一種穿戴式腦電放鬆訓練儀的製作方法
2023-05-01 09:39:06
一種穿戴式腦電放鬆訓練儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種穿戴式腦電放鬆訓練儀，通過微型投影儀在距人眼2米處產生虛擬屏幕，為放鬆訓練提供視頻刺激信號。通過音頻接口輸出音頻信號，為放鬆訓練提供背景音樂和訓練指導語等音頻刺激信號。通過旋轉調節杆和伸縮調節杆，把腦電電極置於腦的前額部。腦電電極將採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行頻譜分析，取出反映大腦放鬆狀態的α波成分，對放鬆訓練進行神經反饋，並把數據通過無線數據接口，傳送到人機互動設備上。本發明使用腦電作為放鬆訓練的反饋信號，大大提高了放鬆訓練的效率和可靠性。使用穿戴式電腦，排除了很多不必要的幹擾因素，改善了訓練環境。
【專利說明】一種穿戴式腦電放鬆訓練儀
【技術領域】
[0001]本發明屬於心理學生物反饋【技術領域】，涉及一種穿戴式腦電放鬆訓練儀。
【背景技術】
[0002]大腦神經活動時會產生微弱的電場波動，當數以萬計的神經同時活動時，電場就會產生有韻律的波動。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:它是中樞神經系統自發產生的生物電信號；它是隨機信號，具有非平穩和非高斯特性；能夠反映神經系統的狀態和變化。因此，採集腦電波，通過分析可以監測人的生理和心理狀態。
[0003]非介入式腦電採集技術比較複雜，因為採集到的信號是微伏級的小信號，很容易受噪聲的幹擾，要對信號進行精準的放大，濾波等處理。為了使用腦電來反映人體的生理和心理狀態，還要對信號進行頻譜分析。國際上將腦電波按波的重複節律不同分類，統一為以下四個頻段:
a波:8—13Hz，幅度在50ii V左右，主要反映人處於鬆弛且閉眼清醒的狀態。
[0004]^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。
[0005]0波:4—8Hz，幅度在10 — 50 ii V，主要反映人處於輕睡狀態下、睏倦時，感情壓抑時。
[0006]6波:1--3.5Hz，幅度在20-200 U V主要反映人處於深度睡眠的狀態或者有嚴重器質性腦疾患。
[0007]以前，腦電採集處理設備體積龐大，現在腦電信號的採集，處理，頻譜分析等工作可由單晶片來完成，為可攜式腦電測試設備提供了技術基礎。腦電放鬆訓練設備由此產生。
[0008]現有的腦電放鬆訓練設備，音視頻刺激信號多由普通的計算機或音視頻設備提供。體積大，使用不方便。對放鬆效果的評估，多依據人自己的感受或間接的、簡單的一些生理參數，如皮電，心率等來反映。
[0009]另一方面，隨著半導體技術的發展，計算機體積越來越小，功耗越來越低。而採用虛像技術，可以製造出微型顯示器。這些技術的發展促進了穿戴式電腦的發展。穿戴式電腦可以做成眼鏡，也可以做成手錶或做在衣服裡。目前市場上出售的眼鏡式電腦，有google，Recon等公司的產品，主要用於娛樂領域，價格較高，供貨量少，不便於二次開發。
【發明內容】
[0010]本發明就是為了解決上述現有技術中的問題，而提供一種將穿戴式電腦用於腦電放鬆訓練的穿戴式腦電放鬆訓練儀。
[0011]本發明是按以下技術方案實現的:
本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀，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對稱地安裝有兩片透鏡，一個鏡腿部的前端設置有微型投影儀；微型投影儀與設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、無線數據接口以及電源模塊；嵌入式處理單元內部設置有濾波放大器、AD採集模塊和頻譜分析模塊，腦電電極將採集的腦電波信號送入嵌入式處理單元，嵌入式處理單元經頻譜分析，取出反映大腦放鬆狀態的α波成分，對放鬆訓練進行神經反饋，並把數據通過無線數據接口，傳送到人機互動設備上。
[0012]其中一個鏡腿部上設置有突出的旋轉軸，旋轉軸上連接有旋轉調節杆，旋轉調節杆可繞旋轉軸轉動，旋轉調節杆的內部連接有伸縮調節杆，伸縮調節杆從旋轉調節杆的上立而伸出，頂％5向內彎曲，並連接腦電電極。
