一種針對(duì)漸凍癥患者的智能家居系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)漸凍癥患者的智能家居系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)，俗稱為漸凍癥，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)控制骨骼肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元退化所致。從患病開始，患者身體會(huì)慢慢無法運(yùn)動(dòng)，猶如被漸漸凍結(jié)，所以會(huì)嚴(yán)重影響患者的正常行為活動(dòng)。雖然漸凍癥在我國(guó)引起了廣泛的關(guān)注，但其治療手段仍不健全，日常護(hù)理效果也極為有限。漸凍癥患者的護(hù)理中，醫(yī)護(hù)人員及病人家屬很難對(duì)患者做到實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，以便提供及時(shí)有效的護(hù)理措施。患者由于其行動(dòng)和語言受阻，當(dāng)有需要時(shí)也難以及時(shí)聯(lián)系到護(hù)理人員，所以患者生活質(zhì)量也受到了很大的影響。
[0003]因此，如果能為漸凍癥患者提供及時(shí)溝通的方法和裝置，那么對(duì)于他們的治療和日常護(hù)理都將會(huì)具有重要意義。不僅有助于對(duì)漸凍癥患者自身需求和感受的表達(dá)，也能幫助醫(yī)護(hù)人員或者家屬對(duì)病人的護(hù)理。而我們目前普遍使用的監(jiān)護(hù)手段，與漸凍癥患者的交流和溝通還僅僅局限于語言和肢體動(dòng)作，目前廣泛使用的呼叫裝置也是需要肢體操作，不利于漸凍癥患者使用，尤其是對(duì)于重度漸凍癥患者，運(yùn)動(dòng)和語言嚴(yán)重受限，這種監(jiān)護(hù)控制裝置對(duì)他們來說根本無法滿足需求。因此，迫切需要一種能準(zhǔn)確表達(dá)患者自主意愿，且不依賴于任何語言和肢體操作的智能控制裝置。漸凍癥患者只需要通過依靠神經(jīng)功能或者軀體微小運(yùn)動(dòng)就可以來啟動(dòng)和控制裝置，不涉及其他的肢體或者語言操作，這樣才能方便存在運(yùn)動(dòng)和語言障礙的漸凍癥患者使用，也可幫助護(hù)理人員對(duì)患者的護(hù)理。與此同時(shí)，目前的病人監(jiān)護(hù)控制系統(tǒng)基本上都是單一模式的識(shí)別控制，只能實(shí)現(xiàn)呼叫報(bào)警等單一功能。而漸凍癥患者需要全方位的護(hù)理，所以能實(shí)現(xiàn)多種功能的多模式智能家居控制裝置對(duì)于他們的生活是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)漸凍癥患者的智能家居系統(tǒng)，針對(duì)行動(dòng)和語言有障礙的漸凍癥患者，設(shè)計(jì)了一種智能家居系統(tǒng)，當(dāng)漸凍癥患者有需要時(shí)，只需要通過自主眨眼和集中注意力來啟動(dòng)和控制該智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種模式控制功能之間的切換和選擇，從而可實(shí)現(xiàn)意念控制，而對(duì)語言或者行動(dòng)沒有要求，可以為日常護(hù)理工作提供多項(xiàng)便利，減少醫(yī)護(hù)人員和漸凍癥患者的負(fù)擔(dān)。
[0005]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]—種針對(duì)漸凍癥患者的智能家居系統(tǒng)，包括腦電信號(hào)采集單元、傳輸單元、PC處理單元和選擇控制單元；腦電信號(hào)采集單元采集腦電信號(hào)并放大、數(shù)字化，然后通過傳輸單元以藍(lán)牙通信的方式無線發(fā)送到PC處理單元，PC處理單元收到信號(hào)后首先進(jìn)行預(yù)處理，再將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過eSense?算法得到注意力信號(hào)和眨眼信號(hào)，最后將這兩個(gè)信號(hào)生成控制信號(hào)，再通過藍(lán)牙將控制信號(hào)傳送到家居控制端完成控制。
