用于幻听检测的声音刺激器及用于幻听检测的装置制造方法
【专利摘要】一种用于幻听检测的声音刺激器，其包括DSP处理单元、存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元、耳机；所述存储单元用于存储配置文件和声音文件；所述耳机用于向患者发出刺激声音；所述存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元分别连接至DSP处理单元；耳机连接至所述音频驱动单元。通过本发明的用于幻听检测的声音刺激器，可以产生时间精度极高的刺激声音信号，每周期的声音播放之差小于1μs。由于时间精度极高，因此可以产生高精度复杂刺激信号。本发明的用于幻听检测的声音刺激器可以诱发高幅度的脑电信号，提高脑电信号的时间精度和频率响应。本发明的用于幻听检测的声音刺激器还能使脑电信号的检测速度更快。
【专利说明】用于幻听检测的声音刺激器及用于幻听检测的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种听觉诱发脑电装置，尤其涉及用于幻听测试的声音刺激器和用于幻听测试的装置。
【背景技术】
[0002]幻听作为一种精神疾病，其诊断一直是一个技术难题，长期以来，医生只能通过主观量表或症状自评量表这样的手段，由患者自己通过填表的方式反应自己的精神健康状态。这种方法主观性非常强，难以做到客观和准确判断。
[0003]尽管人们猜测脑电信号可能与精神疾病具有某种关联，但是，由于诱发反应信号弱，幅度甚至低于背景脑电，易受各种噪声伪迹以及背景脑电的干扰，难以应用于精神疾病。
[0004]听觉稳态反应(ASSR)是在重复且间隔固定的声音刺激下诱发的点位反应，由整个听觉神经系统产生，通过头皮记录到。听觉稳态反应在儿童的听域检测、麻醉监测、听觉神经系统疾病等方面有广泛的应用。其刺激声音的生成主要有两种方式，一是采用计算机声卡合成刺激声，由软件合成声音数据并驱动声卡播放；二是采用独立声卡，如USB声卡，声音由计算机软件合成。这两种方式通过计算机的控制，可以灵活地产生多种组合的刺激声音。但是，这样产生刺激声音诱发的脑电信号对于研究精神疾病而言，诱发的脑电信号非常弱，效果非常不明显。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，本发明的目的在于提出一种能够诱发高质量的脑电信号的声音刺激器，以用于幻听这种精神疾病的检测。
[0006]本发明的另一个目的在于提出一种用于幻听检测的装置，以客观手段检测幻听这种精神疾病，为医生对病情的判断提供客观数据依据。
[0007]为此，本发明的用于幻听检测的声音刺激器，其包括DSP处理单元、存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元、耳机；所述存储单元用于存储配置文件和声音文件；所述耳机用于向患者发出刺激声音；所述存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元分别连接至DSP处理单元；耳机连接至所述音频驱动单元。
[0008]有选地，所述存储器为SD卡，所述音频驱动电路为音频编解码器。
[0009]有选地，所述DSP处理单元根据输入单元输入的指令，从存储单元中读取配置文件和声音文件，根据配置文件和声音文件形成相应的周期性刺激序列，通过音频驱动电路输出所述周期性刺激序列至耳机。
[0010]优选地，所述DSP处理单元通过其通用外设IO在所述周期性刺激序列的每个周期的起始时刻向外部发生同步触发信号。
