CN107510562A - 基于脑机接口的护理床系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脑机接口的护理床系统，涉及医疗器械技术领域。它包含Android设备、脑波采集装置和无线接口，Android设备包含脑波信号处理及分析模块、蓝牙模块一和蓝牙模块二，且蓝牙模块一连接脑波信号处理及分析模块，脑波信号处理及分析模块连接蓝牙模块二；脑波采集装置包含脑波预处理模块和蓝牙模块三，脑波预处理模块与蓝牙模块三连接，且蓝牙模块三与蓝牙模块一实现无线通讯；无线接口包含蓝牙模块四、微处理器和护理床动作驱动模块，蓝牙模块四与微处理器连接，微处理器与护理床动作驱动模块连接，且蓝牙模块二与蓝牙模块四实现无线通讯。它能够实现通过采集使用者的脑电信号来实现对护理床的控制，为没有行动能力的残障人士提供便捷的生活。

Description

基于脑机接口的护理床系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种护理床，具体涉及一种基于脑机接口的护理床系统。

背景技术

相比于国外的基于视觉诱发电位的脑机接口技术，国内利用脑电波控制被控对象的起步明显晚于国外，但是目前也有了很多的研究成果。山东建筑大学研发出了一款新型机器人护理床，北京工业大学开发了一款多功能护理床，但是他们设计的系统存在以下一些问题：

1、大多数系统只能进行手动或者电动控制，缺乏一定的智能化，不能对用户使用信息进行分析，操作步骤也较为复杂，对体弱的老年患者来说，繁琐的控制操作既费时又费力，用起来并不是很舒适。

2、若系统的使用者身体运动肢体有障碍，传统的手动或电动系统就无法满足使用者的需要。

综上所述，由于现有的护理床的控制只能通过手动等方式控制，这类系统对于丧失了某些运动能力的残障人士来说并不能起到很好的作用，如何让他们更加便捷的生活，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现通过采集使用者的脑电信号来实现对护理床的控制，为没有行动能力的残障人士提供了便捷生活的基于脑机接口的护理床系统。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种基于脑机接口的护理床系统，它包含Android设备、脑波采集装置和无线接口，所述的Android设备包含脑波信号处理及分析模块、蓝牙模块一和蓝牙模块二，且蓝牙模块一连接脑波信号处理及分析模块，脑波信号处理及分析模块连接蓝牙模块二；所述的脑波采集装置包含脑波预处理模块和蓝牙模块三，脑波预处理模块与蓝牙模块三连接，且蓝牙模块三与蓝牙模块一实现无线通讯；所述的无线接口包含蓝牙模块四、微处理器和护理床动作驱动模块，蓝牙模块四与微处理器连接，微处理器与护理床动作驱动模块连接，且蓝牙模块二与蓝牙模块四实现无线通讯。

作为本发明的进一步改进；所述的Android设备中安装有“脑波控制护理床系统”的APP，APP屏幕的整体背景设置为黑色，APP屏幕的四角处设置有各模块的大白色字样，再设置子线程，子线程以一个固定频率向主线程发送一条消息，主线程在接收到消息之后将各个模块的大白色字样进行显示或者隐藏，其中每个闪烁块都是一个特定频率的刺激源；APP中编写FFT算法来实现对EEG信号的处理，且APP具有实时显示使用者脑波信号强弱的功能。

作为本发明的进一步改进；所述的脑波预处理模块采用NeuroSky芯片，对采集到的脑波信号进行预处理，其中EEG端采集枕叶区的脑波电位，EEG_shile端屏蔽在信号传入NeuroSky之前的干扰；REF端采集额叶区的脑波电位，REF_shiled端屏蔽干扰的参考信号；采样后的信号经过NeuroSky芯片的TXD端口传送给蓝牙模块三的RX端，然后再通过蓝牙模块三进一步发送到Android设备中进行下一步的操作处理。

作为本发明的进一步改进；所述的微处理器采用51单片机，蓝牙模块四作为通讯桥梁，护理床作为被控对象，蓝牙模块四在接受指令后，微控制器进行指令转换后通过护理床动作驱动模块驱动护理床进行相关的动作。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、现有的脑机接口系统的开发语言基本上都是基于C语言或者VC等其他语言，但本发明是采用java语言和c语言共同进行程序开发。

2、本发明中，将7吋的平板电脑作为视觉刺激模块和信号处理模块，因此整个系统更为轻便。

3、本发明能够实现通过采集使用者的脑电信号来实现对护理床的控制，为那些没有行动能力的残障人士提供了更为便捷的生活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的采集与传输部分的硬件结构图；

