CN111631690A - 基于压电薄膜的癫痫监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于压电薄膜的癫痫监测系统及方法，系统包括压电薄膜、电荷转换电路、滤波放大电路、微处理器、存储器、音频模块与通信模块；方法包括步骤：获取压电信号；信号滤波、放大以及模数转换；信号预处理获取压电监测参数；特征向量提取、降维识别；建立特征值分类；判断癫痫发作或即将发作，若是则上传报警信号并进行语音报警否则上传心率数据与呼吸率数据。本发明能够实现分析癫痫发作预警与报警，实现无感化监测与睡眠监测；有利于患者健康监测，有助于医生更加便捷、全面了解患者的情况。
Description
技术领域
本发明涉及癫痫疾病监测、医学电子技术领域，尤其涉及基于压电薄膜的癫痫监测系统及方法。
背景技术
癫痫是一种需要定期复查及长期治疗的疾病，在难治性癫痫人群中，癫痫猝死的发生率比较高，目前认为癫痫猝死主要发生在全面强直阵挛(GTCS)发作之后，由于癫痫发作导致低通气或窒息，伴正常觉醒功能障碍，而俯卧姿势加重缺氧，导致自发的自主神经性功能障碍。癫痫发作对于患者和家属的痛苦在于不确定性，随时可能发作产生伤害，监护人被迫形影不离，尤其是突发GTCS，对患者危害最大。因此，对癫痫发作进行报警，甚至是发作前预警一直是癫痫工作者的一个努力方向。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供基于压电薄膜的癫痫监测系统，包括压电薄膜、电荷转换电路、滤波放大电路、微处理器、存储器、音频模块与通信模块；所述压电薄膜通过电荷转换电路与滤波放大电路输入端相连；所述滤波放大电路输出端与微处理器输入端相连；所述微处理器与存储器、音频模块、通信模块相连；所述电荷转换电路用于将电荷信号转换为电压信号。
基于压电薄膜的癫痫监测方法，包括如下步骤：
S1:通过压电薄膜获取压电信号；
S2:对压电信号进行滤波、放大，经过模数转换后发送至微处理器；
S3:微处理器对信号进行预处理，获取压电监测参数；
S4:对信号进行特征向量提取、降维识别，获得特征值；
S5:建立用于癫痫发作判断的特征值分类库；
S6:根据特征值和特征值分类库判断癫痫是否发作或即将发作,若是则上传报警信号并进行语音报警；否则上传心率数据与呼吸率数据。
本发明的有益效果在于：
1、报警功能：实时监控，对癫痫发作进行实时报警，并立即通知患者家属或医护人员；减少监护人实时看护的时间，尤其是夜间监护，可以解放监护人的夜间时间，减轻监护人的负担；
2、辅助诊断功能：记录发作时的体征数据，并存储和上传到服务器，形成智能化的癫痫患者日志，并对所有的数据进行统计分析，形成数据报告。患者就医时医生会更加便捷、全面了解患者的情况；
3、实时健康监控：亲人、监护人只需关联设备就可以实时查看患者的生理数据，包括心率、呼吸率、是否在床，以及前一晚睡眠状况；
4、预警功能：通过分析癫痫发作前半个小时的生理特征，找出与癫痫发作具有强相关的变量，建立预测模型，进而实现癫痫的预警；患者可以在发作前一段时间收到预警信息，并在短时间内由医生或者患者自己采取一些预防保护措施，就可避免发作或者减轻发作给患者带来的痛苦和损伤；
5、无感化监测：相比传统头部电极式脑电监测设备，本设备采用压电薄膜形式，无需在患者头部贴电极，舒适度、便携度较高。
附图说明
图1是本发明的系统图；
图2是滤波放大电路的电路图；
图3是本发明的流程图。
图中：U1-第一放大器芯片；U2-第二放大器芯片；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；C4-第四电容；C5-第五电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明基于压电薄膜的癫痫监测系统，包括压电薄膜、电荷转换电路、滤波放大电路、微处理器、存储器、音频模块与通信模块；所述压电薄膜通过电荷转换电路与滤波放大电路输入端相连；所述滤波放大电路输出端与微处理器输入端相连；所述微处理器与存储器、音频模块、通信模块相连；所述电荷转换电路用于将电荷信号转换为电压信号。
进一步的，所述滤波放大电路包括第一放大器芯片、第二放大器芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容与第六电容；所述电荷转换电路的第一输出端接第一放大器芯片的第一反向输入端、第二电阻第一端、第一电容第一端；所述电荷转换电路的第二输出端接第一放大器芯片的第一同向输入端；第一电容的第二端接第二电阻的第二端、第一放大器芯片的第一输出端、第一电阻的第一端；第一电阻的第二端接第三电容的第二端、第三电阻的第一端；第三电容的第一端接第一放大器芯片的第二输出端、第二反向输入端、第四电阻的第一端；第一放大器芯片的第二同向输入端接第三电阻的第二端、第六电容的第一端；第六电容的第二端接地；第四电阻的第二端通过第四电容接第二放大器芯片的第一输出端、第一反向输入端；第四电阻的第二端通过第五电阻接第二放大器芯片的第一同向输入端。
滤波放大电路是对获取的压电薄膜信号进行的前端模拟信号处理，压电薄膜信号非常微弱，容易跟周围噪声混在一起，所以设置该电路对压电薄膜信号进行滤波，将需要的信号频率保存下来，不需要的频率滤除掉，同时对需要的信号频率进行放大，以便微处理器能对其进行模数转换，符合算法对信号质量的要求。
基于压电薄膜的癫痫监测方法，包括如下步骤：
