脑电同频检测方法、脑电同频刺激方法与装置的制造方法

脑电同频检测方法、脑电同频刺激方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及脑电同频技术，尤其涉及一种脑电同频检测方法、基于该脑电同频检 测方法的脑电同频刺激方法与装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，快节奏、高压力、多噪音的城市生活致使越来越多的人难以入眠，进而成 为失眠症病人。2002年美国的一项调查发现成年人失眠症的发病率为58%。我国近期调查 的结果显示成年人失眠症的发病率和美国大致相同。失眠症严重地折磨患者的身心健康， 长期失眠往往伴随其它严重的心理、精神障碍，影响病人的生活和工作的质量，甚至导致病 人以自杀为代价摆脱失眠的痛苦。
[0003] 尽管世界多个国家投入大量的人力和物力研宄失眠症的病因和治疗方法，但截止 目前仍没有理想的治疗手段。临床医生对失眠症病人的治疗以口服化学性药物为主。虽然 化学性药物有显效快、短期疗效显著等特点，但长期服用会产生药物依赖和一定的副作用。 慢性失眠症的病人不得不终身服药，并不断加大药物剂量以达到原有的治疗效果。俗话说 "是药三分毒"，长期服用化学药物加重了患者的心理和精神负担。因此，急待开发非药物 性治疗的方法。
[0004] 连续监测的脑电图显示，和清醒时相比睡眠状态下的脑电波处于全脑同步慢波震 荡中。如何诱发出同步慢波震荡的大脑电波，将是物理治疗失眠症的一个重要环节。听觉刺 激虽然安全，但人类大脑接收听觉刺激的脑区部位较小，不易把整个大脑的活动同步起来。 反之，人类大脑中三分之一的皮层为视觉皮层，几乎同时可被视觉刺激激活。另外，控制眼 睛运动的脑区散布在大脑额叶和顶叶中的多个部位。利用大脑结构的这些特征性，同步的 慢波视听刺激以及同步同频的眼睛运动可在较短的时间内诱发整个大脑的同频率电活动， 达到催眠大脑的目的。
[0005] 近年来市场出现了几款用于帮助睡眠的仪器，包括利用听觉、视觉等间接刺激以 及磁场、电流等直接刺激方式，但当前催眠仪器的效果并不理想，尤其是直接向脑内输入 电、磁来达到干预大脑活动的方式，会引起非预期的效果，严重的可诱发局部和全身癫痫发 作，其安全性有待考评。
[0006] 目前具有代表性的基于脑电检测的睡眠仪器如下：
[0007] Dl:中国专利ZL200910312825. 6公开的催眠装置及方法；
[0008] D2 :中国专利ZL93107366. 9公开的快速催眠仪；
[0009] D3 :中国专利ZL201120089419. 0公开的催眠枕；
[0010] 其中，Dl公开了采取"脑电波感受器"采集睡眠时人脑电波频率的技术，其技术目 的是通过采集的脑电波频率与设定的频率区间对比，判断采集对象是否已进入睡眠状态， 若否，则采用播放音乐，直到进入受体进入睡眠；
[0011]D2公开了利用"电极"实时采集人脑电波频率的技术，其技术目的是根据采集的脑 电波频率，向采集对象施加与脑电波同频的"低频电流刺激"，具体的是"利用电极将信号引 出，经衬垫加载患者的相应穴位；治疗时，是利用所述电极输出的低频电流连续刺激患者的 神经系统，控制交感神经的兴奋性，起到引起慢睡眠初始状态的特征的作用…."。
[0012] D3公开了利用"脑电波测试仪"采集脑电波的技术，其技术目的是"通过脑电波测 试仪将信号传送给音乐播放器，来选择适合的睡眠音乐"。
[0013] 然后，根据统计，由于个体的差异，每个个体睡眠的脑电同步慢波频率均不相同， 大致符合区间为7HZ-15HZ内的正态分布，其中IOHZ最高；根据检测，入睡过程中人脑慢波 频段随着时间变化而变化的，且不同脑区对应的慢波频段不同，D1-D3均只是采用简单的刺 激，均未记载视觉刺激以及眼球运动刺激等方式；由于听觉神经脑区刺激覆盖面少，无法引 起全脑慢波同步，且简单的音乐没有节律性，不能根据脑波的变化进行及时调整，效果非常 不理想。