图3为本发明所提供的实施例中系统运行主界面示意图；

图4为本发明所提供的实施例中“起落背部”对应的子界面图；

附图标记：

1—Android设备；11—脑波信号处理及分析模块；12—蓝牙模块一；13—蓝牙模块二；

2—脑波采集装置；21—脑波预处理模块；22—蓝牙模块三；

3—无线接口；31—蓝牙模块四；32—微处理器；33—护理床动作驱动模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于脑机接口的护理床系统，它包含Android设备1、脑波信号处理及分析模块11、蓝牙模块一12、蓝牙模块二13、脑波采集装置2、脑波预处理模块21、蓝牙模块三22、无线接口3、蓝牙模块四31、微处理器32和护理床动作驱动模块33，所述的Android设备1包含脑波信号处理及分析模块11、蓝牙模块一12和蓝牙模块二13，且蓝牙模块一12连接脑波信号处理及分析模块11，脑波信号处理及分析模块11连接蓝牙模块二13；所述的脑波采集装置2包含脑波预处理模块21和蓝牙模块三22，脑波预处理模块21与蓝牙模块三22连接，且蓝牙模块三22与蓝牙模块一12实现无线通讯；所述的无线接口3包含蓝牙模块四31、微处理器32和护理床动作驱动模块33，蓝牙模块四31与微处理器32连接，微处理器32与护理床动作驱动模块33连接，且蓝牙模块二13与蓝牙模块四31实现无线通讯。

所述的Android设备1选取华为揽阅M2青春版作为视觉刺激模块和信息处理模块。因为华为揽阅M2青春版基于Android系统，所以是基于java语言进行开发的。Android设备1中安装有“脑波控制护理床系统”的APP，APP屏幕的整体背景设置为黑色，APP屏幕的四角处设置有各模块的大白色字样，再设置子线程，子线程以一个固定频率向主线程发送一条消息，主线程在接收到消息之后将各个模块的大白色字样进行显示或者隐藏，其中每个闪烁块都是一个特定频率的刺激源；APP中编写FFT算法来实现对EEG信号的处理，且APP具有实时显示使用者脑波信号强弱的功能。

请参阅图2，所述的脑波预处理模块21采用NeuroSky芯片，对采集到的脑波信号进行预处理，其中EEG端采集枕叶区的脑波电位，EEG_shile端屏蔽在信号传入NeuroSky之前的干扰；REF端采集额叶区的脑波电位，REF_shiled端屏蔽干扰的参考信号；采样后的信号经过NeuroSky芯片的TXD端口传送给蓝牙模块三的RX端，然后再通过蓝牙模块三22进一步发送到Android设备1中进行下一步的操作处理。

所述的微处理器32采用51单片机，蓝牙模块四31作为通讯桥梁，护理床作为被控对象，蓝牙模块四31在接受指令后，微控制器32进行指令转换后通过护理床动作驱动模块33驱动护理床进行相关的动作。无线接口3的微控制器32的程序是采用C语言编程。护理床动作驱动模块33驱动电路中的光耦左边二极管引脚连接微控制器，右边光敏三极管引脚连接护理床的控制线，左边+5V电压间接驱动右边+30V，实现电气隔离。从微控制器32的P0引脚输出，经过光耦连接驱动护理床的控制线，构成了无线接口3中的护理床动作驱动电路。

本发明的使用方法为：

当使用者长时间凝视按照一定频率闪烁的刺激源，通过对刺激源的凝视，刺激源的信号会经过眼睛传入使用者大脑的视觉通道，大脑会对刺激信号进行放大并转换，会产生一个与刺激源的闪烁频率相对应的电位差，该电位差主要集中在大脑皮层的枕叶区，电位差的强度非常弱，利用脑电波采集装置可以将该电位差进行采集，然后传输给脑波预处理模块21，因为枕叶区中不仅仅有刺激源所产生的信号，还有其他干扰信号，所以脑波预处理模块21会对微弱的脑电波电位信号进行滤波，得到没有干扰的电位信号，然后对微弱的信号进行放大，并将模拟信号进行采样，转换为数字信号，数字信号通过蓝牙模块三22传输给Android设备1；

在Android设备1上运行“脑波控制护理床系统”的APP，APP会接收脑波预处理模块21发送过来的脑电波数据，然后对传输过来的数据进行解包和数据处理，分析出刺激源的闪烁频率，将闪烁块的闪烁频率转换为相应的指令再次通过蓝牙模块二13发送给无线接口3的微控制器32；

