一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置及驗證方法
【專利摘要】本發明公開了一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置及驗證方法。本發明包括一誘發電位記錄儀，其觸發信號輸出端經一信號轉換器將輸入的單路觸發信號轉換為兩路信號控制發生器的通道1、2，通道1、2中的電刺激信號極性相反；通道1、2經一電刺激信號隔離器連接到一刺激電極；刺激電極的正極用于放置到使用者的圓窗龕，負極用于與該使用者骨性外耳道皮下接觸；誘發電位記錄儀的正極用于放置在該使用者雙耳顱頂連線的中心位置，誘發電位記錄儀的負極用于與該使用者的對側乳突皮下接觸，誘發電位記錄儀的參考電極用于與該使用者的鼻尖皮下接觸；誘發電位記錄儀與一信號處理模塊連接。本發明對于聽覺外周損傷的動物，亦可以成功誘發其頻率追隨反應。
【專利說明】一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置及驗證方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物電生理【技術領域】，具體涉及一種誘發腦干頻率追隨反應的裝置與驗證方法。
【背景技術】
[0002]頻率追隨反應是源自于動物腦干的一種聽覺誘發反應，它反映了聽覺系統鎖相神經元(或神經元群)對中、低頻聲音信號頻率的追隨和復現。它雖然是自下丘以下的低級聽覺核團的神經活動，但卻從一個側面反應了聽覺通路的功能完整性，不僅如此，頻率追隨反應還受到高級認知加工活動如語言和注意的影響，所以頻率追隨反應不僅被廣泛應用于研究聽覺系統的處理加工機制中，而且在臨床上也有很高的應用價值。
[0003]1930年Wever和Bray首次在貓的聽神經上記錄到一種不同于傳統意義上的的聽覺誘發電位。他們發現用低于4000Hz的中、低頻的純音或者語音作為信號，在聽神經記錄到的反應幾乎復現了原始信號的頻率和波形，將記錄到的神經電信號直接播放出來，聽到的是和原始信號幾乎一模一樣的聲音。這種聽覺反應的頻率與刺激的強度并沒有什么關系，而是與刺激頻率直接相關(追隨刺激頻率)，這就是頻率追隨反應(Frequency-Following Response, FFR)。
[0004]目前來看，無論是動物實驗還是人體實驗，采用的誘發腦干頻率追隨反應的信號都具有以下兩個特點:第一，從信號的特質上看，信號都是具有特定頻譜結構的，例如常用的純音信號、基頻缺失諧波信號以及語音信號；第二，從信號刺激的方式上看，均是采用聲刺激。
[0005]采用聲刺激的`情況下，高保真的耳機是放音的必要設備，常見的耳機品牌諸如森海塞爾HD800，頻響范圍為14~44100Hz，阻抗300歐姆，靈敏度102dB，總諧波失真小于
0.02% ;還有鐵三角ATH-W5000，頻響范圍5~45000Hz，阻抗40歐姆，靈敏度102dB ;此外拜亞Tl也在選擇之列，頻響范圍5~50000Hz，阻抗600歐姆，靈敏度102dB，總諧波失真小于
0.05%。當然，耳機設備主要是在人體實驗時采用，在做動物實驗時采用的是為動物實驗專門準備的設備。
[0006]整個聽覺電生理實驗需要用到的誘發電位疊加記錄和聲刺激發放的信號發生器都非常關鍵，在這個方面美國廠商TDT屬于業界翹楚。
[0007]多年來，TDT致力于聽覺生理研究設備的研發與推廣，為聽覺生理研究提供專業的信號發生、采集和處理系統，同一套設備可以同時滿足心理聲學和神經生理實驗的要求，其設備的特點是，第一可以形成高質量、多頻率的聲學信號，支持二進制、wav等音頻刺激信號格式；第二，數據處理速度快，快速光纖數據傳輸，120kHz帶寬；第三，采用靜電揚聲器，可以支持到超聲信號的頻率，獨特的薄膜介質專利技術，在最大程度上保證了信號的真實性并縮小了揚聲器的體積，減輕了設備重量，使得更適合動物實驗的要求；第四，電池揚聲器可覆蓋l_50kHz的刺激輸出，更適合低頻聽覺研究；第五，SkyofizX軟件用于控制其他外圍設備，該軟件專門為心理聲學實驗的特殊要求而設計，提供了大量已知的實驗范式，并可指導用戶建立和完成實驗。
