一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法

摘要

本发明提供了一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，该方法包括如下步骤：多点位获取用户脑电信号；对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；将各个点位重新组合，划分为脑功能区特征点位和脑发育特征点位；分别构建所述脑功能区特征点位和所述脑发育特征点位的评价模型；根据所述预设波段的功率，获得所述评价模型的得分并输出；根据评价结果，给出用户处于的脑区发育级别。

说明书

技术领域

本发明涉及脑电监测与评估技术领域，具体涉及一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法。

背景技术

目前，对人类大脑思维、学习、语言和注意力等高级认知功能进行多层次的综合研究已经成为当代科学发展的热门方向之一，从人的头皮采集而来的脑电信号因其独特的属性而日益成为此类研究中不可缺少的实验及分析手段，因而对脑电信号的分析处理已经成为脑科学研究中必不可少的一项内容。

德国的神经学家布罗德曼在1909年，根据皮质细胞结构的相似性——细胞的密度、细胞形状、细胞大小等，把大脑皮质划分成52个区，着叫做布罗德曼分区。这样的分区具有十分重要的意义，感觉和运动的功能通常可以分为原级、次级、高级三个层次，各层次从布罗德曼分区来看，属于不同的部位。一般说来原级皮质区只对特定的感觉次级反应，次级皮质区与原级皮质区相连，处理由特定感觉通道传递过来的信息，次级皮质区损伤将导致知觉障碍。高级皮质区一般位于顶叶、额叶、颞叶和枕叶各次级皮质区边界围成的范围内，是顶、颞、枕三脑叶重叠区域，各种感觉信息在这个区域内整合成高层次的认知，此区受损会导致认知障碍。

脑电图是通过脑电图描记仪将脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图，以帮助诊断疾病的一种现代辅助检查方法，它对被检查者没有任何创伤，对脑部疾病有一定的诊断价值。常规脑电图是指在正常生理条件下和安静舒适状态下按规定的统一方法和时间描记的头皮脑电图。目前临床上应用最多的是国际脑电图学会建议采用的标准电极安放法(国际10/20系统法)，其中FP为额极，Z代表中线电极，FZ为额，CZ为中央点，PZ为顶点，O为枕点，T为颞点，A为耳垂电极。

在现有技术中，可以大概将不同的脑电波与不同的认知活动联系在一起。例如：

Alpha波在休息时候比较活跃；Beta波在高度集中和专注的时候比较活跃；神经系统调节能力不良的脑波多表现于Theta波(4-8Hz)和高Beta波(18-36Hz)脑电功率密度过大，而SMR波(12-15Hz)稳定性差、脑电功率密度不足。在神经系统中Theta波通常是睡眠阶段的主力波段，Delta波在深度睡眠时比较活跃；但在觉醒期如果Theta波段太高则人经常处于脑抑制状态，多表现于发呆、走神、嗜睡、想象比较显著；而高Beta波段强度过大表征神经活动容易出现冲动，发脾气，紧张焦虑、也容易出现疲劳等问题。

由上述可知，人们的注意力、情绪、睡眠质量、智力发展及工作效率与脑电活动息息相关，但是现有技术中并没有相关技术使得脑功能区的发展情况通过脑电信息反映出来。

因此，如何研发一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，通过检测脑电信息来对用户的认知发展水平及脑发育进程进行评估，成为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，通过采集脑电信息，进行全脑的功能精准量化评估，以便于对用户不同脑区的功能及发育进行评估。

