中，由在 不同位置处提供的一组三个不同扬声器30来提供音频输出。混合器级20将来自处理器12 的音频信号发送到不同的扬声器30，以使得一些信号看起来来源于一个位置而其他信号来 自其他位置。音频信号在扬声器30上的分布可以使得一个音频信号可能具有不同增益或 其他属性地被发送到两个或更多的扬声器。在将不同的信号发送到不同的扬声器30之前， 首先应当将(虚拟的)位置分配给每个信号。将位置分配给音频信号可以由处理器12或 者在混合器级20处执行。然后，计算音频信号应该如何在不同的扬声器30上分布，以便给
5出信号来自于所分配的位置的印象。要注意，不同信号来自于不同位置的印象还可以使用 仅用一个或两个扬声器30提供3D位置音频的专用音频处理技术来实现。这样的技术的例 子使用所谓的与头部有关的转换函数，其中向音频信号的参数给予与用户对信号的自然3D 感知相对应的值。在信号到达耳膜和耳朵内部之前，这些参数尤其模仿头部、耳廓和躯干的 衍射和反射属性。图4示出了根据本发明的方法400的流程图。该方法包括接收41电生理信号的 步骤、从所接收的电生理信号中提取42不同分量的步骤，每个分量代表至少一个生理单元 的活动，处理43不同分量以产生与各个不同分量相对应的不同音频信号的步骤，以及可听 地呈现44不同音频信号的步骤。可以重复处理43和呈现44的步骤以便允许用户多次收 听相同的、但以不同方式呈现的信号。只要测量信号来自测量电极14，就不断重复整个方 法。可以由图1到3所示的系统10执行图4的方法。将认识到，本发明还扩展到计算机程序、特别是适合于实践本发明的、在载体上或 载体中的计算机程序。该程序可以是源代码、目标代码、代码媒介源和诸如部分汇编形式的对 象代码的形式，或者适合于用在根据本发明的方法的实施方式中的任何其他形式。还将认识 到，这样的程序可以具有不同的架构设计。例如，实现根据本发明的方法或系统的功能性的程 序代码可以被再分为一个或多个子例程。在这些子例程之间分布该功能性的许多不同方式对 于本领域技术人员将是显而易见的。各子例程可以一起存储在一个可执行文件中以形成自包 含的程序。这样的可执行文件可以包括计算机可执行的指令，例如处理器指令和/或解释器 指令(例如Java解释器指令)。或者，各子例程的一个或多个或者全部可以存储在至少一个 外部库中，并且，与主程序静态或(例如在运行时)动态地链接。主程序至少包含一个对至少 一个子例程的调用。而且，子例程可以包括对彼此的函数调用。与计算机程序产品有关的一 个实施例包括与至少一种前述方法的每个处理步骤对应的计算机可执行指令。这些指令可以 再分为子例程或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件中。与计算机程序产品有关的 另一实施例包括与前述的至少一种系统和/或产品的每个部件相对应的计算机可执行指令。 这些指令可以再分为子例程或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件中。计算机程序的载体可以是能够携带程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括 诸如例如CD ROM或半导体ROM的ROM或者例如软盘或硬盘的磁记录介质的存储介质。此 外，载体还可以是诸如电或光信号的可传输载波，其可以经由电缆或光缆或者通过无线电 或其他手段传达。当程序包含在这样的信号中时，载体可以由这样的线缆或其他设备或装 置构成。或者，载体可以是其中嵌入了程序的集成电路，该集成电路适用于执行相关方法或 用在相关方法的执行中。应该注意，上述实施例例示而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许 多替换的实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号中的任何参考标 记不因被认为是限制权利要求。动词“包括”及其变化形式的使用不排除存在不同于权利 要求中所述的其他元件或步骤。在元件前的冠词“一”或者“一个”不排除存在多个这样的 元件。本发明可以通过包括几个不同的元件的硬件或者通过适当编程的计算机来实现。在 列举了几个部件的设备权利要求中，这些部件中的几个可以由同一项硬件实现。在相互不 同的从属权利要求中列出的某些措施的单纯事实并不指示不可以有利地使用这些措施的 组合。
权利要求
一种呈现电生理信号的方法(40)，该方法包括接收(41)该电生理信号，从所接收的电生理信号中提取(42)不同的分量，每个分量代表至少一个生理单元的活动，处理(43)不同的分量以产生与各个不同的分量相对应的不同音频信号，以及可听地呈现(44)所述不同音频信号。
2.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述处理(43)包括将不 同的增益应用于不同音频信号。
3.根据权利要求2所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中对于不同音频信号，用不 同的相对增益重复应用不同的增益和可听地呈现不同音频信号至少一次。
4.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述处理(43)包括将不 同的滤波器应用于不同音频信号。
5.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述处理(43)包括为不 同音频信号中的每个分配位置，并且所述可听地呈现(44)包括使用3D位置音频算法以便 将各音频信号呈现为像来自各个分配的位置那样。
6.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述不同的分量中的一个 分量包括背景噪声。
7.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述不同的分量中的一个 分量包括至少一个各自的动作电位。
8.根据权利要求1所述的呈现电生理信号的方法(40)，其中所述不同的分量中的一个 分量包括来自于单个生理单元的多个动作电位。
9.一种用于帮助读取电生理信号的支持系统(10)，该支持系统(10)包括 输入(11)，用于接收电生理信号处理器(12)，可操作来从所接收的电生理信号中提取不同的分量，每个分量代表至少一个生理单元的活动，以及产生与各个不同的分量对应的不同音频信号，以及 音频输出(13，30)，用于可听地呈现所述不同音频信号。
全文摘要
一种呈现电生理信号的方法(40)和系统(10)，所述方法包括接收(41)该电生理信号，从接收的电生理信号中提取(42)不同的分量，处理(43)不同的分量以产生与各个不同的分量相对应的不同音频信号，以及可听地呈现(44)这些不同音频信号。每个分量代表至少一个生理单元的活动。
文档编号A61B5/00GK101909518SQ200980101933
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月11日
发明者K·T·多兰 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司