基于脑‑机接口的昏迷自动报警系统及报警方法与流程

本发明涉及一种昏迷自动报警系统，具体涉及基于脑-机接口的昏迷自动报警系统及报警方法。

背景技术：

拨打急救热线是现在意外状况发生最常见的寻求救援方式，但是这种方式既要求拨号者神志清醒又要求能够保证及时性。在现实生活中，事故发生后常有遇险者昏迷的状况发生，此时只能依靠旁观者的及时发现来确保寻求救援，大大延误了治疗时间。

脑-机接口是一个新领域，目前已经在理论上被证明可行，国内外一些研究机构也在实验室中研制出一些相应的设备，如用脑电控制电脑光标的移动。在神经修复、运动功能感觉功能的修复上均有一定的研究成果，体现出了极大的价值。

目前存在的智能报警系统如车载交通事故智能报警系统、昏倒报警器等大多利用传感器所获得信号来判断是否报警，这样的系统存在以下问题：

1、探得信号并非来源于使用者的生命体征，准确性低，误报率高，需要使用者频繁的进行人工取消。

2、传统的报警系统仅适用于某一日常行为，如车载交通事故智能报警系统只适用于驾驶，并不具有普适性，而昏倒报警器需要判断使用者是否倒下，在现实生活中的应用情景偏少，不利于家人对老人真实情况的了解，不利于在实际中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于脑-机接口的昏迷自动报警系统及报警方法，它具有结构简单，适用于多方面的生活情境且安全可靠，使用效果好，能满足昏迷报警的需求的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于脑-机接口的昏迷自动报警系统，包括依次串联的信号采集模块、信号处理模块、信号传输模块、智能终端；所述信号采集模块采集使用者的脑电信号，并对脑电信号进行放大、滤波和模数转换处理，然后将处理后的信号传输给信号处理模块，信号处理模块对处理后的信号进行快速傅里叶变换、特征提取和特征识别，将识别出来的信号特征与设定阈值进行比较，若超出设定阈值，则信号传输模块向智能终端发出报警信号，如果在设定时间段内智能终端没有接收到取消报警信号的指令，则智能终端会向急救站发出报警信号。

所述信号采集模块，包括有依次串联的采集原始脑电信号的电极帽、信号放大器、滤波电路、A/D转换模块；所述A/D转换模块与信号处理模块相连；所述电极帽采集使用者的脑电信号，并将脑电信号送入信号放大器进行放大，放大后的信号送入滤波电路进行滤波处理，滤波处理后的信号送入A/D转换模块进行模数转换，最后得到模数转换后的脑电信号，模数转换后的脑电信号送入信号处理模块。

所述电极帽采用4个EEG信号贴片电极，按照“10/20国际脑电记录系统”在颞叶和顶叶分别各设置两个。所述滤波电路为0.5HZ到4HZ的带通滤波器。

所述信号处理模块，包括依次连接的快速傅里叶变换模块和特征提取与特征识别模块，所述快速傅里叶变换模块与信号采集模块连接，所述特征提取与特征识别模块与信号传输模块连接。

所述快速傅里叶变换模块，将接收到信号由时域转换为频域；所述特征提取与特征识别模块用于对频域信号进行特征提取与识别，得到使用者大脑发出的信号特征，将设定时间段内的信号的峰值与设定的昏迷阈值进行比较，若超出阈值则为昏迷状态，若未超出阈值则处于非昏迷状态；最后生成逻辑控制信号，逻辑控制信号输出到信号传输模块中。

所述信号传输模块，包括依次连接的接收单元和输出单元，输出单元通过蓝牙与智能终端相连接；接收单元接收到来自信号处理模块的逻辑控制信号后，传输给输出单元，输出单元通过蓝牙将逻辑控制信号输出到智能终端。

所述智能终端，包括蓝牙，蓝牙接收到信号传输模块的逻辑控制信号后，将逻辑控制信号传输给拨号模块，拨号模块与反馈模块和GPS定位模块连接，若拨号模块接在设定时间内收到反馈模块的取消拨号指令，则取消拨号，若拨号模块未接收到反馈模块的取消拨号指令，则向急救中心发出拨号，拨号模块通过语音播报预先录制好的报警信息和GPS定位模块的定位信息。

