CN114041788B - 一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置及其方法，其采集装置包括：脑电极束阵列，所述脑电极束阵列由多束脑电极束组成，所述脑电极束是超细弹性导电刚毛集束，所述超细弹性导电刚毛集束由若干超细弹性导电刚毛组成；其采集方法包括有若干步骤，该方法不仅实现了飞行员是否处于安全状态的判断，而且还能及时对飞行员进行刺激唤醒。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学领域，具体涉及一种飞行员体表津液状态的采集方法。
背景技术
特殊机种的飞行员进行高机动性的飞行时，持续的正加速度使血液向下半身转移，脑水平动脉血压降低，脑血流量减少，进而引起脑组织缺血缺氧，易造成意识丧失和飞行视觉障碍，从而出现判断失误，对飞行安全构成很大威胁。因此很有必要对飞行员的生理状态进行实时监测，对飞行员是否即将发生异常情况进行预警，以避免引起严重的飞行事故，造成巨大的经济损失和人身伤害。
该领域中常见的预警手段是采集脑电信号，采集时利用盘状电极或柱状电极，但是盘状或柱状电极均具备极大的使用限制。其一、盘状电极由于与头皮接触的底面较大，因此不能很好地避让开浓密的头发，进而不能与头皮严密接触，影响测量效果；柱状电极尽管底面比盘状电极底面要小，但是仍未满足测量所需的接触程度；其二、盘状电极或柱状电极在使用前要反复刷或蘸取导电液，或是用注射器向电极底端注射导电膏，每次使用之前，需要用注射器逐个电极去注射导电膏，使用极为不便。由此可见，采集脑电信号的预警手段具备较大的局限性，不能起到精确判定飞行员体征的作用。
本发明采用的预警手段是采集体表津液状态的方式，当飞行员处于临界危险状态时，其头部皮肤就会分泌出相对量大的汗液等，此时皮肤上不同测点之间的电导率必然与体征正常状态下不同。
发明内容
利用上述飞行员遇险时的生理特性，本发明提出一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置及其方法，相对于上述现有技术而言，能够达到精确判定飞行员健康状况的目的，还能够在预警的同时第一时间对飞行员进行有效的刺激唤醒。
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置，包括：
超细弹性导电刚毛集束阵列，该阵列由多束超细弹性导电刚毛集束组成，所述超细弹性导电刚毛集束由若干超细弹性导电刚毛组成，所述超细弹性导电刚毛顶端连接有信号线，且在所述超细弹性导电刚毛顶端设置导电盘，所述信号线由所述导电盘上的孔连通至外部。
所述超细弹性导电刚毛包括与头皮接触的底端，端头呈圆形且开设有盲孔，所述盲孔底部还设置有与外界连通的导气孔，在进行体表津液采集前使得所述盲孔预先注有导电膏或导电液。
所述脑电极束阵列由2的n次方束脑电极束组成，具体可为8束、16束、32束、64束、128束等。
所述超细弹性导电刚毛集束由10—30根超细弹性导电刚毛组成。
所述超细弹性导电刚毛内芯为弹簧钢，外层镀银；镀层厚度为0.1mm，刚毛直径小于或等于0.5mm。
在背外侧前额叶处布置有经颅磁刺激线圈，该磁刺激线圈接到高压脉冲电流发生器上，用以产生高强磁场；还设置有经颅直流电刺激电极，具体布置为：在左外侧前额叶处布置阳极电极，在对侧眶额叶处布置阴极电极，以上电极均连接到直流脉冲电流发生器上，以产生直流刺激电流。
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集方法，包括如下步骤：
S1：将已蘸取导电膏或导电液的每个刚毛集束中的每根刚毛均连接到同一导电盘上，通过导电盘上的一根信号线导出；
S2：将超细弹性刚毛集束的位置按照国际脑电电极标准分布图，设置于被试者头上；
