基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估方法和装置与流程

1.本发明涉及了一种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估平衡方法,涉及到一种基于vr眼镜与旋转平台设置的多感觉冲突条件下综合脑电、cop、自我运动知觉多模态数据的平衡综合评定系统。


背景技术：

2.维持站姿平衡是一项复杂的任务，需要中枢神经系统、感觉系统、运动系统内部和之间的复杂相互作用，是人类进行各类日常活动的基本保障。然而因为病理或衰老影响，站立平衡受损并不少见,跌倒是我国伤害死亡的第四位原因，而在65岁以上的老年人中则为首位。对平衡能力的评定对于预防跌倒至关重要。
3.维持站姿平衡需要中枢神经系统(cns)需要对视觉、前庭觉、本体觉和触觉等多个感觉系统的传入信息进行整合和协调。然而由于每个感官系统都有其自己的坐标框架，特定的时间延迟和可靠性，因此可能会产生感官冲突。心理物理学实验表明，在多感觉处理过程，大脑需要不断的对各个模态感官线索的来源进行判断(因果推断)，在感觉整合和隔离之间进行仲裁。在共同来源的情况下，信号应该通过它们的相对感觉可靠性进行综合加权。如果是独立来源，则应独立处理。而平衡能力下降的人，通常首先在冲突下无法适应。跌倒也通常发生在感觉出现冲突的时候。
4.实现多感官整合和因果推断的神经基质是什么？大量神经生理学研究表明，在上颞区的和后顶叶两个大脑区域中的每一个区域中都存在一些神经元其放电速率与前庭及视觉线索均存在线性关系。并且根据趋势差异可以分为全等神经元和相反神经元。全等神经元在感觉一致是较活跃且其放电曲线与感觉加权整合的模型比较一致。相反神经元在感觉冲突时较为活跃其与全等神经元结合有可能有助于对感觉的模态差异进行判断有助于因果推断。在上颞区人们发现了数量几乎均等的全等神经元和相反神经元，而在后顶叶几乎全是一致神经元。这暗示了，后顶叶可能更多参与同源感觉线索的线性加权而颞上回更多参与感觉线索来源的因果推断。
5.目前，对平衡能力的判断较少在感觉冲突下进行，而通常冲突下的平衡障碍才是跌倒的罪魁祸首。同时也很少有人利用平衡调节的神经机制来对平衡能力进行评估。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估平衡方法和装置。本发明包括平衡扰动测试装置、数据采集装置。本发明涉及到一个使用vr眼镜与旋转平台设置的对多感觉一致性进行调控的测试；同时综合脑电、cop、自我运动知觉多模态数据对平衡能力综合评定的方法。
7.本发明具体采用的技术方案如下：
8.第一方面，本发明提供了一种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估方法，其包括：
9.s1：获取待评估人员在两种测试条件下的测试数据，包括多通道脑电数据、足底压力中心数据、自我运动知觉数据；所述两种测试条件中，感觉一致测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动一致，感觉冲突测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动方向不一致；
10.s2、基于两种测试条件下的足底压力中心数据，分别计算每种测试条件下待评估人员的足底压力中心平移速度的时序变化，并以足底压力中心平移速度的平均值作为身体稳定性的表征值；
11.s3、分别基于两种测试条件下获得的所述多通道脑电数据，构建感觉一致测试条件对应的第一皮质功能连接网络和感觉冲突测试条件对应的第二皮质功能连接网络；每个皮质功能连接网络中，包含与平衡控制相关的若干皮质功能区域，每个皮质功能区域作为网络的一个节点，连接两个节点的边的强度值为根据所述多通道脑电数据估计得到的两个皮质功能区域之间的定向信息交互强度；
12.s4、保持皮质功能连接网络的节点不变，将网络中任意边的强度值更新为该条边在第二皮质功能连接网络中的强度值相对于该条边在第一皮质功能连接网络中的强度值的变化量，从而得到一个平衡调节网络；