[0007]所述的腦電信號(hào)采集單元包括TGAM芯片、藍(lán)牙裝置、屏蔽線、電極和電池，TGAM芯片的EEG信號(hào)電極端、REF參考電極端、GND接地端、EEG屏蔽端和REF參考屏蔽端分別和采腦電信號(hào)電極的對(duì)應(yīng)端口相連接，其中REF參考電極端為信號(hào)的基準(zhǔn)，EEG信號(hào)電極端采集到的信號(hào)去掉REF參考電極端采集到的基準(zhǔn)信號(hào)就可得到實(shí)際的腦電信號(hào)，GND接地端是為了保證電路工作電壓有相同的電平基準(zhǔn)，EEG屏蔽端和REF參考屏蔽端是為了對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行保護(hù)屏蔽，減少外界干擾影響；除此之外，TGAM芯片自帶有藍(lán)牙裝置，通過供電電壓VCC端、TX輸出端和GND接地端與藍(lán)牙相連接，相同的供電電壓和接地使藍(lán)牙和TGAM主板只需要一種供電，同時(shí)TX輸出端的連接使得采集到的信號(hào)能直接傳輸?shù)剿{(lán)牙。
[0008]所述的EEG信號(hào)電極端和REF參考電極端采用干電極來提取信號(hào)。
[0009]所述的傳輸單元是將腦電信號(hào)采集單元的信號(hào)與PC處理單元的信號(hào)輸入端通過串口通信的方式無線藍(lán)牙傳輸。
[0010]所述的PC處理單元，首先對(duì)采集的原始腦電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，過濾掉噪聲，再將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過eSense?算法進(jìn)行模式判別，解讀出當(dāng)前使用者精神狀態(tài)的eSense ?參數(shù)，得到注意力信號(hào)參數(shù)和眨眼信號(hào)參數(shù)。
[0011]所述的選擇控制單元，將提取到的注意力和眨眼特征值作為輸入配合來進(jìn)行選擇控制，將眨眼作為啟動(dòng)和步進(jìn)信號(hào)，注意力作為選擇信號(hào)，并將該過程做成一個(gè)可視化的界面，界面直觀反映出被控智能家居當(dāng)前的狀態(tài)及可選擇的的控制目錄，將選擇控制的信號(hào)發(fā)送到需要被控制的接收端，接收端接收后完成控制，控制信號(hào)的發(fā)送和接收通過藍(lán)牙來完成的，在電腦發(fā)送端和家居控制端分別裝上藍(lán)牙并進(jìn)行匹配，就可通過藍(lán)牙使控制端接收到電腦發(fā)送的操作信號(hào)，從而完成對(duì)家居設(shè)備的控制。
[0012]本發(fā)明采用TGAM芯片采集腦電信號(hào)，再經(jīng)過eSense?算法處理得到注意力和眨眼信號(hào)，在此基礎(chǔ)上生成操作信號(hào)并經(jīng)藍(lán)牙傳輸實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)基本控制功能。該裝置所采用的核心芯片為低功耗芯片，集成度高，成本低，體積??；傳輸過程都通過無線藍(lán)牙完成，易于移動(dòng)，方便使用；還為患者提供了可視化選擇控制界面，方便患者查看和操作。本發(fā)明為有行動(dòng)和語言障礙的漸凍癥患者提供了一種人性化的智能家居控制裝置，具有重要的實(shí)驗(yàn)研究?jī)r(jià)值。
[0013]本研究的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]1.本發(fā)明注重于漸凍癥患者的自主意識(shí)控制，通過采集腦電信號(hào)并進(jìn)行分析處理得到患者的注意力和眨眼信息，然后結(jié)合這兩個(gè)特征值來控制整個(gè)裝置。
[0015]2.本發(fā)明通過采集漸凍癥患者的腦電來進(jìn)行控制，對(duì)行動(dòng)和語言沒有要求，適合這兩方面有障礙的患者，只需要通過集中注意力和自主眨眼就能實(shí)現(xiàn)功能，非常方便患者使用。
[0016]3.本發(fā)明使用TGAM及其輔助電路采集腦電信號(hào)，該芯片集成度高，成本低，裝置構(gòu)造精簡(jiǎn)，使得整套裝置的成本降到了最低，其價(jià)格在大部分患者的消費(fèi)承受能力范圍內(nèi)，有較大的使用市場(chǎng)。
