三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)與可穿戴智能設(shè)備領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種三位一體 帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輕微型肝性腦?。∕HE)以隱匿性神經(jīng)、運(yùn)動(dòng)障礙為特點(diǎn)，易發(fā)展成臨床型肝性腦 病，雖然是肝性腦病中最輕的一種形式，但發(fā)病時(shí)往往在醫(yī)療機(jī)構(gòu)之外，脫離監(jiān)護(hù)環(huán)境，短 暫的運(yùn)動(dòng)障礙容易造成跌倒、創(chuàng)傷和交通意外，因此早期診斷干預(yù)就顯得尤為重要?，F(xiàn)有研 究主要以主觀方法和被動(dòng)評(píng)估為主的行為學(xué)診斷，存在被動(dòng)主觀因素，在患者發(fā)病后才開(kāi) 始監(jiān)測(cè)，存在嚴(yán)重的滯后性，對(duì)于意外傷害的預(yù)防幾乎已無(wú)實(shí)際意義，基于此，急需對(duì)目標(biāo) 人群施以客觀評(píng)估及預(yù)防性的主動(dòng)監(jiān)測(cè)，以利于及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，從而減少肝病患者的 致病致殘幾率。
[0003] 人的大腦，特別是皮層細(xì)胞，無(wú)需任何外界刺激，存在著頻繁的自發(fā)電活動(dòng)。腦電 極能夠記錄到腦部大量神經(jīng)元活動(dòng)的反應(yīng)電位，低至微伏級(jí)，這種電活動(dòng)的電位隨時(shí)間的 波動(dòng)成為腦電圖（Electroencephalograph，EEG)。當(dāng)前關(guān)于肝性腦病的監(jiān)測(cè)主要是常規(guī)腦 電圖監(jiān)測(cè)，然后分析異常信號(hào)，是一種非特異性滯后性監(jiān)測(cè)。實(shí)際上肝性腦病發(fā)作時(shí)由于大 腦皮質(zhì)損傷、腦代謝改變導(dǎo)致功能性電位變化，形成特征波形，這種病理性大腦組織的電活 動(dòng)及特殊大腦的功能狀態(tài)，理論上在EEG中是可辨識(shí)的，雖然目前大量腦電生理學(xué)證據(jù)雖 表明MHE患者的腦結(jié)構(gòu)和功能存在顯著變化，但大部分研究只通過(guò)腦結(jié)構(gòu)參數(shù)（如體積等） 和功能參數(shù)（如功能連接等）在波形上的差異進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)性監(jiān) 測(cè)與判讀，可利用性差；而常規(guī)檢測(cè)又會(huì)忽視這些異常的空間分布及其異常的特征性電信 號(hào)與臨床表征之間的聯(lián)系。
[0004] 本發(fā)明在前期研究和預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)：肝性腦病患者存在特征性腦病波，進(jìn)行 特征性腦電監(jiān)測(cè)及其預(yù)測(cè)模型可為MHE提供潛在的客觀信息，因此MHE的特征性EEG可以 客觀的在肝性腦病患者發(fā)病前通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)捕捉到這種特征波形，起到預(yù)警與檢測(cè)作用。
[0005] 現(xiàn)有的腦電圖采集方法是利用在頭皮上安裝電極將細(xì)胞的電活動(dòng)引出來(lái)并經(jīng)腦 電圖機(jī)放大后記錄下來(lái)得到，頭皮電極需專(zhuān)門(mén)裝置固定，并且需經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)人員操作。 發(fā)明專(zhuān)利CN201320486784公開(kāi)了一種腦電圖采集裝置，主要為一種新型的吸盤(pán)式磁性電 極設(shè)計(jì)，但所采用的測(cè)量方法仍然是傳統(tǒng)的頭皮電極方式，使用不便，且需要使用專(zhuān)門(mén)的腦 電圖采集裝置。
[0006] 此外，現(xiàn)有的腦電監(jiān)測(cè)多采用專(zhuān)業(yè)檢測(cè)，結(jié)果由專(zhuān)業(yè)醫(yī)師判讀，即使一些移動(dòng)醫(yī)療 設(shè)備，也需要專(zhuān)業(yè)解讀，不適于日常監(jiān)測(cè)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu) 點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種三位一體帽式采集電極，其可精確定位MHE異常 波形的表面電位點(diǎn)，通過(guò)在帽中附加抗干擾電極，提高精度，以減少外界干擾，所述三位一 體帽式采集電極適應(yīng)性強(qiáng)、可接受程度高、實(shí)用達(dá)到常規(guī)監(jiān)測(cè)目的。
[0009] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是設(shè)計(jì)一種三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)腦電波進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在疾病發(fā)作前預(yù)警及定位，使監(jiān)護(hù)人可以即時(shí)獲取病人的身體狀態(tài)，進(jìn)行適合 的處理。
[0010] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種用于監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的控制方法，以期更適用于日 常監(jiān)測(cè)使用。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系 統(tǒng)，其包括：
[0012] 信號(hào)采集單元，其呈帽式結(jié)構(gòu)，以佩戴于人頭部，所述信號(hào)采集單元包括一框架及 固定于所述框架不同位置的三個(gè)電極，所述電極用于采集人頭部腦電信號(hào)；
[0013] 信號(hào)處理單元，其接收自所述信號(hào)采集單元發(fā)出的腦電信號(hào)，將所述腦電信號(hào)轉(zhuǎn) 化為特征向量信號(hào)，并對(duì)所述特征向量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)及輸出；
