CN106200975A - 一种生物反馈放松方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物反馈放松方法，包括：采集用户的脑电信号，并播放音频；检测所述脑电信号所处的状态类型；根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。相应的，本发明还公开了一种生物反馈放松装置。采用本发明实施例，能够使用户实时进行放松调节，调节效果好且调节方式简单。

Description

一种生物反馈放松方法及装置
技术领域
本发明涉及脑电技术领域，尤其涉及一种生物反馈放松方法及装置。
背景技术
现有技术中，对用户大脑进行放松调节的设备是由光电传感器及软件系统两大部分组成，其调节方式采用生物反馈技术、动态量表评估、音乐放松训练、冥想及肌肉辅助治疗，贯融心身健康工作中“发现、评估、调节、训练”等流程，即采用生物测量了解使用者情况，采用心理学方法达到调节目的。
但是，这种调节方式的操作比较复杂，需要有专业人士监督进行，而且，设备的价格高，难以普及，同时，设备需要使用者按照固定方法和流程使用，对使用者要求高。
发明内容
本发明实施例提出一种生物反馈放松方法及装置，能够使用户实时进行放松调节，调节效果好且调节方式简单。
本发明实施例提供一种生物反馈放松方法，包括：
采集用户的脑电信号，并播放音频；
检测所述脑电信号所处的状态类型；
根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
进一步地，所述检测所述脑电信号所处的状态类型，具体包括：
将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；
采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
进一步地，所述根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值，具体包括：
计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；
将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
在一个优选地实施方式中，所述状态类型为放松状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；
若是，则降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
在另一个优选地实施方式中，所述状态类型为警觉状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；
若是，则放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
相应地，本发明实施例还提供了一种生物反馈放松装置，包括：
采集模块，用于采集用户的脑电信号，并播放音频；
状态检测模块，用于检测所述脑电信号所处的状态类型；以及，
放松调节模块，用于根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
进一步地，所述状态检测模块具体包括：
信号获取单元，用于将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
特征值获取单元，用于根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；以及，
状态获取单元，用于采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
进一步地，所述特征值获取单元具体包括：
差值计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
变化率计算子单元，用于计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
相似度计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
百分比计算子单元，用于计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；以及，
特征值获取子单元，用于将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
在一个优选地实施方式中，所述状态类型为放松状态；
所述放松调节模块具体包括：
第一判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；以及，
第一调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量大于0％时，降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
在另一个优选地实施方式中，所述状态类型为警觉状态；
所述放松调节模块具体包括：
第二判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；以及，
第二调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量小于100％时，放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的生物反馈放松方法及装置，能够采集用户的脑电信号，并根据脑电信号所处的状态类型来调节音频的播放音量，使用户根据播放音量的变化获知自己当前大脑的状态，进而实时进行放松调节，能克服用户因紧张、焦虑或心理造成的失眠问题，调节效果好且调节方式简单。
附图说明
图1是本发明提供的生物反馈放松方法的一个实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的生物反馈放松方法的另一个实施例的流程示意图；
图3是本发明提供的生物反馈放松装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明提供的生物反馈放松方法的一个实施例的流程示意图，包括：
S1、采集用户的脑电信号，并播放音频；
S2、检测所述脑电信号所处的状态类型；
S3、根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
