CN112891703A - 一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置，该方法包括如下步骤：获取用户脑电信号；对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；根据获得的所述功率计算睡眠波段占比；通过监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
Description
技术领域
本发明涉及脑电监测与睡眠监测技术领域，具体涉及一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置。
背景技术
睡眠时相(phase of sleep)是睡眠状态中的特定生理过程。生理学家根据人在睡眠中的脑电图、肌电图、心电图和眼动电图以及血压和呼吸等的变化，发现睡眠由正相睡眠和异相睡眠两种交替出现的不同时相组成。这两大时相周期性交替，一夜中大约交替6次。每个周期包括20分钟～30分钟的快波睡眠和约60分钟的慢波睡眠。
正相睡眠又称慢波睡眠(slow wave sleep)。慢波睡眠由浅至深又可分为四期(S1～S4期)。第一、二期称浅睡期，第三、四期称深睡期。深睡期对恢复精神和体力具有重要价值。在整个慢波睡眠中，以副交感神经活动占优势，脑电图特征是呈现同步化的慢波。可引起心率减慢，血压降低，胃肠活动增加，全身肌肉松弛，但没有张力和活力。在此阶段因故醒来的人们会感到意识迷迷糊糊，精神不甚清醒。如果被剥夺了这段睡眠，尽管隔了几个小时后，身体仍然被大脑要求恢复尚未完成的慢波睡眠。
异相睡眠(paradoxical sleep)又称快波睡眠。为在睡眠过程中周期性出现的一种激动状态。脑电图与觉醒时的相似，呈现低振幅去同步化快波。虽然各种感觉机能进一步减退、运动机能进一步降低、肌肉几乎完全松弛、运动系统受到很强的抑制，但植物性神经系统活动增强，如血压升高、心率及呼吸加速、脑血流量及耗氧量增加等。
成年人睡眠是以慢波睡眠入睡，1～2h后转入快波睡眠，快波睡眠维持约0.5h，又转入慢波睡眠。在整个睡眠期间如此转换可达4～5次。典型睡眠节律按以下程序进行：觉醒→S1→S2→S3→S4→S3→S2→第一次快波睡眠→S2→S3→S4→S3→S2→第二次快波睡眠……
由上述可知，当人在慢波睡眠时被叫醒，即使已经睡眠了较长时间，但仍然会产生意识不清醒、甚至嗜睡的情况，从而进一步导致工作效率的降低以及身体的疲倦。特别是处于备考阶段的学生、参赛阶段的运动员甚至在准备项目的企业员工，在本身可能已经睡眠不足的情况下，若是制定的闹钟在自己处于慢波睡眠时将自己叫醒，更会加剧自身的疲乏状态，从而影响第二天的学习或工作状态。
因此，如何研发一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置，来通过检测脑电信息来对睡眠的时相进行监测，并在快波睡眠时将人唤醒，变成了一种亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置，通过设定睡眠周期或唤醒时间，根据用户的睡眠周期，实时监测脑电信息，并在用户脑电信息处于最佳活跃点时进行唤醒动作。
为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：
一种基于脑电信息的辅助唤醒方法，包括如下步骤：
获取用户脑电信号；
对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；
根据获得的所述功率计算睡眠波段占比；
通过监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
优选地，在获取所述用户脑电信号时，根据国际10-20系统法所标记的电极位置放置电极。
优选地，对所述脑电信号的处理过程包括对脑电信号的放大及滤波。
最好，所述预设波段包括δ波、θ波、低α波、高α波、低β波、高β波、低γ波、中γ波，共计8个波段。
优选地，所述睡眠波段占比为各个所述预设波段的功率与全部所述预设波段的总功率的比值。
优选地，用户设置计划睡眠周期，并通过所述睡眠波段占比计算睡眠周期，当到达计划睡眠周期后，监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
最好，用户设置唤醒时间，并在所述唤醒时间之前设置缓冲时间；在所述缓冲时间前的所有时间内计算10个快波的最高点，并求出最小值；到达所述唤醒时间后监测所述睡眠波段中快波出现的时机，当快波高于所述最小值时，不启动唤醒；当快波低于所述最小值时，立刻对用户启动唤醒。
一种基于脑电信息的辅助唤醒装置，包括：
信号采集模块，用于获取用户的脑电信号；
信号处理模块，用于对所述脑电信号的放大及滤波；
信息整合模块，用于计算睡眠波段及睡眠周期；
唤醒模块，用于根据所述睡眠波段及所述睡眠周期对用户进行唤醒。
优选地，所述信号采集模块贴合于用户的左右额极。
最好，所述唤醒模块中还包括监测单元，用于监测所述睡眠波段中快波出现的时机。