S3：将每个刚毛集束的信号线均独立接入信号采集电路，令所有刚毛集束组成脑体表津液电导率采集网络；
S4：给信号采集电路通电，首先采集正常飞行状态下各个刚毛集束之间的电导率，计算这些电导率的特征值，作为特征值参考标准；
S5：其次采集当前飞行状态下各个刚毛集束之间的实时电导率，使用频率为1000Hz，计算这些实时电导率的实时特征值；
S6：计算上述步骤S4与S5中电导率的实时特征值与电导率特征值参考标准之间的残差；
S7：若上述步骤S6中的残差高于预先设定的报警阈值，则发出警报并自动启动刺激唤醒装置；其他情况则视为飞行员处于安全状态，回到步骤S5继续监测采集。
其中步骤S7中的刺激唤醒装置的工作步骤为：
S71：启动布置在百会穴、两侧太阳穴以及两侧风池穴上的5个经颅直流电刺激电极，刺激电流强度为1-2mA，刺激脉冲脉宽为1ms；
S72：同时启动百会穴上方的经颅磁刺激线圈，采用高频重复经颅磁刺激唤醒飞行员意识，刺激频率为2-3Hz；
S73：向地面控制中心发送当前飞行员体表津液特征数据。
本发明的体表津液状态采集装置及其方法的优势，其一为：在本发明的技术方案中，超细刚毛具备一定的柔韧度和弹性，使用时能够自动避开毛发，直接与头皮紧密接触，将导电液或导电膏直接吸附于导电刚毛与头皮之间，形成良好的电气接触，大幅度提高了信号采集的精确度。
其二为：本发明的超细刚毛端部设置了盲孔，用于容置导电液或导电膏。在使用前将脑电极束（即超细弹性刚毛集束）整体在导电膏或导电液的容器中蘸取一下，即可让每根脑电极底端的孔中均充满导电液或导电膏，使用方便，节省了调整和准备的时间。
其三为：在特定穴位处布置有经颅磁刺激线圈和经颅直流电刺激电极，不仅能够及时响应报警信号，而且能够在第一时间启动刺激唤醒装置，一方面对飞行员或被试者进行适当刺激唤醒，另一方面会及时将该状况发送到地面控制中心，以便于获取更优解决方案。该刺激唤醒装置的设置能够及时有效地避免飞行事故，避免巨大的经济损失和人身伤害。
本发明的体表津液状态采集装置及其方法不仅适用于常规状态，更加适用于飞行员工作的特殊状态，同时也适用于试验状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，以便于更加清楚地理解本发明。附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：超细弹性导电刚毛结构示意图
图2：导电盘示意图
图3：超细弹性导电刚毛集束示意图
图4：国际脑电电极标准分布示意图
图5：经颅直流电刺激电极布置示意图
图6：经颅磁刺激线圈布置示意图
图7：津液状态采集方法流程图
上述附图标记分别表示：1-脑电极本体、2-导气孔、3-盲孔、4-导电盘本体、5-脑电极孔、6-信号线、7-阳极经颅直流电刺激电极位置、8-阴极经颅直流电刺激电极位置、9-经颅磁刺激线圈位置。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。
实施例1：
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置，包括：超细弹性导电刚毛集束阵列，该阵列由多束如图3所示的超细弹性导电刚毛集束组成，所述超细弹性导电刚毛集束由若干如图1所示的超细弹性导电刚毛组成，所述超细弹性导电刚毛顶端连接有信号线，且在所述超细弹性导电刚毛顶端设置有如图2所示的导电盘，所述信号线由所述导电盘上的孔连通至外部。
如图1所示，所述超细弹性导电刚毛包括与头皮接触的底端，端头呈圆形且开设有盲孔，所述盲孔底部还设置有与外界连通的导气孔。
所述脑电极束阵列由2的n次方束脑电极束组成，具体为8束。
所述超细弹性导电刚毛集束由10根超细弹性导电刚毛组成。
所述超细弹性导电刚毛内芯为弹簧钢，外层镀银；镀层厚度为0.1mm，刚毛直径为0.45mm。
