一种融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备及方法技术

本发明专利技术公开一种融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备及方法，涉及脑科学与神经工程交叉技术领域，设备由磁感应线圈、电刺激电极、红外激光灯、OLED屏、立体音响、脑电帽及对应的驱动模块，结合电源管理模块、通讯模块、主控模块及云端脑疲劳判断模型构成。设备通过脑电帽采集脑电信号，经主控模块预处理上传至云端模型，模型基于随机森林算法判断疲劳状态并反馈给主控模块，主控模块据此动态调节多物理场刺激参数。该设备具备多物理场协同刺激提升缓解效果、基于脑电反馈闭环自适应调控实现个性化干预、高精度动态调节适配不同疲劳状态等技术优势，适用于长期脑力工作者和特殊职业人群，可实现脑疲劳的动态监测与主动缓解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于脑科学与神经工程交叉，具体涉及一种融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备及方法，尤其适用于通过磁、电、红外激光、可见光、声多模态协同刺激与闭环反馈调控实现脑疲劳状态的动态监测与主动干预。

技术介绍

1、随着现代社会工作强度增加，脑力疲劳已成为影响认知效能与健康的核心问题。现有疲劳干预技术主要依赖单一物理场刺激或静态参数方案，存在显著局限性：在刺激模式方面，经颅磁刺激设备(如cn116510183a)仅能通过磁场调节神经活动，无法协同其他物理场实现增效干预；电刺激装置(如cn223009651u)聚焦局部电流刺激，缺乏同步调控脑区代谢的能力；声光刺激设备(如cn120000913a)则采用固定参数输出，难以适配疲劳状态的动态演变。在控制策略上，现有技术多采用开环模式，例如传统脑电监测系统仅采集脑电信号用于脑力疲劳状态评估，未与刺激模块形成闭环联动，导致参数调节滞后于生理变化。尽管研究证实磁刺激、红外激光、声光等物理场具有互补干预潜力，但现有技术尚未攻克多物理场硬件集成与协同调控的难题——磁、电、红外激光、可见光、声模块分立运作，缺乏基于生理反馈的本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于，包括：磁感应线圈、电刺激电极、红外激光灯、OLED屏、立体音响、脑电帽、磁刺激驱动模块、电刺激驱动模块、红外激光刺激驱动模块、可见光刺激驱动模块、声刺激驱动模块、脑电采集模块、电源管理模块、通讯模块、主控模块及脑疲劳判断模型；

2.根据权利要求1所述的融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于：所述磁感应线圈设有2个，呈环形结构，外径50mm，采用直径0.2mm的高纯度无氧铜线绕制，匝数为500匝；所述磁刺激驱动模块包括双通道数模转换器、双通道压控恒流源、双路PWM发生器及双路H桥切换器；所述主控模块分别与双通道...

【技术特征摘要】

1.一种融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于，包括：磁感应线圈、电刺激电极、红外激光灯、oled屏、立体音响、脑电帽、磁刺激驱动模块、电刺激驱动模块、红外激光刺激驱动模块、可见光刺激驱动模块、声刺激驱动模块、脑电采集模块、电源管理模块、通讯模块、主控模块及脑疲劳判断模型；

2.根据权利要求1所述的融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于：所述磁感应线圈设有2个，呈环形结构，外径50mm，采用直径0.2mm的高纯度无氧铜线绕制，匝数为500匝；所述磁刺激驱动模块包括双通道数模转换器、双通道压控恒流源、双路pwm发生器及双路h桥切换器；所述主控模块分别与双通道数模转换器、双路pwm发生器电连接，用于输出控制信号；所述双通道数模转换器将主控模块输出的数字信号转换为模拟电压信号，并传输至双通道压控恒流源；所述双通道压控恒流源根据输入的模拟电压信号，生成相应的驱动电流；所述双路pwm发生器产生两路脉冲宽度调制信号，用于控制双路h桥切换器的开关状态；所述双路h桥切换器基于脉冲宽度调制信号，控制驱动电流输入至磁感应线圈的通道及通断频率；在所述磁刺激驱动模块驱动下，磁感应线圈可产生频率范围为0hz-100hz、磁场强度范围为1mt-10mt的脉冲磁场，磁场方向可在x、y、z三维空间内进行±180°切换；所述磁场的频率、强度、方向等参数，均由主控模块根据脑疲劳状态信息进行动态调节。

3.根据权利要求1所述的融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于：所述电刺激电极一共有2个，单个电刺激电极为圆形片状结构，直径为15mm，厚度为1mm；电极材质采用医用级不锈钢，表面镀有0.1mm厚的惰性铂层以降低皮肤刺激；电极通过柔性导电硅胶线与所述电刺激驱动模块连接；所述电刺激驱动模块包括数模转换器、压控恒流源、pwm发生器及h桥切换器；所述主控模块分别与数模转换器、pwm发生器电连接，用于输出控制信号；所述数模转换器将主控模块输出的数字信号转换为模拟电压信号，并传输至压控恒流源；所述压控恒流源根据输入的模拟电压信号，生成相应的驱动电流；所述pwm发生器产生脉冲宽度调制信号，用于控制h桥切换器的开关状态；所述h桥切换器基于接收到的脉冲宽度调制信号，控制驱动电流输入至电刺激电极的通道及通断频率；在所述电刺激驱动模块驱动下，电刺激电极可产生直流、正弦波、三角波、方波四种刺激形态，其中直流刺激的电流强度范围为0-2ma，正弦波、三角波、方波的频率调节范围为1hz-100hz；所述两个电刺激电极的阴阳两极可通过主控模块控制h桥切换器实现周期性或非周期性切换；所述电刺激电极的刺激形态、波形类型、频率、电极极性及电流参数，均可由主控模块根据脑疲劳状态信息进行动态调节。

4.根据权利要求1所述的融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于：所述红外激光灯为1064nm波长激光；所述红外激光刺激驱动模块包括数模转换器和功率放大器；所述主控模块与数模转换器电连接，用于输出控制信号；所述数模转换器将主控模块输出的数字信号转换为模拟电压信号，并传输至功率放大器；所述功率放大器根据输入的模拟电压信号，对电流进行放大处理后输出至红外激光灯；在所述红外激光刺激驱动模块驱动下，所述红外激光灯可实现5mw-300mw范围内的功率动态调节；所述红外激光灯的输出功率参数由主控模块依据脑疲劳判断模型回传的状态信息进行实时调控。

5.根据权利要求1所述的融合多物理场的脑力疲劳自适应缓解设备，其特征在于：所述oled屏为柔性有机发光二极管显示屏，通过柔性排线与可见光刺激驱动模块连接；所述可见...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖苇，周前祥，柳忠起，姜维胜，晏晨菲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：