可穿戴脑电疲劳监测系统的制作方法

本发明涉及一种脑认知检测方法，特别涉及一种可穿戴脑电疲劳监测系统。

背景技术：

疲劳分为身体疲劳和精神疲劳，随着工业化进程的推进，精神疲劳更普遍地存在于人群之中。当人处于精神疲劳时，认知功能受限，反应速度下降，行为表现变差，因此出现重大事故的几率增加，所以准确预测人的疲劳状态具有重要意义。疲劳检测的方法可以分为主观方法和客观方法，主观方法主要是各种主观量表，客观方法多依赖于各种生理指标，如：眼电、心电、脑电及眼动等。脑电信号的时间分辨率高，能直接反应人的大脑活动状态，因此被广泛地应用于疲劳和认知功能的相关研究。

常用的脑电采集设备多为基于导电膏的湿电极采集系统，电极材料多为银/氯化银，湿电极与皮肤之间的阻抗一般低于10kω，信噪比好。但是这些系统实际使用中前期准备工作太长且设备笨重不便于携带；且长时间采集过程中，随着导电膏变干信号质量受到影响。因此为了实用化，基于干电极的便携式脑电设备是必不可少的，可穿戴脑电可用于临床研究如癫痫检测等和脑机接口等实际应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种可穿戴脑电疲劳监测系统，以解决常用的脑电采集系统使用时前期准备所需时间长且设备笨重不便于携带、信号质量易受影响的缺陷。

(二)技术方案

本发明提供一种可穿戴脑电采集系统，该系统包括采集单元、同步单元和预警单元，其中，

采集单元，用于采集脑电数据，并将脑电数据进行滤波、放大、模数转换操作后通过无线网络发送至预警单元；

同步单元，用于采集刺激设备产生的事件标志位并通过无线网络同步发送到预警单元中；

预警单元，通过wifi接收模块接受采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，将接收到的数字信号、事件标志位进行预处理，提取出数据特征，之后基于数据特征计算出用户的认知状态，当用户的认知状态较低时进行预警。

采集单元包括干电极、滤波器、放大器、模数转换模块、微处理器和wifi发送模块，其中：

干电极，位于头皮上，与滤波器的输入端相连接，用于采集原始脑电数据，并将采集的原始脑电数据发送至滤波器；

滤波器，与放大器的输入端连接，对干电极采集的原始脑电数据进行滤波操作，之后将滤波后的脑电数据传输至放大器中；

放大器，与模数转换模块的输入端相连接，对滤波后的脑电数据进行放大操作，之后将放大后的脑电数据传输至模数转换模块；

模数转换模块，与wifi发送模块和微处理器相连接，在微处理器的控制下，将滤波后的脑电数据从模拟信号转换成数字信号，之后将数字信号传输给wifi发送模块；

wifi发送模块，将模数转换模块传输来的数字信号通过无线网络发送至预警单元。

同步单元包括事件采集模块和wifi发送模块，其中：

事件采集模块，与wifi发送模块的输入端相连接，用于采集刺激设备产生的事件标志位将其传输到与之相连的wifi发送模块中；

wifi发送模块，将事件采集模块采集的事件标志位基于无线网络发送至预警单元。

预警单元包括：wifi接收模块、预处理模块、警觉度分析模块和提醒预警模块，其中：

wifi接收模块，与预处理模块的输入端相连接，用来接收采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，并将接收到的信息传输到预处理模块；

预处理模块，与警觉度分析模块的输入端相连接，对wifi接收模块接受的信息进行预处理，提取出数据特征，并将提取出的数据特征传送到与预处理模块相连接的警觉度分析模块中；

警觉度分析模块，与提醒预警模块的输入端相连接，基于预处理模块传输来的数据特征，采用机器学习的方法计算出用户的认知状态，并将计算出的用户的认知状态传输到与警觉度分析模块相连接的提醒预警模块中；

提醒预警模块，根据警觉度分析模块计算出的用户的认知状态判断是否需要进行预警，当用户的认知状态较低时进行预警。

(三)有益效果

1、本发明提出的可穿戴脑电疲劳监测系统由采集单元、同步单元和预警单元组成，每个单元之间基于无线网络进行数据传输，同时每个单元又由若干个模块组成，使得可穿戴脑电疲劳监测系统便于携带，使用前准备时间短，

2、本发明提出的可穿戴脑电疲劳监测系统采用了新的电极分布位置，将同一垂直线的两个电极的信号相减可以得到垂直眼电信号，处于同一水平线的对称电极的信号相减可以得到水平眼电信号，不需要专门的采集电极就能得到眼电信号和脑电信号，

附图说明

图1为本发明实施例的可穿戴脑电系统示意图；

图2为本发明实施例的可穿戴脑电系统中干电极的位置分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1为本发明实施例的可穿戴脑电系统示意图，该系统包括采集单元、同步单元和预警单元，其中，