[0011]本发 明的用于幻听检测的装置，其包括控制计算机、用于幻听检测的声音刺激器、脑电信号采集器；其中所述用于幻听检测的声音刺激器为上述的用于幻听检测的声音刺激器；所述脑电信号采集器包括用于固定到患者头部的电极；在测试时，所述用于幻听检测的声音刺激器的耳机根据其接收到的周期性刺激序列向患者的耳朵发送刺激声音；所述脑电信号采集器的电极采集受到声音刺激的患者的原始脑电信号；所述原始脑电信号经过所述脑电信号采集器处理后被发送到所述控制计算机。
[0012]优选地，所述计算机通过USB与所述用于幻听检测的声音刺激器和所述脑电信号采集器连接，通过USB为所述用于幻听检测的声音刺激器和所述脑电信号采集器供电。
[0013]优选地，所述控制计算机通过USB向所述用于幻听检测的声音刺激器发送控制信号；所述控制计算机通过USB由所述脑电采集器接收采集到的所述脑电信号。
[0014]优选地，所述耳机为入耳式耳机。
[0015]优选地，所述脑电信号采集器的电极为Ag-AgCl电极。
[0016]优选地，所述脑电信号采集器包括模拟放大滤波电路、模数转换电路、微控制器、接口通讯电路；所述电极采集的信号经模拟放大滤波电路放大和滤波后送至模数转换电路，模数转换电路将数字化后的信号送至微控制器，微控制器将所述数字化后的信号送至接口通讯电路，通过相应的传输协议，将脑电信号传输至所述控制计算机。
[0017]通过本发明的用于幻听检测的声音刺激器，可以产生时间精度极高的刺激声音信号，每周期的声音播放之差小于I μ S。由于时间精度极高，因此可以产生高精度复杂刺激信号。本发明的用于幻听检测的声音刺激器可以诱发高幅度的的脑电信号，提高脑电信号的时间精度和频率响应。本发明的用于幻听检测的声音刺激器还能使脑电信号的检测速度更快。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的用于幻听检测的装置结构原理框图；
[0019]图2为本发明的用于幻听检测的声音刺激器的结构原理框图；
[0020]图3为本发明 的用于幻听检测的声音刺激器的一个实施方式的框图；
[0021]图4为图3的用于幻听检测的声音刺激器的系统工作流程图；
[0022]图5为图3的用于幻听检测的声音刺激器产生的声音的实测波形图；
[0023]图6为图3的用于幻听检测的声音刺激器产生的几种波形的声音；
[0024]图7为在进行ASSR实验时采取的一组声音刺激序列；
[0025]图8为本发明的用于幻听检测的装置的脑电信号采集器的原理框图；
[0026]图9中，(a)为现有技术的声卡产生的等间隔正弦信号，(b)为本发明的用于幻听检测的声音刺激器产生的等间隔正弦信号；
[0027]图10为现有技术的声卡产生的声音强度60dB SPL的40Hz Don chirp的诱发的脑电信号的ASSR幅度分布图(1000段)，横轴单位为μ V ；
[0028]图11为本发明用于幻听检测的声音刺激器产生的声音强度60dB SPL的40Hz Donchirp的诱发的脑电信号的ASSR幅度分布图(1000段)，横轴单位为μ V ；
[0029]图12为图10和图11的拟合分布曲线对比图；
[0030]图13为ASSR检测认知功能实验范式流程示意图；
[0031]图14为40Hz调制刺激声音示意图，其中(a)为语音波形，(b)为无意义语音波形，(c)为40Hz调制后的语音波形，(d)为40Hz调制后的无意义语音波形；[0032]图15为正常受试与幻听患者在语音与无意义声音刺激下40Hz ASSR SNR分布图；
[0033]图16为典型导联Rsnk值的统计对比图；
[0034] 图17为幻听患者与正常受试计算结果的TP7导联RSNR-T7导联PSNR分布图；
[0035]图18为PSDA地形图、脑功能连接以及流增益地形图的平均结果；
[0036]图19中为正常受试与幻听患者Cp与Lp随阈值变化曲线；
[0037]图20典型导联位置示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面，结合附图对本发明的用于幻听检测的声音刺激器和用于幻听检测的装置进的行详细说明。
