[发明专利]用于基于脑活动信号的治疗和/或用户设备的控制的方法和系统

说明书

参考共同未决的申请

2014年9月4日提交的题为“METHOD AND SYSTEM FOR IMPROVED BRAIN ACTIVITY SIGNAL ANALYSIS(用于改进脑活动信号分析的方法和系统)”的美国临时申请62/046,078的整个主题通过参考包括最初递交给美国专利局的材料并入于此。

技术领域

本发明涉及基于脑活动信号的分析的用户治疗或控制用户设备。

背景技术

当前统计数据显示，在美国有超过700万人在中风或脑部袭击中幸存并且伴随着后遗症生活。大量的这些幸存者受到严重的上肢瘫痪的折磨，而这些严重瘫痪的中风患者中的一些患者对于传统疗法没有响应而需要长期辅助。通常，中风是由脑内血管的出血(15％的情况下)或者阻塞(85％的情况下)；产生病变和局部神经元死亡。脑部对于中风所损坏的神经结构进行再生或修复的能力有限，因此影响感觉运动皮层的中风能够引起受影响的大脑半球对侧的身体一侧的永久运动障碍，这种情况被称为偏瘫。具体地，70-85％的个体在他们第一次中风之后偏瘫，而60％的人将在事件之后的六个月无法独立进行日常起居的简单活动(即，洗漱、穿衣和入厕)。响应于面对中风患者的不乐观预测，研究集中在发展强调神经系统恢复的不同治疗方法。

一种这样的方法是物理疗法，其目的在于利用力量练习、被动移动和神经发展方法来提高患者的功能性能力；另一方法是职业疗法，该职业疗法集中于改进与特定任务相关的技能和/或开发代偿策略。然而，利用物理疗法和职业疗法所观测的运动康复通常在中风后的前六个月停滞。

功能性电刺激(FES)疗法是已经成功用于恢复严重偏瘫的中风患者的手臂和手功能的另一方法。这种介入需要治疗师识别患者移动他们瘫痪或偏瘫肢体的意愿，并且触发利于同一个受影响肢体的移动的电刺激。神经活动(即，运动计划)与来自产生的运动的传入输入(由电刺激引起)看起来便于正向的神经重塑改变，该神经重塑改变产生主动移动的重建。然而，依赖于治疗师来确定患者移动的意图对于FES疗法具有一些不足。一个这样的缺点在于存在如下的确定性减少，患者实际上尝试进行利用FES疗法所刺激的移动，或者患者实际上正在尝试移动；这使得中枢神经系统不确定性的加入。另一个缺点在于尝试与刺激的传递之间的时间，假设尝试正确的移动，与神经重塑相关联的神经运动恢复的重要方面可能落在最佳康复的延迟之外。

也已经做出如下尝试：开发有效的脑部计算机接口来感测患者的预期动作，并且利用修复设备来实现识别出患者的期望动作。然而，这些尝试的结果有限。

本发明的一个目的是减轻或避免上述缺点中的至少一个。

发明内容

一方面，提供了一种用于表征脑电信号的方法，包括形成信号的时间-频谱分解以形成多个时间分辨的频率信号值，将信号值的每个实例(instance)与接近神经系统信号的预定函数相关联，从而形成共同代表脑电信号的系数的表。

另一方面，提供一种用于基于用户的被记录意图来控制设备的方法，该方法包括：

a.根据在此所限定的方法来表征表示意图的脑电信号；以及

b.使得设备执行动作。

在一些示例实施例中，设备可以是机械臂、完全义肢、部分义肢、致动瘫痪肢体的神经康复或功能性电刺激(FES)设备、和矫形设备等。

在一些示例实施例中，使得步骤包括根据所记录的用户意图，将功能性电刺激(FES)治疗(或疗法)应用于用户从而触发特定的用户动作。

另一方面，提供了一种表征在人类活动期间所发出的脑电活动信号的方法，包括形成多个频率描述信号区段，并且针对每个信号区段，将其一个实例与接近神经信号的函数相关联，其中的神经信号与神经认知或神经肌肉(或神经系统)活动相关联，从而形成时间上的一系列相关值，并且形成相关值的时间对于频率的阵列；并且其中信号是脑电图(EEG)或皮质电图(ECoG)信号。

一些示例实施例可以包括根据预定的标准将二进制的一或零与每个相关值相关联。

一些示例实施例可以包括积累多个阵列，每个阵列针对多个重复人类活动的一个实例，并且针对阵列中的每个要素建立发生值。发生值可以是相对于预定阵列值的平均值或可能性测量。

另一方面，提供了在系统中的一种计算机实施的方法，用于通过检测和分析至少一个脑电信号的瞬态活动来创建脑活动的数值和可视化表示，所述方法具有存储于计算机可读介质中并且通过处理结构可执行的指令，使得所述处理结构至少：