[0013]所述的腦電電極的採樣率為512Hz，採集頻率範圍在3Hz-100Hz之間。
[0014]所述的參考電極位於一個鏡腿部的鉤耳部處。
[0015]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。
[0016]所述的嵌入式處理單元上還連接有按鍵模塊，按鍵模塊設置在鏡腿部，並設有三個按鍵，分別是前進鍵、倒退鍵和暫停鍵。
[0017]本發明具有的優點和積極效果是:
本發明的穿戴式腦電放 松訓練儀，使用腦電作為放鬆訓練的反饋信號，檢測受訓者腦電的α波，進行生物反饋，對放鬆效果進行科學的評價，大大提高了放鬆訓練的效率和可靠性。使用穿戴式電腦，為放鬆訓練提供視頻和音頻的刺激信號並對整個訓練過程進行控制，及時地處理、存貯並傳輸數據，使用方便。採用非透射式透鏡，使受訓者只能看到電腦的屏幕，排除了很多不必要的幹擾因素，避免了環境對受訓者的幹擾，提高了訓練效果。該放鬆訓練儀成本低，且便於二次開發。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀的結構示意圖；
圖2是本發明的第一鏡腿部的結構示意圖；
圖3是本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀的電路原理框圖；
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:伸縮調節杆6:腦電電極
7:參考電極8:微型投影儀
9:電源模塊10:前進鍵
11:倒退鍵12:暫停鍵
13:旋轉調節杆14:嵌入式處理單元
15:音頻接口16:無線數據接口
17:按鍵模塊。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀進行詳細描述，附圖中與現有技術相同的部件採用了相同的標號。下述各實施例僅用於說明本發明而並非對本發明的限制。
[0020]圖1是本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀的結構示意圖；圖2是本發明的第一鏡腿部的結構示意圖。如圖1和圖2所示，本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀，包括具有一個鏡框I和左右兩個鏡腿部的鏡架。鏡框I的兩個鏡片孔內對稱地安裝有兩片透鏡4。
[0021]第一鏡腿部2的前端設置有微型投影儀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的後方設置有突出的旋轉軸，旋轉軸上連接有旋轉調節杆13，旋轉調節杆13可繞旋轉軸轉動，旋轉調節杆13的內部連接有伸縮調節杆5，伸縮調節杆5從旋轉調節杆13的上端伸出，頂端向內彎曲，並連接腦電電極6。腦電電極的採樣率為512Hz，採集頻率範圍在3Hz-100Hz之間。第一鏡腿部2後端的的鉤耳部處設置有參考電極7。
[0022]第二鏡腿部3的前半部分設置有按鍵模塊17，按鍵模塊內設有三個按鍵，分別是前進鍵10、倒退鍵11和暫停鍵12。按鍵模塊17的後方設置有電源模塊9。
[0023]第一鏡腿部2和第二鏡腿部3的下側均設置有音頻接口 15。第一鏡腿部2的下側還設置有無線數據接口 16。
[0024]圖3是本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀的電路原理框圖。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、無線數據接口 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。嵌入式處理單元內部設置有濾波放大器、AD採集模塊和頻譜分析模塊。
[0025]本發明所依據的原理如下:人的不同精神狀態會造成不同形式的神經活動，從而發出不同的腦電波，藉助傳感器就能測量得到這種腦電波，並將其轉換成電信號。這就像用手機錄製一首管弦樂一樣，每種樂器都產生自己的聲音，這些加在一起就產生了管弦樂。手機可以用來記錄這些聲波，並將他們轉化成電子信號。
[0026]為了使用腦電來反映人體的生理和心理狀態，還要對信號進行頻譜分析。如圖4所示，國際上將腦電波按波的重複節律不同分類，統一為以下四個頻段:
α波:8—13Ηζ，幅度在50 μ V左右，主要反映人處於鬆弛且閉眼清醒的狀態。