与现有技术相比，本发明所述的一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置，达到了如下效果：
(1)、通过实时监测用户的脑电信号来计算睡眠周期，并根据用户设置的唤醒时间，在监测到用户脑电信号中的快波出现时对其进行唤醒，以保证用户当日的精神状态达到最优。
(2)、仅在使用者的左右额极贴合电极并采集脑电信号，不影响使用者的正常睡眠。
(3)、共采集8个波段的脑电信号，并计算总功率及各波段的功率占比，使得对睡眠周期的计算与判断更加准确。
(4)、通过预设及监测睡眠周期，并在预设的睡眠周期结束后监测快波出现的时机，以对用户进行唤醒，保证用户醒来后的精神状态。
(5)、通过预设唤醒时间及缓冲时间，在进入缓冲时间后监测快波出现的时机，以对用户进行唤醒，以保证用户醒来后的精神状态。
附图说明
图1是本发明中一种基于脑电信息的辅助唤醒方法的一种优选实施例的流程框图；
图2是本发明中一种基于脑电信息的辅助唤醒方法的另一种优选实施例的流程框图；
图3是本发明中一种基于脑电信息的辅助唤醒装置的一种优选实施例的结构框图。
其中，1-信号采集模块；2-信号处理模块；3-信息整合模块；4-唤醒模块。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
参照图1，在一种优选实施例中，公开了一种基于脑电信息的辅助唤醒方法，包括如下步骤：
步骤S11,获取用户脑电信号；
步骤S12,对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；
步骤S13,根据获得的所述功率计算睡眠波段占比；
步骤S14,通过监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
下面，将对本示例实施方式中的所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法进行进一步地阐述：
在步骤S11中，根据国际10-20系统法所标记的电极位置放置电极，优选将电极放置在左右额极，即FP1和FP2，以保证在用户在睡眠过程中可以正常进行脑电信号的采集，而不影响正常的睡眠过程。
在步骤S12中，对脑电信号的处理过程包括对脑电信号的放大及滤波，以保证采集到的脑电信号图形的准确性。
进一步地，在步骤S12中，所述预设波段包括δ波、θ波、低α波、高α波、低β波、高β波、低γ波、中γ波，共计8个波段。其中，α节律是清醒状态下在后头部出现的8-13Hz的节律，大多数人9-10Hz，波幅10-100μV；比α波快的波称为快波，比α波慢的波称为慢波。
在步骤S13中，先将所有预设波段所采集的功率进行加和计算，以获得总功率，即总功率P＝Pδ波+Pθ波+P低α波+P高α波+P低β波+P高β波+P低γ波+P中γ波；各个预设波段的功率与总功率的比值即为睡眠波段占比。
在步骤S14中，用户先提前设置好计划睡眠周期，如计算3个睡眠周期，约4.5小时；并通过睡眠波段占比计算睡眠周期，当到达计划睡眠周期后，监测睡眠波段中(最后一个)快波出现的时机，对用户进行唤醒，此时即为脑电信号的最佳活跃点，保证了用户醒来后的精神状态。
参照图2，在另一种优选实施例中，公开了一种基于脑电信息的辅助唤醒方法，包括如下步骤：
步骤S21,获取用户脑电信号；
步骤S22,对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；
步骤S23,根据获得的所述功率计算睡眠波段占比；
步骤S24,通过监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
下面，将对本示例实施方式中的所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法进行进一步地阐述：
在步骤S21中，根据国际10-20系统法所标记的电极位置放置电极，优选将电极放置在左右额极，即FP1和FP2，以保证在用户在睡眠过程中可以正常进行脑电信号的采集，而不影响正常的睡眠过程。
在步骤S22中，对脑电信号的处理过程包括对脑电信号的放大及滤波，以保证采集到的脑电信号图形的准确性。
进一步地，在步骤S22中，所述预设波段包括δ波、θ波、低α波、高α波、低β波、高β波、低γ波、中γ波，共计8个波段。其中，α节律是清醒状态下在后头部出现的8-13Hz的节律，大多数人9-10Hz，波幅10-100μV；比α波快的波称为快波，比α波慢的波称为慢波。
在步骤S13中，先将所有预设波段所采集的功率进行加和计算，以获得总功率，即总功率P＝Pδ波+Pθ波+P低α波+P高α波+P低β波+P高β波+P低γ波+P中γ波；各个预设波段的功率与总功率的比值即为睡眠波段占比。
在步骤S24中，用户设置唤醒时间，并在唤醒时间之前设置缓冲时间；在缓冲时间前的所有时间内计算10个快波(即高β波+低γ波+中γ波)的最高点，并求出最小值；到达唤醒时间后监测睡眠波段中快波出现的时机，当快波高于所述最小值时，不启动唤醒；当快波低于所述最小值时，立刻对用户启动唤醒，此时即为脑电信号的最佳活跃点，保证了用户醒来后的精神状态。
