視覺檢查的系統和方法
2023-10-25 06:44:22 2
專利名稱：視覺檢查的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及醫學診斷的檢測領域，更具體地，涉及通過檢測和測量作為對感覺刺激的感覺結果的誘發電位來測試聽覺和視覺的系統和方法。尤其，本發明面向使用誘發電位來進行視覺檢查的系統和方法，其中周期的感覺刺激表示和記錄誘發電位響應信號的採樣速率是同步的。
背景技術：
在醫學檢查領域中為了幫助診斷，不論在醫院環境、實驗室或診所會執行各種類型的檢查。這樣的檢查包括從簡單的觀察病人到複雜的檢查和診斷設備的使用，其中對病人施加電刺激，並且記錄、測量和分析產生於病人的電響應信號。心電圖信號顯示病人的心臟狀況，以及被用來檢測心臟病發作或其他心臟狀況。另外所熟悉的醫學診斷測試是腦電圖，其使用刺激從病人大腦產生電信號，所述電信號能夠以電位的形式測量(被稱作誘發電位)，並且顯示病人的大腦活動。從腦電圖測試中所記錄的數據對確定突發性等疾病或者幫助醫生診斷腦損傷是有用的。其他測試方法也使用用於診斷各種其他疾病的誘發電位，所述疾病包括中樞神經系統、聽覺系統和視覺系統的疾病。通過測量對感覺刺激的電響應確定誘發電位。當刺激應用到人的特殊感覺時，在對管理特殊感覺起作用的大腦信息處理部分誘發對應的腦電位。通過使用放置在人的頭皮上的電極所檢測的電信號，來檢測和測量對應於所包含特定感覺的大腦信息處理中心的區域中的這樣的誘發腦電位。
因為個體不是總能夠表示對視覺刺激的響應或者描繪所產生的視覺障礙，所以視覺誘發電位(VEP)是響應視覺刺激的誘發電位，並且對於幫助嬰幼兒中的眼疾診斷是特別有用的。視網膜包含多於一億三千萬個光感體細胞，這些細胞將光轉換為經處理以適合於一定特徵的神經脈衝，所述神經脈衝通過視覺神經發送到大腦，在大腦中所述神經脈衝被解釋。連接到眼睛的肌肉控制眼睛的移動。眼睛結構的先天缺陷、事故造成的外傷、疾病和隨年齡的衰退全都導致眼睛功能失調。在大腦中的信息處理實質上是電化學的作用。誘發電位是由感覺刺激引起大腦的電響應。由視覺刺激產生的大腦的電響應是視覺誘發電位。這些視覺誘發電位中的變化能夠用來體現沿著視覺通道的反常現象。這些視覺通道由細胞的連接而相互連接，其始於視網膜中的光感體細胞，通過水平細胞、雙極細胞和無長突細胞，然後到達神經節細胞，這些通道纏繞在一起形成通向丘腦中細胞的視神經纖維，然後通向視覺皮層中的細胞。視網膜不記錄圖像，並且也不傳輸圖像到大腦。而是視網膜生物地選擇和吸收到達視網膜的模式中有用的信息特徵，並且在神經網絡中通過交互的手段發送所選擇濾波的消息。然後，通過類似的手段，信息的處理還發生在大腦中，但是在神經系統網絡中存在更複雜的交互。在電傳輸中的異常是來自沿著視覺通道的細胞反應中的期望模式的變異。相信所述異常對許多疾病和影響大腦、中樞神經系統、眼睛和耳朵的狀況提供有用的見識。所以，在嬰幼兒中檢測可能的視覺損害的一種方式是記錄和測量響應視覺刺激的視覺誘發電位。視覺誘發電位分析器能夠用在疾病和大腦、中樞神經系統、眼睛和耳朵的狀態的篩選。視覺誘發電位分析器通過分析大腦的電響應來檢測病人大腦的功能異常。當某些顯示在視頻屏幕的光的快速變化模式被觀察到時，則異常產生。這些電響應被稱作電位。無損害地連接到頭皮的傳感器容許視覺誘發電位的測量，並且被廣泛地用在視覺的基礎研究和幫助神經和眼的不正常的診斷。然而，由於這些傳感器從大腦的大片區域記錄視覺誘發電位，以前，存在困難或不可能檢驗特定的神經處理的這些記錄波形中的相關變化。
