[發明專利]腦活動檢測方法和系統

有效

• 申請號: 201480000701.3
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104363983B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 蔣田仔;張鑫;左年明;司娟寧;趙瑞瑞;余堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476;A61B5/1455
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11539
• 代理人: 李楠

技術領域

本發明涉及一種腦活動檢測方法和系統，尤其涉及一種基于腦電技術采集大腦神經元的電活動，同時通過功能近紅外技術同步采集對應腦區的血氧代謝變化的一體化采集系統。

背景技術

腦功能活動包括神經元活動和局部能量代謝等多個過程，復雜的功能活動使得腦匯集了多個模態的信息，其中最為重要的是神經元的電活動和激活區域的血氧代謝變化，只有實現這兩種信息的有效提取、分析和融合，才能將腦功能活動有機的聯系起來。目前將神經電生理設備和代謝過程檢測設備結合，充分利用兩者的優勢，已經成為深度探測和理解神經信息的重要途徑。

該系統旨在通過功能近紅外光譜技術和腦電采集技術的有效融合，在同一儀器上實現近紅外光譜儀、腦電儀及近紅外光譜和腦電融合儀三個功能一體化技術，從而實現腦區神經電活動和血氧供應信息的同步或分別采集等多種功能。

腦電技術(Electroencephalography,EEG)主要通過測量大腦神經元的電活動變化獲得大腦的功能信息，其具有很高的時間分辨率(ms)。目前市場上NeuroScan公司、德國Brain?Products公司和美國EGI公司的腦電圖系統，因其具有較高的采集精度得到了廣泛的使用。

功能近紅外光譜技術(functional?Near-infrared?spectroscopy,fNIRS)是從20世紀70年代發展起來的一種無創新型腦功能成像方法。其檢測原理主要是基于近紅外光對大腦組織的良好穿透性實現對大腦皮層的功能活動的檢測。由于氧合血紅蛋白(Oxy-hemoglobin)和脫氧血紅蛋白(Deoxy-hemoglobin)對近紅外光的不同吸收特性，fNIRS通過測量進入大腦皮層的光強和經過大腦皮層組織散射、吸收后的出射光強的變化來反應大腦皮層血氧代謝的變化。與fMRI相比，fNIRS具有較高的時間分辨率(ms)和對運動相對不敏感性；同時具有重量輕、便攜、安全、價格相對便宜、并且能用于長時間的臨床監測等特點。目前市場上主要有：日立公司的ETG-4000到ETG-7000系列的系統；島津公司的FOIRE-3000、OMM-2001系統；美國TechEn公司的CW5系統；NIRx?medical?tech公司的DYNNIRI932、Dynot系統等；荷蘭Artinis公司的OXYMON?MKIII系統等。

雖然市場上已經有很多用于檢測大腦活動的設備或系統，但它們通常具有如下不足：

1)腦電技術相對成熟，但有一些關鍵技術仍需不斷改進。例如：在腦電采集過程中直流漂移的存在，很容易使放大器工作在飽和狀態；共模干擾問題的存在限制了采集數據的精度；以及腦電采集過程中頻率帶寬有限等問題，急需發展新型的全頻段采集系統。

2)NIRS系統的改進大多都停留在了外觀、界面、無線通信等技術層面，有關技術問題的基礎研究未取得很大進展。而且在我國，NIRS系統的研制一直處于國際落后地位。

3)通常它們都是基于單模態的測量技術，例如：EEG僅采集腦神經元的電活動，fNIRS僅采集激活區域的血氧代謝的變化。一方面，這些生產廠家只專心于生產單模態的測量系統，對另一種模態的測量并不精通；另一方面，雙模態的聯合采集系統，由于存在硬件整合成本以及數據同步融合的設計難點。截至目前，國內外尚沒有光電同步檢測設備或系統，也未檢索到相應專利。

4)隨著近年來科學技術的進步以及臨床上的迫切需要，將腦電與近紅外技術相結合進行的基礎研究和應用研究越來越多，然而目前的研究多數是將腦電電極與近紅外光極簡單交叉排布在某一腦區，通過外部觸發來實現腦電系統和近紅外系統這兩個獨立系統進行單獨的采集，在后期的數據分析時再將兩種數據進行配準和融合。這種簡單設計具有如下的特點：首先，未實現電極與光極的耦合；其次，通常兩個獨立的采集系統的采樣頻率相差較大，并沒有在頭皮同一點處完成腦電信號與血氧信號的同步采集。此外，在后續的數據分析過程中，常常采用降采樣或插值等方式進行兩種信號的時間點匹配，沒有真正實現腦電數據與近紅外數據的融合。因此，嚴重限制了基礎研究與臨床應用的發展。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種腦活動檢測方法和系統，實現一種基于腦電技術采集大腦神經元的電活動，同時通過功能近紅外技術同步采集對應腦區的血氧代謝變化的一體化采集系統。

為實現上述目的，本發明提供了一種腦活動檢測方法，其特征在于，所述方法為：同時進行腦電信號和腦皮層血氧信號的多路同步采集，在通道間保證采集信號的同步性，同一個時刻采集到所有位置的所述腦電信號和所述腦皮層血氧信號。