專利名稱：腦電心理測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子測試儀器，特別是涉及可應用于心理測試與健康監(jiān)護領(lǐng)域的腦電測試裝置。
背景技術(shù)：
儀器心理測試最早可追溯至1895年，是意大利犯罪心理學家龍勃羅梭(C.Lombroso)首次將水圖式脈搏記錄儀用于心理測試，此可視為用儀器心理測試的最早嘗試。1949年基勒研制可連續(xù)記錄血壓、脈搏、呼吸、皮電等多項生理指標的記錄儀，使得用儀器進行心理測試的準確性得到了進一步的提高。這些早期的心理測試儀常被稱為Polygraph心理測試儀，或被簡化直以Polygraph相稱。目前，在世界范圍內(nèi)普遍應用的心理測試儀，大都是采用多導生理記錄儀(Polygraph)來記錄呼吸、心跳、皮電等自主神經(jīng)系統(tǒng)活動的生理指標。但一些特殊被試和老練的當事人或受試者故意采取生理心理的對抗措施等一些反偵察手段常使Polygraph測試十分困難。由于不同受試者的生理心理素質(zhì)、自制能力不同，敏感者易產(chǎn)生假陽性，自制能力強者易出現(xiàn)假陰性，受試者對待心理測試的態(tài)度也會影響到測試的結(jié)果。Polygraph心理測試這些難免的缺陷，其根本原因就是由于采用了心理生理變化心跳、呼吸、血壓、皮膚電阻等作指標。這些指標是間接的，并非測試大腦本身。
自從1875年英國生理學家卡頓(Caton)在動物腦上記錄到生物電，到1929年德國精神病學家貝格爾(Berger)第一次報道了人的腦電圖，至今已有一百多年的歷史。人們曾以狂喜的心情看待從腦中發(fā)出來的電波，自然對從人腦中送出來的電波充滿了神秘感，并對它寄予了很高的期望有朝一日人們能從一個人的腦波中知道他在想些什么？但是，由于受科學與技術(shù)水平的限制，這種期望一直未能實現(xiàn)。1965年Sutton等人發(fā)現(xiàn)P300波(ERP電位)，P300波是一個主要與心理因素相關(guān)的內(nèi)源性成分，也稱意義波和理解波。經(jīng)過近30年的研究，人們對P300的認識不斷深入，P300現(xiàn)已被公認是研究人的認知活動和判斷人的認知能力的有用指標，我國與美國的學者都發(fā)現(xiàn)，刺激物與被試者的利害關(guān)系及被試者的情緒都在P300上有所反映，而且P300的這些變化是被試者無法控制的。P300已經(jīng)成為用腦電波進行心理測試的主要成分，這是當代心理測試研究的一次突破。
目前，針對ERP信號的研究，主要還是采用疊加平均法。但疊加平均法具有刺激次數(shù)多，測試時間長的弊端，這給實際應用帶來了很大的不便。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于提供一種腦電心理測試儀，用事先編輯好的圖片、文字、聲音等刺激序列，隨機呈現(xiàn)給被試者，并同時實時采集其頭部的腦電信號，然后對腦電波電位變化進行算法分析，從而對被試者對某一刺激的心理狀態(tài)進行評判。
為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是提供一種腦電心理測試儀，由腦電極、信號采集與轉(zhuǎn)換電路、計算機、耳機和投影儀等部分組成，其放置在頭皮上的腦電極通過屏蔽線與腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路連接，再與計算機相連；投影儀和耳機同計算機輸出相連。
所述的腦電心理測試儀，其腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路由前置放大器、陷波器、高通放大濾波器、低通放大濾波器及A/D轉(zhuǎn)換器順序連接組成；腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接放置在頭皮上的腦電極，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端通過USB總線與計算機相連。
所述的腦電心理測試儀，其計算機包括數(shù)據(jù)通訊模塊、ERP提取和分析系統(tǒng)、專家評判系統(tǒng)和刺激發(fā)生系統(tǒng)(STIM)；其中，輸入端接數(shù)據(jù)通訊模塊，數(shù)據(jù)通訊模塊與ERP提取和分析系統(tǒng)電連接，ERP提取和分析系統(tǒng)分別與專家評判系統(tǒng)和刺激發(fā)生系統(tǒng)電連接，專家評判系統(tǒng)連有顯示器，刺激發(fā)生系統(tǒng)連有輸出端。