至今，視覺誘發電位系統已經用來測試嬰兒對視覺刺激的響應，以便確定可能存在的弱視。在一生中沒有儘可能早地檢查出弱視現象，在成年後能夠導致不可治癒的視覺問題。然而，如果較早查出，弱視能夠有效地治癒。所以，已經合意地開發出對嬰兒和其他成人執行視覺誘發電位測試的系統。被稱作VENUS系統的這種系統迄今已由Neuroscientific公司商品化，並且在標題為「An Electrophysiological technique for Assessment of the Development ofSpatial Vision」，Optometry and Vision Science，Vol.74，No 9，September 9，1997中給予說明。
在美國，耳朵感染或中耳炎是醫生調查學齡前兒童的主要原因。估計一年有多於二千四百萬次的家庭醫生就診。對於在1975年至1990年間這樣的感染增至三倍的二歲以下兒童治療的問題是嚴重的。在六歲之前承受重複的耳朵感染的兒童經常經歷臨時的失聰、說話遲鈍、協調困難、以及永久失聰。同樣地，許多嬰兒(大約1000個新生兒中有4個)存在聽力減弱問題，這將引起講話、語言和意識發展的延遲。許多例子中，直到孩子二或三歲時才發現失聰和不能正常講話。本發明也適合於提供早期檢測嬰幼兒聽力障礙的眼睛和耳朵問題的檢查。
涉及用VEP的測試和檢查的關注點是VEP響應的採樣速率有可能不與視覺刺激的周期的顯示同步。不能實現這樣的同步就使得讀取和中斷結果數據是困難的，並且可以導致不可靠的結果和可能的錯誤診斷。所以，不與採樣速率同步的VEP響應所獲得的是不客觀的和不可靠的分析。至今，用來實現這樣的同步的方法利用外部觸發信號來啟動數據採樣，所以，在採樣速率中缺乏靈活的能力，並且導致系統過大和不緊湊，以及不受到技術人員和義務人員的青睞。
發明內容
所以，本發明的目的在於提供一種使VEP採樣速率與視覺刺激的顯示同步的系統和方法，其克服了現有技術的缺點。
本發明更特殊的目的是提供一種通過確定是否已經顯示了刺激模式的逐行顯示器的特定行，以及通過對計算機的CPU產生中斷信號來使VEP採樣速率與視覺刺激的顯示同步的系統和方法，所述計算機的CPU控制刺激的顯示和VEP數據的採樣，以便啟動和執行VEP數據的採樣，以及，刷新用於下一幀圖像顯示的視頻RAM的內容。
本發明的又一目的是提供一種利用產生中斷信號和行計數的商業可獲得的部件來使VEP採樣速率與視覺刺激的顯示同步的系統和方法。
對於本領域的技術人員在理解了以下描述的本發明後，其他目的、特徵和本發明的優勢將是明顯的。
所以，本發明引導一種執行視覺檢查的系統和方法，其包括在逐行模式顯示器中顯示一系列視覺刺激以便被病人觀察，以及檢測對視覺刺激所響應的病人的視覺誘發電位。將對所顯示的每個視覺刺激系列的每個刺激響應的視覺誘發電位的電信號的表示轉換為數位化的數據，並記錄和測量。通過確定是否已經顯示了逐行顯示器的特定行，以及通過產生計算機的中斷請求信號以便啟動和執行視覺誘發電位信號的採樣並重新閃現用於下一幀圖像顯示的視頻RAM的內容，使得視覺刺激的顯示與對響應的視覺誘發電位信號的採樣速率同步。
參考附圖，將完全地說明本發明的上述和其他目的、特徵和優點。