13.s5、结合基础平衡能力评估结果和平衡调节能力评估结果，得到待评估人员的平衡控制能力综合评估结果；其中：
14.所述基础平衡能力评估结果中，以待评估人员在感觉一致测试条件下的身体稳定性作为衡量指标；
15.所述平衡调节能力评估结果中，以待评估人员在感觉冲突测试条件下的身体稳定性、神经调节指数和知觉判断能力作为衡量指标；所述神经调节指数为平衡调节网络中上颞叶皮质的度与后顶叶皮质的度之间的比值；所述知觉判断能力为根据自我运动知觉数据所确定的待评估人员在感觉冲突测试条件下对于运动方向的知觉分级评分。
16.作为上述第一方面的优选，针对每一种测试条件下的所述多通道脑电数据，构建皮质功能连接网络的方法如下：
17.首先，针对多通道脑电数据，应用低分辨率断层扫描(lorate)方法进行朔源分析，得到皮层的电势活动数据；然后基于大脑中的皮质功能分区地图，将皮层的电势活动数据按照与平衡控制相关的皮质功能区域进行分组；最后，基于分组后的数据，使用定向传递函数(pdc)估计各个皮质功能区域间的定向信息交互强度，从而以所有与平衡控制相关的皮质功能区域为节点，以定向信息交互强度为节点之间的边的强度值，构建待评估人员在测试期间的皮质功能连接网络。
18.作为上述第一方面的优选，所述平衡调节网络中，任意两个节点之间的边e的强度值edge
trans
的计算公式为：
[0019][0020]
式中：edge
ic
代表边e在第二皮质功能连接网络中对应的强度值，edgec代表边e在第一皮质功能连接网络中对应的强度值。
[0021]
作为上述第一方面的优选，所述神经调节指数nero
adj
的计算公式为：
[0022][0023]
式中：degeer
t
代表上颞叶皮质对应的节点a在平衡调节网络中的度，取连接节点a的所有边的强度值之和；degeer
p
代表后顶叶皮质对应的节点b在平衡调节网络中的度，取连接节点b的所有边的强度值之和。
[0024]
作为上述第一方面的优选，所述知觉判断能力根据待评估人员在感觉冲突测试条件下的回答分为3档，第三档为能正确判断运动方向，且感知到了视觉线索和身体运动是冲突的；第二档为能正确判断运动方向，但感知不到视觉线索和身体运动是冲突的；第一档为无法正确判断自身运动方向；且第三档、第二档、第一档对应的知觉分级评分单调递减或者递增。
[0025]
作为上述第一方面的优选，所述多通道脑电数据和足底压力中心数据需经过数据去噪和清理。
[0026]
作为上述第一方面的优选，所述皮质功能连接网络中，与平衡控制相关的若干皮质功能区域共有7个，分别为背外侧前额叶皮质、额叶眼场皮质、运动皮质、初级躯体感觉皮质、后顶叶皮质、上颞叶皮质和视觉皮质。
[0027]
第二方面，本发明提供了一种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估装置，其包括平衡干扰装置、数据采集装置和数据评估装置；
[0028]
所述平衡干扰装置包括虚拟现实眼镜和旋转平台；所述旋转平台用于供待评估人员站立并带动待评估人员绕人体垂直轴进行逆时针和顺时针旋转；所述虚拟现实眼镜用于佩戴于待评估人员的眼部，并向待评估人员展示逆时针和顺时针旋转的虚拟现实视觉场景；在一个测试周期内分别通过所述虚拟现实眼镜和旋转平台的配合对待评估人员营造两种不同的测试条件，感觉一致测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动一致，感觉冲突测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动方向不一致；
[0029]
所述数据采集装置用于在两种测试条件下采集多通道脑电数据、足底压力中心数据、自我运动知觉数据；
[0030]
所述数据评估装置用于按照前述第一方面中任一方案所述的平衡能力评估方法，得到待评估人员的平衡控制能力综合评估结果。
[0031]
作为上述第二方面的优选，所述平衡干扰装置中，虚拟现实眼镜通过三维仿真软件模拟真实的测试房间环境，水平布置的旋转平台能够按照设定速度匀速实现逆时针旋转和顺时针旋转；在执行感觉一致测试条件时，旋转平台带动待评估人员绕垂直轴持续顺时针旋转，同时虚拟现实眼镜对待评估人员展示逆时针旋转的虚拟现实视觉场景，使得待评估人员感知的视觉线索与身体运动一致；在执行感觉冲突测试条件时，旋转平台带动待评估人员绕垂直轴持续顺时针旋转，同时虚拟现实眼镜对待评估人员展示顺时针旋转的虚拟现实视觉场景，使得待评估人员感知的视觉线索与身体运动相反。