[0039]如图2所示为本发明的用于幻听检测的声音刺激器。其包括DSP处理单元23、存储单元24、输入单元25、显示单元26、音频驱动单元22、耳机21。存储单元24用于存储配置文件和声音文件，耳机21用于向患者发出刺激声音。存储单元24、输入单元25、显示单元26、音频驱动单元22分别连接至DSP处理单元23。耳机21连接至音频驱动单元22。
[0040]本发明的用于幻听检测的声音刺激器的一个【具体实施方式】中，如图3所示，DSP处理单元23作为主芯片，为Texas Instruments公司的C5000系列16位定点DSPTMS320C5515。其中，主芯片TMS320C5515，通过EMIF接口与外接的用作存储单元24的SD卡进行数据通信，从SD卡中读取出声音数据；通过I2C总线，对用作音频驱动单元22的音频编解码器(Coder-Decoder，CODEC) TLVAIC3204进行配置，通过I2S总线，传输声音数据到CODEC上；通过一个GPIO端口，发出同步trigger。同时，主芯片通过作为显示单元26的外接的OLED显示设备，显示系统运行的状态。SD卡用于存储两种类型的文件，一个是配置文件，另一个是声音文件，刺激声音文件的用MATLAB预先编制完成，形成序列M文件，写入到SD卡中。
[0041]本发明的用于幻听检测的声音刺激器的工作流程如图4所示，刺激器初始化完成后，首先将扫描SD卡，可用的配置文件和声音文件将被确认。如果文件系统无误，系统将发送刺激序列，根据提供的信息的配置文件和声音文件的设置编解码器的参数。在刺激过程中，声音文件将被读取和发送到CODEC。通用外设10端口(GPIO)用于输出一个触发信号。该信号已经被连接到EEG放大器，在数据分析过程中，触发器可以被用来分隔脑电图数据转换成不同的刺激。另外，触发信号可以被用来决定响应的延迟时。
[0042]声音数据传输主要是通过I2S总线传送到编解码器。系统的工作时间测试如下，通过分析源代码，得到最长的时间延迟请求的数据是0.4 μ S，每传送一次声音数据需要I2S总线传送命令与数据各一次，以ASSR刺激频率为200Hz计算，对于一个周期中，最大偏压小于0.8 μ S，单个周期的偏差率将小于0.016%。本发明的用于幻听检测的声音刺激器能够输出周期性的线性调频声chirp、短声click、FM/AM调制的纯音，如图5、6所示，满足各种稳态刺激的实验要求。图6中，(a)为click波形，(b)Neely chirp波形，(C)为Don chirp波形，(d)为Boer chirp波形。
[0043]图9(a)为现有技术的声卡产生的等间隔正弦信号，图9(b)为本发明的用于幻听检测的声音刺激器产生的等间隔正弦信号；可以明显地看到，本发明的用于幻听检测的声音刺激器产生的等间隔正弦信号的间隔之间的时间差要小。[0044]图10-12为40Hz Don chirp在声音强度60dB SPL诱发脑电信号的ASSR分布示意图。图10表示现有技术的声卡刺激下诱发的ASSR幅度分布图(1000段)，图11图表示本发明的用于幻听检测的声音刺激器刺激诱发下的ASSR幅度分布图(1000段)横轴单位为μ V，图12为图10与图11拟合曲线的对照图，可以发现两个分布均呈现正态分布，但是图11曲线的中心幅度要高于图10曲线的中心幅度，这表明本发明的用于幻听检测的声音刺激器刺激诱发更高更强的的脑电信号。
[0045]如图1所示为用于幻听检测的装置结构原理框图，其包括控制计算机10、用于幻听检测的声音刺激器20、脑电信号采集器30 ;其中用于幻听检测的声音刺激器已经在前面作了说明。脑电信号采集器30包括用于固定到患者头部的电极31、32;在测试时，用于幻听检测的声音刺激器的耳机21根据其接收到的周期性刺激序列向患者的耳朵发送刺激声音；脑电信号采集器30的电极31、32采集受到声音刺激的患者的原始脑电信号；原始脑电信号经过脑电信号采集器30处理后被发送到控制计算机10，进行相应的处理。
