專利名稱：基于時間特性指標的誘發(fā)電位記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以時間特性為指標的誘發(fā)電位分析方法，和基于該方法的誘發(fā)電位記錄儀。

背景技術(shù)：
聽覺誘發(fā)電位是生物體接受一定條件聲音刺激時聽覺神經(jīng)通路所發(fā)生的一系列電活動。在各級聽覺神經(jīng)核團記錄該誘發(fā)電位稱為近場記錄方法；近場記錄的聽覺誘發(fā)電位幅度大，信噪比高，一般經(jīng)過少量幾次疊加就可以得到比較穩(wěn)定的波形。在頭皮表面記錄該誘發(fā)電位則稱為遠場記錄方法；遠場記錄的聽覺誘發(fā)電位幅度小，信噪比底，一般要經(jīng)過幾百次疊加才能得到比較穩(wěn)定的波形。
如果把生物體的神經(jīng)系統(tǒng)用一個函數(shù)F來表示，刺激信號作為輸入變量用X來表示，而誘發(fā)電位作為輸出變量用Y來表示，則這三者的關(guān)系可表示為Y＝F(X)。假如F不變，即神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)不變，不同的輸入變量X產(chǎn)生不同的輸出變量Y。這樣，通過刺激信號參數(shù)與誘發(fā)電位記錄參數(shù)的關(guān)系，可研究神經(jīng)系統(tǒng)的信息加工處理原理。
對于生物體的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)而言，刺激信號為聲音，假如刺激聲音不變，即輸入X不變，不同狀態(tài)(F)的聽覺神經(jīng)系統(tǒng)則產(chǎn)生不同的輸出變量Y，即聽覺誘發(fā)電位。該聽覺誘發(fā)電位可反映出聽覺神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律。因此，記錄與分析處理聽覺誘發(fā)電位，可對聽覺系統(tǒng)乃至中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能檢測和疾病診斷，如耳蝸和神經(jīng)系統(tǒng)病變、意識與麻醉監(jiān)測、神經(jīng)生理與心理的研究等，起到重要的作用。
聽覺誘發(fā)電位的記錄有兩個要點，一個是施加刺激信號即給聲，另一個為電信號采集與處理。
聲音是幅度和頻率隨時間變化的聲波。一般自然聲的頻率成分和相應(yīng)的強度比較復(fù)雜，但最基本的物理量不外乎幅度、頻率和時間，即聲波幅度和頻率隨時間的變化。為了簡化研究和應(yīng)用模型，刺激聲音一般采用一段一定強度的短音(tone bursts)，即一個幅度由相應(yīng)幅度包絡(luò)波限定的短音；包絡(luò)波通常分上升段(rise time)、穩(wěn)態(tài)段(steady-state)和下降段(fall time)。這三段的時長稱為聲長(duration)。其中，上升段和下降段的幅度隨幅度時間變化函數(shù)(rise or fall function)不同而不同；而其頻率包括純音、調(diào)頻音、咔嗒音和噪音等。每一短音重復(fù)給聲的頻度為重復(fù)率(repetition)。聽覺誘發(fā)電位記錄的是某一特定刺激聲所誘導(dǎo)的聽覺系統(tǒng)隨時間變化的綜合電活動V(t)，其表現(xiàn)為幅度時間的規(guī)律性變化，如圖1所示。圖1中所出現(xiàn)的多個波分別代表聽覺中樞不同水平神經(jīng)元的活動情況。
目前，在臨床和科研上常用的指標主要有不同波的最大幅值、最大幅值或波起始點的時間、在時域上某個區(qū)間的幅度積分、在時域上某個區(qū)間其他一些計算值等。但是，由于聲刺激參數(shù)的復(fù)雜多樣性，每一不同的聲刺激參數(shù)誘導(dǎo)不同的聽覺誘發(fā)電位，因此，不同聲刺激參數(shù)誘導(dǎo)的誘發(fā)電位及其計算值不具有可比性。而且，不同個體在不同狀態(tài)下對同一聲音刺激的反應(yīng)也不同。所以，目前臨床和科研中所記錄基于單聲刺激的誘發(fā)電位個體間可比性差，難以成為通用的診斷標準；而且即便是在同個體同聲刺激條件下，不同時間、狀態(tài)和處理下，基于單聲刺激的聽覺誘發(fā)電位因具有聲刺激依賴性只能依據(jù)其波形及其計算值提供粗略的參考價值，而不能詳細、直接地反映聽覺中樞系統(tǒng)多種生理功能及其變化，如聽神經(jīng)元的敏感性、毛細胞的聲-電轉(zhuǎn)換特性、神經(jīng)纖維和突觸的傳遞特性、聲的機械傳遞特性等。
