[發明專利]多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法及訓練儀

有效

• 申請號: 200810027994.0
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101271639A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 楊杰
• 申請（專利權）人: 楊杰
• 主分類號: G09B19/00
• 分類號: G09B19/00;A61B5/0476
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司
• 代理人: 周克佑

1、一種多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法，步驟為：

1)多媒體兒童學習訓練游戲開始；

2)采集兒童腦電波，每間隔1-10毫秒計算一次腦電波13-30Hz的β波段功率譜密度值；

3)當后一結果與前一結果的β波段功率譜密度值之差大于或等于某設定的閾值時，多媒體學習娛樂游戲就會往勝利或優勢的方向進行，反之則往相反方向進行。

2、根據權利要求1所述的多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法，其特征是：所述的多媒體學習游戲為利用多媒體技術特殊編制的學習動畫以向兒童提供視聽刺激，動畫的內容與課本知識相聯系，并將學習、娛樂與訓練融為一體。

3、根據權利要求2所述的多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法，其特征是：所述的采集兒童腦電波為：將3個腦電波采集電極分別貼在兒童頭頂正中的中央區采集點、耳垂參考點和眉心接地點采集腦電波，并取中央區采集點與耳垂參考點之間的電位差來計算腦電波β波段的功率譜密度值。

4、根據權利要求3所述的多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法，其特征是：所述的計算β波段功率譜密度值為：將采集到的腦電波電位差經運算放大、A/D模數轉換成數字信號，再經光電隔離后通過FFT運算進行濾波，之后進行DTMF的提取運算，實時提取各個波段的實時波幅值和頻率值，分離出β波段的相應值，來計算出β波段功率譜密度，每10毫秒計算一次功率譜密度值。

5、根據權利要求4所述的多媒體腦波反饋兒童學習訓練方法，其特征是：所述的閾值為5。

6、一種為應用如權利要求1所述的學習訓練法所研發的訓練儀，其特征是設有：

腦電波采集處理模塊：由依次電連接的腦電波采集電極、模擬信號采集電路、模擬信號放大電路、模數轉換電路和光電隔離電路組成，采集電極有3個，分別貼在頭頂正中的中央區采集點和耳垂參考點、前額正中接地點，前額正中接地點有分路經電阻后分接采集點與參考點，取中央區采集點與耳垂參考點之間的電位差輸入模擬信號采集電路；

中央控制系統：植有安裝了包括游戲的控制應用軟件的嵌入式系統，游戲輸出至音頻及視頻輸出模塊最后到音頻及視頻裝置；通過系統軟件的運行，將采集到的腦電波信號數據通過FFT算法進行濾波取1-34HZ波段，采用Goertzel算法和多窗口法來計算出腦電波頻率在13-30Hz的β波的功率譜值，并計算出當前功率譜密度值和前一時間功率譜密度值的差值來作為游戲反饋的驅動，游戲開始時設定一個閾值，當該功率譜差值達到或超過設定的閾值的時候，游戲就往勝利或優勢的方面進行，反之則朝相反方向進行，通過Display部分就會在外接顯示設備中顯示出來；

視頻輸出模塊，將視頻數字信號進行模擬轉換；

音頻輸出模塊，控制音頻信號的輸出；

視頻裝置，通過視頻接口與視頻輸出模塊連接；

音頻裝置，通過音頻接口與音頻輸出模塊連接；

存儲單元，起到信息存儲作用；

開關單元，通過控制整個電路板的電源供應來控制電路板的工作與否；

各模塊及端口、接口、存儲單元、開關單元分別與中央控制系統通過總線傳輸和接受指令；

電路板由一電源模塊供電。

7、根據權利要求6所述的訓練儀，其特征是：所述的電源進行電氣隔離后為腦電波采集處理模塊的放大器部分提供單獨的電源。

8、根據權利要求7所述的訓練儀，其特征是：所述的中央控制系統外接有數據輸入輸出端口，其提供usb接口和rs232串口，用來與外接U盤或PC機通信。

9、根據權利要求8所述的訓練儀，其特征是：所述的中央控制系統外接有網絡接口，通過此接口與外接PC機相連接，可以對中央控制系統上的軟件程序進行調試及來傳輸相關信息；所述的視頻裝置為電腦顯示器和電視機，分別通過VGA接口和TV接口與中央控制系統連接。

10、根據權利要求9所述的訓練儀，其特征是：所述的腦電波采集處理模塊采集電極固定在一個頭盔內側分別對應于人頭頂正中的中央區采集點、耳垂參考點和前額正中接地點，取中央區采集點與耳垂參考點之間的電位差通過AD620芯片進行信號放大，傳輸到Ads8320芯片進行模數轉換，將放大的模擬信號轉換成數字信號，芯片Ads8320的AD?SCLK、AD?SDO以及AD?NCS端口與ADuM2400芯片中的相應端口相連接，將轉換后的數字信號在ADuM2400中進行光電隔離，然后通過總線EGPIO3傳輸到中央控制系統的MCU進行計算處理；中央控制系統：其ARM9平臺移植有eCos操作系統及其驅動程序和生物反饋軟件；

音頻輸出模塊為UDA1341TS芯片，MCU中將音樂播放指令通過總線傳輸到該控制芯片，該控制芯片通過外接音頻裝置藍牙耳機或喇叭播放音樂；

視頻輸出模塊通過74hc04芯片將數字信號進行模擬轉換，然后通過VGA、TV控制芯片U15?VGA7005CTV，將視頻信息通過外接的視頻裝置電腦顯示器或者TV顯示出來；

數據傳輸端口USB&RS232部分，該部分提供USB和RS232接口，MAX3232芯片控制RS232串口的連接，USB?HOST控制USB接口的信息傳遞，用來與外接U盤或PC機通信；

網絡接口Ethernet部分通過RTL8201芯片起作用，在調試電路板中軟件時通過該接口與外接PC機相連接，通過網絡線來傳輸相關信息，可以對中央控制系統上的軟件程序進行調試和傳輸相關信息；

存儲單元為K912808U0C芯片通過總線與MCU相連接；

本訓練儀的軟件系統由以下模塊構成：

——腦電處理模塊，接受經ADC轉換和數字濾波后的信號，并進行功率譜密度換算，最后提取出β波段的實時波幅值和頻率值，從而計算出功率譜密度值；

——游戲驅動模塊，以腦電處理模塊得到的實時β波段的功率譜密度變化值作為游戲進程的控制參數，使利用多媒體技術特殊編制的動畫根據β波段的功率譜密度值變化而變化，變化的動畫通過視頻和音頻輸出。