所述的腦電心理測試儀，其腦電信號中ERP電位的提取算法采用B-樣條小波變換和獨立分量分析。
所述的腦電心理測試儀，其投影儀屏幕或終端顯示器上呈現(xiàn)的刺激信息，由操作人員事先編輯好后，存于計算機硬盤。
所述的腦電心理測試儀，其所述刺激信息，為圖片、文字。
本實用新型腦電心理測試儀采用小波變換和獨立分量分析等方法，測試時間縮短，信號提取效果好，操作簡單。本實用新型中的腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路為自行研制完成，信號放大倍數(shù)高且可調(diào)，性能指標高，完全可以滿足實際腦電信號的采集。
本實用新型腦電心理測試儀可用于公、檢、法機關(guān)案件偵查，也可應用于神經(jīng)病學、神經(jīng)心理學、認知心理學、工程心理學、犯罪心理學等方面的應用和研究。


圖1為本實用新型腦電心理測試儀原理圖；圖2為本實用新型腦電放大濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為國際標準10-20系統(tǒng)腦電極放置位圖；圖4為本實用新型腦電心理測試儀工作流程圖。
具體實施方式
本實用新型的實現(xiàn)原理圖如圖1所示。一種由投影儀、屏幕、耳機、腦電極、采集與轉(zhuǎn)換電路、計算機等部分組成的腦電心理測試儀，其特征在于放置在頭皮上的腦電極通過屏蔽線與腦電采集與轉(zhuǎn)換電路相連，采集與轉(zhuǎn)換電路再與計算機輸入端相連，投影儀和耳機同計算機輸出相連。
所述腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路，如圖2所示，由前置放大器、陷波器、高通放大濾波器、低通放大濾波器及A/D轉(zhuǎn)換器順序連接組成；腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接放置在頭皮上的腦電極，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端通過USB總線與計算機相連。腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路按以下方式連接腦電極通過屏蔽線與精密儀器放大器1的正負輸入端相連接，電阻R3、電容C1并聯(lián)連接放大器1的輸出端，電阻R3的另一端連接運算放大器2的正輸入端、電容C3；電容C1、C2、C3串聯(lián)，電阻R1的一端與電容C1、C2連接，R1的另一端與電位器P2的一端連接，電阻R2的一端與電容C2、C3連接，R2的另一端與電位器P2的另一端連接，電位器P2的可調(diào)端與運算放大器3的負輸入端和輸出端連接，運算放大器3的正輸入端與電位器P1的可調(diào)端連接，電位器P1的一端接地，另一端與放大器2的負輸入端、輸出端連接；運算放大器2的輸出端與高通放大濾波器的輸入端連接，高通放大濾波器的輸出端連接到低通放大濾波器的輸入端，低通放大濾波器的輸出端再與A/D轉(zhuǎn)換器連接，最后連接到計算機主機。
經(jīng)測試，腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路性能指標如下1) 短路輸入噪聲小于0.7uV峰峰值；2) 系統(tǒng)頻帶0.5～40Hz；3) 50Hz陷波衰減不低于60dB(±0.5Hz)；4) 輸入阻抗可實現(xiàn)大于1010Ω；5) 放大倍數(shù)可實現(xiàn)50,000倍以上，可調(diào)；6) 共模抑制比不低于110dB；7) 采樣頻率每導程為256Hz；8) 電極導聯(lián)方式單極導聯(lián)，雙極導聯(lián)可選；9) 各通道間隔離度不低于100dB；其中通道間隔離度的測試方法是(1)各通道前置放大器兩個輸入端短路共地，記錄各通道短路輸出噪聲的峰峰值Ai(i＝1，...，n)；(2)保留第i通道輸入端短路共地，其它通道通過調(diào)節(jié)輸入信號，使其輸出處于滿幅工作狀態(tài)，并記錄其峰峰值P，同時記錄第i通道輸出信號的峰峰值Ai′；(3)然后帶入公式 (4)同樣方法對其它各通道進行測試；所述腦電心理測試儀中ERP電位(P300)的提取采用目前最先進的信號處理方法---小波變換和獨立分量分析方法。