中國專利95211755.X公開了一種誘發(fā)電位儀輸出器，其一端能與誘發(fā)電位儀輸出端D相連，且?guī)в锌潭鹊目勺冸娮杵鱎1和與其相連的輸出頭A，以及與R1相并聯(lián)且接有另一輸出頭B的電阻R2所組成。該儀器能夠縮短診斷時間，提高診斷疾病的程度，有利于左右側(cè)肢體進行比較檢查。
中國專利200420081185.5公開了一種事件相關(guān)電位刺激器，包括控制器、靶/非靶觸發(fā)輸出裝置、靶/非靶聲音發(fā)生器、觸發(fā)輸入裝置、聲-光發(fā)生器、即時控制器、發(fā)聲裝置和發(fā)光裝置；控制器產(chǎn)生誘發(fā)P300和誘發(fā)CNV的刺激信號，分別通過靶/非靶聲音發(fā)生器和聲-光發(fā)生器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的聲音刺激和聲-光刺激信號，經(jīng)由發(fā)聲裝置和發(fā)光裝置刺激受試者以誘發(fā)出P300和CNV。該電位刺激器與誘發(fā)電位儀或生物信號處理系統(tǒng)配合使用，能夠檢測事件相關(guān)電位P300和CNV。
中國專利申請200610054506.6公開了一種誘發(fā)電位單次提取的自參考自相關(guān)自適應(yīng)干擾對消方法。該方法的核心思想是在獲取含有誘發(fā)電位的綜合腦電信號前，用同一電極獲取一段較長時間的自參考信號，將獲取的自參考信號和綜合信號輸入電生理檢查系統(tǒng)的放大器進行放大，再進行A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，然后利用根據(jù)特殊公式(1)～(5)編寫的軟件對數(shù)據(jù)進行處理，包括自相干分析、計算對消因子W、干擾對消以獲取誘發(fā)電位EP，最后進行EP參數(shù)計算。所得EP可為新型的誘發(fā)電位儀的開發(fā)提供方法基礎(chǔ)，為基因型與誘發(fā)電位表現(xiàn)型的研究提供更可靠、更具特征性的EP信息。
但是，現(xiàn)有臨床和科研中使用的以及各專利所描述的誘發(fā)電位儀均不具備計算并輸出直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能(如聲-電轉(zhuǎn)換、聲音的機械傳遞和生物電在神經(jīng)系統(tǒng)的傳遞、神經(jīng)元的敏感性)及其狀態(tài)變化的指標；而給聲刺激時為單一聲音的多次重復(fù)，過于單調(diào)，系統(tǒng)誤差大；同時往往忽略了短音上升段和下降段及其幅度時間變化函數(shù)的作用，不僅所獲得結(jié)果(如短潛伏期波的延時)的變異性大，也因數(shù)據(jù)連續(xù)性不足導(dǎo)致所獲得數(shù)據(jù)不能系統(tǒng)有效處理。
如果能夠測定出直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能(如聲-電轉(zhuǎn)換、聲音的機械傳遞和生物電在神經(jīng)系統(tǒng)的傳遞、神經(jīng)元的敏感性)及其狀態(tài)變化的指標，即一些與聲刺激參數(shù)變化無關(guān)而能夠反映聽覺中樞多種生理功能和狀態(tài)變化的指標，則對于臨床和科研具有重大的意義。因此，有必要提供一種能夠測定直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))多種生理功能和狀態(tài)變化指標的儀器或系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠測定或分析出直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))多種生理功能和狀態(tài)變化指標的儀器或系統(tǒng)，即該儀器或系統(tǒng)能夠檢測并提供一些與聲刺激參數(shù)變化無關(guān)且能直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))多種生理功能和狀態(tài)變化的指標。
為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種用于檢測聽覺中樞乃至神經(jīng)系統(tǒng)生理功能和病理變化的誘發(fā)電位記錄儀，該誘發(fā)電位記錄儀能夠進行如下函數(shù)關(guān)系的計算與相關(guān)功能指標的測定 L-Lmin＝ae-bx或lg(L-Lmin)＝-Bx+A(延時-不變系數(shù)函數(shù)關(guān)系)和