无线接口3中微控制器32通过蓝牙模块四31接收Android设备1发送的指令，进行解析，通过护理床动作驱动模块33驱动护理床动作。

实施例：

本实施例以向上起背为例：

当使用者想要进行抬背或者落背的操作时，使用者可以紧盯着Android设备左上方的“起落背部”四个白色大字(如图3所示)，该部分的闪烁频率为6Hz。经过脑波预处理模块21预处理的脑波信号通过蓝牙模块三22传送给Android设备1，程序对脑波信号进行FFT后将得到一个6Hz的频率值，程序会首先判断目前处于哪一界面，若是在主界面，则将进入“起落背部”对应的子界面(如图4所示)，然后受试者再次选择“向上起背”；若不是在主界面，则系统会判断是否在起落背部界面，若是，则执行“向上起背”这一操作。

本发明具有以下特点：

1、选取平板电脑作为视觉刺激模块和信息处理模块，简化繁琐的操作；

2、通过对刺激模块(Android设备)界面的凝视来控制护理床的机械运动，实现左右翻身、抬落腿、起落背和便盆的开关功能；

3、Android设备的屏幕应实时显示使用者脑波信号的强弱，以此可以实时进行调整来达到更好的使用效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于脑机接口的护理床系统，其特征在于，它包含Android设备、脑波采集装置和无线接口，所述的Android设备包含脑波信号处理及分析模块、蓝牙模块一和蓝牙模块二，且蓝牙模块一连接脑波信号处理及分析模块，脑波信号处理及分析模块连接蓝牙模块二；所述的脑波采集装置包含脑波预处理模块和蓝牙模块三，脑波预处理模块与蓝牙模块三连接，且蓝牙模块三与蓝牙模块一实现无线通讯；所述的无线接口包含蓝牙模块四、微处理器和护理床动作驱动模块，蓝牙模块四与微处理器连接，微处理器与护理床动作驱动模块连接，且蓝牙模块二与蓝牙模块四实现无线通讯。

2.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的护理床系统，其特征在于，所述的Android设备中安装有“脑波控制护理床系统”的APP，APP屏幕的整体背景设置为黑色，APP屏幕的四角处设置有各模块的大白色字样，再设置子线程，子线程以一个固定频率向主线程发送一条消息，主线程在接收到消息之后将各个模块的大白色字样进行显示或者隐藏，其中每个闪烁块都是一个特定频率的刺激源；APP中编写FFT算法来实现对EEG信号的处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的护理床系统，其特征在于，所述的脑波预处理模块采用NeuroSky芯片，对采集到的脑波信号进行预处理，其中EEG端采集枕叶区的脑波电位，EEG_shile端屏蔽在信号传入NeuroSky之前的干扰；REF端采集额叶区的脑波电位，REF_shiled端屏蔽干扰的参考信号；采样后的信号经过NeuroSky芯片的TXD端口传送给蓝牙模块三的RX端，然后再通过蓝牙模块三进一步发送到Android设备中进行下一步的操作处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的护理床系统，其特征在于，所述的微处理器采用51单片机，蓝牙模块四作为通讯桥梁，护理床作为被控对象，蓝牙模块四在接受指令后，微控制器进行指令转换后通过护理床动作驱动模块驱动护理床进行相关的动作。

5.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的护理床系统，其特征在于，它的使用方法为：

当使用者长时间凝视按照一定频率闪烁的刺激源，通过对刺激源的凝视，刺激源的信号会经过眼睛传入使用者大脑的视觉通道，大脑会对刺激信号进行放大并转换，会产生一个与刺激源的闪烁频率相对应的电位差，该电位差主要集中在大脑皮层的枕叶区，电位差的强度非常弱，利用脑电波采集装置可以将该电位差进行采集，然后传输给脑波预处理模块，因为枕叶区中不仅仅有刺激源所产生的信号，还有其他干扰信号，所以脑波预处理模块会对微弱的脑电波电位信号进行滤波，得到没有干扰的电位信号，然后对微弱的信号进行放大，并将模拟信号进行采样，转换为数字信号，数字信号通过蓝牙模块三传输给Android设备；在Android设备上运行“脑波控制护理床系统”的APP，APP会接收脑波预处理模块发送过来的脑电波数据，然后对传输过来的数据进行解包和数据处理，分析出刺激源的闪烁频率，将闪烁块的闪烁频率转换为相应的指令再次通过蓝牙模块二发送给无线接口的微控制器；无线接口中微控制器通过蓝牙模块四接收Android设备发送的指令，进行解析，通过护理床动作驱动模块驱动护理床动作。