为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：

一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，包括如下步骤：

多点位获取用户脑电信号；

对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；

将各个点位重新组合，划分为脑功能区特征点位和脑发育特征点位；

分别构建所述脑功能区特征点位和所述脑发育特征点位的评价模型；

根据所述预设波段的功率，获得所述评价模型的得分并输出。

优选地，在获取所述用户脑电信号时，根据国际10-20系统法所标记的电极点位放置电极。

最好，所述预设波段包括δ波、θ波、α波、SMR波、β波、Hβ波，共计6个波段。

优选地，采用脑模板，或独立成分分析方法，或基于先验区域信息方法对各个点位进行划分，将脑区划分为不同的脑功能区特征点位和脑发育特征点位。

优选地，所述脑功能区特征点位包括：

注意力指数点位，包括F4、F3、Fp1、Fp2；

多动指数点位，包括C3、C4、F3、F4；

情绪指数点位，包括Fp2、F4、F8、T4；

感觉综合指数点位，包括C3、C4、P3、P4；

睡眠质量指数点位，包括P3、P4、O1、O2；

言语发展指数点位，包括F7、F3、T3、T5、P3；

执行功能点位，包括Fp1、Fp2、F7、F3、F4、F8；

疲劳指数点位，包括P1、Fp2、F7、F3、F4、F8、P3、P4、O1、O2；

智力发展指数点位，包括01、O2。

最好，所述脑发育特征点位包括：

左额叶发育指数点位，包括Fp1、F3、F7；

右额叶发育指数点位，包括Fp2、F4、F8；

顶叶发育指数点位，包括P3、P4；

中央带发育指数点位，包括C3、C4；

枕叶发育指数点位，包括O1、O2；

左颞叶发育指数点位，包括T3、T5；

右颞叶发育指数点位，包括T4、T6；

全脑发育指数点位，包括P3、P4、O1、O2、Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、T3、T5、T4、T6、F7、F8。

优选地，在构建的所述脑功能区特征点位的评价模型中，包括：

所述注意力指数点位的总指数：AI＝(α/θ)*(Hβ/δ)；

所述多动指数点位的总指数：HI＝δ/SMR；

所述情绪指数点位的总指数：EI＝Hβ/β；

所述感觉统合指数点位的总指数：SII＝α/θ；

所述睡眠质量指数点位的总指数：SI＝(α*β)/(θ*Hβ)；

所述言语发展指数点位的总指数：SDI＝(α/θ)/(β/δ)；

所述执行功能点位的指数EAI＝(α/θ)*(β/δ)/(Hβ/β)；

所述疲劳指数点位的总指数：FI＝SMR/α；

所述智力发展指数点位为展示O1、O2的主频优势。

优选地，在构建的所述脑发育特征点位的评价模型中，包括：

所述左额叶发育指数点位的总指数LFDI＝AVERAGE(LFDI(Fp1),LFDI(F3),LFDI(F7))，其中点指数LFDI(Fp1)＝A(Fp1)，LFDI(F3)＝A(F3)，LFDI(F7)＝A(F7)；

所述右额叶发育指数点位的总指数RFDI＝AVERAGE(RFDI(Fp2),RFDI(F4),RFDI(F8))，其中点指数：RFDI(Fp1)＝A(Fp2)，RFDI(F3)＝A(F4)，RFDI(F7)＝A(F8)；

所述顶叶发育指数点位的总指数PDI＝AVERAGE(PDI(P3),PDI(P4))，其中点指数：PDI(P3)＝A(P3)，PDI(P4)＝A(P4)；

所述中央带发育指数点位的总指数CDI＝AVERAGE(CDI(C3),CDI(C4))，其中点指数：CDI(C3)＝A(C3)，CDI(C4)＝A(C4)；

所述枕叶发育指数点位的总指数ODI＝AVERAGE(ODI(O1),ODI(O2))，其中点指数：ODI(O1)＝A(O1)，ODI(O2)＝A(O2)；

所述左颞叶发育指数点位的总指数LTDI＝AVERAGE(LTDI(T3),LTDI(T5))，其中点指数：LTDI(T3)＝A(T3)，LTDI(T5)＝A(T5)；

所述右颞叶发育指数点位的总指数RTDI＝AVERAGE(RTDI(T4),RTDI(T6))，其中点指数：RTDI(T4)＝A(T4)，RTDI(T6)＝A(T6)；

所述全脑发育指数点位的总指数ADI＝AVERAGE(PDI,ODI,FDI,CDI,LTDI,RTDI)，其中点指数：PDI,ODI,LFDI,RFDI,CDI,LTDI,RTDI；

