一种基于脑机接口的智能护理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：包括两两相互连接的视觉刺激屏、脑电信号采集仪、计算机，还包括与计算机相连的STM32控制器，以及分别与STM32控制器相连的电动护理床、报警器。本发明专利技术的护理装置及实现方法，为长期卧床不起的重症瘫痪病人提供一种新的自理方式，尤其对于那些完全丧失了运动能力和语言表达能力并且其运动空间限制在床上的瘫痪病人，可以有效地减少褥疮的发生。本发明专利技术具有控制精准、工作性能稳定、安全系数高以及普遍实用性等优点，可供广大的此类瘫痪病人使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑机接口的智能护理装置及方法
本专利技术涉及瘫痪病人辅助装置，特别涉及一种基于脑机接口的智能护理装置及方法。
技术介绍
进入二十一世纪后，由于患有运动性功能障碍并且其运动空间限制在床上的瘫痪病人人数呈现日益上涨的趋势，他们的后背和臀部由于长期局部受压，容易造成血液循环不流畅从而导致生褥疮的发生。因此，他们经常需要通过人工的帮助或其他设备的辅助不时地来改变他们的姿态来预防褥疮。其中，有一部分人可以通过与人表达自己的意图或是借助辅助设备(如基于语音控制、手动遥控开关操控等设备)来实现他们姿态的改变。但仍有很大一部分人是完全丧失了运动能力和语言表达能力，他们仅仅保留了正常人的思维能力，如：肌萎缩性脊侧腰索硬化症(ALS)、脊髓小脑的共济失调(SCA)及植物人等瘫痪病人，这类病人往往是处于被动状态而被改变自己的姿势。随着人们对人工智能领域不断的研究探索及挖掘，诸多的研究成果(如定时控制改变床的状态，人工远程操控床的工作状态等智能设备)应用于辅助此类瘫痪病人，以便改善他们的生活质量，但这些都不是根据瘫痪病人本身的意愿而改变的。近些年，神经工程研究领域的迅速发展，越来越多的科研者设法把神经网络与智能设备结合起来，以便研发出更加适合用于辅助此类瘫痪病人的生活。而脑机接口(brain-computerinterface，BCI)领域作为神经工程领域的一个重要分支，其发展的速度非常快，激起了人们对脑机接口领域研究热潮。脑机接口是一种不依赖于常规人脑正常输出通道的脑机通讯系统，通过采集大脑皮层脑电信号并进行处理及分析，来实现建立人脑与计算机或其他通讯设备间信息直接交流和控制的通道。人脑面对不同的事物、运动或认知活动会产生不同的反应，从而得到不同的脑电信号，经过对这些信号的分类及特征提取等处理后，便可实现人脑与外围设备的通讯和控制。根据脑电采集的方式分为植入式采集和大脑皮层接触式采集(即非植入式)；这两种采集方式比较而言，植入式方式采集的脑电信噪比较高、精度也高，便于对信号进行处理。但是，需要把电极植入人脑内部，存在巨大的危险性；而大脑皮层接触式方式采集的脑电信号幅值很小、信噪较低且属于非平稳信号，容易受到环境及人的状态影响，对于处理的难度比较大，但是其方式不存在风险性。而且，随着技术的不断发展，人们对头皮微小的脑电信号处理能力及方法已经达到一个较高的水平，使脑机接口的应用于生活中变成了现实。针对这两类的情况，本专利技术中的脑电信号采集使用后者方式即非植入式，通过电极帽并注入导电胶来获取脑电信号即信号采集，然后通过一系列的信号处理，最终实现设备的操作控制。尽管脑机接口技术应用于瘫痪病人的神经功能辅助与康复方面研究处于起步阶段，但无论是单一的脑机接口技术还是多模态的脑机接口的技术研究应用于其他方面已经较为普遍且技术相对成熟。如中国专利(基于脑-机接口的智能轮椅控制系统及其脑电信号处理方法，公开号：CN101301244A)、中国专利(一种新型的基于运动想象脑电控制的智能轮椅系统，公开号：CN101897640A)，是基于单一的脑机接口应用于残疾人对轮椅的控制；又如中国专利(基于多模态脑机接口的智能轮椅，公开号：CN102309380)、中国专利(一种基于SSVEP和P300的多模态脑电开关检测方法，公开号：CN104090653A)，这些是结合多种脑电信号应用的。当前，基于脑机接口的研究应用中，主要用到的脑电信号主要有：基于运动想象的脑电信号、基于稳态视觉诱发电位(steady-statevisualevokedpotential，SSVEP)的脑电信号、基于P300的脑电信号(一种内源性的与认知功能相关的特殊的事件相关电位(eventrelatedpotentials，ERP)，其峰值出现在相关事件发生后的300ms左右)、基于事件相关电位(ERP)的脑电信号，以及基于慢性层电位(SCP)的脑电信号等。这些脑电信号是比较具有规律和科学性，非常适用于实际生活应用中。近些年，随着脑机接口技术的进一步发展及推广，出现了有基于脑机接口的鼠标控制的因特网浏览方法、无线遥控车系统等；然而，目前还尚未出现有用脑电波来实现操控护理床的辅助设备，倘若长期卧床的瘫痪病人能根据自己真实的意愿，借助自己的脑电波来操控护理床以实现他们卧床时的侧翻身、起背、大便、曲腿等动作，这不仅可以根据他们自己的真实意愿来操作改变他们卧床时的姿势，极大地改善了他们的生活质量，同时也减少了护理的劳动负荷以及促进了他们的自我保健系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于脑机接口的智能护理装置。本专利技术的另一目的在于提供一种基于脑机接口的智能护理方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于脑机接口的智能护理装置，包括计算机，分别与计算机相连的视觉刺激屏、脑电采集仪，还包括与计算机相连的STM32控制器，以及分别与STM32控制器相连的电动护理床、报警器。