需要说明的是，用户佩戴好脑电采集设备后，脑电采集设备实时采集用户的脑电信号，并将采集到的脑电信号传入运行文件，使运行文件控制音乐播放设备播放令人轻松舒适的音频内容，该音频内容包括但不限于舒缓的音乐、具体的放松建议等。运行文件在获取用户的脑电信号后，对脑电信号进行检测，分析出该脑电信号所处的状态类型，并为用户建立个体数据库。运行文件在检测出用户的状态类型后，根据状态类型控制音频播放设备调节音频的播放音量，用户根据播放音量的变化，即可获取自己当前的大脑状态，进而经过反复训练掌握将播放音量降低的方法，从而进行放松调节。当用户实现对大脑状态的调节后，即可有效克服由紧张、焦虑或心理造成的失眠问题，调节效果好且调节方式简单。
进一步地，所述检测所述脑电信号所处的状态类型，具体包括：
将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；
采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
需要说明的是，在对脑电信号的状态类型进行检测时，先将预先训练好的分类模型载入程序，再将采集到的用户的脑电信号由时域转换为频域，进而与预先设置的各个频率的基准值进行校准，提取脑电信号的特征值，采用分类模型对提取的特征值进行分析，即可获得脑电信号所处的状态类型。其中，分类模型至少能检测出放松状态和警觉状态两种状态类型，放松状态为在用户闭眼前提下身体放松、没有肢体动作、不胡思乱想的状态。
另外，在采集用户的脑电信号时，一般会采集数秒或数十秒的脑电信号作为用户的脑电基准信号，并将用户的脑电基准信号由时域转换为频域。进而求取频域基准信号中各个频率所对应的所有脑电能量的平均值，以将各个频率的所有脑电能量的平均值作为各个频率的基准值。
在获取基准值后，还需训练出分类模型，先准备训练数据，要求被采集的用户分别进行清醒思考、清醒放松、睡觉等一系列的操作，使用户大脑处于不同状态，以便采集用户大脑处于不同状态时的脑电信号样本。进而，将采集到的每个状态下的脑电信号样本由时域转换为频域，并基于各个频率的基准值提取每个状态下的特征值，进而将各个转换阶段不清晰或是肢体动作过大的数据进行删除，剩余未删除的定义清晰的数据按照其不同状态下的实际情况进行分类，并标注上标签。其中，若有专业人士配合标注标签，则使用有监督训练；若没有专业人士配合标注标签，则使用非监督训练。训练后，将分类结果或回归结果与预期进行对比，并根据对比结果对训练后获得的分类模型进行迭代优化，从而构建出分类模型。基于基准值训练出的分类模型适用于不同的个体，具有较好的泛化能力。
进一步地，所述根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值，具体包括：
计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；
将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
需要说明的是，基于预设的各个频率的基准值对脑电信号中的特征进行提取，使得提取的特征值能够克服脑电设备中脑电传感器的生产误差，提高检测的准确性，而且，能够克服不同个体的脑电差异，适用范围更广。
在一个优选地实施方式中，所述状态类型为放松状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；
若是，则降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
需要说明的是，在检测出脑电信号所处的状态类型为放松状态，即用户的大脑状态为放松状态时，判断音频当前的播放音量是否大于0％，若是，则降低播放音量，通过降低播放音量来提示用户自己当前的大脑状态为放松状态，用户可通过掌握降低音量的方法来进行放松调节；若否，则不做处理，当播放音量降到0％且用户仍处于放松状态时，维持该音量。在调节过程中，用户可随时选择结束，即可退出程序。
在另一个优选地实施方式中，所述状态类型为警觉状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；
若是，则放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
需要说明的是，在检测出脑电信号所处的状态类型为非放松状态，即警觉状态或其他状态时，判断音频当前的播放音量是否小于100％，若是，则放大播放音量，通过放大播放音量来提示用户自己当前的大脑状态为非放松状态，提醒用户需通过自我调节以达到放松目的；若否，则不做处理，当播放音量放大到100％且用户仍处于非放松状态时，维持该音量。在调节过程中，用户可随时选择结束，即可退出程序。
参见图2，本发明提供的生物反馈放松方法的另一个实施例的流程示意图，包括：
S201、载入分类模型。将预先训练好的分类模型载入程序。
S202、对用户佩戴进行校准。采集用户当前的脑电信号，并将该脑电信号与自己或他人预先存储的基准值进行校准，其中，将基准值作为相对0点，将采集的脑电信号与相对0点相减，获得相应的变化值和变化率等作为脑电信号的特征值。
S203、播放放松音频。放松音频包括但不限于舒缓的音乐、具体的放松建议语言等。
S204、判断用户当前状态是否为放松状态；若是，则执行步骤S205，若否，则执行步骤S207。采用分类模型对脑电信号的特征值进行分析，获取用户当前的状态类型。
S205、判断当前播放的音量是否大于0％；若是，则执行步骤S206，若否，则执行步骤209。
S206、降低播放音量；继续执行步骤S209。用户根据降低的播放音量获知自己当前的大脑状态处于放松状态，可继续进行放松调节。
S207、判断当前播放的音量是否小于100％；若是，则执行步骤S208，若否，则执行步骤209。
S208、放大播放音量；继续执行步骤S209。用户根据放大的播放音量获知自己当前的大脑状态处于非放松状态，可进行放松调节。
S209、是否退出程序；若是，则结束本次调节，若否，则返回步骤S204。等待用户随时结束程序，若用户选择结束，则退出程序。
本发明实施例提供的生物反馈放松方法，能够采集用户的脑电信号，并根据脑电信号所处的状态类型来调节音频的播放音量，使用户根据播放音量的变化获知自己当前大脑的状态，进而实时进行放松调节，能克服用户因紧张、焦虑或心理造成的失眠问题，调节效果好且调节方式简单。
相应的，本发明还提供一种生物反馈放松装置，能够实现上述实施例中的生物反馈放松方法的所有流程。
参见图3，是本发明提供的生物反馈放松装置的一个实施例的结构示意图，包括：
采集模块1，用于采集用户的脑电信号，并播放音频；
状态检测模块2，用于检测所述脑电信号所处的状态类型；以及，
放松调节模块3，用于根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
进一步地，所述状态检测模块具体包括：
信号获取单元，用于将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
特征值获取单元，用于根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；以及，
状态获取单元，用于采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