圖1是說明本發明整體結構的方框圖；圖2是用於本發明的一種視覺刺激類型的說明圖；圖3是說明現有同步技術結構的方框圖；圖4是說明本發明的同步系統的結構方框圖；圖5是說明使視覺誘發電位採樣速率與視覺刺激同步過程的流程圖；圖6是說明用在本發明的中斷服務程序的處理的流程圖。
具體實施例方式
通常，本發明的系統包括視覺刺激器、帶有增強VEP信號的放大器的數據獲取裝置、以及觀看結果的監視器。具體地講，如圖1所描述的本發明的系統10包括連接到計算機14的中央處理單元的視覺誘發電位記錄和測量設備(或數據獲取部件)11，所述中央處理單元用於控制VEP記錄和測量設備11的操作和運行。VEP記錄和測量設備11包括用於增強獲取的VEP信號的放大器12，以及用於將信號轉換為數位化形式的模數轉換器13。為了病人安全，所述放大器與眼睛分開，其具有高共模抑制比、低噪聲、以及對弱信號和頻率應用的穩定性。計算機14連接到監視器15用於顯示被VEP記錄和測量設備11捕獲的數據，以及用於提供一種向操做人員傳送對病人17執行有關檢查的操作信息的手段。連接到計算機14的鍵盤16提供一種向計算機輸入涉及要檢查的主題的信息手段。在大腦中對刺激的響應通過無損害地連接到病人頭皮的傳感器拾取，並經數據獲取部件放大、數位化、記錄和分析。可任意使用的電極20、21和22被分別放在病人頭皮上的視覺皮層、前額皮層和頂骨皮層處。通過電線將電極20、21和22連接到VEP記錄和測量設備11。連接到計算機14，並被其控制的視覺刺激產生設備23用於產生將被病人感覺的視覺刺激。也可以使用放置在刺激產生設備23和病人17之間的罩套24，以便增強病人對所顯示的視覺刺激的注意。所述刺激是一或二維光模式的高階可變數組(highly variable array)。這些刺激能夠被快速調整和變化(即，在約60Hz或更高的幀速率)，以及能夠在從白到黑灰度級的全範圍內改變主亮度和對比度。通過容許單獨地改變模式的不同區域或使之與靜態區形成對照，所述系統能夠進行特殊的和詳細的視覺誘發電位的測量，以及執行所有傳統的視覺誘發電位檢查。
本發明包括由計算機14執行的軟體，用於根據檢查程序的啟動，在監視器15上顯示圖形的用戶界面(GUI)。所述GUI容許操作員輸入諸如名字、生日和身份證號等病人的數據。在系統中輸入病人的數據後，隨著在用於病人觀察的刺激產生設備23的刺激顯示屏25上顯示視覺刺激，開始視覺檢查。由設備23產生的視覺刺激被啟動，並且由計算機14控制。所述刺激由可變空間模式掃描(sweeps of variable spatial patterns)以水平光柵(grating)的形式構成，所述水平光柵隨著持續大約1秒的每個這樣的模式的顯示從厚到薄變化。圖2是說明對病人顯示的刺激顯示類型的示例圖。所述顯示由交替的並在水平方向上形成對比的亮帶18和暗帶19的模式30組成。本發明的系統使所述刺激產生設備23在視覺顯示屏25上顯示一系列的模式。該系列典型地由將顯示的六種不同的模式組成。每種模式的顯示持續大約1秒。每種模式按照每個帶的厚度不同於其他模式。在顯示的系列中，第一個顯示的模式具有最寬的帶寬，並且顯示的每個隨後的模式具有較窄的帶寬。多組顯示(每組包括一系列五個的掃描)將展現給病人，以便被病人的每隻眼睛觀察。每組由一系列五個的掃描組成，其中每個掃描是一系列六個模式的連續相繼顯示。通過在輸入設備上輸入命令，例如連接到計算機14的鍵盤16，操作員可以改變所述顯示的系列和組，以及在完成每個系列和組後，操作員能夠啟動下一個顯示的系列或組的顯示。一組顯示將顯示給病人的每隻眼睛。關於每個視覺刺激顯示的跟蹤信息將顯示在監視器15上，以便操作員可以跟蹤顯示活動。在完成視覺刺激組的顯示後，本發明的系統將在監視器屏幕15上顯示檢查結果。