[0032]
作为上述第二方面的优选，在一个测试周期内包括两轮测试，每一轮测试中包含基线期、干扰期、恢复期三个阶段，在每轮测试的干扰期施加一种测试条件，在基线期和恢复期保持虚拟现实眼镜和旋转平台不工作。
[0033]
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0034]
本发明所提供的基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估方法和装置，能够通过多感觉冲突充分调动平衡系统，从平衡调节的神经机制出发，综合神经调节能力、身体稳定性、知觉判断能力多角度全面的对待评估人员的平衡能力进行评估。
附图说明
[0035]
图1为本发明的装置示意图。
[0036]
其中1是采集eeg的脑电帽，2是虚拟现实眼镜，3是wii平衡板，4是速度和加速可控的旋转平台。
[0037]
图2是平衡测试的时序示意图。
[0038]
图3年轻组晃动速度变化趋势。
[0039]
图4老年组晃动速度变化趋势。
[0040]
图5年轻组皮质功能连接。
[0041]
图6老年组皮质功能连接。
具体实施方式
[0042]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0043]
在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估装置，包括平衡干扰装置、数据采集装置和数据评估装置。
[0044]
平衡扰动测试装置由旋转平台和虚拟现实(vr)眼镜配合设置二种平衡干扰测试条件。其中，旋转平台用于供待评估人员站立并带动待评估人员绕人体垂直轴进行逆时针和顺时针旋转；而虚拟现实眼镜用于佩戴于待评估人员的眼部，并向待评估人员展示逆时针和顺时针旋转的虚拟现实视觉场景。在一个测试周期内分别通过所述虚拟现实眼镜和旋转平台的配合对待评估人员营造两种不同的测试条件，感觉一致测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动一致，感觉冲突测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动方向不一致。
[0045]
作为本发明实施例的一种较佳实现方式，可采用htc公司生产的vive pro eye虚拟现实眼镜呈现虚拟视觉场景。所用的虚拟视觉场景是通过unity3d程序编写的模拟真实的测试装置所在房间的环境。而旋转平台可采用定制的多自由度旋转平台，其可以实现逆时针旋转和顺时针旋转，最大旋转速度为96度/秒。另外，可使用编写好的unity3d程序同时控制旋转平台和虚拟现实眼镜中视觉场景的活动，通过分别设置旋转平台和视觉场景的旋转方向和旋转速度来改变视觉场景和平台旋转的一致性，其中一共设置了感觉一致和感觉冲突两种测试条件。具体而言，感觉一致测试条件是指旋转平台持续性逆时针旋转条件下的视觉场景是顺时针旋转，而在旋转平台持续性顺时针旋转条件下的视觉场景是逆时针旋转，这符合正常情况下人体旋转时的实际视觉感知；视觉相反是指在旋转平台持续性逆时针旋转条件下的视觉场景也是逆时针旋转，而在旋转平台持续性顺时针旋转条件下的视觉
场景也是顺时针旋转，这与正常情况下人体旋转时的实际视觉感知相悖。
[0046]
另外，数据采集装置用于在两种测试条件下采集多通道脑电数据、足底压力中心(cop)数据、自我运动知觉数据。
[0047]
作为本发明实施例的一种较佳实现方式，可将wii平衡板放置于旋转平台正中间，对待评估人员在两种测试条件下的的足底压力中心进行测量，得到cop的时序数据。而多通道脑电数据则通过antneuro脑电设备进行采集，包括10-20国际体系下的32个脑电图通道。自我运动知觉数据可以通过对询问待评估人员对运动的主观感知获得，具体而言可在平衡测试结束后要求待评估人员报告其感知到的自我运动方向，并报告其是否感知到视觉线索和身体运动方向有冲突。当然，也可以单独设置供待评估人员自行输入上述信息的输入模块，该输入模块可以是带有ui界面的触屏输入模块或者其他按键输入的模块。