(經(jīng)閾值的時間-瞬時強度轉(zhuǎn)換關(guān)系) 其中，L是神經(jīng)系統(tǒng)對某一頻率刺激信號反應(yīng)的延時，x是刺激信號瞬時強度或上升函數(shù)不變系數(shù)的對數(shù)；P(t)為瞬時強度；Lmin、a和b、A(A＝lg a)和B(B＝b/ln10)，以及K和T為與神經(jīng)系統(tǒng)時間反應(yīng)特性相關(guān)的常數(shù)； Lmin是當刺激信號強度趨于無限時在Y軸上趨于恒定的延時，定義為最短延時；T定義為時間轉(zhuǎn)換系數(shù)，相當于神經(jīng)元閾值，K定義為時間(聲-電)轉(zhuǎn)換指數(shù)。這三個指標與刺激信號無關(guān)并分別可反映毛細胞的神經(jīng)纖維和突觸的傳遞特性、聲的機械傳遞特性、聽覺中樞系統(tǒng)神經(jīng)元的敏感性、聲-電轉(zhuǎn)換特性等多種生理功能及其變化。
上述的技術(shù)方案是基于我們在實驗室中的發(fā)現(xiàn)以神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)延時來代表外來刺激比反應(yīng)幅度更準確可靠；而且，聽覺神經(jīng)元單位放電和綜合電活動的延時均與聲強的動態(tài)變化(瞬時幅度和不變系數(shù))相關(guān)而與其穩(wěn)態(tài)幅度、速度、加速度和上升時間等變化無關(guān)，并呈現(xiàn)很規(guī)律的指數(shù)關(guān)系L-Lmin＝ae-bx或lg(L-Lmin)＝-Bx+A和

最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)等指標與刺激信號如聲刺激參數(shù)無關(guān)，且能直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能及其病理變化，如聲-電轉(zhuǎn)換、聲音的機械傳遞和生物電在神經(jīng)系統(tǒng)的傳遞、神經(jīng)元的敏感性不同波的最短延時，而不是延時，分別反映外周聲傳和中樞神經(jīng)纖維與突觸傳遞的部位特性和改變；誘發(fā)電位各波的時間(聲-電)轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)，主要反映感受器聲-電轉(zhuǎn)換功能(毛細胞功能)；各波的時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)，主要反映聽覺系統(tǒng)不同部位神經(jīng)元的反應(yīng)敏感性。
以上這些能直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能及其病理變化的指標，是來自于對設(shè)置一組系統(tǒng)規(guī)律性變化的刺激聲，從而獲取一組規(guī)律變化的誘發(fā)電位波形，進而通過以上分析計算方法為臨床和科研提供能直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能及其病理變化的最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)等指標。
優(yōu)選地，本發(fā)明的誘發(fā)電位記錄儀是用于聽覺神經(jīng)系統(tǒng)、視覺神經(jīng)系統(tǒng)、體感神經(jīng)系統(tǒng)、味覺神經(jīng)系統(tǒng)或嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)等神經(jīng)系統(tǒng)的檢測。
本發(fā)明的誘發(fā)電位記錄儀可用于不同的神經(jīng)系統(tǒng)，所采用的刺激信號可以同。例如，體感刺激、視覺刺激、甚至嗅覺味覺刺激等。
本發(fā)明的誘發(fā)電位記錄儀包括計算機的虛擬部分，例如刺激信號編輯模塊、掃描任務(wù)控制模塊和波形顯示和分析模塊等。
進一步地，本發(fā)明的誘發(fā)電位記錄儀還可以進一步包括信號驅(qū)動部分和/或信號采集部分等硬件。
作為一種實施方式，信號驅(qū)動部分可以包括USB接口電路、刺激信號控制電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及刺激信號放大電路等。而信號采集部分則可以包括刺激信號采集電極、放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)化電路。
上述的信號采集部分還可以進一步包括前置放大電路和/或USB接口電路。
本發(fā)明可進行同一化回歸后比較最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)三個反映檢測系統(tǒng)的生理信息量。最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)的計算將為臨床和科研提供直接明了的指標和依據(jù)，并極大地節(jié)省工作量、減少人為分析的不準確性。