[0046]如图8所示，脑电信号采集器30包括模拟放大滤波电路33、模数转换电路34、微控制器35、接口通讯电路36 ;所述电极31、32采集的信号经模拟放大滤波电路33放大和滤波后送至模数转换电路34，模数转换电路34将数字化后的信号送至微控制器35，微控制器35将所述数字化后的信号送至接口通讯电路36，通过相应的传输协议，将脑电信号传输至所述控制计算机。
[0047]控制计算机10发送给用于幻听检测的声音刺激器20刺激指令，同时控制脑电信号采集器30开始信号采集控制计算机10通过USB接口实时存储脑电信号采集器30发送的脑电数据，这里也 可以是其他接口协议，不限于USB。用于幻听检测的声音刺激器20输出周期性的刺激声音，每周期通过GPIO向脑电信号采集器30发送同步信号，脑电信号采集器30自动为脑电数据作同步标记，便于后期分析。耳机采用插入式耳机，可避免声泄露、声信号传至对侧耳蜗。采用盘状Ag-AgCl电极，测量时加注脑电膏，有效降低皮肤电极阻抗。
[0048]下面，是用本发明的用于幻听检测的装置进行的对比实验。
[0049]实验设计
[0050]本实验以ga_a频段ASSR作为分析工具，设计了两组实验。
[0051]实验基本信息
[0052]两组实验的受试相同，共有15名受试者参加，男性11人，女性4人，年龄在20-40岁之间，平均年龄28岁，右利手，听力正常。其中，实验组为幻听症状患者5人，每位患者都有持续幻听症状超过一年以上。对照组为正常受试10人，认知功能正常，无已知的神经学疾病。幻听现象属于精神疾病的临床症状之一，往往伴随听觉认知功能不全，存在不同原因所致的大脑功能紊乱。所有受试者自愿参加实验，遵循赫尔辛基宣言(DeclarationofHelsinki)，所有受试对实验过程都预先知情，并获得费用补偿。
[0053]试验数据均采用NeuroScan Synamps2系统记录。以鼻尖为参考,前额为地,记录64导脑电数据，导联位置按照国际惯例10-20系统电极法。所有导联阻抗值均小于IOkQ，数据采样率为IkHz，带通滤波0.05~200Hz。
[0054]实验范式
[0055](I)实验一
[0056]受试者保持直立坐姿，双耳给音。刺激声音为两段，先给于有意义语音刺激，再给予无意义声音，每段刺激声音长度为20s，中间休息5s，刺激声强度为65dB SPL。为记录受试是否感知并理解刺激声音的意义，每段刺激后，均要求受试复述所感知声音的意义并记录。
[0057]ASSR检测认知功能实验范式如图13，刺激声音分为40Hz调制下的有意义语音刺激与无意义声音两种，刺激声音波形如图14所示。语音刺激由10个常用的汉语双音节词语组成，汉语女声匀速朗读，确保能够清晰听到并理解。无意义声音刺激将语音信号的采样数据进行倒播，听觉感知是噪声为无意义的声音，但由于声音总的数据不变，因此两段刺激声音的总能量与频谱相等。采用40Hz正弦信号对两组声音信号进行幅度调制，调制深度为100%，信号包络不改变(0.5~20Hz)，因此不影响人脑对语音的识别。
[0058](2)实验二
[0059]受试者保持直立坐姿，为传统的chirp刺激方式，双耳给音，分别播放40Hz快速重复的Don chirp声。刺激声压级选择最适阈60dB，刺激声时长50秒。
[0060]数据分析
[0061](I)计算步骤
[0062]实验一:
[0063]I)对EEG数据进行预处理，如滤波、去均值；
[0064]2)计算每组 64导联在刺激频率上的SNR值；
[0065]3)绘制64导SNR的分布地形图进行对比；