[0048]
数据评估装置用于基于前述数据采集装置所采集到的测试数据，按照一种平衡能力评估方法，得到待评估人员的平衡控制能力综合评估结果。
[0049]
需要说明的是，该数据评估装置的硬件载体可以是具有运算能力的计算单元，可以是pc机、微电脑、单片机等物理机，也可以是在云端实现计算的云服务器。具体的平衡能力评估方法可通过程序模块的方式搭载于物理机或者云服务器上，用于对前述数据采集装置所采集到的测试数据进行处理，最终输出待评估人员的平衡控制能力综合评估结果。同时，对于物理机而言，最终输出的待评估人员的平衡控制能力综合评估结果可以以纸质打印报告或者通过ui界面显示等方式对外展示，对于云服务器而言最终输出的待评估人员的平衡控制能力综合评估结果可以通过web端网页或者消息推送的方式进行展示。
[0050]
下面对上述数据评估装置中用于得到待评估人员的平衡控制能力综合评估结果的平衡能力评估方法进行详细描述。
[0051]
作为本发明实施例的一种较佳实现方式，提供了一种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估方法，该方法包括以下步骤：
[0052]
步骤1、对待评估人员进行测试并收集数据：
[0053]
测试开始时，要求待评估人员站立在具有wii平衡板的旋转平台中心，双手抱胸，尽力维持平衡。一个测试周期包括两个测试任务，每个测试任务分为基线期，干扰期，恢复期三个时期，其中基线期设定为30s，旋转期设为36s，恢复期设为1分钟。测试条件在干扰期施加，虚拟现实眼镜和旋转平台的配合，以随机顺序呈现感觉一致测试条件和感觉冲突测试条件这两种测试条件，感觉一致测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动一致，感觉冲突测试条件中待评估人员对于自身旋转方向的视觉线索与实际身体运动方向不一致。每轮测试的干扰期仅施加其中一种测试条件，而两轮测试在基线期和恢复期均保持虚拟现实眼镜和旋转平台不工作。为保证测试准确性，两个测试任务期间休息5分钟。其中虚拟现实眼镜提供的vr视觉场景与旋转平台的旋转速度均可设为40度/秒。
[0054]
在整个测试周期中，不断实时采集待评估人员的多模态数据，包括多通道脑电数据、cop数据、自我运动知觉数据。其中多通道脑电数据、cop数据分别由脑电设备和wii平衡板直接采集得到，自我运动知觉数据则直接在待评估人员完成测试后通过询问并记录得到，记录内容包括其感知到的自我运动方向，以及其是否感知到视觉线索和身体运动方向有冲突。
[0055]
步骤2、采集的多通道脑电数据、cop数据需通过预处理进行数据去噪和清理，其中预处理方式为：
[0056]
对于cop数据，使用4阶巴特沃滤波对数据进行20hz低通滤波，使用二次差分约化去除基线；对于高密度的多通道脑电eeg数据，需经过带通滤波、重参考、独立成分分析、伪影空间重构等手段去除干扰。再按照平台旋转的起止点将处理后的cop数据和多通道脑电数据划分为基线期，干扰期，恢复期三个阶段，提取其中的干扰期数据用于进行后续计算，由此完成预处理。
[0057]
步骤3、基于预处理后的cop数据和多通道脑电数据计算晃动速度，并构建皮质功能连接网络。
[0058]
晃动速度通过足底压力中心的变化轨迹除以时间来进行计算，且由于晃动速度是在测试过程中不断变化的，因此需要计算晃动速度在时域上的变化。具体计算时，可以将整个cop数据通过固定的滑动窗进行分段，通过每个滑动窗内的数据点计算对应的足底压力中心平移速度，即晃动速度，具体计算公式如下：
[0059][0060]
式中：time表示滑动窗的时长，(x
i+1
,y
i+1
)和(xi,yi)分别表示相邻两个足底压力中心的坐标，n表示滑动窗内的数据点个数。
[0061]
本发明可使用晃动速度的大小来评价身体稳定性。具体而言，对于两种测试条件下干扰期内的cop数据，可分别计算每种测试条件下待评估人员的足底压力中心平移速度的时序变化，并以干扰期内足底压力中心平移速度的平均值作为对应测试条件下身体稳定性的表征值。