下面，結(jié)合附圖，以聽覺神經(jīng)系統(tǒng)為例，通過具體的實施方式對本發(fā)明做進一步地描述。但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明的范圍決不僅僅局限于這些具體的實施方式。本發(fā)明的誘發(fā)電位記錄儀可以用于任何生命體的神經(jīng)系統(tǒng)。



圖1是聽覺腦干誘發(fā)電位波形圖； 圖2是本發(fā)明一實施方式的系統(tǒng)組成方框圖； 圖3是本發(fā)明一實施方式中信號采集部分的組成框圖； 圖4是本發(fā)明一實施方式中音頻驅(qū)動部分的組成框圖。

具體實施例方式 為獲取上述能直接反映聽覺系統(tǒng)(甚至神經(jīng)系統(tǒng))生理功能及其病理變化的指標最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)等指標，必需對多樣復(fù)雜的聲刺激參數(shù)進行系統(tǒng)組織和對所記錄誘發(fā)電位的特殊處理。
下面的具體實施方式
涉及(一)、完整的聲刺激系統(tǒng)；(二)、以時間特性為指標的聽覺誘發(fā)電位分析處理方法；(三)、聽覺誘發(fā)電位記錄儀器。
(一)、完整聲刺激系統(tǒng)的實施方式 各種復(fù)雜聲刺激信號可由兩部分完成，短聲信號和短聲發(fā)放。短聲發(fā)放主要為各種給聲方式，如單次、隨機、混合、規(guī)律等。而一個短聲信號最基本的物理量不外乎幅度、頻率和時間，即聲波幅度和頻率隨時間的變化。聲刺激信號幅度由聲音時間包絡(luò)波調(diào)控包括上升時間、穩(wěn)態(tài)時間和下降時間(三段的時長為聲長)，上升和下降段的幅度時間變化函數(shù)；聲刺激信號頻率包括純音、調(diào)頻音、咔嗒音和噪音等，由頻率發(fā)生器生成。完整的聲刺激方案包括聲音刺激信號編輯和掃描任務(wù)控制。
1、刺激聲音信號編輯 刺激聲音信號編輯是指用軟件的方法設(shè)置作為刺激的短音包絡(luò)和載波。
聲音的包絡(luò)包括時程、上升時間和上升函數(shù)、下降時間和下降函數(shù)，用一個分段的窗函數(shù)來實現(xiàn) 其中，Dt是短音的時程 Rt是上升時間。
R(t)是上升時間函數(shù)，函數(shù)的取值范圍為0-1，函數(shù)類型可選，其類型及編號如表一。
表一
Ft是下降時間。
F(t)是下降時間函數(shù)，函數(shù)取值和類型同R(t)。
聲音載波函數(shù)由主信號發(fā)生器和調(diào)制信號發(fā)生器組成，主信號發(fā)生器和調(diào)制信號發(fā)生器類型可選，聲音載波函數(shù)由公式(2)表示 T(t)＝M1(α，β，γ，θ，t)·f(M2(α，β，γ，θ，)，η，t)(2) 其中，f為主信號發(fā)生器函數(shù)，M1()為幅度調(diào)制函數(shù)，M2()為頻率調(diào)制函數(shù)，各參數(shù)的意義如表二。
表二 一般地，刺激聲音信號由公式(3)表示，根據(jù)不同要求編輯好公式(1)和公式(2)的各個參數(shù)，就可以產(chǎn)生既定的刺激短音了，這是完整發(fā)聲系統(tǒng)的核心部分。
Y(t)＝H(t)·T(t) (3) 一般地，刺激短音的包絡(luò)由時程Dt、上升時間Rt和上升時間函數(shù)R(t)、下降時間Ft和下降時間函數(shù)F(t)共同決定，用戶只需按照特定的格式輸入這些參數(shù)的對應(yīng)的數(shù)值就可以編輯好一個刺激短音了。
值得注意的，Rt、Ft和Dt的取值必須遵循Dt＞Rt+Ft的關(guān)系。
可選地f為一正弦函數(shù)，當M1為一常數(shù)，T(t)為調(diào)頻音；當M2為一常數(shù)，T(t)為調(diào)諧音；當當M1、M2都為常數(shù)，T(t)為純音，純音的強度為M1，頻率為M2。
可選地f為一方波函數(shù)，M1為方波幅度，其值為由參數(shù)β設(shè)定的一個常數(shù)，M2中的參數(shù)α無效，參數(shù)β為方波占空比，γ為方波頻率，θ為方波直流成分。
可選地f為一噪音函數(shù)，M1為噪音的幅度調(diào)制函數(shù)；M2為噪音頻帶選擇函數(shù)，其中參數(shù)β為高通截止頻率，參數(shù)γ為低通截止頻率，參數(shù)α和θ無效。