[0017]4.本發(fā)明采用的提取注意力信號(hào)的eSense?算法已得到了廣泛認(rèn)可和使用，相對(duì)成熟，使用簡(jiǎn)便，可以得到比較準(zhǔn)確的注意力數(shù)值。
[0018]5.本發(fā)明的信號(hào)傳輸均通過藍(lán)牙無線傳輸，不使用電力線，易于使用和移動(dòng)。在有效范圍內(nèi)可以越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求，方便患者使用。
[0019]6.本發(fā)明設(shè)計(jì)了人性化的可視選擇控制界面，將控制的狀態(tài)和結(jié)果實(shí)時(shí)顯示回饋，方便患者查看和操作。
[0020]7.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多模式智能控制，能幫助漸凍癥患者實(shí)現(xiàn)多種控制功能，解決患者的多個(gè)基本生活問題，為患者和護(hù)理人員提供極大便利。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明硬件工作流程示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的TGAM模塊硬件連接示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明做詳細(xì)敘述。
[0025]如圖1所示，一種針對(duì)漸凍癥患者的智能家居系統(tǒng)，包括腦電信號(hào)采集單元、傳輸單元、PC處理單元和選擇控制單元；腦電信號(hào)采集單元采集腦電信號(hào)并放大、數(shù)字化，然后通過傳輸單元以藍(lán)牙通信的方式無線發(fā)送到PC處理單元，PC處理單元收到信號(hào)后首先進(jìn)行預(yù)處理，再將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過eSense?算法模式判別得到注意力信號(hào)和眨眼信號(hào)，最后將這兩個(gè)信號(hào)生成控制信號(hào)，再通過藍(lán)牙將控制信號(hào)傳送到家居控制端完成控制。
[0026]參照?qǐng)D2，所述的腦電信號(hào)采集單元包括TGAM芯片、藍(lán)牙裝置，屏蔽線，電極和電池，TGAM芯片的EEG信號(hào)電極端、REF參考電極端、GND接地端、EEG屏蔽端和REF參考屏蔽端分別和采腦電信號(hào)電極的對(duì)應(yīng)端口相連接，其中REF參考電極端為信號(hào)的基準(zhǔn)，EEG信號(hào)電極端采集到的信號(hào)去掉REF參考電極端采集到的基準(zhǔn)信號(hào)就可得到實(shí)際的腦電信號(hào)，GND接地端是為了保證電路工作電壓有相同的電平基準(zhǔn)，EEG屏蔽端和REF參考屏蔽端是為了對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行保護(hù)屏蔽，減少外界干擾影響；除此之外，TGAM芯片自帶有藍(lán)牙裝置，通過供電電壓VCC端、TX輸出端和GND接地端與藍(lán)牙相連接，相同的供電電壓和接地使藍(lán)牙和TGAM主板只需要一種供電，同時(shí)TX輸出端的連接使得采集到的信號(hào)能直接傳輸?shù)剿{(lán)牙。整個(gè)模塊的電源通過正負(fù)極端與藍(lán)牙相連。整個(gè)采集單元總體功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、壽命長(zhǎng)，這些特點(diǎn)都適合漸凍癥患者的長(zhǎng)期臨床使用，通過采集腦電信號(hào)提取特征值，把患者的自主意識(shí)作為控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)意念控制。
[0027]所述的TGAM芯片模塊，它集成了腦電信號(hào)的采集、放大和A/D轉(zhuǎn)換等功能。集成度高，使用方便。
[0028]所述的EEG信號(hào)電極端和REF參考電極端采用干電極來提取信號(hào)，采樣率為512Hz，硬件濾波為3Hz-100Hz，運(yùn)行電壓為2.97-3.63V