基于脑-机接口的昏迷自动报警方法，包括如下步骤：

步骤(1)：电极帽采集使用者的脑电信号；

步骤(2)：对电极帽采集到的脑电信号进行预处理，所述预处理包括放大、滤波和模数转换处理；

步骤(3)：对预处理后的脑电信号进行傅里叶变换、特征提取和特征识别；

步骤(4)：智能终端接收逻辑控制信号，在设定时间段内接收到使用者的反馈指令后，采取不报警措施，若在设定时间段内未接收到使用者的反馈指令，则采取报警措施。

所述步骤(1)的采集过程为：电极帽的四个电极贴片按照“10/20国际脑电记录系统”紧贴使用者头皮，采集来自使用者颞叶和顶叶脑区脑电信号中的自发脑电。在脑电波信号出现时，对脑电信号进行采集。

所述步骤(2)的步骤为：采用二级放大电路，对脑电信号进行放大；采用带通滤波器，对放大后的信号进行滤波，排除噪声干扰；进行模数转换，将滤波处理后的信号转换成数字信号。

所述步骤(3)的步骤为：对预处理后的脑电信号进行快速傅里叶变换，将经过预处理的信号从时域信号转换为频域信号，得到脑电信号的频率分布，对信号幅度进行分析，若幅度在持续设定时间段内超过设定阈值，则向信号传输模块输出逻辑控制信号。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、所采用的结构简单，无需使用者手动进行，佩戴设备后设备将持续工作，且由于信号来源于使用者的生命体征，误报率低，且具有误报反馈系统，杜绝误报情况的发生，使用者可放心使用无需担心误打报警电话。

2、适用情景范围广。本发明对于车祸事故现场的及时报警，驾驶员驾车途中的驾驶状态监测，独居老人的监护，医院重症病患的监护及用药后患者状态监测等场景均有较强适用性。

3、基于脑-机接口的昏迷自动报警系统是利用人脑自发的脑电信号实现昏迷状态下自动拨打急救电话的系统。仅仅依靠脑电信号，实现驾驶、运动、老人监护、医院重症患者监护等生活中多种场景下的昏迷自动报警功能。本系统实现了昏迷第一时间报警，第一时间求救的功能，能够为抢救患者性命节省大量宝贵时间。

附图说明

图1是本发明的整体原理图；

图2是本发明信号采集模块原理框图；

图3是本发明信号处理模块原理框图；

图4是本发明信号传输模块原理框图；

图5是本发明智能终端模块内部框图；

图6是本发明整体实行步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种基于脑-机接口的昏迷自动报警系统，以智能终端拨号报警作为控制目的，利用自发电位中昏迷的信号特征，设计出了一套以脑电自发电位控制智能终端在使用者昏迷后实现自动报警的系统。

如图1所示，本发明基于脑-机接口的昏迷自动报警系统，包括有依次串联连接的信号采集模块、信号处理模块、信号传输模块、智能终端。所述信号采集模块主要通过电极采集人体自发电位信号，并在滤波后进行A/D转换，获得数字信号。所述信号处理模块利用快速傅里叶转换从来自信号采集模块的数字信号中提取出特征值并与设定阈值比较，获得控制信号通过信息传输模块使用蓝牙传递给智能终端，实现对智能终端的控制。智能终端在接收到报警信号后，将进行GPS定位与向使用者的反馈。

如图2所示，所述信号采集模块包括有依次串联的采集原始脑电信号的电极帽、信号放大器、滤波电路、A/D转换模块。所述电极帽采用的EEG信号采集电极按照“10/20国际脑电记录系统”设置。所述滤波电路为0.5HZ到4HZ的带通滤波器。A/D转换模块输出端与信号处理模块相连。

