一種穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，通過微型投影儀在距人眼2米處產(chǎn)生虛擬屏幕，為清醒狀態(tài)檢測提供視頻刺激信號。通過音頻接口輸出音頻信號，為清醒狀態(tài)檢測提供背景音樂和訓(xùn)練指導(dǎo)語等音頻刺激信號。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿和伸縮調(diào)節(jié)桿，把腦電電極置于腦的前額部。腦電電極將采集的腦電波信號送入嵌入式處理單元，嵌入式處理單元對腦電波信號進(jìn)行頻譜分析，取出反映大腦清醒狀態(tài)的θ波成分，對清醒狀態(tài)檢測進(jìn)行神經(jīng)反饋，并把數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)接口，傳送到人機(jī)交互設(shè)備上。本發(fā)明使用腦電作為清醒狀態(tài)檢測的反饋信號，大大提高了清醒狀態(tài)檢測的效率和可靠性。
【專利說明】一種穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于心理學(xué)生物反饋【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]大腦神經(jīng)活動時會產(chǎn)生微弱的電場波動，當(dāng)數(shù)以萬計的神經(jīng)同時活動時，電場就會產(chǎn)生有韻律的波動。從頭皮上就能測量到這種波動，這就是腦電波。腦電波具有如下的特點(diǎn):它是中樞神經(jīng)系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生的生物電信號；它是隨機(jī)信號，具有非平穩(wěn)和非高斯特性；能夠反映神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)和變化。因此，采集腦電波，通過分析可以監(jiān)測人的生理和心理狀態(tài)。
[0003]非介入式腦電采集技術(shù)比較復(fù)雜，因為采集到的信號是微伏級的小信號，很容易受噪聲的干擾，要對信號進(jìn)行精準(zhǔn)的放大，濾波等處理。為了使用腦電來反映人體的生理和心理狀態(tài)，還要對信號進(jìn)行頻譜分析。國際上將腦電波按波的重復(fù)節(jié)律不同分類，統(tǒng)一為以下四個頻段:
a波:8—13Hz，幅度在50ii V左右，主要反映人處于松弛且閉眼清醒的狀態(tài)。
[0004]β波:13—30Hz，幅度在5 — 20 y V，主要反映人處在注意力集中或情緒緊張的狀態(tài)。
[0005]0波:4—8Hz，幅度在10 — 50 ii V，主要反映人處于輕睡狀態(tài)下、困倦時，感情壓抑時。
[0006]6波:1--3.5Hz，幅度在20-200 U V主要反映人處于深度睡眠的狀態(tài)或者有嚴(yán)重器質(zhì)性腦疾患。
[0007]腦電的0波成分反映人處于輕睡狀態(tài)、困倦和感情壓抑。很多職業(yè)的從業(yè)人員，在工作時不允許出現(xiàn)困倦狀態(tài)，否則會造成重大的事故。像飛行員，駕駛員，站崗的士兵，特別是拉危險品大貨車的駕駛員，大客車的駕駛員等，工作時必須處于高度的清醒狀態(tài)。清醒狀態(tài)檢測儀監(jiān)測這些人員的腦電e波成分，當(dāng)他們處于困倦甚至輕睡狀態(tài)時，清醒狀態(tài)檢測儀可以報警提示，可以記錄數(shù)據(jù)，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給指揮調(diào)度中心，也可切斷發(fā)動機(jī)，強(qiáng)迫他們恢復(fù)清醒狀態(tài)后，才能繼續(xù)工作。
[0008]以前，腦電采集處理設(shè)備體積龐大，現(xiàn)在腦電信號的采集，處理，頻譜分析等工作可由單芯片來完成，為便攜式腦電測試設(shè)備提供了技術(shù)基礎(chǔ)。腦電清醒狀態(tài)檢測設(shè)備由此產(chǎn)生。
[0009]現(xiàn)有的腦電清醒狀態(tài)檢測設(shè)備，音視頻刺激信號多由普通的計算機(jī)或音視頻設(shè)備提供。體積大，使用不方便。對檢測效果的評估，多依據(jù)人自己的感受或間接的、簡單的一些生理參數(shù)，如皮電，心率等來反映。