[0014] 智能評(píng)估單元，其通過(guò)多參數(shù)向量特征識(shí)別模塊接收所述信號(hào)處理單元發(fā)出的所 述特征向量信號(hào)，并通過(guò)深度學(xué)習(xí)多參數(shù)訓(xùn)練模塊對(duì)所述特征向量信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)及預(yù)警判 定，所述智能評(píng)估單元發(fā)出預(yù)警信號(hào)或?qū)λ鎏卣飨蛄啃盘?hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；以及，
[0015] 定位單元，其接收所述智能評(píng)估單元發(fā)出的預(yù)警信號(hào)，并輸出定位信號(hào)。
[0016] 優(yōu)選的是，其中，所述信號(hào)采集單元還包括內(nèi)置的防電磁干擾模塊。
[0017] 優(yōu)選的是，其中，所述三個(gè)電極分別貼敷于額頭及兩側(cè)顳葉。
[0018] 優(yōu)選的是，其中，所述電極為純銀電極、純銀/氯化銀鍍層電極或銀/氯化銀粉末 燒結(jié)電極。
[0019] 優(yōu)選的是，其中，所述信號(hào)處理單元包括依次電連接的電信號(hào)輸入通道、信號(hào)放大 電路、濾波電路、信號(hào)解調(diào)模塊、輸出通道及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述信號(hào)處理單元采用嵌入式 系統(tǒng)或單片機(jī)作為處理核心。
[0020] 優(yōu)選的是，其中，信號(hào)處理單元通過(guò)無(wú)線或有線的形式接收外部控制信號(hào)。
[0021] 本發(fā)明的目的還可以進(jìn)一步由一種智能監(jiān)測(cè)預(yù)警控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其采用上述 的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行控制，該方法包括以下步驟，
[0022] 步驟一、采用設(shè)于人頭部不同位置的電極進(jìn)行腦電信號(hào)采集；
[0023] 步驟二、以固定時(shí)間為單位，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行低頻、高頻濾波處理，再將連續(xù)小波 與所述腦電信號(hào)做卷積，構(gòu)建出時(shí)頻信號(hào)，并從所述時(shí)頻信號(hào)中使用短時(shí)傅立葉變換，通過(guò) 不同的窗口分解出S、θ、α節(jié)律作為三特征腦波，構(gòu)建出多參數(shù)向量，利用深度學(xué)習(xí)方法 對(duì)所述多參數(shù)向量進(jìn)行優(yōu)化，篩選得到多參數(shù)向量中三特征腦波模式對(duì)應(yīng)的特征向量以及 對(duì)應(yīng)的特征向量參數(shù)；
[0024] 步驟三、對(duì)優(yōu)化后的多參數(shù)向量進(jìn)行分類(lèi)，將所述特征向量與經(jīng)過(guò)深度學(xué)習(xí)所得 到的模式相比較，當(dāng)相似度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，則觸發(fā)定位單元，并啟動(dòng)預(yù)警。
[0025] 優(yōu)選的是，其中，步驟二中，所述三特征腦波計(jì)算公式為，

[0028] 其中，x(t)為經(jīng)過(guò)低頻、高頻濾波處理的腦電信號(hào)，X(t)是經(jīng)過(guò)連續(xù)小波處理得 到的時(shí)頻信號(hào)，a、b為針對(duì)具體情況所設(shè)定的實(shí)數(shù)，Φ (t)為母小波，fa' -t)為分析窗。
[0029] 優(yōu)選的是，其中，步驟三中，采用支持向量機(jī)對(duì)優(yōu)化后的多參數(shù)向量進(jìn)行分類(lèi)。
[0030] 優(yōu)選的是，其中，所述定位單元將定位信息及預(yù)警信號(hào)以可傳輸數(shù)據(jù)的通訊形式 發(fā)送至目標(biāo)單元。
[0031] 本發(fā)明至少包括以下有益效果：1)用戶(hù)可以一直穿戴本發(fā)明所涉及的三位一體 帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)而不影響日?；顒?dòng)；2)三位一體帽式電極系統(tǒng)所需電極少，結(jié)構(gòu)靈 活，方便佩戴；3)目前尚無(wú)通過(guò)深度學(xué)習(xí)以及支持向量機(jī)進(jìn)行腦波分類(lèi)預(yù)警的系統(tǒng)；4)本 發(fā)明所涉及的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可在發(fā)病時(shí)即刻通知監(jiān)護(hù)人，告知其病人所 在位置以及發(fā)病狀態(tài)。
[0032] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖Ia為本發(fā)明一實(shí)施例所述的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0034] 圖Ib為本發(fā)明一實(shí)施例所述的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)側(cè)面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0035] 圖Ic為本發(fā)明一實(shí)施例所述的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)頂部結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例所述的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文 字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0038] 本發(fā)明公開(kāi)了一種用于亞臨床肝性腦病的三位一體帽式智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其使 用三位一體帽式電極系統(tǒng)采集亞臨床肝性腦病的特征性腦電信號(hào)，由