如图3所示，所述信号处理模块，包括依次连接的快速傅里叶变换模块和特征提取与特征识别模块，所述快速傅里叶变换模块与信号采集模块连接，所述特征提取与特征识别模块与信号传输模块连接。

所述快速傅里叶变换模块，将接收到信号由时域转换为频域；所述特征提取与特征识别模块用于对频域信号进行特征提取与识别，得到使用者大脑发出的信号特征，将设定时间段内的信号的峰值与设定的昏迷阈值进行比较，若超出阈值则为昏迷状态，若未超出阈值则处于非昏迷状态；最后生成逻辑控制信号，逻辑控制信号输出到信号传输模块中。

如图4所示，所述信号传输模块，包括依次连接的接收单元和输出单元，输出单元通过蓝牙与智能终端相连接；接收单元接收到来自信号处理模块的逻辑控制信号后，传输给输出单元，输出单元通过蓝牙设备将逻辑控制信号输出到智能终端。

如图5所示，所述智能终端，包括蓝牙，蓝牙接收到信号传输模块的逻辑控制信号后，将逻辑控制信号传输给拨号模块，拨号模块与反馈模块和GPS定位模块连接，若拨号模块接在设定时间内收到反馈模块的取消拨号指令，则取消拨号，若拨号模块未接收到反馈模块的取消拨号指令，则向急救中心发出拨号，拨号模块通过语音播报预先录制好的报警信息和GPS定位模块的定位信息。

如图6所示，本发明基于脑-机接口的昏迷自动报警方法，包括如下步骤：

步骤1，佩戴电极帽，采集使用者脑电信号；

采集过程为：将电极帽四个电极贴片按照“10/20国际脑电记录系统”紧贴使用者头皮，采集来自使用者颞叶和顶叶脑区脑电信号中的自发脑电。在脑电波信号出现时，对脑电信号进行采集；

步骤2，对于电极帽采集到的脑电信号进行预处理；

处理步骤为：采用二级放大电路，放大倍数达到10000倍，对信号进行放大。δ波的信号频率范围为0.5HZ-4HZ，在成年人极度劳累的昏睡或麻醉状态下出现。因此采用0.5HZ-4HZ的带通滤波器，对放大后的信号进行滤波，排除δ波之外的其他脑电波及噪声干扰。进行模数转换，将滤波处理后的信号转换成数字信号；

步骤3，对预处理后的信号进行特征处理和特征转换；

过程为：进行快速傅里叶变换，将经过预处理的信号从时域信号转换为频域信号，得到此时大脑自发信号的频率分布，对信号幅度进行分析，幅度在持续一定时间(3s以上)内超过设定阈值，则向信号传输模块输出报警信号；

步骤4，智能终端接收逻辑控制信号，并在进行反馈后采取预定措施；

该步骤过程为：来自信号处理模块的逻辑控制信号，即报警信号，经由信号传输模块通过蓝牙传达至智能终端。智能终端接收到报警命令后，采取预先设定的反馈措施，提醒使用者取消报警。在预设时间(10s)内未取消的情况下，智能终端将拨通120急救热线，播放预先录制好的求救语音并将GPS导航系统所定位的位置通过语音告知急救站。

本实施例所述的基于脑机接口昏迷自动报警系统及报警方法，其具体情况如下：

采用四贴片EEG电极帽来记录头皮脑电信号。本实施例在人的深睡阶段采集脑电信号，故无需特别考虑眼电尾迹影响。脑电信号以30Hz的频率采样，并在0.5至4Hz的范围内进行带通滤波。脑电采集过程中，所有电极的阻抗值皆为5KΩ以下。智能终端设备选取安卓手机，为防止影响医院工作，预设求救热线为个人手机号码。

过程如下：在受试者头皮电极分布局部涂抹电极膏，佩戴电极帽自然睡眠，当受试者进入深睡阶段时，δ波出现并被带通滤波器滤波，3s后智能终端设备请求受试者取消报警，并在10s后拨打预设手机号码求救热线。

此外，使用δ波音乐催眠或对受试者进行麻醉，智能终端均能较快进行报警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。