专利名称：脑电向量分析仪及其方法
技术领域：
本发明脑电向量分析仪，是一种关于人的大脑电活动的最新分析和诊断设备。它属于生物医学信息工程学科，处于医学、生物学、数学、计算机学、电子学诸学科相结合的边缘领域，是当代高技术的发展方向。该发明利用上述各学科中的新技术，结合在一起，创造性地为医学临床和医学研究提供了一种新的分析诊断工具。
近十几年来，国内外的研究人员发明和研制了各种不同用途的脑电分析仪器，例如脑电相关分析仪，脑电谱分析仪，脑电地形图分析仪，以及脑CT检测仪和核磁共振仪等。对于大脑的结构改变，脑CT和核磁共振是最有效的检测工具，任何其它的仪器均不能与之相比。但是，对于大脑的非结构变化，即功能性变化，上述两种最新仪器均无法检测。脑电地形图分析仪虽然在某种程度上粗略地反映某些功能性变化，但它是一种静态的、孤立的反映，对于人脑电活动的动态特性，特别是不同部位间的相互影响和相互作用，地形图方法无法提供。
众所周知，随着社会的日益发展，社会生活的紧张程度越来越强，因此患有大脑功能性改变的病人越来越多。因此，为了探索大脑的功能性变化，必须提供新的分析、诊断工具。
本发明的目的就是要提供一种脑电向量分析仪及其方法，它通过分析不同电极之间生物电的相互作用和相互影响，从时间域和空间域两个方面同时表示大脑电活动的动态特性，从而揭示出某些患有功能性改变的病人与正常人大脑活动的差别，以提供医生或研究人员，作出有关功能性改变的诊断。
本发明用一种动态向量图，在时间域和空间域两个方面，表示了人的大脑不同电极部位之间生物电活动的相互影响和相互作用。它包括脑电信号的采集和预处理，六频段成份的分离提取，信息流速率的定义和计算，信息流势差的定义和计算，脑电向量图的定义和统计鉴别诊断，以及为实现上述理论而设计的一套装置。
下面结合附图对本发明的脑电向量分析仪进行详细描述
图1是本发明脑电向量分析仪的电路方框图。
在图1中，现有的脑电图机(2)对病人(1)进行脑电波测量。在现有技术中，医生是根据脑电图机(2)测得的脑电图对病人进行分析、诊断，确定是否病人脑内存在结构性变化，但对非结构性变化即功能性变化(例如精神病人)医生很难或根本不可能从脑电图中看出。但采用本发明的脑电向量分析仪则可做到这点，即对脑电图机的输出信号进行分析、计算、比较，即可看出是否存在功能性变化。
本发明的脑电向量分析仪的构成如图1中虚线右边部分所示。A/D转换器(3)将脑电图机输出的模拟形式的脑电波信号转换到数字信号。预处理器(4)对数字形式的脑电波信号进行数字滤波，以消除噪声和人体漫波动信号等。预处理器(4)输出的信号在六频段带通滤波器(5)中进行六频段分离提取(后面将详细给出六个频段范围)。六频段带通滤波器(5)输出的信号送到CPU(6)，CPU(6)对该信号进行计算，并与存贮在存贮器(7)中的参考数据进行比较，得出诊断结论，CPU(6)将该结论送到显示器(8)上进行显示或送到打印机打印输出。
下面对本发明的脑电向量分析方法作一说明，它包括如下步骤1、信号采集，将脑电图机输出的模拟形式的脑电波信号经过A/D转换成数字信号;
2、信号预处理，将采集到的脑电波信号进行数字滤波，以消除噪声和人体漫波动信号等;
3、六频段分离提取，按照临床医学要求，对信号作六频段提取，它们是(1)Delta(1.0-3.5周)(2)Theta(4.0-7.5周)(3)Alpha1(8.0-10.0周)(4)Alpha2(10.5-13.0周)(5)Beta1(13.5-19.5周)(6)Beta2(20.0-30.0周)4、数学模型的建立与计算，对各频段分别建立数学模型-多维自回归模型。
X(t)=ΣK=1pAKX(t-k)+E(t)]]>其中X(·)为脑电波信号，Ak为模型参数，E(·)为白噪声信号。该模型的计算可应用极大熵谱估计方法。
5、信息流速率的定义与计算，定义信息流瞬时速率为
i＝1.….ND，j＝1.….ND，k＝1.….p。
平均速率为EI(i,j)=1pΣk=1pI(i,j,k)]]>
其中i，j为导程号，k为时间延迟，P为模型阶次，a..(·)为Ak系数。对于每个i.j计算出EI(i，j)。
6、信息流势差的定义与计算，定义信息流瞬时势差为D(i，j，k)＝I(i，j，k)-I(j，i，k)，平均势差为ED(i，j)＝E(i，j)-E(j，i)对每个i.j算出ED(i.j)。
7、脑电向量的定义，定义脑电向量图为ED(i.j)i＝1.….NDj＝1.….ND8、脑电向量图的统计分析，用统计方法对正常人群体和病人群体建立模型。
9、鉴别诊断，使用上述模型对被查病人的脑电向量图作统计检验，给出鉴别诊断。
10、结果输出，将结果显示或绘图、打印。
以上为本仪器提供的理论和实施方法。
应用本仪器提供的理论和方法，对临床上已确诊的精神分裂症病人进行了分析诊断，获得了非常有价值的定量结果。
精神分裂症病人属于大脑功能性改变者，医生在分析脑电图时，很难查出异常情况。使用相关分析仪、谱分析仪、地形图分析仪等，均得不到解释说明。应用脑电向量分析仪，得出了精神分裂症病人与正常人之间的定量差别。这个结果与临床医生多年来的假设取得了一致。
因此，由该发明所提出的脑电向量分析仪的理论，包括它的定义、公式、计算方法、计算过程、诊断方法，以及为实施上述理论和方法而设计的整套设备，应当属于权利要求之内。
权利要求
1.一种脑电向量分析仪，其特征在于它主要由A/D转换器(3)、预处理器(4)，六频段带通滤波器(5)、CPU(6)、存贮器(7)、显示器(8)和打印机(9)组成；所述的A/D转换器(3)接收现有脑电图机(2)输出的脑电波信号；所述的预处理器(4)对A/D转换器的输出进行数字滤波；所述的六频段带通滤波器(5)对已预处理的信号进行六频段分离提取；所述的CPU(6)对六频段带通滤波器(5)的输出信号进行计算，并将它与存贮器(7)中的参考数据进行比较，其结果送到显示器上显示或送到打印机打印。
2.一种脑电向量分析方法，其特征在于它包括如下步骤(1).信号采集;(2).信号预处理;(3).六频段分离提取;(4).数学模型的建立与计算;(5).信息流速率的定义与计算;(6).信息流势差的定义与计算;(7).脑电向量图的定义;(8).脑电向量图的统计分析;(9).鉴别诊断;(10).结果输出。
全文摘要
一种脑电向量分析仪及其方法，它可从现有脑电图机输出的脑电波信号中，产生一种动态向量图，可在时间域和空间域两个方面，表示人的大脑不同电极部位之间生物电活动的相互影响和相互作用，它包括，脑电波信号的采集和预处理，六频段成分的分离提取，信息流速率的定义和计算，信息流势差的定义和计算，脑电向量图的定义、统计、鉴别、诊断，以及为实现上述理论而设计的一套装置。
文档编号A61B5/0476GK1066380SQ9110286
公开日1992年11月25日 申请日期1991年5月7日 优先权日1991年5月7日
发明者王宪举 申请人:王宪举