一种用于监测脑电波反馈的装置的制作方法

本实用新型属于心理学生物反馈技术领域，具体涉及一种利用脑电信号对注意力进行训练的设备。

背景技术：

科学家研究发现，脑电波中包括大量成分，脑电活动与注意力有关，而注意力反映了人对某些事物的专注能力。为了利用脑电来反映人体的生理和心理状态，科学家对信号进行了频谱分析。国际上将脑电波按波的重复节律不同分类，统一为以下四个频段：

δ波：1--3Hz，幅度在20-200μV，主要反映人处于深度睡眠的状态或者有严重器质性脑疾患。

θ波：4--8Hz，幅度在10-50μV，主要反映人处于轻睡状态下、困倦时、感情压抑时的状态。

α波：8--12Hz，幅度在50μV左右，主要反映人处于松弛且闭眼清醒的状态。

β波：12--30Hz，幅度在5-20μV，主要反映人处在注意力集中或情绪紧张时的状态。

γ波：26Hz--100Hz等。

现有的利用脑电波监测注意力的设备都是将传感器或电极与被测人员头部相连，但是，这种设备对于处于运动中的被测人员，或者头部受伤的人员来说，就无法方便地使用。本实用新型提出一种可穿戴的脑电活动监测装置。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于监测脑电波反馈的装置，包括：传感器，采集脑电波反馈信号；数据处理单元，包括至少一个放大器，与传感器相连并接收来自传感器的信号；可穿戴设备，用于将传感器与身体头部以下的身体部位皮肤直接连接，并用于承载传感器和数据处理单元；可编程计算设备，接收来自所述放大器的信号；所述数据处理单元和所述可编程计算设备用于分离和分析所述信号中与脑电波相关的频率成分；所述可穿戴设备包括接触部件、绑带，接触部件的一侧设置传感器，另一侧具有可容纳所述数据处理单元的呈沟槽状的容纳部，数据处理单元可插入到该容纳部中；绑带横向贯穿所述接触部件，以将所述接触部件固定于被测人员的皮肤上。

其中，所述绑带可固定在被测人员的胳膊、腿部或身体躯干上。所述可穿戴设备包括将绑带的自由端彼此连接的固定部件，且所述固定部件为粘扣。

进一步地，所述数据处理单元还包括无线传输器，用于接收来自传感器的信号，并无线地发送所述信号；所述用于监测脑电波反馈的装置还包括无线接收器，用于接收所述信号；并且其中所述可编程计算设备与所述无线接收器连接。

进一步地，所述数据处理单元包括一个低通滤波器，该所述低通滤波器具有范围为20Hz到40Hz的截止频率。所述可编程计算设备执行带通滤波以在预定频率范围内分离所述信号中与人的注意力水平相关的频率成分。

该用于监测脑电波反馈的装置还包括一个心率信号分离器，该心率信号分离器的输入端与所述放大器的输出端连接，从所述放大器的输出信号中分离出心率信号；进而从所述放大器的输出信号中去除所述心率信号分离器的输出信号而得到脑波信号。

本实用新型的可穿戴的脑电活动监测器操作方便，传感器与皮肤接触紧密，不容易松动，采集信号准确。该装置可用于注意力训练、员工绩效训练、游戏和放松训练等。

附图说明

图1是本实用新型装置的示例性结构图；

图2是本实用新型装置的另一个示例性结构图；

图3是本实用新型装置的又一个示例性结构图；

图4是本实用新型可穿戴设备的结构图。

具体实施方式

参见图1，装置20包括可穿戴设备22，其用于承载放大器和无线传输单元24、以及与该放大器和无线传输单元相连接的传感器26、28和接地电极30。在图1中，传感器26和28又称活动电极26和28，可以是不需要导电胶的干式电极，也可以是无触点的生物电势传感器。

可穿戴设备22设置成与头部以下的身体部位的皮肤接触，例如上臂、脚踝、手腕、后背、前胸等。使用过程中，传感器26和28与被测人员头部以下的身体部位皮肤相接触，采集与脑电波相关的包括频率成分的原始信号。

放大器和无线传输单元24包括无线传输器32和相关的天线34。装置20还包括相应的无线接收器36和相关的天线38。无线接收器36从放大器和无线传输单元24接收信号并将信号传输给可编程计算设备40，该可编程计算设备40为可编程计算机，比如个人电脑；能够对由传感器26和28采集到的原始脑电波信号进行处理和分析。

放大器和无线传输单元24包括具有一对高阻抗输入端52和54的放大器50，高阻抗输入端52和54分别通过AC耦合电容器56和58与活动电极26和28连接。活动电极26和28尽可能地与放大器50接近，从而可以减少所需的引线长度。接地电极30与接地极60相连。