本發明的特徵是使用計算機控制技術使周期視覺刺激與用於記錄VEP信號響應的採樣速率同步。這種同步方法包括中斷請求信號的使用(IRQ)，該中斷請求信號產生於計算機圖形卡和中斷處理程序，以對VEP信號響應採樣和在同一時間逐幀顯示所述刺激。產生於計算機圖形卡的中斷請求信號是水平的或垂直的同步相關信號。這樣，IRQ信號與監視器幀速率同步。使用IRQ信號作為定時控制，完成在刺激的周期和VEP採樣速率之間的同步。
在視覺刺激響應中產生的視覺誘發電位信號由模數轉換器13數位化，以便計算機處理。為了分析在頻域中的VEP穩定狀態響應和使在VEP傅立葉分量中的計算誤差最小，模數轉換VEP採樣速率必須與所述刺激顯示同步。一旦周期的刺激顯示給一個對象，所產生的VEP在某一開始周期有瞬間的過程，例如，100ms。這個周期後，所述VEP響應達到它的穩定狀態，即，從統計的角度所述響應變成可重複的周期信號。周期信號能夠表達為具有不同振幅、相位和多個頻率的正弦曲線的總和。這些頻率分量被稱作傅立葉分量。
實現同步的傳統方式包括從使用專用計算機圖形卡產生的觸發信號來擊活VEP採樣的模數轉換。如此的傳統技術在圖3中進行了說明。在這項技術中，專用計算機圖形卡350與模數(也稱作「ADC」)轉換卡351相連。ADC卡351和圖形卡350通過計算機總線352(例如，產業標準結構(ISA)或者外圍部件相互連接(PCI)總線)與計算機相連。當在顯示屏幕25上顯示所述視覺刺激時，圖形卡350向ADC卡351發送幀速率同步觸發信號。當接收每個觸發時，ADC卡351記錄所述對刺激及時響應的VEP的採樣。觸發信號的頻率比率和視覺刺激屏幕幀的速率被計算機在用戶能夠調整同步採樣速率方式的圖形卡350上預先設置。例如，在計算機中的軟體能夠在一幀中預先設置觸發速率兩次。所以，如果幀速率是75Hz，然後被觸發擊活的採樣速率是150Hz。計算機的CPU 353通過橋354連接到總線。所述圖形卡350向用於刺激顯示的視覺刺激顯示屏幕25產生規則(regular)的視頻信號。在VEP採樣期間，圖形卡350也產生幀速率同步觸發360，該觸發被傳輸到ADC卡351以觸發每個數據採樣。
圖4是說明使VEP採樣速率與視覺刺激同步的本發明系統的結構圖。在這個實施例中，不要求外部觸發。圖形卡450和ADC卡451是商用產品，其通過標準PCI總線452和橋457與計算機CPU 453相連。圖形卡450向視覺刺激產生設備23產生規則的視頻信號以用於模式的刺激顯示。卡450包括對顯示在顯示屏幕25上的水平行進行計數的行計數寄存器。在VEP檢查過程中，圖形卡450通過商用產品中斷控制器455還產生中斷信號454(IRQ)。中斷控制器455通過主機總線456與計算機CPU 453通信。所述中斷信號的定時由顯示行計數確定，該顯示行計數被計算機14在圖形卡450上設定。當CPU 453接收來自圖形卡450的每個中斷信號時，它中斷它的當前程序並設立中斷服務/處理程序。在這個程序中，CPU 453擊活ADC卡451以對VEP採樣並刷新視頻RAM，即，將模式數據裝入視頻卡以用於下一幀的顯示。