具体地，用户将7：00设置为唤醒时间，缓冲时间定为30分钟，因此在用户入睡到6：30之间的全部时间内计算快波的10个最高点，并求出最小值；在6：30～7：00之间，监测到快波高于所述最小值时，不启动唤醒；当监测到快波低于所述最小值时，立刻对用户启动唤醒。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
参照图3，在另外一种优选实施例中，公开了一种基于脑电信息的辅助唤醒装置，用于实现如上所述的辅助唤醒方法，其包括：信号采集模块1，用于获取用户的脑电信号；信号处理模块2，用于对所述脑电信号的放大及滤波；信息整合模块3，用于计算睡眠波段及睡眠周期；唤醒模块4，用于根据所述睡眠波段及所述睡眠周期对用户进行唤醒；在唤醒模块4中还包括监测单元，用于监测所述睡眠波段中快波出现的时机。
进一步地，信号采集模块1贴合于用户的左右额极。
上述辅助唤醒装置中各装置的具体细节已经在对应的辅助唤醒方法中进行了详细的描述，在此不再赘述。
需要说明的是，上述信号采集模块1的结构可参考CN110584653A所公开的多电采集、分析与反馈系统的结构；信号处理模块2、信息整合模块3及唤醒模块4集成于终端设备内，信号采集模1块与终端设备通过无线网络进行交互。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于脑电信息的辅助唤醒方法及装置，达到了如下效果：
(1)、通过实时监测用户的脑电信号来计算睡眠周期，并根据用户设置的唤醒时间，在监测到用户脑电信号中的快波出现时对其进行唤醒，以保证用户当日的精神状态达到最优。
(2)、仅在使用者的左右额极贴合电极并采集脑电信号，不影响使用者的正常睡眠。
(3)、共采集8个波段的脑电信号，并计算总功率及各波段的功率占比，使得对睡眠周期的计算与判断更加准确。
(4)、通过预设及监测睡眠周期，并在预设的睡眠周期结束后监测快波出现的时机，以对用户进行唤醒，保证用户醒来后的精神状态。
(5)、通过预设唤醒时间及缓冲时间，在进入缓冲时间后监测快波出现的时机，以对用户进行唤醒，以保证用户醒来后的精神状态。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取用户脑电信号；
对所述脑电信号进行处理以获得多个预设波段的功率；
根据获得的所述功率计算睡眠波段占比；
通过监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
2.根据权利要求1所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，在获取所述用户脑电信号时，根据国际10-20系统法所标记的电极位置放置电极。
3.根据权利要求2所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，对所述脑电信号的处理过程包括对脑电信号的放大及滤波。
4.根据权利要求3所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，所述预设波段包括δ波、θ波、低α波、高α波、低β波、高β波、低γ波、中γ波，共计8个波段。
5.根据权利要求4所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，所述睡眠波段占比为各个所述预设波段的功率与全部所述预设波段的总功率的比值。
6.根据权利要求5所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，用户设置计划睡眠周期，并通过所述睡眠波段占比计算睡眠周期，当到达计划睡眠周期后，监测所述睡眠波段中快波出现的时机，对用户进行唤醒。
7.根据权利要求5所述的基于脑电信息的辅助唤醒方法，其特征在于，用户设置唤醒时间，并在所述唤醒时间之前设置缓冲时间；在所述缓冲时间前的所有时间内计算10个快波的最高点，并求出最小值；到达所述唤醒时间后监测所述睡眠波段中快波出现的时机，当快波高于所述最小值时，不启动唤醒；当快波低于所述最小值时，立刻对用户启动唤醒。
8.一种基于脑电信息的辅助唤醒装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于获取用户的脑电信号；
信号处理模块，用于对所述脑电信号的放大及滤波；
信息整合模块，用于计算睡眠波段及睡眠周期；
唤醒模块，用于根据所述睡眠波段及所述睡眠周期对用户进行唤醒。
9.根据权利要求8所述的基于脑电信息的辅助唤醒装置，其特征在于，所述信号采集模块贴合于用户的左右额极。
10.根据权利要求9所述的基于脑电信息的辅助唤醒装置，其特征在于，所述唤醒模块中还包括监测单元，用于监测所述睡眠波段中快波出现的时机。
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