本實用新型腦電心理測試儀工作過程如圖4所示首先，按國際標準10-20系統(tǒng)放置記錄電極于Pz、Cz和Fz點，地極置于前額中央，參考電極夾于耳垂，如圖3所示。電極放置前以酒精和乙醚混合液脫脂去污，使皮膚電阻小于5KΩ。為了便于對被測試人員的數(shù)據(jù)管理，需要建立被試者的個人信息檔案，其中包括被試者的姓名、年齡、聯(lián)系方式、健康狀況等。然后進入刺激序列的編排和刺激發(fā)生系統(tǒng)的設置，按照引出腦電事件相關(guān)電位的兩個基本條件---低概率(low-probability)和相關(guān)任務(task-relevant)的原則，選取靶刺激和非靶刺激，隨機地對刺激序列進行編排，并確定實驗次數(shù)。外圍硬件設備接好后，就可以進行腦電波心理測試和數(shù)據(jù)采集。最后進行圖譜回放與算法分析，包括圖譜編輯、存儲、腦電分析和ERP電位特征提取、專家分析評判等，其中ERP電位的提取采用小波變換和獨立分量分析方法。
被試者在受到刺激(圖片、文字等)，大腦必然活動，即內(nèi)源性ERP電位變化，這種電位與人的認知心理加工過程有關(guān)，與事件刺激的物理參數(shù)無關(guān)。這種腦波變化是被試者無法控制的。被試者越想控制，他的腦波越不正常，因為他的這種“想控制”的想法本身就會產(chǎn)生與眾不同的腦波。因此，腦電波心理測試可信度大為改善。
權(quán)利要求1.一種腦電心理測試儀，由腦電極、信號采集與轉(zhuǎn)換電路、計算機、耳機和投影儀組成，其特征在于，放置在頭皮上的腦電極通過屏蔽線與腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路連接，再與計算機相連；投影儀和耳機同計算機輸出相連。
2.如權(quán)利要求1所述的腦電心理測試儀，其特征在于，腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路由前置放大器、陷波器、高通放大濾波器、低通放大濾波器及A/D轉(zhuǎn)換器順序連接組成；腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接放置在頭皮上的腦電極，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端通過USB總線與計算機相連。
3.如權(quán)利要求1所述的腦電心理測試儀，其特征在于，計算機包括數(shù)據(jù)通訊模塊、ERP提取和分析系統(tǒng)、專家評判系統(tǒng)和刺激發(fā)生系統(tǒng)；其中，輸入端接數(shù)據(jù)通訊模塊，數(shù)據(jù)通訊模塊與ERP提取和分析系統(tǒng)電連接，ERP提取和分析系統(tǒng)分別與專家評判系統(tǒng)和刺激發(fā)生系統(tǒng)電連接，專家評判系統(tǒng)連有顯示器，刺激發(fā)生系統(tǒng)連有輸出端。
4.如權(quán)利要求3所述的腦電心理測試儀，其特征在于，腦電信號中ERP電位的提取算法采用B-樣條小波變換和獨立分量分析。
5.如權(quán)利要求1所述的腦電心理測試儀，其特征在于，投影儀屏幕或終端顯示器上呈現(xiàn)的刺激信息，由操作人員事先編輯好后，存于計算機硬盤。
6.如權(quán)利要求5所述的腦電心理測試儀，其特征在于，所述刺激信息，為圖片、文字。
專利摘要本實用新型涉及電子測試儀器，特別是應用于心理測試與健康監(jiān)護領(lǐng)域的腦電波測試裝置。該腦電心理測試儀由腦電極、信號采集與轉(zhuǎn)換電路、計算機、耳機和投影儀等部分組成，放置在頭皮上的腦電極通過屏蔽線與腦電信號采集與轉(zhuǎn)換電路連接，再與計算機相連；投影儀和耳機同計算機輸出相連。通過對被試者施加一定方式的刺激(如視覺、聽覺)，并從放置在頭皮上的腦電極實時采集到的腦電波信號中，提取相應的事件相關(guān)電位進行分析，從而對被試者的身心狀態(tài)做出評判。本實用新型信號放大倍數(shù)調(diào)解范圍寬，測試過程時間短，事件相關(guān)電位提取效果好，操作簡單靈活，適用人群廣泛。可用于公、檢、法機關(guān)案件偵查，以及神經(jīng)病學、心理學等方面的應用和研究。
文檔編號A61B5/0484GK2645609SQ20032010091
公開日2004年10月6日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者李學恩, 王艷軍, 董松樵, 張吉華 申請人:北京新科永創(chuàng)科技有限公司, 中國科學院自動化研究所