[0062]
对于皮质功能连接网络，其构建方法属于现有技术，可以采用任意可行的现有技术来实现。作为本发明实施例的一种较佳实现方式，皮质功能连接网络的构建方法如下：
[0063]
首先，针对多通道脑电数据，应用低分辨率断层扫描(lorate)方法进行朔源分析，得到皮层的电势活动数据，即源空间脑电数据，以解决传感器空间脑电的场扩散和容积导联。
[0064]
然后对于源空间脑电数据，根据brodmann大脑区域划分方法建立皮质功能分区地图，基于大脑中的皮质功能分区地图，将皮层的电势活动数据按照与平衡控制相关的皮质功能区域进行分组，分组方式可使用k-means聚类实现。具体而言，本实施例中与平衡控制相关的皮质功能区域共划分为7个，分别为背外侧前额叶皮质(dl-pfc；ba10,46,47)、额叶眼场皮质(fet；ba8,9)、运动皮质(mc；ba4,6)、初级躯体感觉皮质(s1；ba1,2,3)、后顶叶皮质(ppc；ba5,7)、上颞叶皮质(stc；ba22,40)和视觉皮质(vc；ba17,18,19)。
[0065]
最后，基于分组后的数据，使用定向传递函数(pdc)估计各个皮质功能区域间的定向信息交互强度，从而以所有与平衡控制相关的皮质功能区域为节点，以定向信息交互强度为节点之间的边的强度值，构建待评估人员在测试期间的皮质功能连接网络edge。
[0066]
上述两种测试条件分别需要构建一个皮质功能连接网络，为了便于后续描述，将感觉一致测试条件对应的皮质功能连接网络称为第一皮质功能连接网络，将感觉冲突测试条件对应的皮质功能连接网络称为第二皮质功能连接网络。由此，每个皮质功能连接网络中，包含7个与平衡控制相关的若干皮质功能区域，每个皮质功能区域作为网络的一个节
点，连接两个节点的边的强度值为根据对应测试条件下的多通道脑电数据估计得到的两个皮质功能区域之间的定向信息交互强度。
[0067]
步骤4、综合晃动速度、平衡调节脑网络、自我运动知觉进行分析，对待评估人员的平衡控制能力进行综合评估。在这个阶段，本发明从基础平衡能力和平衡调节能力两个角度对待评估人员的平衡能力进行评估。
[0068]
4.1)基础平衡能力评估结果
[0069]
在基础平衡能力评估结果中，将待评估人员在感觉一致测试条件下的身体稳定性作为基础平衡能力的衡量指标。
[0070]
4.2)平衡调节能力评估结果
[0071]
对于平衡调节能力分别从待评估人员在冲突下的身体稳定性、神经调节指数、知觉判断能力三个角度来衡量，因此在平衡调节能力评估结果中，以待评估人员在感觉冲突测试条件下的身体稳定性、神经调节指数和知觉判断能力作为衡量指标。
[0072]
其中，感觉冲突测试条件下的身体稳定性也可以利用步骤3中基于感觉冲突测试条件下cop数据计算得到的干扰期内足底压力中心平移速度的平均值来表征。
[0073]
神经调节指数用于衡量待评估人员应对冲突的皮质功能连接调节能力。具体而言，首先需要基于冲突测试条件下脑网络连接相对于一致测试时的强度变化,从而形成一个平衡调节脑网络。上述平衡调节脑网络是基于第二皮质功能连接网络和第一皮质功能连接网络得到的，由于第二皮质功能连接网络和第一皮质功能连接网络中与平衡控制相关的皮质功能区域是相同的，因此两个网络的节点和连接边也是相同的。在计算平衡调节脑网络时，依然保持皮质功能连接网络的节点不变，仅需更新边的强度值即可。平衡调节脑网络中任意一条边的强度值，应当更新为该条边在第二皮质功能连接网络中的强度值相对于该条边在第一皮质功能连接网络中的强度值的变化量，该变化量可以通过强度值的比值来计算。对于平衡调节网络中任意两个节点之间的边e，其强度值edge
trans
的计算公式可参见如下：
[0074][0075]
式中：edge
ic
代表边e在第二皮质功能连接网络中对应的强度值，edgec代表边e在第一皮质功能连接网络中对应的强度值。
[0076]
当得到上述平衡调节网络后，可计算上颞叶皮质和后顶叶皮质在平衡调节脑网络中对应节点的度。由于每一条边都带有强度值，因此一个节点的度是连接这个节点的所有边的强度值之和。试验表明后顶叶是多感觉加权整合的中枢，上颞叶皮质是多感觉来源分析的中枢。在冲突时相对与感觉一致最优的感觉处理是加强因果推断减弱直接整合。据此，本发明将神经调节指数定义为平衡调节网络中上颞叶皮质的度与后顶叶皮质的度之间的比值，计算公式为：