圖形卡450也有行比較器。當行計數達到設置在行比較器中的值時，卡450產生所述中斷信號454。通過在行比較器中設置預定的值，所述中斷定時能夠被計算機控制。也能夠為下一個中斷信號在行比較器中設立行計數。
因此，顯示刺激與數據採樣的同步完全被系統軟體控制，而不需要任何硬體調整。圖5是說明用於同步VEP採樣速率與視覺刺激的中斷技術的處理圖。在步驟501，圖形卡啟動和執行在視覺刺激監視器上的逐行刺激顯示。在步驟502，確定是否視覺圖像的特定的或預定的行已經顯示。如果已經顯示，在步驟503，視頻RAM內容被推進(push into)顯示設備23/25以便顯示所述模式，並且行計數被設置到零。如果還沒有顯示所述視覺刺激圖像的預定的特定的行，跳過步驟503，並且在步驟504確定是否視覺圖像顯示的行已經達到在圖形卡行比較器中預設的計數。如果已經達到，然後向計算機CPU453產生中斷請求信號(IRQ，如虛線454所示)。計算機CPU 453上的應用程式506控制中斷初始化過程。程序506設置圖形卡上的行計數以用於產生在幀中的第一中斷，並且初始化視頻RAM內容以用於要顯示的第一模式。然後，CPU對應用程式508(用於普通系統的操作和監視)產生IRQ。當CPU從圖形卡收到每個中斷請求信號時，它中斷程序508，並且轉到中斷服務程序507。在這個程序中，計算機擊活所述ADC卡以對VEP採樣和重新閃現用於下一模式的幀圖像顯示的視頻RAM的內容。
所述中斷服務程序結合圖6進行說明。第一步601清除中斷請求並且從ADC卡讀取數據以對VEP採樣。在步驟602，確定是否這是幀中最後的中斷。如果是最後的中斷，在步驟603，設置行計數器以用於下一幀的第一中斷。如果不是最後的中斷，在步驟604，設置行計數器以用於同一幀的下一中斷。在任一情況中，在步驟605，啟動用於要顯示的下一視覺圖像的視頻RAM內容，並且終止所述中斷服務程序，以及服務返回到所述應用程式。
已經結合闡明本發明原理的一些優選實施例來描述和說明了本發明。然而，應該理解本領域的技術人員容易做出各種調整和改變，並且不限於本發明在這裡所描述和顯示的實施例的結構和操作。例如，本發明的系統和方法有用於各種病人對刺激的響應而產生誘發電位的醫學檢查。這樣的檢查能夠涉及聽覺能力、行走能力、神經響應和其他、以及視覺能力。所以，另外的調整和等同可以認為落在權利要求所定義的本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種用於執行醫學檢查的系統，包括提供一系列被病人感覺的感覺刺激的裝置；用於產生表示響應所述感覺刺激的所述病人的誘發電位電信號的裝置；用於檢測所述信號並連接到所述產生裝置的裝置；用於放大所述信號並連接到所述檢測裝置的裝置；用於記錄表示所述信號的數據並連接到所述放大裝置的裝置；用於測量所述數據並連接到所述記錄裝置的裝置；以及用於通過產生用於啟動和執行採樣的中斷請求信號，使所述感覺刺激系列的表示與對所述誘發電位信號採樣的速率同步，並連接到所述測量裝置的裝置。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述醫學檢查是視覺檢查，其中用於提供所述系列感覺刺激的裝置包括連接到顯示屏的由計算機操作的視覺刺激產生設備，所述顯示屏顯示由病人視覺觀察的多個模式。
3.如權利要求2所述的系統，其中所述多個模式包括形成對比的水平方向的亮帶和暗帶，所述多個模式的每個模式按每個帶的厚度系列中的而與其他模式不同。