所述的脑电信号采集仪包含脑电信号采集仪本体，以及与脑电信号采集仪本体相连的脑电电极帽选取国际10-20系统电极中的12个通道“FZ”、“FCz”、“Cz”、“CPz”、“Pz”、“Oz”、“P3”、“P4”、“P7”、“P8”、“O1”、“O2”，并使这些电极处于其标准的电极位置。所述的脑电信号采集仪本体与脑电电极帽之间注入导电胶。以确保电极与脑电采集仪的导电性能良好。所述的视觉刺激屏的垂直高度方向、左右水平方向、前后方向以及多角度均可调。使用者根据自己的习惯和需求，调整好视觉刺激屏的位置，确保平躺、侧翻等状态下都能够有一个较好的视觉。所述的电动护理床的操作功能是由STM32控制器通过接收控制指令后，驱动CMOS模拟开关芯片MAX308，使其相应的通道选通，从而可以控制电动护理床工作状态；每操作完一个功能后，STM32控制器会记录护理床当前已执行的每一功能对应的次数并通过USB通讯反馈给计算机，每个功能操作持续时间由设定的参数决定。本专利技术的另一目的通过以下的技术方案实现：一种基于脑机接口的智能护理方法，包含以下顺序的步骤：S1.调整好视觉刺激屏的位置，确保在平躺、侧翻等状态下都能够有一个较好的视觉刺激；S2.系统初始化并设置系统的相关参数：唤醒控制器功能键位置、控制器每次执行操作护理床的时间，以及操作护理床单一功能时能连续操作的次数即操作安全值的设定；S3.打开操作界面并开启视觉刺激屏，利用人脑对不同的事物、运动或认知活动会产生不同的脑电信号特点，用户通过注视视觉刺激屏(即功能键显示界面)上相应的闪烁功能键来表达操控护理床的意图，促使大脑皮层上产生脑电信号；S4.使用脑电电极帽对该信号进行采集，并将此信号通过脑电采集仪本体滤波、放大、及模数转换处理后，采用Expresscard转并口技术将数据传至计算机；S5.计算机根据控制器的状态，对采集的脑电信号进行两种不同的处理方式：若控制器处于“待唤醒”状态，则进行SSVEP检测和P300电位检测；若处于“待接收控制指令”状态，则只进行P300电位检测；然后，转换为控制指令；S6.控制器接收到计算机的唤醒指令后，控制器立马进入到“待接收控制指令”状态，通过接收到的控制指令，可以对护理床一次相应的工作状态操作或是一次人工求助呼唤；控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：包括两两相互连接的视觉刺激屏、脑电信号采集仪、计算机，还包括与计算机相连的STM32控制器，以及分别与STM32控制器相连的电动护理床、报警器。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：包括计算机，分别与计算机相连的视觉刺激屏、脑电采集仪，还包括与计算机相连的STM32控制器，以及分别与STM32控制器相连的电动护理床、报警器；其工作过程如下：S1.调整好视觉刺激屏的位置，确保在平躺、侧翻等状态下都能够有一个较好的视觉刺激；S2.系统初始化并设置系统的相关参数：唤醒控制器功能键位置、控制器每次执行操作护理床的时间，以及操作护理床单一功能时能连续操作的次数即操作安全值的设定；S3.打开操作界面并开启视觉刺激屏，利用人脑对不同的事物、运动或认知活动会产生不同的脑电信号特点，用户通过注视视觉刺激屏上相应的闪烁功能键来表达操控护理床的意图，促使大脑皮层上产生脑电信号；S4.使用脑电电极帽对该信号进行采集，并将此信号通过脑电采集仪本体滤波、放大、及模数转换处理后，采用Expresscard转并口技术将数据传至计算机；S5.计算机根据控制器的状态，对采集的脑电信号进行两种不同的处理方式：若控制器处于“待唤醒”状态，则进行SSVEP检测和P300电位检测；若处于“待接收控制指令”状态，则只进行P300电位检测；然后，转换为控制指令；S6.控制器接收到计算机的唤醒指令后，控制器立马进入到“待接收控制指令”状态，通过接收到的控制指令，可以对护理床一次相应的工作状态操作或是一次人工求助呼唤；控制器每操作一个功能都会进行记录并反馈给计算机，然后其恢复到“待唤醒”状态；S7.计算机判断当前用户操作护理床的各功能是否有达到步骤S2中预先设置的安全值；若有功能超过设定的值，则关闭该操作功能并提示；此时，用户需执行一次该功能相反的操作就可使其恢复正常。2.根据权利要求1所述的基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：所述的脑电信号采集仪包含脑电信号采集仪本体，以及与脑电信号采集仪本体相连的脑电电极帽选取国际10-20系统电极中的12个通道“FZ”、“FCz”、“Cz”、“CPz”、“Pz”、“Oz”、“P3”、“P4”、“P7”、“P8”、“O1”、“O2”，并使这些电极处于其标准的电极位置。3.根据权利要求2所述的基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：所述的脑电信号采集仪本体与脑电电极帽之间注入导电胶。4.根据权利要求1所述的基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：所述的视觉刺激屏的垂直高度方向、左右水平方向、前后方向以及多角度均可调。5.根据权利要求1所述的基于脑机接口的智能护理装置，其特征在于：所述的电动护理床的操作功能是由STM32控制器通过接收控制指令后，驱动CMOS模拟开关芯片MAX308，使其相应的通道选通，从而可以控制电动护理床工作状态；每操作完一个功能后，STM32控制器会记录护理床当前已执行的每一功能对应的次数并通过USB通讯反馈给计算机，每个功能操作持续时间由设定的参数决定。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李远清，彭能能，张瑞，王斐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44