S1:通过压电薄膜获取压电信号；
S2:对压电信号进行滤波、放大，经过模数转换后发送至微处理器；
S3:微处理器对信号进行预处理，获取压电监测参数；
S4:对信号进行特征向量提取、降维识别，获得特征值；
S5:建立用于癫痫发作判断的特征值分类库；
S6:根据特征值和特征值分类库判断癫痫是否发作或即将发作,若是则上传报警信号并进行语音报警；否则上传心率数据与呼吸率数据。
进一步的，所述压电监测参数包括心率数据、呼吸率数据、体动值与在床状态数据。
具体的，还包括用于提供稳定可靠的电源，其中一部分电源作为压电薄膜的基线电压，将压电薄膜产生的负电荷转换抬高到0V以上，便于模数转换；另一部分电源作为整个系统的工作电源，保证各个模块稳定工作。
微处理器采取多任务处理模式，将电荷转换电路、滤波放大电路处理的压电信号进行模数转换，然后对转换的数字信号进行预处理，预处理包括去噪和归一化，再对信号采用特征提取算法来提取特征属性集来构成特征向量，作为具有代表性的特征合集，提高算法的运行效率，降低复杂度。
存储器用于存储因断网或网络信号不好无法上传的实时数据，当网络恢复正常时，将网络异常时保存的数据全部上传，避免服务器因丢失数据造成监测数据计算不准确；存储器还用于存储音频数据以及还用于存储新版本的代码，设备的当前软件版本与服务器的软件版本进行比较，如果版本低于服务器的软件版本，则利用通信模块从服务器获取新版本代码，将其保存于存储器中，然后自动重启更新版本。
音频模块不仅能够作为助眠的一部分，还可以语音报警，通知附件的监护人进行及时处理；当患者失眠时，可以通过手机APP选择设备播放助眠音频来辅助快速入眠。
通信模块可以是GPRS、4G、蓝牙或者WIFI模块，一方面将重要指标(心率、呼吸率、体动值、在床状态、精神状态)实时上传服务器，供用户查看甚至关联的亲友远程查看；另一方面是传输癫痫预警和报警信号，当微控制器得到癫痫发作或即将要发作的特征向量后设置发作或预发作阈值，生成发作或预发作报警信号，并将报警信号通过通信模块发送到服务器，由服务器通知监护人及时干预处理。
本发明具有以下优点：
1、报警功能：实时监控，对癫痫发作进行实时报警，并立即通知患者家属或医护人员；减少监护人实时看护的时间，尤其是夜间监护，可以解放监护人的夜间时间，减轻监护人的负担；
2、辅助诊断功能：记录发作时的体征数据，并存储和上传到服务器，形成智能化的癫痫患者日志，并对所有的数据进行统计分析，形成数据报告。患者就医时医生会更加便捷、全面了解患者的情况；
3、实时健康监控：亲人、监护人只需关联设备就可以实时查看患者的生理数据，包括心率、呼吸率、是否在床，以及前一晚睡眠状况；
4、预警功能：通过分析癫痫发作前半个小时的生理特征，找出与癫痫发作具有强相关的变量，建立预测模型，进而实现癫痫的预警；患者可以在发作前一段时间收到预警信息，并在短时间内由医生或者患者自己采取一些预防保护措施，就可避免发作或者减轻发作给患者带来的痛苦和损伤；
5、无感化监测：相比传统头部电极式脑电监测设备，本设备采用压电薄膜形式，无需在患者头部贴电极，舒适度、便携度较高。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于压电薄膜的癫痫监测系统，其特征在于，包括压电薄膜、电荷转换电路、滤波放大电路、微处理器、存储器、音频模块与通信模块；所述压电薄膜通过电荷转换电路与滤波放大电路输入端相连；所述滤波放大电路输出端与微处理器输入端相连；所述微处理器与存储器、音频模块、通信模块相连；所述压电薄膜用于获取压电信号；所述电荷转换电路用于将电荷信号转换为电压信号。
2.根据权利要求1所述基于压电薄膜的癫痫监测系统，其特征在于，所述滤波放大电路包括第一放大器芯片、第二放大器芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容与第六电容；所述电荷转换电路的第一输出端接第一放大器芯片的第一反向输入端、第二电阻第一端、第一电容第一端；所述电荷转换电路的第二输出端接第一放大器芯片的第一同向输入端；第一电容的第二端接第二电阻的第二端、第一放大器芯片的第一输出端、第一电阻的第一端；第一电阻的第二端接第三电容的第二端、第三电阻的第一端；第三电容的第一端接第一放大器芯片的第二输出端、第二反向输入端、第四电阻的第一端；第一放大器芯片的第二同向输入端接第三电阻的第二端、第六电容的第一端；第六电容的第二端接地；第四电阻的第二端通过第四电容接第二放大器芯片的第一输出端、第一反向输入端；第四电阻的第二端通过第五电阻接第二放大器芯片的第一同向输入端。
3.基于压电薄膜的癫痫监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:通过压电薄膜获取压电信号；
S2:对压电信号进行滤波、放大，经过模数转换后发送至微处理器；
S3:微处理器对信号进行预处理，获取压电监测参数；
S4:对信号进行特征向量提取、降维识别，获得特征值；
S5:建立用于癫痫发作判断的特征值分类库；
S6:根据特征值和特征值分类库判断癫痫是否发作或即将发作,若是则上传报警信号并进行语音报警；否则上传心率数据与呼吸率数据。
4.根据权利要求3所述基于压电薄膜的癫痫监测方法，其特征在于，所述压电监测参数包括心率数据、呼吸率数据、体动值与在床状态数据。
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