三位一体帽式智能监测预警系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及监测与可穿戴智能设备领域。更具体地说，本发明涉及一种三位一体 帽式智能监测预警系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 轻微型肝性脑病（MHE)以隐匿性神经、运动障碍为特点，易发展成临床型肝性脑 病，虽然是肝性脑病中最轻的一种形式，但发病时往往在医疗机构之外，脱离监护环境，短 暂的运动障碍容易造成跌倒、创伤和交通意外，因此早期诊断干预就显得尤为重要。现有研 究主要以主观方法和被动评估为主的行为学诊断，存在被动主观因素，在患者发病后才开 始监测，存在严重的滞后性，对于意外伤害的预防几乎已无实际意义，基于此，急需对目标 人群施以客观评估及预防性的主动监测，以利于及早发现、及时处理，从而减少肝病患者的 致病致残几率。
[0003] 人的大脑，特别是皮层细胞，无需任何外界刺激，存在着频繁的自发电活动。脑电 极能够记录到脑部大量神经元活动的反应电位，低至微伏级，这种电活动的电位随时间的 波动成为脑电图（Electroencephalograph，EEG)。当前关于肝性脑病的监测主要是常规脑 电图监测，然后分析异常信号，是一种非特异性滞后性监测。实际上肝性脑病发作时由于大 脑皮质损伤、脑代谢改变导致功能性电位变化，形成特征波形，这种病理性大脑组织的电活 动及特殊大脑的功能状态，理论上在EEG中是可辨识的，虽然目前大量脑电生理学证据虽 表明MHE患者的脑结构和功能存在显著变化，但大部分研究只通过脑结构参数（如体积等） 和功能参数（如功能连接等）在波形上的差异进行检测，结果需要专业人员进行专业性监 测与判读，可利用性差；而常规检测又会忽视这些异常的空间分布及其异常的特征性电信 号与临床表征之间的联系。
[0004] 本发明在前期研究和预实验基础上发现：肝性脑病患者存在特征性脑病波，进行 特征性脑电监测及其预测模型可为MHE提供潜在的客观信息，因此MHE的特征性EEG可以 客观的在肝性脑病患者发病前通过动态监测捕捉到这种特征波形，起到预警与检测作用。
[0005] 现有的脑电图采集方法是利用在头皮上安装电极将细胞的电活动引出来并经脑 电图机放大后记录下来得到，头皮电极需专门装置固定，并且需经过训练的专业人员操作。 发明专利CN201320486784公开了一种脑电图采集装置，主要为一种新型的吸盘式磁性电 极设计，但所采用的测量方法仍然是传统的头皮电极方式，使用不便，且需要使用专门的脑 电图采集装置。
[0006] 此外，现有的脑电监测多采用专业检测，结果由专业医师判读，即使一些移动医疗 设备，也需要专业解读，不适于日常监测使用。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优 点。
[0008] 本发明还有一个目的是提供一种三位一体帽式采集电极，其可精确定位MHE异常 波形的表面电位点，通过在帽中附加抗干扰电极，提高精度，以减少外界干扰，所述三位一 体帽式采集电极适应性强、可接受程度高、实用达到常规监测目的。
[0009] 本发明还有一个目的是设计一种三位一体帽式智能监测预警系统，对脑电波进行 实时监控，并在疾病发作前预警及定位，使监护人可以即时获取病人的身体状态，进行适合 的处理。
[0010] 本发明还有一个目的是提供一种用于监测预警系统的控制方法，以期更适用于日 常监测使用。
[0011] 为了实现这些目的和其它优点，本发明提供了一种三位一体帽式智能监测预警系 统，其包括：
[0012] 信号采集单元，其呈帽式结构，以佩戴于人头部，所述信号采集单元包括一框架及 固定于所述框架不同位置的三个电极，所述电极用于采集人头部脑电信号；
[0013] 信号处理单元，其接收自所述信号采集单元发出的脑电信号，将所述脑电信号转 化为特征向量信号，并对所述特征向量信号进行存储及输出；
[0014] 智能评估单元，其通过多参数向量特征识别模块接收所述信号处理单元发出的所 述特征向量信号，并通过深度学习多参数训练模块对所述特征向量信号进行分类及预警判 定，所述智能评估单元发出预警信号或对所述特征向量信号进行存储；以及，
[0015] 定位单元，其接收所述智能评估单元发出的预警信号，并输出定位信号。
[0016] 优选的是，其中，所述信号采集单元还包括内置的防电磁干扰模块。
[0017] 优选的是，其中，所述三个电极分别贴敷于额头及两侧颞叶。
[0018] 优选的是，其中，所述电极为纯银电极、纯银/氯化银镀层电极或银/氯化银粉末 烧结电极。
[0019] 优选的是，其中，所述信号处理单元包括依次电连接的电信号输入通道、信号放大 电路、滤波电路、信号解调模块、输出通道及数据存储模块；所述信号处理单元采用嵌入式 系统或单片机作为处理核心。
[0020] 优选的是，其中，信号处理单元通过无线或有线的形式接收外部控制信号。
[0021] 本发明的目的还可以进一步由一种智能监测预警控制的方法来实现，其采用上述 的三位一体帽式智能监测预警系统进行控制，该方法包括以下步骤，
[0022] 步骤一、采用设于人头部不同位置的电极进行脑电信号采集；
[0023] 步骤二、以固定时间为单位，对脑电信号进行低频、高频滤波处理，再将连续小波 与所述脑电信号做卷积，构建出时频信号，并从所述时频信号中使用短时傅立叶变换，通过 不同的窗口分解出S、θ、α节律作为三特征脑波，构建出多参数向量，利用深度学习方法 对所述多参数向量进行优化，筛选得到多参数向量中三特征脑波模式对应的特征向量以及 对应的特征向量参数；
[0024] 步骤三、对优化后的多参数向量进行分类，将所述特征向量与经过深度学习所得 到的模式相比较，当相似度超过预先设定的阈值时，则触发定位单元，并启动预警。
[0025] 优选的是，其中，步骤二中，所述三特征脑波计算公式为，
[0028] 其中，x(t)为经过低频、高频滤波处理的脑电信号，X(t)是经过连续小波处理得 到的时频信号，a、b为针对具体情况所设定的实数，Φ (t)为母小波，fa' -t)为分析窗。
[0029] 优选的是，其中，步骤三中，采用支持向量机对优化后的多参数向量进行分类。
[0030] 优选的是，其中，所述定位单元将定位信息及预警信号以可传输数据的通讯形式 发送至目标单元。
[0031] 本发明至少包括以下有益效果：1)用户可以一直穿戴本发明所涉及的三位一体 帽式智能监测预警系统而不影响日常活动；2)三位一体帽式电极系统所需电极少，结构灵 活，方便佩戴；3)目前尚无通过深度学习以及支持向量机进行脑波分类预警的系统；4)本 发明所涉及的三位一体帽式智能监测预警系统可在发病时即刻通知监护人，告知其病人所 在位置以及发病状态。
[0032] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0033] 图Ia为本发明一实施例所述的三位一体帽式智能监测预警系统正面结构示意 图；
[0034] 图Ib为本发明一实施例所述的三位一体帽式智能监测预警系统侧面结构示意 图；
[0035] 图Ic为本发明一实施例所述的三位一体帽式智能监测预警系统顶部结构示意 图；
[0036] 图2为本发明一实施例所述的三位一体帽式智能监测预警系统流程框图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0038] 本发明公开了一种用于亚临床肝性脑病的三位一体帽式智能监测预警系统，其使 用三位一体帽式电极系统采集亚临床肝性脑病的特征性脑电信号，由