[0008]此外，俄羅斯的Neurosoft公司的多款設備也支持聲刺激誘發電位記錄，比如Neuro-Mep-Micro,就能提供click聲音、短純音、沖擊序列等聲刺激,經由特定的聲管傳輸，直接在耳道口給聲，其配套的誘發電位記錄儀可以用來記錄短潛伏期、中潛伏期乃至長潛伏期的聽覺誘發電位。不僅如此，在聲刺激記錄方面國產的設備也不遑多讓，珠海市邁康科技有限公司生產的NeuroExam M8000D設備，也能完成聽覺誘發電位的給聲刺激與記錄，其聲刺激器支持雙通道輸出接口，刺激頻率從0.05Hz~50Hz可調，刺激強度O~120dBSPL，支持click聲和短純音刺激。[0009]傳統的頻率追隨反應采用的誘發信號呈現方式均為聲刺激，而聲刺激存在一個非常明顯的局限性，即對于那些在聽覺外周存在損傷的動物或人體，很可能在聲刺激設備達到最大輸出功率時，依然不能誘發出腦干的頻率追隨反應，但并不能據此就判定該被試者不具有產生腦干頻率追隨反應的能力，因為真實的情況很有可能是由于聽覺外周受損而導致的聲刺激傳導不暢，而并非是聽覺系統在腦干部位受到了損傷。
【發明內容】
[0010]本發明的目的就是希望能夠實現一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置和方法來克服上述聲刺激的局限性。
[0011 ] 本發明中所提出的電刺激誘發腦干頻率追隨反應的裝置與方法基本思想是，采用與傳統聲刺激誘發頻率追隨反應相似的刺激信號形式，但是用信號發生器產生電信號替代傳統的揚聲器發出的聲信號，刺激部位也由聲信號的外耳道給聲刺激，變換為電信號的圓窗龕給電刺激。
[0012]本發明的技術方案為:
[0013]一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置，其特征在于包括一誘發電位記錄儀，其觸發信號輸出端與一觸發信號轉換器輸入端連接，所述觸發信號轉換器用于將輸入的單路觸發信號轉換為兩路觸發信號輸出，分別控制信號發生器的通道1、通道2，通道I與通道2中的電刺激信號極性相反；通道1、通道2經一電刺激信號隔離器連接到一刺激電極；所述刺激電極的正極用于放置到使用者的圓窗龕，所述刺激電極的負極用于與該使用者骨性外耳道皮下接觸；所述誘發電位記錄儀的正極用于放置在該使用者雙耳顱頂連線的中心位置，所述誘發電位記錄儀的負極用于與該使用者的對側乳突皮下接觸，所述誘發電位記錄儀的參考電極用于與該使用者的鼻尖皮下接觸；所述誘發電位記錄儀與一信號處理模塊連接。
[0014]進一步的，所述誘發電位記錄儀對記錄的信號進行疊加平均處理，生成誘發電位記錄號。
[0015]進一步的，所述刺激信號為純音信號；所述信號發生器采用harming窗加窗調制方式對所述刺激信號進行調制。
[0016]進一步的，所述通道1、通道2分別經一電刺激信號隔離器與所述刺激電極的正極或負極連接。
[0017]進一步的，所述觸發信號轉換器、所述通道1、通道2上分別連接一脈沖計數器，當所述觸發信號轉換器輸入脈沖數等于所述通道1、通道2輸出脈沖之和，且所述通道1、通道2輸出脈沖數相等時，所述誘發電位記錄儀開始將采集的信號發送給所述信號處理模塊。
[0018]進一步的，所述通道I中的信號為所述觸發信號的奇數脈沖構成，所述通道2中的信號為所述觸發信號的偶數脈沖構成。
[0019]一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置驗證方法，其步驟為:
[0020]I)信號處理模塊將采集的信號轉換為PCM格式的時域信號，然后對信號做快速傅里葉變換，得到該信號的頻域譜線；
[0021]2)計算目標頻率處的電刺激誘發頻率追隨反應的相對幅度值；
[0022]3)采用單因素方差分析對所述相對幅度值做統計分析，驗證所述電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置。
[0023]進一步的,所述相對幅值relativeamplitude的計算公式為:
【權利要求】