[0077][0078]
式中：degeer
t
代表上颞叶皮质对应的节点a在平衡调节网络中的度，取连接节点a的所有边的强度值之和；degeer
p
代表后顶叶皮质对应的节点b在平衡调节网络中的度，取连接节点b的所有边的强度值之和。
[0079]
知觉判断能力用于表征待评估人员对于测试过程中对于自身旋转运动方向的感知能力。知觉判断能力可以是根据自我运动知觉数据所确定的待评估人员在感觉冲突测试条件下对于运动方向的知觉分级评分。具体而言，可根据记录的自我运动知觉数据中待评估人员在冲突测试调节后的回答分为3档知觉分级：第三档:能正确判断运动方向，且感知到了视觉信息和身体运动是冲突的；第二档：能正确判断运动方向，但感知不到视觉信息和身体运动是冲突的；第一档：无法正确判断自身运动方向。作为本发明实施例的一种较佳实现方式，第三档、第二档、第一档对应的知觉分级评分可以单调递减或者递增，以便于直接通过评分分数来反应待评估人员的知觉判断能力。
[0080]
由此，结合基础平衡能力评估结果和平衡调节能力评估结果，即可得到待评估人员的平衡控制能力综合评估结果，该平衡控制能力综合评估结果中包含了代表基础平衡能力的1个指标(在感觉一致测试条件下的身体稳定性，即感觉一致测试条件下的晃动速度均值)和代表冲突适应能力的3个指标(在感觉冲突的身体稳定性即晃动速度均值、神经调节指数、知觉判断能力)。这四个指标中，晃动速度越大，说明身体稳定性越差；神经调节指数越大，说明冲突的应对能力越强；知觉判断能力数值于知觉判断能力正相关或负相关(具体视评分分值的赋值情况而定，知觉判断能力：第三档＞第二档＞第一档)。
[0081]
因此，对于任意一个待评估人员，均可通过本发明的上述基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估装置和方法，得到其平衡控制能力综合评估结果。该平衡能力评估装置和方法既可以用于非诊断目的，例如科学研究、高平衡能力人群筛选等，也可以用于辅助诊断目的，例如获得受试者的平衡能力评估结果。但需要注意的是，即使该置和方法用于辅助诊断目的，其结果并不能直接反映疾病，仅仅作为一个中间结果。
[0082]
为了进一步展示本发明上述实施例中基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估装置和方法所能达到的技术效果，下面将其具体结合至一个具体应用实例中，以便于本领域技术人员理解其具体实现和优点。
[0083]
实施例
[0084]
本实施例在以本发明上述实施例中给出的技术方案(即前述种基于感觉冲突和脑网络分析的平衡能力评估装置和步骤1～4的平衡能力评估方法)为前提下进行实施，部分技术方案不再重复赘述，主要给出详细的操作过程和数据结果。
[0085]
本实施例中的被试人员如下：
[0086]
选取青年组和老年组作为平衡能力不同的两组对照。受试者身体健康状况良好，无神经损伤和其他慢性疾病，实验前24小时内未从事剧烈运动，无任何肌肉疲劳现象。实验前，测量所有受试者的身高、体重以及优势侧等信息。所有受试者均同意自愿参加本实验并签订知情同意书。具体特征如下：青年人22人，年龄23
±
2.3，男女各11人。老年组22人，年龄65
±
3，男女各11人。
[0087]
本实施例的平衡能力评估测试流程如下：
[0088]
给被试带上采集eeg的脑电帽1和虚拟现实(vr)眼镜2然后让其站立在放置于速度和加速可控的旋转平台4正中的测力台即wii平衡板3上，并要求其双手抱胸安静站立并维持平衡，如图1所示。提醒被试在测试过程中判断自我运动方向。接下来利用旋转平台和vr眼镜以随机顺序给被试视觉-身体运动一致和视觉-身体运动冲突两种测试条件。具体时序如图2所示，每个测试周期包括两轮测试，每轮测试包括30s基线期，36s干扰期和一分钟的
恢复期；两轮测试之间间隔5分钟。在每轮测试结束时询问被试感知到的自我运动方向，并询问其是否感觉到视觉与身体运动有所冲突。其中cop的采样率为100hz，脑电的采样率为1000hz。