如图6所示，在背外侧前额叶处布置有经颅磁刺激线圈，该磁刺激线圈接到高压脉冲电流发生器上，用以产生高强磁场；如图5所示，经颅直流电刺激电极的布置为：在左外侧前额叶处布置阳极电极，在对侧眶额叶处布置阴极电极，以上电极接到直流脉冲电流发生器上，以产生直流刺激电流。
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集方法，如图7所示，该方法包括如下步骤：
S1：将已蘸取导电膏或导电液的每个刚毛集束中的每根刚毛均连接到同一导电盘上，通过导电盘上的一根信号线导出；
S2：将超细弹性刚毛集束的位置按照国际脑电电极标准分布图，如图4所示，设置于被试者头上；
S3：将每个刚毛集束的信号线均独立接入信号采集电路，令所有刚毛集束组成脑体表津液电导率采集网络；
S4：给信号采集电路通电，首先采集正常飞行状态下各个刚毛集束之间的电导率，计算这些电导率的特征值，作为特征值参考标准；
S5：其次采集当前飞行状态下各个刚毛集束之间的实时电导率，使用频率为1000Hz，计算这些实时电导率的实时特征值；
S6：计算上述步骤S4与S5中电导率的实时特征值与电导率特征值参考标准之间的残差；
S7：若上述步骤S6中的残差高于预先设定的报警阈值，则发出警报并自动启动刺激唤醒装置；其他情况则视为飞行员处于安全状态，回到步骤S5继续监测采集。
其中步骤S7中的刺激唤醒装置的工作步骤为：
S71：启动布置在左外侧前额叶处的阳极经颅直流电刺激电极和布置在对侧眶额叶处的阴极经颅直流电刺激电极，刺激电流强度为1mA，刺激脉冲脉宽为1ms；
S72：同时启动布置在背外侧前额叶处的经颅磁刺激线圈，采用高频重复经颅磁刺激唤醒飞行员意识，刺激频率为2Hz；
S73：向地面控制中心发送当前飞行员体表津液特征数据。
实施例2：
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置，包括：超细弹性导电刚毛集束阵列，该阵列由多束如图3所示的超细弹性导电刚毛集束组成，所述超细弹性导电刚毛集束由若干如图1所示的超细弹性导电刚毛组成，所述超细弹性导电刚毛顶端连接有信号线，且在所述超细弹性导电刚毛顶端设置有如图2所示的导电盘，所述信号线由所述导电盘上的孔连通至外部。
如图1所示，所述超细弹性导电刚毛包括与头皮接触的底端，端头呈圆形且开设有盲孔，所述盲孔底部还设置有与外界连通的导气孔。
所述脑电极束阵列由2的n次方束脑电极束组成，具体为64束。
所述超细弹性导电刚毛集束由30根超细弹性导电刚毛组成。
所述超细弹性导电刚毛内芯为弹簧钢，外层镀银；镀层厚度为0.1mm，刚毛直径小于或等于0.5mm。
如图6所示，在背外侧前额叶处布置有经颅磁刺激线圈，该磁刺激线圈接到高压脉冲电流发生器上，用以产生高强磁场；如图5所示，经颅直流电刺激电极的布置为：在左外侧前额叶处布置阳极电极，在对侧眶额叶处布置阴极电极，以上电极接到直流脉冲电流发生器上，以产生直流刺激电流。
本发明的一种超细弹性刚毛结构体表津液状态采集方法，如图7所示，该方法包括如下步骤：
S1：将已蘸取导电膏或导电液的每个刚毛集束中的每根刚毛均连接到同一导电盘上，通过导电盘上的一根信号线导出；
S2：将超细弹性刚毛集束的位置按照国际脑电电极标准分布图，如图4所示，设置于被试者头上；
S3：将每个刚毛集束的信号线均独立接入信号采集电路，令所有刚毛集束组成脑体表津液电导率采集网络；
S4：给信号采集电路通电，首先采集正常飞行状态下各个刚毛集束之间的电导率，计算这些电导率的特征值，作为特征值参考标准；
S5：其次采集当前飞行状态下各个刚毛集束之间的实时电导率，使用频率为1000Hz，计算这些实时电导率的实时特征值；
S6：计算上述步骤S4与S5中电导率的实时特征值与电导率特征值参考标准之间的残差；
S7：若上述步骤S6中的残差高于预先设定的报警阈值，则发出警报并自动启动刺激唤醒装置；其他情况则视为飞行员处于安全状态，回到步骤S5继续监测采集。