[0010]另一方面，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)體積越來越小，功耗越來越低。而采用虛像技術(shù)，可以制造出微型顯示器。這些技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了穿戴式電腦的發(fā)展。穿戴式電腦可以做成眼鏡，也可以做成手表或做在衣服里。目前市場上出售的眼鏡式電腦，有g(shù)oogle，Recon等公司的產(chǎn)品，主要用于娛樂領(lǐng)域，價格較高，供貨量少，不便于二次開發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提供一種將穿戴式電腦用于腦電清醒狀態(tài)檢測的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀。
[0012]本發(fā)明是按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，包括具有一個鏡框和左右兩個鏡腿部的鏡架；鏡框的兩個鏡片孔內(nèi)對稱地安裝有兩片透鏡，一個鏡腿部的前端設(shè)置有微型投影儀；微型投影儀與設(shè)置在鏡腿部的嵌入式處理單元連接，嵌入式處理單元作為中央處理器，周圍連接有帶有前置放大器的腦電電極、參考電極、音頻接口、無線數(shù)據(jù)接口以及電源模塊；嵌入式處理單元內(nèi)部設(shè)置有濾波放大器、AD采集模塊和頻譜分析模塊，腦電電極將采集的腦電波信號送入嵌入式處理單元，嵌入式處理單元經(jīng)頻譜分析，取出反映大腦大腦清醒狀態(tài)的0波成分，對清醒狀態(tài)檢測進(jìn)行神經(jīng)反饋，并把數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)接口，傳送到人機(jī)交互設(shè)備上。
[0013]其中一個鏡腿部上設(shè)置有突出的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿的內(nèi)部連接有伸縮調(diào)節(jié)桿，伸縮調(diào)節(jié)桿從旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿的上立而伸出，頂％5向內(nèi)彎曲，并連接腦電電極。
[0014]所述的腦電電極的采樣率為512Hz，采集頻率范圍在3Hz-100Hz之間。
[0015]所述的參考電極位于一個鏡腿部的鉤耳部處。
[0016]所述的微型投影儀以鉸接的方式連接在一個鏡腿部的前端。
[0017]所述的嵌入式處理單元上還連接有按鍵模塊，按鍵模塊設(shè)置在鏡腿部，并設(shè)有三個按鍵，分別是前進(jìn)鍵、倒退鍵和暫停鍵。
[0018]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果`是:
本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，使用腦電作為清醒狀態(tài)檢測的反饋信號，檢測受訓(xùn)者腦電的e波，進(jìn)行生物反饋，對檢測效果進(jìn)行科學(xué)的評價，大大提高了清醒狀態(tài)檢測的效率和可靠性。使用穿戴式電腦，為清醒狀態(tài)檢測提供視頻和音頻的刺激信號并對整個訓(xùn)練過程進(jìn)行控制，及時地處理、存貯并傳輸數(shù)據(jù)，使用方便。該清醒狀態(tài)檢測儀成本低，且便于二次開發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的第一鏡腿部的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的電路原理框圖；
圖4是腦電的四種不同頻段的波的波形圖；
圖中主要部件符號說明:
1:鏡框2:第一鏡腿部
3:第二鏡腿部4:透鏡
5:伸縮調(diào)節(jié)桿6:腦電電極
7:參考電極8:微型投影儀
9:電源模塊10:前進(jìn)鍵11:倒退鍵12:暫停鍵
13:旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿14:嵌入式處理單元
15:音頻接口16:無線數(shù)據(jù)接口
17:按鍵模塊。
【具體實(shí)施方式】[0020]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件采用了相同的標(biāo)號。下述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而并非對本發(fā)明的限制。