[0089]
平衡能力相关特征的计算：
[0090]
在上一步的平衡测试过程中，本实施例得到了被试在两个测试条件下的cop数据和多通道脑电活动。首先，对cop数据进行20hz的低频滤波，然后去除均值；使用15s窗长1s步长的滑动窗对cop数据进行分段，计算每段的晃动速度。晃动速度是足底压力中心的变化轨迹长度比上时间，具体如前述mv的计算公式。年轻组和老年人的晃动速度随时间变化趋势如图3和图4所示，看以看到在两种测试条件下老年人的身体稳定性都下降。但是在冲突条件下尤为明显。可能老年人的基础平衡能力还有较大程度保留，但是冲突下的感觉处理能力下降明显。因此，提取每一种测试条件下上述预处理后的干扰期内的晃动速度数据，分别计算晃动速度均值，以晃动速度均值作为两种测试条件下的身体稳定性表征。
[0091]
对于多通道脑电信号先使用1-50hz的窗口对脑电信号进行带通滤波，并对标准差异常高(标准差》7)，或者与其他通道所有通道不相关(皮尔斯相关系数《40％)的通道进行插值。然后，按照共同参考对脑电数据进行重参考。再使用独立成分分析(ica)来去除脑电信号中的眼电、心电等其他非同源的信号干扰。最后使用小波滤波和二次差分约化对基线漂移和高赋值干扰进一步清理。
[0092]
对于每种测试条件下经过上述预处理后的多通道脑电信号数据，提取其中干扰期的数据，分别按照下述流程进行皮质功能连接网络构建：
[0093]
通过分辨率断层扫描(loreta)进行脑电溯源分析，得到源空间脑电数据，以解决传感器空间脑电的场扩散和容积导联。对于源空间脑电数据，根据brodmann大脑区域划分方法，使用k-means聚类分组至各个平衡功能相关的脑区。本实施例中一共设置7个与平衡相关的功能分组，分别为：背外侧前额叶皮质(dl-pfc；ba10,46,47)、额叶眼场皮质(fet；ba8,9)、运动皮质(mc；ba4,6)、初级躯体感觉皮质(s1；ba1,2,3)、后顶叶皮质(ppc；ba5,7)、上颞叶皮质(stc；ba22,40)和视觉皮质(vc；ba17,18,19)等7个皮质区域，每个区域作为网络的一个节点。源空间脑电数据中所有的通道按照这7类进行分组，用于进行后续的信息交互估计。最后，使用定向传递函数(pdc)估计各个频段皮质功能区域间定向信息交互，构建待评估人员在测试期间皮质功能连接网络edge。
[0094]
本实施例对感觉冲突测试条件下的皮质功能连接网络相比感觉一致测试条件下的皮质功能连接网络的变化做显著性分析。可以发现年轻人在冲突下颞叶为中心功能连接显著增强，而顶叶流出的信息显著减弱，如图4所示。而老年轻人在后顶叶皮质和上颞叶皮质这两个多感觉处理区域的连接变化较少，如图5所示。据此计算冲突测试条件下脑网络连接相对于一致测试时的强度变化，用于作为平衡调节脑网络中边的强度值，具体参见前述edge
trans
的计算公式。最后计算上颞叶皮质和后顶叶皮质在平衡调节脑网络中节点的度，使用上颞叶皮质和后顶皮质节点的度的比值定义为神经调节指数nero
adj
。
[0095]
最后，知觉判断能力根据待评估人员在冲突测试调节后的回答分为3档。ⅲ:能正确判断运动方向，且感知到了视觉信息和身体运动是冲突的。ⅱ：能正确判断运动方向，但感知不到视觉信息和身体运动是冲突的。ⅰ：无法正确判断自身运动方向。
[0096]
平衡能力的综合评估如下：
[0097]
综合晃动速度，神经调节和自我运动知觉对年轻组和老年组的平衡能力进行综合评估。平衡控制能力综合评估结果中包含了代表基础平衡能力的1个指标(在感觉一致测试条件下的身体稳定性，即感觉一致测试条件下的晃动速度均值)和代表冲突适应能力的3个指标(在感觉冲突的身体稳定性即晃动速度均值、神经调节指数、知觉判断能力)。其中知觉判断能力ⅰ、ⅱ、ⅲ档分别设置为分数数值1、2、3。年轻组和老年组两组的平均知觉判断能力数值越接近3，说明其知觉判断能力越强。晃动速度越大，说明身体稳定性越差，而神经调节指数越大，说明冲突的应对能力越强。
[0098]
本实施例中青年组和老年组的具体评估结果如下表：
[0099][0100]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。