[0066]4)选择听觉 认知脑区的典型导联对比SNR值。
[0067]实验二:
[0068]I)从64导联选取30导联EEG数据进行网络连接计算；
[0069]2)使用Akaike法则估计MVAR的阶次；
[0070]3)用DTF算法求归一化的30X30DTF矩阵Y u，矩阵Y u值为两两导联之间带有方向的连接信息；
[0071]4)设定阈值T，筛选强度高于阈值的连接，绘制脑功能连接图；
[0072]5)计算每个导联的流出与流入信息量的比值，绘制比值的脑区分布图；
[0073]6)采用图论分析方法，计算脑功能连接的局部类聚系数C与最小路径L。
[0074](2) SNR 计算
[0075]将整段20s数据进行FFT计算，SNR计算是通过检测信噪比计算响应频率处的信号功率谱与周边频率处(频率点20个)的平均功率谱获得。为了反应语音与无意义声音刺激下的SNR差异性，定义SNR比值:
【权利要求】
1.一种用于幻听检测的声音刺激器，其包括DSP处理单元、存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元、耳机； 所述存储单元用于存储配置文件和声音文件； 所述耳机用于向患者发出刺激声音； 所述存储单元、输入单元、显示单元、音频驱动单元分别连接至DSP处理单元；耳机连接至所述音频驱动单元。
2.如权利要求1所述的用于幻听检测的声音刺激器，其特征在于:所述存储器为SD卡，所述音频驱动电路为音频编解码器。
3.如权利要求1所述的用于幻听 检测的声音刺激器，其特征在于:所述DSP处理单元根据输入单元输入的指令，从存储单元中读取配置文件和声音文件，根据配置文件和声音文件形成相应的周期性刺激序列，通过音频驱动电路输出所述周期性刺激序列至耳机。
4.如权利要求3所述的用于幻听检测的声音刺激器，其特征在于:所述DSP处理单元通过其通用外设IO在所述周期性刺激序列的每个周期的起始时刻向外部发生同步触发信号。
5.一种用于幻听检测的装置，其包括控制计算机、用于幻听检测的声音刺激器、脑电信号米集器； 其中所述用于幻听检测的声音刺激器为权利要求1-4中任一所述的用于幻听检测的声音刺激器； 所述脑电信号采集器包括用于固定到患者头部的电极； 在测试时，所述用于幻听检测的声音刺激器的耳机根据其接收到的周期性刺激序列向患者的耳朵发送刺激声音；所述脑电信号采集器的电极采集受到声音刺激的患者的原始脑电信号；所述原始脑电信号经过所述脑电信号采集器处理后被发送到所述控制计算机。
6.如权利要求5所述的用于幻听检测的装置，其特征在于: 所述计算机通过USB与所述用于幻听检测的声音刺激器和所述脑电信号采集器连接，通过USB为所述用于幻听检测的声音刺激器和所述脑电信号采集器供电。
7.如权利要求6所述的用于幻听检测的装置，其特征在于: 所述控制计算机通过USB向所述用于幻听检测的声音刺激器发送控制信号； 所述控制计算机通过USB由所述脑电采集器接收采集到的所述脑电信号。
8.如权利要求5所述的用于幻听检测的装置，其特征在于: 所述耳机为入耳式耳机。
9.如权利要求5所述的用于幻听检测的装置，其特征在于: 所述脑电信号采集器的电极为Ag-AgCl电极。
10.如权利要求5所述的用于幻听检测的装置，其特征在于: 所述脑电信号采集器包括模拟放大滤波电路、模数转换电路、微控制器、接口通讯电路； 所述电极采集的信号经模拟放大滤波电路放大和滤波后送至模数转换电路，模数转换电路将数字化后的信号送至微控制器，微控制器将所述数字化后的信号送至接口通讯电路，通过相应的传输协议，将脑电信号传输至所述控制计算机。
【文档编号】A61B5/0484GK103989482SQ201410264219
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】应俊 申请人:应俊