采集单元，用于采集脑电数据，并将脑电数据进行滤波、放大、模数转换操作后通过无线网络发送至预警单元；

同步单元，用于采集刺激设备产生的事件标志位并通过无线网络同步发送到预警单元中；

预警单元，通过wifi接收模块接受采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，将接收到的数字信号、事件标志位进行预处理，提取出数据特征，之后基于数据特征计算出用户的认知状态，当用户的认知状态较低时进行预警。

采集单元包括干电极、滤波器、放大器、模数转换模块、微处理器和wifi发送模块，其中：

干电极，位于头皮上，与滤波器的输入端相连接，用于采集原始脑电数据，并将采集的原始脑电数据发送至滤波器；

滤波器，与放大器的输入端连接，对干电极采集的原始脑电数据进行滤波操作，之后将滤波后的脑电数据传输至放大器中；

放大器，与模数转换模块的输入端相连接，对滤波后的脑电数据进行放大操作，之后将放大后的脑电数据传输至模数转换模块；

模数转换模块，与wifi发送模块和微处理器相连接，在微处理器的控制下，将滤波后的脑电数据从模拟信号转换成数字信号，之后将数字信号传输给wifi发送模块；

wifi发送模块，将模数转换模块传输来的数字信号通过无线网络发送至预警单元。

图2为本发明实施例的可穿戴脑电系统中干电极的位置分布图，干电极包括第一电极1、第二电极2、第三电极3、第四电极4、第五电极5和第六电极6，电极分布于前额的无发区域。

第一电极1、第三电极3位于左眼上方，第一电极1和第三电极3垂直分布，两个电极处于同一垂直线上且第一电极1高于第三电极3；第二电极2、第四电极4位于右眼上方，分别与第一电极1、第三电极3对称分布；第五电极5位于左太阳穴位置，第六电极6位于右侧太阳穴位置；第一电极1、第二电极2、第三电极3、第四电极4、第五电极5、第六电极6均能够采集前额脑电信号，实现垂直眼电信号和水平眼电信号的检测。将第一电极1和第三电极3采集的信号相减或第二电极2和第四电极4采集的信号相减，得到垂直眼电信号；将第五电极5和第六电极6采集的信号相减或第三电极3和第四电极4采集的信号相减，得到水平眼电信号。本发明采用的电极位置分布不需要添加额外的电极就能实现同时获得脑电和眼电信号。

同步单元主要功能是将刺激设备产生的事件标志位通过wifi同步发送到预警部分中，其中刺激设备用于产生刺激信号，刺激人脑产生反应，刺激设备在产生刺激信号的同时还产生事件标志位。刺激设备包括：手机、电脑、led显示屏等设备。

同步单元包括事件采集模块和wifi发送模块，其中：

事件采集模块，与wifi发送模块的输入端相连接，用于采集刺激设备产生的事件标志位将其传输到与之相连的wifi发送模块中；

wifi发送模块，将事件采集模块采集的事件标志位基于无线网络发送至预警单元。

预警单元，通过wifi接收模块接受采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，将接收到的数字信号、事件标志位进行预处理，提取出数据特征，之后基于数据特征计算出用户的认知状态，当用户的认知状态较低时进行预警。预警单元包括：wifi接收模块、预处理模块、警觉度分析模块和提醒预警模块，其中：

wifi接收模块，与预处理模块的输入端相连接，用来接收采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，并将接收到的信息传输到预处理模块；

预处理模块，与警觉度分析模块的输入端相连接，对wifi接收模块接受的信息进行预处理，提取出数据特征，并将提取出的数据特征传送到与预处理模块相连接的警觉度分析模块中；

警觉度分析模块，与提醒预警模块的输入端相连接，基于预处理模块传输来的数据特征，采用机器学习的方法计算出用户的认知状态，并将计算出的用户的认知状态传输到与警觉度分析模块相连接的提醒预警模块中；

提醒预警模块，根据警觉度分析模块计算出的用户的认知状态判断是否需要进行预警，当用户的认知状态较低时进行预警。

具体的，预警单元的wifi接收模块接收采集单元传送来的数字信号、同步单元传输来的事件标志位，wifi接收模块将接收到的信息传输到与之连接的预处理模块中，进行信息的预处理，提取出数据特征。进行信息的预处理流程为对接收到的信息进行滤波操作，去除信息中的噪声和伪迹，根据频域的相对功率和时域的熵提取出传输来的信息中的数据特征。预处理模块将提取出的数据特征传送到与之相连接的警觉度分析模块中，在警觉度分析模块中基于提取出数据特征使用随机森林、支持向量机和全连接神经网络等模型，基于机器学习、深度学习的方法进行计算得出用户的认知状态，将计算出的用户的认知状态传输到与警觉度分析模块相连接的提醒预警模块中，提醒预警模块根据发送来的用户的认知状态确定是否进行预警，当用户的认知状态较低时进行预警，预警方式包括声音、震动等，甚至可以进行经颅电刺激，来改善佩戴者的认知水平。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。