其中，因子A＝α/θ。

与现有技术相比，本发明所述的一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，达到了如下效果：

(1)、根据国际10-20系统法所标记的电极位置和Brodeman功能分区放置电极，使得采集到的脑电信号能够更加精确、合理的对全脑功能进行精准量化与评估。

(2)、共采集6个波段的脑电信号，并构建基于脑功能区特征点位和脑发育特征点位的评价模型，通过计算各波段的功率占比，使得对用户脑发育和脑功能的评价更加准确。

(3)、基于Brodeman功能分区和10-20国际脑电标准取点重新划分特征点，使得不同脑区的发育评估及量化指标可以通过构建脑电模型而准确判断。

(4)、解决传统读图困难、对读图人员的要求比较高的问题，使得各项指标可以精准量化，根据计算指标，评价容易分级。

附图说明

图1是本发明中一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法的一种优选实施例的流程框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

参照图1，在一种优选实施例中，公开了一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，包括如下步骤：

步骤S11,多点位获取用户脑电信号；

步骤S12,对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；

步骤S13,将各个点位重新组合，划分为脑功能区特征点位和脑发育特征点位；

步骤S14,分别构建所述脑功能区特征点位和所述脑发育特征点位的评价模型；

步骤S15，根据所述预设波段的功率，获得所述评价模型的得分并输出；

下面，将对本示例实施方式中的所述的基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法进行进一步地阐述：

在步骤S11中，在获取所述用户脑电信号时，根据国际10-20系统法所标记的电极点位放置电极；具体地，可以选择Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6，每个点位采集波段为0～30Hz原始波段。

在步骤S12中，通过对采集到的脑电信号进行放大及滤波，将波段划分为δ(0.8～4Hz)、θ(4～8Hz)、α(8～12Hz)、SMR(12～15Hz)、β(15～20Hz)、Hβ(20～30Hz)。

在步骤S13中，采用脑模板，或独立成分分析方法，或基于先验区域信息方法对各个点位进行划分，根据布罗德曼分区与功能，将脑区划分为不同的脑功能区特征点位和脑发育特征点位。

其中，所述脑功能区特征点位包括：

注意力指数点位，参考点位包括F4、F3、Fp1、Fp2；

多动指数点位，参考点位包括C3、C4、F3、F4；

情绪指数点位，参考点位包括Fp2、F4、F8、T4；

感觉综合指数点位，参考点位包括C3、C4、P3、P4；

睡眠质量指数点位，参考点位包括P3、P4、O1、O2；

言语发展指数点位，参考点位包括F7、F3、T3、T5、P3；

执行功能点位，参考点位包括Fp1、Fp2、F7、F3、F4、F8；

疲劳指数点位，参考点位包括P1、Fp2、F7、F3、F4、F8、P3、P4、O1、O2；

智力发展指数点位，参考点位包括01、O2。

其中，所述脑发育特征点位包括：

左额叶发育指数点位，参考点位包括Fp1、F3、F7；

右额叶发育指数点位，参考点位包括Fp2、F4、F8；

顶叶发育指数点位，参考点位包括P3、P4；

中央带发育指数点位，参考点位包括C3、C4；

枕叶发育指数点位，参考点位包括O1、O2；

左颞叶发育指数点位，参考点位包括T3、T5；

右颞叶发育指数点位，参考点位包括T4、T6；

全脑发育指数点位，参考点位包括P3、P4、O1、O2、Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、T3、T5、T4、T6、F7、F8。