放大器和无线传输单元24还包括低通滤波器62、和与无线传输器32相连的模/数(A/D)转换器64。低通滤波器62用于减少那些高于所关心的频带的频率分量，这些高于所关心的频带的频率分量与被测人员的大脑活动无关。

模/数转换器64可以是12位的A/D转换器，采样频率为150Hz。

无线传输器32和无线接收器36可以为蓝牙设备、射频传输器或其他形式的无线通信设备。

可编程数字计算机40为数字信号处理器，包括一对带通滤波器，具体为θ波带通滤波器84和β波带通滤波器86，带通滤波器84和86分别与有效值转换器88和90连接，过滤并处理脑电波信号，从而确定频率范围在4Hz到8Hz的θ波和频率范围在12Hz到16Hz的β波的幅值。每个有效值转换器88和90的输出为10位的二进制数字。

阈值检测器92和94分别与有效值转换器88和90相连，并产生注意力提示和报警信号。θ波的幅值与注意力有关；θ波幅值下降，反应了人处于少梦且注意力水平升高。另外，β波幅值升高反应人灵敏度较高。实际应用中，希望能够确定一个人是否注意力集中，将θ波和β波的组合活动作为考察注意力的指标。

图2是本实用新型的另一个示例性结构图，用来产生与脑电活动相关的包括频率成分分析信号的装置100。该装置100采用了两个传感器102、104，该传感器也可以是活动电极102、104；传感器102、104分别通过电容器106、108与放大器114的高阻抗输入端110、112连接。传感器102、104与最接近被测人员头部以下的其他身体部位接触以生成原始信号。放大器114的输出116与滤波器120的输入118相连。图2中的分析信号可以是模拟信号、数字信号、或二者的组合。

滤波器120减少与脑电活动无关的频率成分，滤波器120的输出122被用于进一步的处理和分析。与图1中的低通滤波器62一样，图2中的滤波器120也可以是低通滤波器，也可以是陷波滤波器。选择哪种滤波器可以根据相关的脑电活动的频率成分来决定。

可将低通滤波器120的输出122用于各种目的，本实用新型关注的是与脑电活动相关的频率成分，无关的频率已经被削弱。当与脑电活动相关的频率成分包括达到3Hz的δ波时，信号中也可能包括与脑电活动无关的大约为1Hz到2Hz的心跳信号。与心跳信号对应的频率信号的幅值较大，分析信号时，可以将本实用新型的装置嵌入到能够过滤掉心跳信号的原始信号分析系统中，从而过滤掉该心跳信号。

图3是采用这种有源滤波技术来产生与脑电活动相关的分析信号的装置130的示例。该装置130仍然采用两个典型的传感器132、134，通过电容器136、138分别与放大器144的高阻抗输入端140、142相连。传感器132、134与被测人员头部以下的身体部位接触以生成原始信号。

图3中放大器144具有连接到两个信号支路的输出端146，一个支路连接到求和点150的正极输入端148，另一支路连接到心率信号分离器154的输入端152。心律信号分离器154的输出156连接到求和点150的负极输入端158。求和点150的输出端160输出的分析信号包括与脑电活动相关的频率成分，且已滤除无关成分。

一般用于追踪人的心跳或心率的心率监控器都是数字式的，心率信号分离器154采用数字信号处理器(DSP)技术识别、分离并追踪由人的心跳产生的电信号。通过适当的幅值调整，由心跳产生的与脑电活动无关的电信号大部分被滤除。被识别、分离和追踪的心率信号作为心率信号分离器154的输出，提供给求和点150。求和点150的输出端160输出脑电信号用作分析信号。

图4示出了可穿戴设备22的具体结构，包括带有传感器26、28、30的接触部件184，该接触部件一侧设有与头部以下的身体相接触的传感器26、28、30；另一侧设有分别与传感器26、28、30相连接的金属引线26A、28A、30A，且另一侧具有可接收放大器与无线传输单元24的容纳部，该容纳部的上下边彼此相对地弯曲，形成沟槽状。放大器与无线传输单元24的一侧设有可与金属引线26A、28A、30A连接的金属接触部26B、28B、30B，用以将所采集的信号传输给放大器。捆扎带178横向贯穿接触部件184并可通过捆扎带178两自由端的魔术贴粘扣186、190将接触部件184固定于头部以下身体某部位的皮肤上，例如，胳膊、腿部、脚踝或后背等，使得接触部件184一侧的传感器26、28、30分别与皮肤紧密贴合，以采集原始信号；放大器与无线传输单元24插入到接触部件184的容纳部中，以传输所采集到的原始信号，并通过无线传输器32向可编程数字计算机40发送原始信号。

本实用新型的可穿戴的脑电活动监测器操作方便，传感器与皮肤接触紧密，不容易松动，采集信号准确。