[0021]圖1是本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的第一鏡腿部的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，包括具有一個鏡框I和左右兩個鏡腿部的鏡架。鏡框I的兩個鏡片孔內(nèi)對稱地安裝有兩片透鏡4。
[0022]第一鏡腿部2的前端設(shè)置有微型投影儀8，微型投影儀8以鉸接的方式連接在第一鏡腿部2的前端。第一鏡腿部2的前半部分設(shè)置有嵌入式處理單元14。第一鏡腿部2上嵌入式處理單元14的后方設(shè)置有突出的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13的內(nèi)部連接有伸縮調(diào)節(jié)桿5，伸縮調(diào)節(jié)桿5從旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13的上端伸出，頂端向內(nèi)彎曲，并連接腦電電極6。腦電電極的采樣率為512Hz，采集頻率范圍在3Hz-100Hz之間。第一鏡腿部2后端的的鉤耳部處設(shè)置有參考電極7。
[0023]第二鏡腿部3的前半部分設(shè)置有按鍵模塊17，按鍵模塊內(nèi)設(shè)有三個按鍵，分別是前進(jìn)鍵10、倒退鍵11和暫停鍵12。按鍵模塊17的后方設(shè)置有電源模塊9。
[0024]第一鏡腿部2和第二鏡腿部3的下側(cè)均設(shè)置有音頻接口 15。第一鏡腿部2的下側(cè)還設(shè)置有無線數(shù)據(jù)接口 16。
[0025]圖3是本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的電路原理框圖。如圖3所示，微型投影儀8與嵌入式處理單元14連接，嵌入式處理單元14作為中央處理器，周圍分別與帶有前置放大器的腦電電極6、參考電極7、音頻接口 15、無線數(shù)據(jù)接口 16、按鍵模塊17以及電源模塊9。電源模塊9為整個電路提供電源。嵌入式處理單元內(nèi)部設(shè)置有濾波放大器、AD采集模塊和頻譜分析模塊。
[0026]本發(fā)明所依據(jù)的原理如下:人的不同精神狀態(tài)會造成不同形式的神經(jīng)活動，從而發(fā)出不同的腦電波，借助傳感器就能測量得到這種腦電波，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。這就像用手機(jī)錄制一首管弦樂一樣，每種樂器都產(chǎn)生自己的聲音，這些加在一起就產(chǎn)生了管弦樂。手機(jī)可以用來記錄這些聲波，并將他們轉(zhuǎn)化成電子信號。
[0027]為了使用腦電來反映人體的生理和心理狀態(tài)，還要對信號進(jìn)行頻譜分析。如圖4所示，國際上將腦電波按波的重復(fù)節(jié)律不同分類，統(tǒng)一為以下四個頻段:
a波:8—13Hz，幅度在50ii V左右，主要反映人處于松弛且閉眼清醒的狀態(tài)。
[0028]^波:13—30Hz，幅度在5 — 20 y V，主要反映人處在注意力集中或情緒緊張的狀態(tài)。
[0029]0波:4—8Hz，幅度在10 — 50 ii V，主要反映人處于輕睡狀態(tài)下、困倦時，感情壓抑時。
[0030]6波:1--3.5Hz，幅度在20-200 U V主要反映人處于深度睡眠的狀態(tài)或者有嚴(yán)重器質(zhì)性腦疾患。
[0031]腦電的0波成分反映人處于輕睡狀態(tài)、困倦和感情壓抑。很多職業(yè)的從業(yè)人員，在工作時不允許出現(xiàn)困倦狀態(tài)，否則會造成重大的事故。像飛行員，駕駛員，站崗的士兵，特別是拉危險品大貨車的駕駛員，大客車的駕駛員等，工作時必須處于高度的清醒狀態(tài)。清醒狀態(tài)檢測儀監(jiān)測這些人員的腦電e波成分，當(dāng)他們處于困倦甚至輕睡狀態(tài)時，清醒狀態(tài)檢測儀可以報警提示，可以記錄數(shù)據(jù)，可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給指揮調(diào)度中心，也可切斷發(fā)動機(jī)，強(qiáng)迫他們恢復(fù)清醒狀態(tài)后，才能繼續(xù)工作。這種應(yīng)用使用的設(shè)備，必須是便攜式的，低功耗的。
[0032]本發(fā)明的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀的工作過程如下:
通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿13和伸縮調(diào)節(jié)桿5，把腦電電極6置于腦的前額部。帶有前置放大器的腦電電極6采集經(jīng)放大的電信號，并與參考電極7發(fā)出的電波信號進(jìn)行比較，將屬于腦電波的電信號送入嵌入式處理單元14，嵌入式處理單元對腦電波信號再次進(jìn)行濾波放大，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和頻譜分析，取出反映大腦大腦清醒狀態(tài)的0波成分，即4—8Hz，幅度在10 —50 y V的波形成分，對清醒狀態(tài)檢測進(jìn)行神經(jīng)反饋，并把數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)接口 16，傳送到人機(jī)交互設(shè)備上。本發(fā)明使用腦電作為清醒狀態(tài)檢測的反饋信號，大大提高了清醒狀態(tài)檢測的效率和可靠性。使用穿戴式電腦，排除了很多不必要的干擾因素，改善了訓(xùn)練環(huán)境。
[0033]本發(fā)明的腦電電極能直接連接干接觸點(diǎn)，不像傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)用的濕傳感器使用時需要上導(dǎo)電膠。產(chǎn)品整體能耗低，3.3伏供電下最大消耗為15毫安，適合便攜式消費(fèi)產(chǎn)品的電池供電的設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，包括具有一個鏡框(I)和左右兩個鏡腿部的鏡架；其特征在于:鏡框(I)的兩個鏡片孔內(nèi)對稱地安裝有兩片透鏡(4)，一個鏡腿部的前端設(shè)置有微型投影儀(8);微型投影儀(8)與設(shè)置在鏡腿部的嵌入式處理單元(14)連接，嵌入式處理單元(14)作為中央處理器，周圍連接有帶有前置放大器的腦電電極(6)、參考電極(7)、音頻接口(15)、無線數(shù)據(jù)接口(16)以及電源模塊(9);嵌入式處理單元(14)內(nèi)部設(shè)置有濾波放大器、AD采集模塊和頻譜分析模塊，腦電電極(6)將采集的腦電波信號送入嵌入式處理單元(14)，嵌入式處理單元(14)經(jīng)頻譜分析，取出反映大腦大腦清醒狀態(tài)的Θ波成分，對清醒狀態(tài)檢測進(jìn)行神經(jīng)反饋，并把數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)接口( 16)，傳送到人機(jī)交互設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，其特征在于:一個鏡腿部上設(shè)置有突出的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)的內(nèi)部連接有伸縮調(diào)節(jié)桿(5)，伸縮調(diào)節(jié)桿(5)從旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(13)的上端伸出，頂％5向內(nèi)彎曲，并連接腦電電極(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，其特征在于:腦電電極(6)的采樣率為512Hz，采集頻率范圍在3Hz-100Hz之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，其特征在于:參考電極(7)位于一個鏡腿部的鉤耳部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，其特征在于:微型投影儀(8)以鉸接的方式連接在一個鏡腿部的前端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式腦電清醒狀態(tài)檢測儀，其特征在于:嵌入式處理單元(14)上還連接有按鍵模塊(17)，按鍵模塊設(shè)置在鏡腿部，并設(shè)有三個按鍵，分別是前進(jìn)鍵(10)、倒退鍵(11)和暫停鍵(12)。
【文檔編號】A61B5/0476GK103690162SQ201310724889
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】白學(xué)軍, 楊海波, 曾力, 胡振慧 申請人:天津師范大學(xué)