2、掃描任務(wù)控制 所謂掃描任務(wù)控制，也就是控制每一短音的給聲方式觸發(fā)一次刺激短音信號發(fā)聲并記錄相應(yīng)的聽覺誘發(fā)電位波形稱為單次掃描；對聲音參數(shù)列表中的所有刺激聲音按一定時序連續(xù)掃描一遍稱為一組掃描，一組參數(shù)的最大空間為3000個；一組掃描結(jié)束后又按相同的時序重復(fù)掃描，稱為組循環(huán)掃描，最大可支持的組循環(huán)次數(shù)為1000。一次掃描任務(wù)由一組掃描和組循環(huán)次數(shù)組成，最大可達3X106個短聲刺激。一次掃描任務(wù)開始之前設(shè)定單次掃描的頻率，這個頻率一旦設(shè)定，在該次掃描任務(wù)完成之前不允許修改。在一次掃描任務(wù)開始之前設(shè)置聽覺誘發(fā)電位波形的記錄長度，但這個長度可以根據(jù)需要隨時改變。掃描任務(wù)控制還包括發(fā)聲和記錄的同步控制，觸發(fā)聲音驅(qū)動電路發(fā)出刺激短音，并在每次發(fā)聲的同時準備好記錄數(shù)據(jù)。
可選擇地，一組掃描的參數(shù)可以為一個聲音，也可以為多個不同的聲音，這樣就可以同時記錄多個不同刺激聲音誘發(fā)的聽覺誘發(fā)電位，可選擇的聲音個數(shù)為1-3000。聲音參數(shù)列表格式顯示如下表三 表三
可選擇地，可以多次循環(huán)記錄多個相同條件的多次聽覺誘發(fā)電位，可選擇的循環(huán)次數(shù)為1-1000。綜合單次掃描頻率、一組掃描數(shù)目和組循環(huán)次數(shù)可以精確分段定時。
可選擇地，可以根據(jù)實際需要設(shè)置單次掃描的頻率，合理編排刺激聲音的時序還可以同時記錄單個或多個聲音的不同刺激頻率的聽覺誘發(fā)電位。
可選擇地，可根據(jù)實際需要設(shè)置記錄聽覺誘發(fā)電位波形的長度，一般設(shè)置為100ms、200ms或500ms。
(二)、聽覺誘發(fā)電位的分析處理方法 所謂聽覺誘發(fā)電位的時間反應(yīng)特性，一般指以聽覺誘發(fā)電位最大負向波的潛伏期(延時)作為分析參數(shù)。但實際分析可以任何相對幅度的產(chǎn)生時間點為參數(shù)，包括對不同時間產(chǎn)生各個不同波(如1、2、3等不同來源的波)的分析。一般地，聽覺誘發(fā)電位的時間特性指標分析步驟包括1、設(shè)置合適的聲音刺激條件。2、聽覺誘發(fā)電位波形的記錄和處理。
1、設(shè)置合適的聲音刺激條件。
我們實驗證明誘發(fā)電位時間特性指標與生物體所接受刺激聲音的參數(shù)(主要包括頻率和瞬時聲強)和生物體聽覺神經(jīng)元的狀態(tài)有很好的相關(guān)性。但刺激聲音參數(shù)的選擇直接影響到誘發(fā)電位觀測指標準確性和穩(wěn)定性。刺激聲音參數(shù)為幅度包絡(luò)波(上升和下降時間、上升和下降幅度的時間變化函數(shù)、穩(wěn)態(tài)幅度、聲長)和頻率。當前誘發(fā)電位儀給聲刺激時為單一聲音多次重復(fù)，過于單調(diào)，系統(tǒng)誤差大；同時往往忽略了短音上升段和下降段及其幅度時間變化函數(shù)的作用，不僅所獲得結(jié)果(如短潛伏期波的延時)的變異性大，也因數(shù)據(jù)連續(xù)性不足導(dǎo)致所獲得數(shù)據(jù)不能系統(tǒng)有效處理。為能有效準確計算出不依賴于聲刺激參數(shù)，直接反映外來刺激的生理轉(zhuǎn)換、反應(yīng)和傳遞狀態(tài)與功能指標最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)，合理有效選擇設(shè)置聲音刺激條件使聽覺誘發(fā)電位的時間特性指標能高靈敏度地反映神經(jīng)元狀態(tài)差異的變化和聽覺中樞功能是聽覺誘發(fā)電位分析的關(guān)鍵步驟。
最佳聲刺激參數(shù)選擇 包絡(luò)波參數(shù)上升時間應(yīng)＞20ms(最好為20-100ms，延時越長敏感度越高)，每次以三到五個上升時間為好；幅度時間上升函數(shù)以余弦或正弦函數(shù)首選，其指數(shù)為2-4最優(yōu)，以二到三個函數(shù)為佳；穩(wěn)態(tài)幅度(0-120dB SPL)，選擇四到六個穩(wěn)態(tài)幅度。下降時間應(yīng)盡可能小(＜5ms)，幅度時間下降函數(shù)同上升函數(shù)； 頻率的選擇主要取決于檢測聽覺誘發(fā)電位的目的檢測頻率選擇性的應(yīng)選擇不同頻率的純頻短音，檢測音調(diào)選擇性的應(yīng)選擇調(diào)頻短音，檢測神經(jīng)通路和狀態(tài)特性應(yīng)選擇咔嗒聲和噪聲，等等； 掃描任務(wù)控制由以上聲刺激參數(shù)組成不同的刺激聲音(以10-30個為優(yōu)，可以獲得有效的最短延時(Lmin)、時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)、時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T))，再以隨機方式給聲(減少系統(tǒng)誤差和單調(diào)乏味刺激)； 特殊狀態(tài)檢測可選擇單一聲刺激，以誘發(fā)電位延時為反應(yīng)參數(shù)直接以不同時間和/或狀態(tài)進行比較，如用在昏迷和麻醉狀態(tài)隨時間變化的檢測等。