1.一種電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置，其特征在于包括一誘發電位記錄儀，其觸發信號輸出端與一觸發信號轉換器輸入端連接，所述觸發信號轉換器用于將輸入的單路觸發信號轉換為兩路觸發信號輸出，分別控制信號發生器的通道1、通道2，通道I與通道2中的電刺激信號極性相反；通道1、通道2經一電刺激信號隔離器連接到一刺激電極；所述刺激電極的正極用于放置到使用者的圓窗龕，所述刺激電極的負極用于與該使用者骨性外耳道皮下接觸；所述誘發電位記錄儀的正極用于放置在該使用者雙耳顱頂連線的中心位置，所述誘發電位記錄儀的負極用于與該使用者的對側乳突皮下接觸，所述誘發電位記錄儀的參考電極用于與該使用者的鼻尖皮下接觸；所述誘發電位記錄儀與一信號處理模塊連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述誘發電位記錄儀對記錄的信號進行疊加平均處理，生成誘發電位記錄信號。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述刺激信號為純音信號；所述信號發生器采用hanning窗加窗調制方式對所述刺激信號進行調制。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述通道1、通道2分別經一電刺激信號隔離器與所述刺激電極的正極或負極連接。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述觸發信號轉換器、所述通道1、通道2上分別連接一脈沖計數器，當所述觸發信號轉換器輸入脈沖數等于所述通道1、通道2輸出脈沖之和，且所述通道1、通道2輸出脈沖數相等時，所述誘發電位記錄儀開始將采集的信號發送給所述信號處理模塊。
6.如權利要求1至5任 一所述的裝置，其特征在于所述通道I中的信號為所述觸發信號的奇數脈沖構成，所述通道2中的信號為所述觸發信號的偶數脈沖構成。
7.一種對權利要求1~6任一所述電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置驗證方法，其步驟為: 1)信號處理模塊將采集的信號轉換為PCM格式的時域信號，然后對信號做快速傅里葉變換，得到該信號的頻域譜線； 2)計算目標頻率處的電刺激誘發頻率追隨反應的相對幅度值； 3)采用單因素方差分析對所述相對幅度值做統計分析，驗證所述電刺激誘發腦干頻率追隨反應裝置。
8.如權利要求7所述的方法,其特征在于所述相對幅值relativeamplitude的計算公式為:
Ii=i,ag+a
S A,(,)2a + I _a r c lativeamplH u d e =-———；---—-
^Il=hag+bI1=!tag+a
--Y X(i)——~ Y X(i)2b + \ ,2a + \
WT ± l=ltag-bZ.U -T L l=ltag-a 其中:a是參與目標頻率相對幅度估計的單側譜線條數，b為參與該目標頻率處本底噪聲估計的單側譜線條數，itag為目標譜線的索引，x(i)為誘發電位信號為x(n)的傅里葉變換X(N)中第i條譜線的幅度值；Lg =ftag為目標頻率，fs為采樣頻率，M為快速
Js傅里葉變換點數。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于所述目標頻率為電刺激信號的中心頻率。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述電刺激信號為純音信號，所述目標頻率為純音信號的頻率；或者所述電刺激信號為基頻缺失復合音信號，所述目標頻率為缺失的基頻。
11.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于所述信號發生器采用正負交替的刺激方式發送所述刺激 信號。
【文檔編號】A61B5/0484GK103800005SQ201410053448
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月17日 優先權日:2014年2月17日
【發明者】吳璽宏, 陳婧, 何文欣, 曲天書 申請人:北京大學