其中步骤S7中的刺激唤醒装置的工作步骤为：
S71：启动布置在左外侧前额叶处的阳极经颅直流电刺激电极和布置在对侧眶额叶处的阴极经颅直流电刺激电极，刺激电流强度为2mA，刺激脉冲脉宽为1ms；
S72：同时启动布置在背外侧前额叶处的经颅磁刺激线圈，采用高频重复经颅磁刺激唤醒飞行员意识，刺激频率为3Hz；
S73：向地面控制中心发送当前飞行员体表津液特征数据。
上述实施例阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此本发明的保护范围并不受上述具体实施例的限制。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置进行津液状态采集的方法，其特征在于：
其一，上述超细弹性刚毛结构体表津液状态采集装置，包括：超细弹性导电刚毛集束阵列，所述超细弹性导电刚毛集束阵列由多束超细弹性导电刚毛集束组成，所述超细弹性导电刚毛集束由若干超细弹性导电刚毛组成，所述超细弹性导电刚毛顶端连接有信号线，且在所述超细弹性导电刚毛顶端设置导电盘，所述信号线由所述导电盘上的孔连通至外部；所述超细弹性导电刚毛包括与头皮接触的底端端头呈圆形且开设有盲孔，所述盲孔底部还设置有与外界连通的导气孔，在进行体表津液采集前使得所述盲孔预先注有导电膏或导电液；所述超细弹性导电刚毛集束阵列由2的n次方束超细弹性导电刚毛集束组成，所述超细弹性导电刚毛集束由10—30根超细弹性导电刚毛组成；所述超细弹性导电刚毛内芯为弹簧钢，外层镀银；镀层厚度不超过0.1mm、刚毛直径不超过0.5mm；
在被试者背外侧前额叶处布置有经颅磁刺激线圈，所述磁刺激线圈接到高压脉冲电流发生器上，用以产生高强磁场；还设置有经颅直流电刺激电极，具体布置为：在被试者左外侧前额叶处布置阳极电极，在对侧眶额叶处布置阴极电极，以上电极均连接到直流脉冲电流发生器上，以产生直流刺激电流；
其二，上述津液状态采集的方法包括如下步骤：
S1：将已蘸取导电膏或导电液的每束超细弹性刚毛集束中的每根刚毛均连接到同一导电盘上，通过导电盘上的一根信号线导出；
S2：将所述超细弹性刚毛集束的位置按照国际脑电电极标准分布图，设置于被试者头上；
S3：将所述每束超细弹性刚毛集束的信号线均独立接入信号采集电路，令所有刚毛集束组成脑体表津液电导率采集网终；
S4：给信号采集电路通电，首先采集正常飞行状态下各束超细弹性刚毛集束之间的电导率计算这些电导率的特征值，作为特征值参考标准：
S5：其次采集当前飞行状态下各束超细弹性刚毛集束之间的实时电导率，使用频率为1000Hz，计算这些实时电导率的实时特征值；
S6：计算上述步骤S4与S5中电导率的实时特征值与电导率特征值参考标准之间的残差；
S7：若上述步骤S6中的残差高于预先设定的报警阅值，则发出警报并自动启动刺激唤醒装置；其他情况则视为飞行员处于安全状态，回到步骤S5继续监测采集。
2.如权利要求1所述的津液状态采集的方法中，所述超细弹性导电刚毛集束阵列由8、16、32、64、128等束超细弹性导电刚毛集束组成。
3.如权利要求1所述的津液状态采集的方法，在其进行津液状态采集的步骤S7中，刺激唤醒装置的工作步骤为：
S71：启动布置在左外侧前额叶处的阳极经颅直流电刺激电极和布置在对侧眶额叶处的阴极经颅直流电刺激电极，刺激电流强度为1-2mA，刺激脉冲脉宽为1ms；
S72：同时启动布置在背外侧前额叶处的经颅磁刺激线圈，采用高频重复经颅磁刺激唤醒飞行员意识，刺激频率为2-3Hz；
S73：向地面控制中心发送当前飞行员体表津液状态特征数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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