2、聽覺誘發(fā)電位波形記錄、存儲和處理。
聽覺誘發(fā)電位波形記錄、存儲和處理主要為波形的平均疊加、波形時間特性的提取和處理，以及結(jié)果的存儲與顯示。
第一步，得到穩(wěn)定的誘發(fā)電位波形，即波形數(shù)據(jù)的平均疊加。如果一次掃描任務(wù)包含多個聲音刺激條件，或并包含多個時間點，波形的平均疊加要求分時分段、在相同聲音刺激條件的基礎(chǔ)上進行。所謂分時，就是多個聲音刺激條件對應(yīng)的聽覺誘發(fā)電位交錯進行疊加，需要疊加的聲音刺激條件可選，并且疊加次數(shù)可選；所謂分段，就是不同時間段的相同聲音刺激條件對應(yīng)的波形分別疊加，時間段的選取一般根據(jù)聲音掃描的循環(huán)次數(shù)來設(shè)置。原始和平均疊加后的誘發(fā)電位按規(guī)律存儲，并可進行matlab數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化以進行個性化處理，可按聲刺激參數(shù)或時段提取。
第二步，聽覺誘發(fā)電位波形特性(時間和幅度特性)的提取、存儲和顯示。該步驟在波形平均疊加的基礎(chǔ)上進行，即平均疊加后誘發(fā)電位的二次處理。該處理也包含以往常用的多種處理方式如幅度和幅度時間積分處理等，主要增加和強化以時間特性為指標的處理。一般以聽覺誘發(fā)電位最大負向波的潛伏期(延時)作為分析指標，但也可以選擇任何相對幅度的產(chǎn)生時間點為指標，包括對不同時間產(chǎn)生各個不同波(如1、2、3等不同來源的波)的分析。聽覺誘發(fā)電位時間特性指標在時間特性窗口中實時顯示，縱坐標為時間特性指標，橫坐標的設(shè)置包含兩個方面聲音參數(shù)的選擇和波形時間段的選擇。固定某個聲音參數(shù)，橫坐標設(shè)置為時間段可考察不同時間段內(nèi)該聲音參數(shù)對應(yīng)的聽覺誘發(fā)電位時間特性指標的變化，并且可在同一窗口中顯示多個聲音參數(shù)的這種變化，不同參數(shù)對應(yīng)的曲線用不同的圖表標示；同理固定某個時間段，橫坐標設(shè)置為聲音參數(shù)可考察在一個時間段內(nèi)聽覺誘發(fā)電位指標與聲音參數(shù)變化的關(guān)系。時間特性窗口可打開多個，每個窗口的坐標單獨設(shè)置。每個窗口的圖形可以JPG格式輸出，并且圖形中數(shù)據(jù)可以EXCEL文檔輸出并可進行matlab數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化。
第三步，受檢測系統(tǒng)生理指標計算、顯示與存儲。同樣，該處理也包含以往常用的多種指標(如幅度和幅度時間積分處理等)，但主要以時間特性為指標的生理信息處理。各指標分別與刺激聲音的動態(tài)變化(瞬時強度和/或上升函數(shù)不變系數(shù)的對數(shù))、各頻率，以及各不同狀態(tài)(如不同麻醉或昏迷時間等)等參數(shù)作圖，從而直接反映受檢系統(tǒng)生理狀態(tài)和其變化。由于我們發(fā)現(xiàn)正常時不同頻率聲音和不同狀態(tài)聽覺誘發(fā)電位的延時-瞬時強度(或上升函數(shù)不變系數(shù))反應(yīng)曲線表現(xiàn)為曲率完全一致的特性L-Lmin＝ae-bx或lg(L-Lmin)＝-Bx+A(延時-不變系數(shù)函數(shù)關(guān)系)和

(經(jīng)閾值的時間-瞬時強度轉(zhuǎn)換關(guān)系)。其中，L是神經(jīng)系統(tǒng)對某一頻率刺激信號反應(yīng)的延時，x是刺激信號瞬時強度或上升函數(shù)不變系數(shù)的對數(shù)；Lmin是當刺激信號強度增加時延時在曲線上無限接近X軸時的最短延時；；P(t)為瞬時強度；a和b、A(A＝lg a)和B(B＝b/ln10)，以及K和T為與神經(jīng)系統(tǒng)時間反應(yīng)特性相關(guān)的常數(shù)；。T定義為時間轉(zhuǎn)換系數(shù)，相當于神經(jīng)元閾值，K定義為時間(聲-電)轉(zhuǎn)換指數(shù)。不同波的最短延時，而不是延時，分別反映外周聲傳和中樞神經(jīng)纖維與突觸傳遞的部位特性及其改變或病變；誘發(fā)電位各波的時間轉(zhuǎn)換指數(shù)(K)，應(yīng)趨近于2，主要反映感受器聲-電轉(zhuǎn)換，即毛細胞功能或損傷；各波的時間轉(zhuǎn)換系數(shù)(T)，主要反映聽覺系統(tǒng)不同部位的敏感性，包括毛細胞和神經(jīng)系統(tǒng)的功能敏感程度。該步驟的結(jié)果可選擇性地以圖和/或數(shù)據(jù)直接輸出和存儲。