[0027]β波:13—30Ηζ，幅度在5 — 20 μ V，主要反映人處在注意力集中或情緒緊張的狀態。
[0028]Θ波:4--8Ηζ，幅度在10 — 50 μ V，主要反映人處於輕睡狀態下、睏倦時，感情壓抑時。
[0029]δ波:1--3.5Hz，幅度在20-200 μ V主要反映人處於深度睡眠的狀態或者有嚴重器質性腦疾患。
[0030]現代醫學對很多疾病，找不到病因。根據心身醫學的理論，人的大部分疾病是由不良的心理因素造成的。如果人長期處於負面的心理狀態(壓力，緊張，焦慮，恐懼等)，這種負面情緒會通過神經系統和內分泌系統，給細胞的生長和繁殖造成損壞，讓遺傳基因產生突變。產生各種疾病。治療心身疾病的主要手段，就是進行放鬆訓練。通過放鬆訓練，消除負面情緒，通過神經系統和內分泌系統，為細胞的生長和繁殖提供一個良好的環境。細胞的生長和繁殖正常了，疾病也就痊癒了。腦電的α波成分直接反映了放鬆的程度，為放鬆訓練的效果提供科學的依據。穿戴式腦電放鬆訓練儀，通過穿戴式電腦的多媒體功能，為放鬆訓練提供視頻，音頻刺激信號。通過檢測腦電的a波成分，對訓練進行反饋，對訓練效果進行評估。與傳統的放鬆訓練儀相比，它更方便，更科學。
[0031]本發明的穿戴式腦電放鬆訓練儀的工作過程如下:
通過微型投影儀8在距人眼2米處產生25英寸，4:3的虛擬屏幕，為放鬆訓練提供視頻刺激信號。通過音頻接口 15輸出音頻信號，為放鬆訓練提供背景音樂和訓練指導語等音頻刺激信號。通過旋轉調節杆13和伸縮調節杆5，把腦電電極6置於腦的前額部。帶有前置放大器的腦電電極6採集經放大的電信號，並與參考電極7發出的電波信號進行比較，將屬於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行濾波放大，並進行AD轉換和頻譜分析，取出反映大腦放鬆狀態的a波成分，即頻率在8—13Hz，幅度在50 y V左右的波形成分，對放鬆訓練進行神經反饋，並把數據通過無線數據接口 16，傳送到人機互動設備上。本發明使用腦電作為放鬆訓練的反饋信號，大大提高了放鬆訓練的效率和可靠性。使用穿 戴式電腦，排除了很多不必要的幹擾因素，改善了訓練環境。
[0032]本發明的腦電電極能直接連接幹接觸點，不像傳統醫學用的溼傳感器使用時需要上導電膠。產品整體能耗低，3.3伏供電下最大消耗為15毫安，適合可攜式消費產品的電池供電的設備。
【權利要求】
1.一種穿戴式腦電放鬆訓練儀，包括具有一個鏡框(I)和左右兩個鏡腿部的鏡架；其特徵在於:鏡框(I)的兩個鏡片孔內對稱地安裝有兩片透鏡(4)，一個鏡腿部的前端設置有微型投影儀(8 );微型投影儀(8 )與設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)、無線數據接口(16)以及電源模塊(9);嵌入式處理單元(14)內部設置有濾波放大器、AD採集模塊和頻譜分析模塊，腦電電極(6)將採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)經頻譜分析，取出反映大腦放鬆狀態的α波成分，對放鬆訓練進行神經反饋，並把數據通過無線數據接口(16)，傳送到人機互動設備上。
2.根據權利要求1所述的穿戴式腦電放鬆訓練儀，其特徵在於:一個鏡腿部上設置有突出的旋轉軸，旋轉軸上連接有旋轉調節杆(13)，旋轉調節杆(13)可繞旋轉軸轉動，旋轉調節杆(13 )的內部連接有伸縮調節杆(5 )，伸縮調節杆(5 )從旋轉調節杆(13 )的上端伸出，頂端向內彎曲，並連接腦電電極(6)。
3.根據權利要求2所述的穿戴式腦電放鬆訓練儀，其特徵在於:腦電電極(6)的採樣率為512Hz，採集頻率範圍在3Hz-100Hz之間。
4.根據權利要求1所述的穿戴式腦電放鬆訓練儀，其特徵在於:參考電極(7)位於一個鏡腿部的鉤耳部處。
5.根據權利要求1所述的穿戴式腦電放鬆訓練儀，其特徵在於:微型投影儀(8)以鉸接的方式連接在一個鏡腿部的前端。
6.根據權利要求1所述的穿戴式腦電放鬆訓練儀，其特徵在於:嵌入式處理單元(14)上還連接有按鍵模塊(17) ，按鍵模塊設置在鏡腿部，並設有三個按鍵，分別是前進鍵(10)、倒退鍵(11)和暫停鍵(12)。
【文檔編號】A61B5/0476GK103690179SQ201310724886
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】白學軍, 楊海波, 曾力, 胡振慧 申請人:天津師範大學