一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统与方法，系统包括：脊髓电生理信号采集装置、大脑电生理信号收集装置、电生理信号整合装置和数据存储装置；脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置分别用于采集人体脊髓硬膜外和大脑所产生的电生理信号，经电生理信号整合装置对同时采集到的大脑和脊髓的电生理信号进行同步整合，并将整合后的大脑和脊髓的电生理信号存储于数据存储装置中，达到同步记录大脑和脊髓的电生理信号的目的，且方法相对简单，对于置入脊髓硬膜外的电极片可以采用已经植入到被试身体中的部分，具有良好的安全性，可以准确获知中枢神经系统的活动情况。

【技术实现步骤摘要】
一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统与方法
本专利技术涉及生理信号处理
，具体涉及一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统与方法。
技术介绍
中枢神经系统是神经系统的重要部分，包括大脑和脊髓。中枢系统不仅负责获取和整合外部信息，而且能够自上而下的调控我们的行为和活动，对人类适应环境和个人发展都起到重要作用，因此充分研究和理解中枢神经系统具有重要意义。目前全球除了癌症和心脑血管疾病外，由中枢神经系统的损伤和障碍引发的疾病是人类健康的最大威胁。现有许多技术都可以在非侵入的方式下研究大脑，包括可以直接记录大脑活动的脑电图(EEG)和脑磁图(MEG)，以及通过间接测量大脑活动的正电子发射型计算机断层显像(PET)和功能磁共振技术(fMRI)。利用这些技术，学者们已经对大脑进行了大量的研究。然而，当前对于脊髓的研究手段非常有限，这也使得对脊髓的研究进展相对缓慢，且基本都集中在动物模型中。考虑到脊髓在躯体感觉和运动系统中的重要作用，对于脊髓电信号的记录，以及在此基础上的大脑-脊髓同步电信号记录，将对躯体感觉与运动系统相关的基础研究及临床疾病研究具有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述所存在的技术问题，将收集到的脊髓和大脑信号进行同步记录，准确掌握中枢神经系统的活动情况，实现对人的躯体感觉与运动系统的关联分析，为此，本专利技术提供了一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统与方法。本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，所述系统包括：脊髓电生理信号采集装置，用于采集人体脊髓硬膜外所产生的脊髓电生理信号；大脑电生理信号收集装置，用于收集人体大脑所产生的大脑电生理信号；电生理信号整合装置，分别与所述的脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置连接，用于对同时采集到的大脑和脊髓的电生理信号进行同步整合；数据存储装置，其与所述电生理信号整合装置连接，用于存储经所述电生理信号整合装置整合后的大脑和脊髓的电生理信号。进一步地，所述系统还包括数据处理器，其分别与所述的电生理信号整合装置和数据存储装置电性连接，所述数据处理器中设有预处理模块，用于对原始采集的电生理信号进行预处理，并将预处理后的电生理信号存储到所述数据存储装置中。优选地，所述预处理模块包括重参考模块和去噪模块，用于对所述电生理信号整合装置整合后的电生理信号依次进行重参考、去噪处理。更进一步地，所述系统还包括与所述数据存储装置连接的显示装置，所述显示装置用于显示同步处理后的电脑和脊髓的电生理信号。优选地，所述数据处理器还包括功率谱密度分析模块，用于分析各个频带中的大脑和脊髓电生理信号间的差异和关联，并通过所述显示装置显示。所述数据处理器还包括大脑-脊髓功能关联分析模块，采用延迟部分定向相干分析方法对预处理后的电生理信号进行分析，得到大脑信号与脊髓信号间的相关程度，并通过所述显示装置显示。所述数据存储装置、数据处理器和显示装置集成于一电脑终端。所述脊髓电生理信号采集装置包括已植入或待植入人体体内的多个电极片，其通过脊髓电信号导线与所述电生理信号整合装置电性连接。所述大脑电生理信号收集装置为一脑电帽，其通过大脑电信号导线与所述电生理信号整合装置电性连接。所述电生理信号整合装置包括电极接入盒、放大器和信号输出导线，所述脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置分别通过电极导线与所述电极接入盒电性连接，所述放大器与所述电极接入盒电性连接，所述信号输出导线一端与所述放电器电性连接，其另一端与所述数据存储装置电性连接。另一方面，本专利技术还提供了一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，分别将脊髓电生理信号采集装置中的电极片植入被试脊髓硬膜外，同时在被试头部佩戴大脑电生理信号收集装置；步骤2，将电极片和大脑电生理信号收集装置通过电极导线分别接入电生理信号整合装置上；步骤3，启动脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置，将采集到的大脑和脊髓的电生理信号通过电生理信号整合装置进行同步整合后保存于数据存储装置中。所述步骤3中采集到的大脑电生理信号和脊髓电生理信号输入至电极接入盒，依次经放大器和数据处理器进行信号放大、重参考和去噪预处理，并将预处理后的电生理信号通过显示装置显示。所述步骤3中的重参考处理提供1～100Hz的带通滤波和48～52Hz的凹陷滤波，所述去噪处理通过独立成分分析算法去除眼动伪迹、头动伪迹以及心跳的噪声。所述方法还包括对大脑和脊髓电生理信号的功率谱密度分析步骤4：通过快速傅里叶变换将预处理后的电生理信号时域信息转变为频域信息，用频谱总能量为标准对单个电极各个频率能量进行标准化；将频谱划分为多个连续的频带；比较各个频带的大脑和脊髓电生理信号间的差异和关联，并通过显示装置显示。本专利技术技术方案具有如下优点：A.本专利技术所建立的系统是建立在对已经在临床成熟应用的两种技术上，分别脊髓电刺激和脑电图。本专利技术将采用脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置进行同时采集，经电生理信号整合装置两电生理信号进行同步整合，可以实现同步记录大脑和脊髓的电生理信号的目的，且方法相对简单，对于置入脊髓硬膜外的电极片可以采用已经植入到被试身体中的部分，具有良好的安全性，可以准确获知中枢神经系统的活动情况，更便于医护人员对中枢神经系统的损伤和障碍作出准确判断。B.本专利技术在同步记录大脑和脊髓的电生理信号时，脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置的输出导线均接入同一个电极接入盒，大大简化了系统的复杂程度；另一方面电极接入盒、放大器等后续的数据处理器均使用同一套，在大脑-脊髓电生理信号分析时具有更高的可对比性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的系统中各装置的连接结构图示；图2为本专利技术所提供的方法框图；图3为通过本专利技术系统处理后的大脑和脊髓电生理信号对照图；图4在静息态的睁眼和闭眼条件下，大脑和脊髓在各个频带上的电生理信号分布对照图；图5为本专利技术对所采集的大脑-脊髓电生理信号进行整合处理框图。图中：1-脊髓电生理信号采集装置；2-脊髓电信号导线；3-电生理信号整合装置，31-电极接入盒，32-放大器；4-大脑电生理信号收集装置；5-大脑电信号导线；6-信号输出导线；7-电脑终端。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述系统包括：/n脊髓电生理信号采集装置，用于采集人体脊髓硬膜外所产生的脊髓电生理信号；/n大脑电生理信号收集装置，用于收集人体大脑所产生的大脑电生理信号；/n电生理信号整合装置，分别与所述的脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置连接，用于对同时采集到的大脑和脊髓的电生理信号进行同步整合；/n数据存储装置，其与所述电生理信号整合装置连接，用于存储经所述电生理信号整合装置整合后的大脑和脊髓的电生理信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述系统包括：
脊髓电生理信号采集装置，用于采集人体脊髓硬膜外所产生的脊髓电生理信号；
大脑电生理信号收集装置，用于收集人体大脑所产生的大脑电生理信号；
电生理信号整合装置，分别与所述的脊髓电生理信号采集装置和大脑电生理信号收集装置连接，用于对同时采集到的大脑和脊髓的电生理信号进行同步整合；
数据存储装置，其与所述电生理信号整合装置连接，用于存储经所述电生理信号整合装置整合后的大脑和脊髓的电生理信号。