在步骤S14中，在构建的所述脑功能区特征点位的评价模型中，包括：

所述注意力指数点位的总指数：AI＝(α/θ)*(Hβ/δ)，参考范围为0.67-2.22-3.56；

所述多动指数点位的总指数：HI＝δ/SMR，参考范围为3.99-8.6-15；

所述情绪指数点位的总指数：EI＝Hβ/β，参考范围为4.89-3.81-2.76；

所述感觉统合指数点位的总指数：SII＝α/θ，参考范围为0.52-1.57-1.96；

所述睡眠质量指数点位的总指数：SI＝(α*β)/(θ*Hβ)，参考范围为1.01-3.55-8.01；

所述言语发展指数点位的总指数：SDI＝(α/θ)/(β/δ)，参考范围为0.89-3.68-9.38；

所述执行功能点位的指数EAI＝(α/θ)*(β/δ)/(Hβ/β)，参考范围为0.73-2.2-3.53；

所述疲劳指数点位的总指数：FI＝SMR/α，参考范围为0.78-1.57-2.61；

所述智力发展指数点位为展示O1、O2的主频优势，参考范围为8.5-10-11.5。

进一步地，在构建的所述脑发育特征点位的评价模型中，包括：

所述左额叶发育指数点位的总指数LFDI＝AVERAGE(LFDI(Fp1),LFDI(F3),LFDI(F7))，其中点指数LFDI(Fp1)＝A(Fp1)，LFDI(F3)＝A(F3)，LFDI(F7)＝A(F7)，参考范围为0.56-1.57-2.04；

所述右额叶发育指数点位的总指数RFDI＝AVERAGE(RFDI(Fp2),RFDI(F4),RFDI(F8))，其中点指数：RFDI(Fp1)＝A(Fp2)，RFDI(F3)＝A(F4)，RFDI(F7)＝A(F8)，参考范围为0.56-1.57-2.04；

所述顶叶发育指数点位的总指数PDI＝AVERAGE(PDI(P3),PDI(P4))，其中点指数：PDI(P3)＝A(P3)，PDI(P4)＝A(P4)，参考范围为0.47-1.23-1.58；

所述中央带发育指数点位的总指数CDI＝AVERAGE(CDI(C3),CDI(C4))，其中点指数：CDI(C3)＝A(C3)，CDI(C4)＝A(C4)，参考范围为0.65-1.83-2.65；

所述枕叶发育指数点位的总指数ODI＝AVERAGE(ODI(O1),ODI(O2))，其中点指数：ODI(O1)＝A(O1)，ODI(O2)＝A(O2)，参考范围为0.61-1.24-2.29；

所述左颞叶发育指数点位的总指数LTDI＝AVERAGE(LTDI(T3),LTDI(T5))，其中点指数：LTDI(T3)＝A(T3)，LTDI(T5)＝A(T5)，参考范围为0.52-1.44-1.85；

所述右颞叶发育指数点位的总指数RTDI＝AVERAGE(RTDI(T4),RTDI(T6))，其中点指数：RTDI(T4)＝A(T4)，RTDI(T6)＝A(T6)，参考范围为0.52-1.36-1.85；

所述全脑发育指数点位的总指数ADI＝AVERAGE(PDI,ODI,FDI,CDI,LTDI,RTDI)，其中点指数：PDI,ODI,LFDI,RFDI,CDI,LTDI,RTDI，参考范围为0.55-1.61-2.05。

其中，在上述模型中因子A＝α/θ。

通过评价模型的得分与数据的参考范围作比较，以评估脑区发育与功能发育的状况。

在一种优选实施例中，还包括步骤S16,根据评价结果，给出用户处于的脑区发育级别,如下表所示：

与现有技术相比，本发明提供了一种基于脑电信息的脑区发育评估及功能评估分析方法，达到了如下效果：

(1)、根据国际10-20系统法所标记的电极位置和Brodeman功能分区放置电极，使得采集到的脑电信号能够更加精确、合理的对全脑功能进行精准量化与评估。

(2)、共采集6个波段的脑电信号，并构建基于脑功能区特征点位和脑发育特征点位的评价模型，通过计算各波段的功率占比，使得对用户脑发育和脑功能的评价更加准确。

(3)、基于Brodeman功能分区和10-20国际脑电标准取点重新划分特征点，使得不同脑区的发育评估及量化指标可以通过构建脑电模型而准确判断。

(4)、解决传统读图困难、对读图人员的要求比较高的问题，使得各项指标可以精准量化，根据计算指标，评价容易分级。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。