[0014] 无论是D1-D3,还是现有技术，均没有记载脑波同频检测的方法，这就无法识别脑 部各个区域的频率相关程度，也无法及时发现导致脑波难以同频的关键区域，也就无法实 现针对性的刺激，更无法实现脑波同频刺激。

【发明内容】

[0015] 本发明的目的是提供一种脑电同频检测方法、基于该脑电同频检测方法的脑电同 频刺激方法与装置，它具有及时发现脑部不同频区域，实现定点刺激，且刺激方式安全可 靠，能同时激活多个脑区，达到大脑慢波同步的目的。
[0016] 本发明是这样来实现的，一种脑电同频检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
[0017] (1)采集脑电信号并预处理：通过脑电采集单元实时采集在时域上的脑电数据， 并对采集到的脑电信号分段做局部实时处理，对每段数据做加窗函数处理；
[0018] (2)计算脑电同步性：利用同频分析模块处理⑴中得到的数据，具体如下：
[0019] 对⑴中得到的每个窗函数内的数据做离散傅里叶变换，XinGO和X/(k)分别代 表第n时间段内i电极和j电极采集的脑电数据的DFT值；i和j信号的各自功率谱和互 功率谱为：
【主权项】
1. 一种脑电同频检测方法，其特征在于，它包括如下步骤： (1)采集脑电信号并预处理：通过脑电采集单元实时采集在时域上的脑电数据，并对 采集到的脑电信号分段做局部实时处理，对每段数据做加窗函数处理； ⑵计算脑电同步性：利用同频分析模块处理⑴中得到的数据，具体如下： 对⑴中得到的每个窗函数内的数据做离散傅里叶变换，XinGO和X/(k)分别代表第 η时间段内i电极和j电极采集的脑电数据的DFT值；i和j信号的各自功率谱和互功率谱 为：
其中第k个值于频率分量fk的关系为：
M为每个时间段内采样点数，fs为采样率； 定义相干系数为：
Cij2GO取值为[〇, 1]，定义多个电极采集到的脑电信号的总体相关性系数：
P (k)的取值为[0，1]，表示在不同频段各个脑区总体的相关程度，取值越大表示导电 信号在该频率值上的同步性越好； ⑶输出检测的同频数值，将⑵中得到的P (k)的数值转换为电信号，并输出为视频 显示或语音。
2. -种脑电同频刺激方法，其特征在于，它包括如下步骤： (1) 采集人体睡眠时的脑电信号，并根据权利要求1所述的脑电同频检测方法得到此 时脑电信号的总体相关系数P (k)，以此时检测的P (k)作为同步程度的阈值； (2) 采集人体清醒时的脑电信号，利用权利要求1所述的脑电同频检测方法得到此时 脑电信号的总体相关系数P (k)，选取P (k)最大区间对应的频段A，频段A代表大脑的大 部分区域的活动频段； (3) 体外对人体施加声音刺激和/或视觉刺激，设置声音刺激和/或视觉刺激的频率， 使大脑对应区域产生与频段A相同频段的脑电波，设定施加刺激的持续时间为T ; (4) 在T时间内，持续采集脑电信号，利用权利要求1所述的脑电同频检测方法计算实 时采集的脑电信号的总体相关系数P (k)，根据P (k)调节声音刺激和/或视觉刺激的频 段，此时声音刺激和/或视觉刺激频段的调节使得此时的总体相关系数P (k)更接近于同 步程度的阈值； (5) T时间后，采集此时的脑电信号，利用权利要求1所述的脑电同频检测方法计算此 时采集的脑电信号的总体相关系数P (k)，对比此时总体相关系数P (k)与步骤（1)中同步 程度的阈值，若总体相关系数P (k)小于同步程度的阈值，则进行步骤（6)，否则结束同频 刺激步骤； (6) 根据总体相关系数P (k)，查找到影响总体相关系数P (k)的脑电信号所对应的电 极位置，在此位置对应的脑区施加电流刺激，和/或体外对人体施加声音刺激和/或视觉刺 激；且持续采集脑电信号，利用权利要求1所述的脑电同频检测方法计算实时采集的脑电 信号的总体相关系数P (k)，根据P (k)调节电流刺激和/或声音刺激和/或视觉刺激的频 段，此时电流刺激和/或声音刺激和/或视觉刺激的调节使得此时的总体相关系数P (k) 最接近于同步程度的阈值； (7) 重复步骤（6)，直到总体相关系数P (k)大于或等于同步程度的阈值，实现脑电同 频。
3. -种基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，它包括 脑电采集单元，利用位于脑部的电极实时采集脑电信号； 同频分析模块，接收脑电采集单元采集的脑电信号数据，并基于权利要求1所述的脑 电同频检测方法计算实时采集的脑电信号的总体相关系数P (k); 设置模块，连接于同频分析模块，用于设置同步程度的阈值； 刺激控制单元，分别连接于同频分析模块、视觉刺激产生单元、听觉刺激产生单元和 电刺激产生单元，刺激控制单元接收来自同频分析模块的电信号，根据权利要求2所述的 脑电同频刺激方法控制视觉刺激产生单元、听觉刺激产生单元和电刺激产生单元； 显示模块和语音模块，均连接于同频分析模块，用于提示与显示脑波同步信息。
4. 如权利要求3所述的基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，所述基于同频检 测的同频刺激装置还包括电源模块和开关模块，其中开关模块连接于电源模块和同频分析 模块之间。
5. 如权利要求4所述的基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，所述视觉刺激产 生单元为3D激光投影装置或全息投影装置，其产生作用于视觉神经，并可被人眼追踪的节 律性影像。
6. 如权利要求5所述的基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，所述听觉刺激产 生单元为双耳扬声器，用于产生节律性音频。
7. 如权利要求3-6中任意一项所述的基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，所 述电刺激产生单元为内置有定位电极的帽子，所述定位电极紧贴人体头部，用于收集脑电 信号以及在刺激控制单元的控制下向电极所在位置施加电刺激。
8. 如权利要求7所述的基于同频检测的同频刺激装置，其特征在于，所述帽子还集成 有所述听觉刺激产生单元和视觉刺激产生单元。
【专利摘要】一种脑电同频检测方法、脑电同频刺激方法与装置，脑电同频检测的方法能够根据测得的脑电数据，统计脑波同频系数，及时发现脑波不同频区域。脑电同频刺激方法通过视、听刺激和眼睛运动以及辅助的微电流刺激，达到安全的脑电同频目的，且结合脑电同频检测方法，进行脑定点同频电刺激，高效可靠地诱导脑波同频震荡，诱发正常睡眠。脑电同频刺激装置，能够在脑电信号实时调节下的正常生理刺激和眼睛运动诱导睡眠，具体的是基于视觉刺激引导的眼睛运动(快速跳动、匀速跟踪运动)结合同步同频率的听觉刺激诱导睡眠；对于部分难以被视、听刺激诱导入睡的严重失眠病人，还可配合定点微量电刺激帮助达到全脑慢波震荡，具有快速、安全地诱导睡眠的功能。
【IPC分类】A61B5-0476, A61M21-02
【公开号】CN104825159
【申请号】CN201510195325
【发明人】张王子康
【申请人】张鸣沙
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月23日