[發明專利]一種利用腦電信號監測用戶精神狀態的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710797467.7
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107595302B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 張小棟;李瀚哲;李睿;陸竹風;張黎明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種利用腦電信號監測用戶精神狀態的方法，所述方法基于一種利用腦電信號監測用戶精神狀態的裝置，所述裝置包括腦電采集模塊、信號處理模塊、存儲模塊以及顯示模塊；腦電采集模塊、存儲模塊和顯示模塊均與信號處理模塊相交互；

腦電采集模塊包括與腦電極及其腦電帽相連的腦電采集單元和無線通信單元，用于采集位于大腦前額葉區、頂葉區和枕葉區的Fp1、Fp2、AF3、AF4、Fc1、Fc2、F3、F4、F7、F8、C3、C4、P3、P4、O1、O2通道的腦電信號；

信號處理模塊用于對接收的各通道腦電信號進行頻帶能量計算獲得各通道下各頻段的能量值，再將能量值傳輸至模式識別單元；信號處理模塊包括預處理單元、特征提取單元、模式識別單元和狀態計算單元；

存儲模塊用于對精神狀態喚醒程度以及識別結果進行管理并按照用戶設定的數據格式對用戶的精神狀態數據進行存儲；

顯示模塊用于實時顯示用戶精神狀態的識別結果以及精神狀態喚醒程度；

其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1)通過腦電采集模塊的腦電采集單元實時采集用戶在工作中的腦電信號，并將采集到的腦電信號通過無線通信單元發送至信號處理模塊；腦電采集單元以1000Hz的采樣頻率實時采集用戶在工作中的腦電信號；

步驟2)信號處理模塊首先對接收的各通道腦電信號進行頻帶能量計算獲得各通道下各頻段的能量值E_(m,n)，再將能量值E_(m,n)傳輸至其模式識別單元；對接收的各通道腦電信號進行頻帶能量計算的具體方法如下：

2-1)由預處理單元對腦電信號數據進行濾波降噪、偽跡去除預處理；

2-2)由特征提取單元采用小波分解進行腦電信號的δ波、θ波、α波、β波

以及γ波的特征頻段分解，并對各頻段腦電信號分別進行頻帶能量計算獲得各通道下各頻段的能量值E_(m,n)：

E_(m,n)＝∑x_n²(k)

其中，E_(m,n)為用戶第m通道下的第n頻帶的能量，x(k)為采集的腦電信號序列，k為信號序列的序列號；

步驟3)信號處理模塊的模式識別單元將特征提取單元得到的各頻帶能量作為特征輸入，采用基于深度學習網絡的精神狀態識別方法對輸入的特征腦電信息進行分類識別；輸入的特征腦電信息按照下式進行分類識別：

Result＝[o_i]

其中，Result為深度學習網絡的輸出即為腦電信號的精神狀態模式識別結果，o_i為各類精神狀態的識別結果，其中i表示精神狀態的類別數目；

步驟4)信號處理模塊的狀態計算單元根據模式識別單元中深度學習網絡的識別結果Result計算用戶精神狀態的喚醒程度D_i；精神狀態的喚醒程度D_i的計算公式如下：

其中，D_i為第i類精神狀態下m個相關通道的n個不同頻帶能量的平均變化率即為該類精神狀態的喚醒程度；E^R_(m,n)為用戶靜息或安靜平和狀態時m通道下的n頻帶的能量參考值；o_i為各類精神狀態的識別結果，其中i表示精神狀態的類別數目；

上述公式計算用戶在第i類精神狀態的m個相關通道的n個不同頻帶能量的平均變化率，各頻段能量的平均變化率越大則表示該精神狀態的喚醒程度越大，反之，則越??；

步驟5)存儲模塊采用管理存儲單元，管理存儲單元對精神狀態喚醒程度D_i以及識別結果Result進行管理并按照用戶設定的數據格式對用戶的精神狀態數據進行存儲；

步驟6)顯示模塊采用顯示器，用戶精神狀態的識別結果Result以及精神狀態喚醒程度D_i通過顯示器進行可視化的實時顯示。