(三)、聽覺誘發(fā)電位記錄儀的整機實施方式。
本實施方式將采用計算機虛擬儀器的方法以軟件模擬硬件功能，主要擴展聲刺激包絡(luò)波的編輯范圍，從而實現(xiàn)所有實驗刺激短音信號的自由編輯、掃描任務(wù)控制(給聲方式)、波形顯示和分析等功能，進而不僅達成以時間特性為指標的聽覺誘發(fā)電位分析處理方法實施，進而進行同一化后比較，為臨床和科研提供直接明了的指標和依據(jù)，從而深化誘發(fā)電位儀的使用意義并拓寬其使用范圍。因此本發(fā)明提供的基于時間特性指標的聽覺誘發(fā)電位記錄儀器的整機實施方案包括1、用于刺激聲音信號編輯、掃描任務(wù)控制、波形顯示和分析的計算機虛擬儀器部分(如圖2所示)；2、用于驅(qū)動刺激聲音的聲音驅(qū)動部分(如圖3所示)；3、用于采集、放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換和傳輸聽覺誘發(fā)電位波形信號的信號采集部分(如圖4所示)。
1、計算機虛擬儀器部分。
所謂計算機虛擬儀器部分是指用軟件的方法模擬一部分硬件的功能，主要在計算機中由軟件完成，本發(fā)明中的計算機虛擬儀器部分執(zhí)行的功能包括刺激聲音短音信號的編輯、掃描任務(wù)控制、波形顯示和分析等功能。
所謂刺激聲音信號編輯實施完整聲刺激系統(tǒng)的核心部分，其用于編輯刺激聲音的各種參數(shù)，這包括聲音的載波(純音、調(diào)頻音、噪音、咔噠音等)和包絡(luò)(強度、聲長、上升時間、上升時間函數(shù)、下降時間、下降時間函數(shù)等)，把編輯好的多個聲音參數(shù)保存于聲音參數(shù)列表，并按一定時序通過聲音驅(qū)動部分輸出。
所謂掃描任務(wù)控制聽覺誘發(fā)電位記錄儀器發(fā)聲和記錄控制的核心部分，用于同步刺激聲音輸出和聽覺誘發(fā)電路波形記錄，設(shè)置聲音掃描頻率和掃描時序，設(shè)置聽覺誘發(fā)電位波形的記錄長度，設(shè)置聽覺誘發(fā)電位波形放大倍數(shù)和濾波頻率。
所謂波形顯示和分析實施聽覺誘發(fā)電位分析方法的核心部分。計算機接收到波形數(shù)據(jù)后，一方面在波形顯示窗口中實時顯示，另一方面可以實時對波形數(shù)據(jù)平均疊加和時間特性指標識別提取，時間特性指標按設(shè)定格式顯示于時間特性窗口，并以JPG格式輸出圖形結(jié)果和以EXCEL文檔方式輸出對應(yīng)的時間特性指標數(shù)據(jù)。聽覺誘發(fā)電位波形除了實時顯示和分析之外，同時以數(shù)據(jù)幀的形式存儲于數(shù)據(jù)文件中以便做進一步分析，每個刺激聲音對應(yīng)的聽覺誘發(fā)電位為一幀，幀的格式如下表四 表四
2、聲音驅(qū)動部分 該部分的作用是輸出刺激聲音。編輯好聲音參數(shù)后，通過USB接口電路輸出數(shù)字聲音信號，然后通過聲音信號控制電路和D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)槟M聲音信號，模擬聲音信號由音頻功率放大電路放大后通過耳機輸出聲音。聲音驅(qū)動的最大頻率為100kHz，最大聲強為100db。
3、信號采集部分 該部分的作用是同步記錄聽覺誘發(fā)電位，然后放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)化，最后傳輸給計算機。
電極及前放一般地，通過兩個電極來采集實驗對象的聽覺誘發(fā)電位信號，一個電極為記錄電極，另外一個電極為參考電極，信號被前置放大器初步放大，前置放大器的共摸抑制比為120db，放大倍數(shù)設(shè)置為10倍。
信號濾波信號濾波分硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波通過濾波電路完成，分別有高通濾波，50Hz陷波和低通濾波，高通濾波和低通濾波截止頻率可選，由單片機程序控制；軟件濾波由軟件程序完成，可根據(jù)所記錄的聽覺誘發(fā)電位的頻率分布來設(shè)定截止頻率。
信號放大信號放大由放大電路完成，放大倍數(shù)可選，由單片機程序控制。