2.根据权利要求1所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述系统还包括数据处理器，其分别与所述的电生理信号整合装置和数据存储装置电性连接，所述数据处理器中设有预处理模块，用于对原始采集的电生理信号进行预处理，并将预处理后的电生理信号存储到所述数据存储装置中。


3.根据权利要求2所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述预处理模块包括重参考模块和去噪模块，用于对所述电生理信号整合装置整合后的电生理信号依次进行重参考、去噪处理。


4.根据权利要求3所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述数据存储装置连接的显示装置，所述显示装置用于显示同步处理后的电脑和脊髓的电生理信号。


5.根据权利要求4所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述数据处理器还包括功率谱密度分析模块，用于分析各个频带中的大脑和脊髓电生理信号间的差异和关联，并通过所述显示装置显示。


6.根据权利要求5所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述数据处理器还包括大脑-脊髓功能关联分析模块，采用延迟部分定向相干分析方法对预处理后的电生理信号进行分析，得到大脑信号与脊髓信号间的相关程度，并通过所述显示装置显示。


7.根据权利要求1-6任一所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述数据存储装置、数据处理器和显示装置集成于一电脑终端。


8.根据权利要求1-6任一所述的同步记录大脑和脊髓电生理信号的系统，其特征在于，所述脊髓电生理信号采集装置包括已植入或待植入人体体内的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡理，王飞雪，夏晓磊，曾予璿，岳路鹏，张立波，吕雪靖，
申请(专利权)人：中国科学院心理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11