进一步地，所述特征值获取单元具体包括：
差值计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
变化率计算子单元，用于计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
相似度计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
百分比计算子单元，用于计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；以及，
特征值获取子单元，用于将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
在一个优选地实施方式中，所述状态类型为放松状态；
所述放松调节模块具体包括：
第一判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；以及，
第一调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量大于0％时，降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
在另一个优选地实施方式中，所述状态类型为警觉状态；
所述放松调节模块具体包括：
第二判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；以及，
第二调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量小于100％时，放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
本发明实施例提供的生物反馈放松装置，能够采集用户的脑电信号，并根据脑电信号所处的状态类型来调节音频的播放音量，使用户根据播放音量的变化获知自己当前大脑的状态，进而实时进行放松调节，能克服用户因紧张、焦虑或心理造成的失眠问题，调节效果好且调节方式简单。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物反馈放松方法，其特征在于，包括：
采集用户的脑电信号，并播放音频；
检测所述脑电信号所处的状态类型；
根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
2.如权利要求1所述的生物反馈放松方法，其特征在于，所述检测所述脑电信号所处的状态类型，具体包括：
将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；
采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
3.如权利要求2所述的生物反馈放松方法，其特征在于，所述根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值，具体包括：
计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；
将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
4.如权利要求1至3任一项所述的生物反馈放松方法，其特征在于，所述状态类型为放松状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；
若是，则降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
5.如权利要求1至3任一项所述的生物反馈放松方法，其特征在于，所述状态类型为警觉状态；
所述根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量进行放松调节，具体包括：
判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；
若是，则放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
6.一种生物反馈放松装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集用户的脑电信号，并播放音频；
状态检测模块，用于检测所述脑电信号所处的状态类型；以及，
放松调节模块，用于根据所述状态类型调节所述音频的播放音量，使用户根据所述音频的播放音量实时进行放松调节。
7.如权利要求6所述的生物反馈放松装置，其特征在于，所述状态检测模块具体包括：
信号获取单元，用于将所述脑电信号由时域信号转换为频域信号，获得脑电频域信号；
特征值获取单元，用于根据所述脑电频域信号和预设的各个频率的基准值，获得所述脑电信号的特征值；以及，
状态获取单元，用于采用预先构建的分类模型对所述特征值进行分析，获得所述脑电信号所处的状态类型。
8.如权利要求7所述的生物反馈放松装置，其特征在于，所述特征值获取单元具体包括：
差值计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中每个频率的脑电能量与其所对应的基准值的差值，获得所述每个频率的变化值；
变化率计算子单元，用于计算所述每个频率的变化值与其所对应的基准值的百分比，获得所述每个频率的变化率；
相似度计算子单元，用于计算所述脑电频域信号中相邻的N个频率的脑电能量乘积与其所对应的N个基准值乘积的百分比，获得频率相似度；其中，N≥1；
百分比计算子单元，用于计算所述每个频率的脑电能量与所述脑电频域信号中所有频率的脑电总能量的百分比，获得所述每个频率的能量百分比；以及，
特征值获取子单元，用于将所述频率相似度、所述每个频率的变化值、变化率和能量百分比作为所述脑电信号的特征值。
9.如权利要求6至8任一项所述的生物反馈放松装置，其特征在于，所述状态类型为放松状态；
所述放松调节模块具体包括：
第一判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否大于0％；以及，
第一调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量大于0％时，降低所述音频的播放音量，使用户根据降低的播放音量继续进行放松调节。
10.如权利要求6至8任一项所述的生物反馈放松装置，其特征在于，所述状态类型为警觉状态；
所述放松调节模块具体包括：
第二判断单元，用于判断所述音频当前的播放音量是否小于100％；以及，
第二调节单元，用于在判定所述音频当前的播放音量小于100％时，放大所述音频的播放音量，使用户根据放大的播放音量进行放松调节。
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