4.如權利要求3所述的系統，其中用於檢測所述電信號的所述裝置包括連接到病人頭皮的、並與視覺誘發電位記錄和測量設備連接的多個電極。
5.如權利要求4所述的系統，其中用於放大所述信號的裝置對產生數據的所述信號進行放大，並且還包括轉換所述信號為數位化數據的裝置。
6.如權利要求5所述的系統，其中用於使所述感覺刺激的表示與對所述誘發電位信號採樣的速率同步的所述裝置包括用於向所述視覺刺激產生設備產生視頻信號的計算機圖形卡，所述圖形卡與所述計算機的CPU連結並與所述視覺刺激產生設備連接，所述圖形卡包括用於對顯示在顯示屏上的水平線計數的行計數寄存器，以及與所述圖形卡連接的中斷控制器，以便所述圖形卡按預定時間周期產生用於啟動和執行所述數據採樣的中斷請求信號。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述圖形卡還包括行比較器，以便當所述行計數達到在所述行比較器中的預定值時，所述圖形卡產生所述中斷信號，由所述計算機按照所述行比較器中的預定所述值控制所述中斷信號的定時。
8.一種執行視覺檢查的方法，包括顯示一系列由病人觀察的視覺刺激，所述系列包括逐行顯示的多個模式；檢測表示響應所述視覺刺激的感覺的病人視覺誘發電位電信號；記錄所述電信號，所述電信號表示所述顯示的系列視覺刺激中的每個刺激的所述視覺誘發電位；以及通過產生用於啟動和執行所述記錄的中斷請求信號，使所述系列視覺刺激的所述顯示與記錄所述電信號的速率同步。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述同步包括確定所述逐行模式顯示器的預定行的顯示，以及對控制所述顯示的計算機產生所述中斷信號，以便當已經檢測到所述預定行時，啟動所述視覺誘發電位信號的記錄並且重新閃現用於下一幀視覺刺激圖像顯示的視頻RAM的內容。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述中斷請求信號是從計算機圖形卡產生的。
11.一種同步方法，其在用於執行視覺檢查的系統中，使一系列感覺刺激的表示與對所述感覺刺激的視覺感覺響應的視覺誘發電位信號的採樣速率同步，所述系統具有由帶有行比較器的計算機圖形卡控制的視覺刺激產生設備，其中所述系列感覺刺激是多個模式，所述系列的每個模式包括逐行視覺圖像，並且不同於所述系列的其他模式，其中所述系列顯示給病人的每隻眼睛，用於產生和檢測表示所述病人的視覺誘發電位的電信號，所述同步方法包括檢測所述視覺圖像的特殊行的表示、根據所述預定行的檢測啟動所述系列中的下一個模式的顯示、重新設置所述行計數為零、檢測是否達到所述圖形卡行比較器中的預設計數、以及對所述計算機的CPU產生中斷請求信號。
全文摘要
一種執行視覺檢查的系統(10)和方法，包括顯示一系列由病人觀察的視覺刺激，所述系列包括逐行顯示的模式(18，19)，並且檢測表示響應所述視覺刺激的感覺的病人視覺誘發電位電信號。系統(10)包括視覺誘發電位記錄和測量設備(11)、計算機(14)、監視器(15)、鍵盤(16)、電極(20、21、22)和視覺刺激產生設備(23)。使感覺刺激的表示與對誘發電位信號採樣的速率同步。
文檔編號A61B5/0476GK1555243SQ02817922
公開日2004年12月15日 申請日期2002年8月6日 優先權日2001年8月7日
發明者Z·喬治·休, Z 喬治 休 申請人:迪奧普西斯公司