信號A/D轉(zhuǎn)換把模擬的聽覺誘發(fā)電位波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過單片機傳輸給計算機，A/D采樣頻率為10kHz。
通訊格式通訊格式包括控制命令格式和波形數(shù)據(jù)傳輸格式?？刂泼钣捎嬎銠C傳給單片機，其格式如下表五 表五 波形數(shù)據(jù)由單片機傳輸計算機，其格式如下表六 表六
權(quán)利要求
1.一種用于檢測神經(jīng)系統(tǒng)的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，該誘發(fā)電位記錄儀能夠進行如下函數(shù)關(guān)系的計算與功能指標的測定
L-Lmin＝ae-bx或lg(L-Lmin)＝-Bx+A和
其中，A＝lg a，B＝b/ln10；
L是神經(jīng)系統(tǒng)對某一頻率刺激信號反應(yīng)的延時，x是刺激信號瞬時強度或上升函數(shù)不變系數(shù)的對數(shù)；
P(t)為瞬時強度；
Lmin、a和b、A和B、以及K和T為與神經(jīng)系統(tǒng)時間反應(yīng)特性相關(guān)的常數(shù)，其中，Lmin是當刺激信號強度趨于無限時在Y軸上趨于恒定的延時，并定義為最短延時；T為時間轉(zhuǎn)換系數(shù)，相當于神經(jīng)元閾值；K定義為時間轉(zhuǎn)換指數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的神經(jīng)系統(tǒng)是聽覺神經(jīng)系統(tǒng)、視覺神經(jīng)系統(tǒng)、體感神經(jīng)系統(tǒng)、味覺神經(jīng)系統(tǒng)或嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的誘發(fā)電位記錄儀包括刺激信號編輯模塊、掃描任務(wù)控制模塊和波形顯示和分析模塊。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的誘發(fā)電位記錄儀還進一步包括信號驅(qū)動部分。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的誘發(fā)電位記錄儀還進一步包括信號采集部分。
6.如權(quán)利要求4所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的信號驅(qū)動部分包括USB接口電路、刺激信號控制電路、D/A轉(zhuǎn)換電路以及刺激信號放大電路。
7.如權(quán)利要求5所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的信號采集部分包括刺激信號采集電極、放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)化電路。
8.如權(quán)利要求7所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的信號采集部分還進一步包括前置放大電路。
9.如權(quán)利要求7所述的誘發(fā)電位記錄儀，其特征在于，所述的信號采集部分還進一步包括USB接口電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測神經(jīng)系統(tǒng)的誘發(fā)電位記錄儀，其能進行如下函數(shù)關(guān)系的計算與功能指標測定L-Lmin＝ae-bx或lg(L-Lmin)＝-Bx+A和其中，L是神經(jīng)系統(tǒng)對某一頻率刺激信號反應(yīng)的延時，x是刺激信號瞬時強度或上升函數(shù)不變系數(shù)的對數(shù)；P(t)為瞬時強度；Lmin、a和b、A(A＝lga)和B(B＝b/ln10)、以及K和T為與神經(jīng)系統(tǒng)時間反應(yīng)特性相關(guān)的常數(shù)。Lmin是最短延時；T為時間轉(zhuǎn)換系數(shù)，K為時間(聲-電)轉(zhuǎn)換指數(shù)，這三個指標可分別反映毛細胞的神經(jīng)纖維和突觸的傳遞特性、聲的機械傳遞特性、聽覺中樞系統(tǒng)神經(jīng)元的敏感性、聲-電轉(zhuǎn)換特性等多種生理功能及其變化。
文檔編號A61B5/0402GK101716074SQ20081017063
公開日2010年6月2日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者肖中舉, 梁妃學(xué), 鄧親愷, 周凌宏 申請人:南方醫(yī)科大學(xué)