[發(fā)明專利]一種基于近紅外光譜的駕駛狀態(tài)腦監(jiān)測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710375473.3
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107307870A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪待發(fā);王玉軒;梁航
• 申請（專利權(quán)）人: 丹陽慧創(chuàng)醫(yī)療設(shè)備有限公司
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;A61B5/053;A61B5/18;A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及腦功能監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于近紅外光譜的駕駛狀態(tài)腦監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國私人汽車保有量以及駕駛員的數(shù)量都保持著快速的增長。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止到2015年底，我國駕駛員數(shù)量已經(jīng)達(dá)到3.2億人，數(shù)量位居世界第一，并且預(yù)測到2020年全國駕駛員數(shù)量將達(dá)到4.7億人。隨之而來的是交通事故的數(shù)量也在逐年攀升，交通事故的頻發(fā)對個人、家庭以及經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展都帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。道路交通系統(tǒng)是由駕駛員、車輛和環(huán)境組成的一個動態(tài)閉環(huán)系統(tǒng)，交通事故的發(fā)生是道路交通系統(tǒng)中各種因素相互作用的結(jié)果，而駕駛員的反應(yīng)對交通事故的影響最為重要。駕駛員在駕駛過程中需要持續(xù)不斷地接受周圍環(huán)境的各種信息，并且對信息做出快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)，因此，對于駕駛員而言駕駛過程就是大腦實時接受環(huán)境中的信息并且做出反饋的過程。所以，利用人機工程學(xué)原理通過實時監(jiān)測駕駛員的腦活動對于研究駕駛過程中周圍的環(huán)境情況對駕駛員腦活動的影響是至關(guān)重要的，這對于分析交通事故的起因，避免交通事故的產(chǎn)生，甚至通過腦活動控制汽車駕駛等均具有重要的意義。

fNIRS（functional near-infrared spectroscopy，功能近紅外光譜技術(shù)）是新一代的腦功能成像技術(shù)。該方法基于神經(jīng)血管耦合機制（即神經(jīng)元的代謝活性和血管中氧合血紅蛋白含量的關(guān)系），得益于生物組織對近紅外波段光較低的吸收率，利用血紅蛋白組分對近紅外光的吸收差異，可以有效獲取大腦皮層中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的變化信息，描述大腦的活動狀態(tài)。與功能性核磁共振、腦電、腦磁以及電子計算機斷層掃描等腦成像方法相比，fNIRS具有合適的時間和空間分辨率；適用于特殊人群、可穿戴檢測，價格較低，且實驗過程中對被測試者的約束較少；可以在線實時監(jiān)測。在大腦功能研究領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用空間。目前，已經(jīng)有基于近紅外光譜法檢測駕駛員是否疲勞駕駛、駕駛員是否酒駕以及用于評估車載信息系統(tǒng)的設(shè)計是否合理等。

研究表明，皮膚電反應(yīng)信號隨著情感的不同有著明顯的差異，皮膚電導(dǎo)值與情感狀況和注意力密切相關(guān)。并且皮膚電導(dǎo)值作為一種采集到的生理信號，其數(shù)據(jù)更能客觀地反應(yīng)被測試者的真實情感，具有更高的魯棒性和客觀性。駕駛員在面對不同的駕駛環(huán)境時其注意力、心理活動等均會受到影響，而這些也都將通過皮膚電導(dǎo)值準(zhǔn)確反應(yīng)出來。

雖然，現(xiàn)在已經(jīng)有相關(guān)的系統(tǒng)基于近紅外光譜法對駕駛員的一些狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒有結(jié)合駕駛員的實際駕駛環(huán)境對駕駛員的腦活動進(jìn)行監(jiān)測，而根據(jù)全面所述可知駕駛過程中最重要的環(huán)節(jié)就是駕駛員針對不同的駕駛環(huán)境所產(chǎn)生的腦活動。并且現(xiàn)有的基于近紅外光譜法監(jiān)測駕駛員腦活動的系統(tǒng)還存在以下缺點：（1）對于駕駛員腦活動的監(jiān)測均需要在駕駛狀態(tài)下進(jìn)行，而在駕駛過程中由于駕駛環(huán)境非常復(fù)雜，駕駛員需要不停地對汽車進(jìn)行剎車、減速、加速、急停等，即駕駛過程不可能是一個勻速的過程；而在汽車的非勻速運動過程中駕駛員的身體也會隨著晃動、傾斜，而具有發(fā)射光源和接收器的探頭會由于駕駛員身體的運動在檢測過程中相對于駕駛員的被檢測部位發(fā)生位移并且駕駛員身體發(fā)生運動也會刺激大腦進(jìn)行相關(guān)活動進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，而這些均會使得接收器接收到的血氧信號產(chǎn)生偏差，進(jìn)而影響測量的精度；（2）現(xiàn)有的對駕駛員的監(jiān)測僅僅使用近紅外監(jiān)測駕駛員的腦活動，得到的結(jié)果過于單一，并且研究人員無法判斷得到的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、可靠，為了得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)只能反復(fù)進(jìn)行實驗，采集多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；然而由于駕駛環(huán)境、駕駛員心理等這些不可控的因素的影響，會造成每次的監(jiān)測結(jié)果差別大，監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種便攜式的基于近紅外的駕駛狀態(tài)腦監(jiān)測系統(tǒng)及方法，結(jié)合駕駛員的實際駕駛環(huán)境對駕駛員的腦活動進(jìn)行實時監(jiān)測，解決目前對駕駛員腦活動監(jiān)測過程中存在檢測結(jié)果單一以及精確度不高的問題，能夠避免進(jìn)行多次實驗以及多次實驗所帶來的龐大的數(shù)據(jù)處理工作量。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于近紅外的駕駛狀態(tài)腦監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述腦監(jiān)測系統(tǒng)包括便攜式近紅外裝置、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）芯片、拍攝裝置、無線傳輸裝置、處理終端、人機交互界面以及存儲裝置；所述便攜式近紅外裝置還包括數(shù)據(jù)采集裝置以及便攜式主控板，經(jīng)過所述便攜式主控板可以將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成處理終端可以處理的數(shù)據(jù)形式；所述便攜式近紅外裝置、所述GPS芯片以及所述拍攝裝置采集得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)均存儲在所述存儲裝置中。