CN204520685U - 无线睡眠监测系统脑电采集帽 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线睡眠监测系统脑电采集帽，用于解决现有脑电采集帽结构复杂、功能单一的问题。包括脑电采集单元、信号处理单元和无线传输单元；脑电采集单元包括帽体(1)、旋转轴(2)、挂耳式支架(3)、前额叶电极(4)、顶叶电极(5)、参考电极(6)和接地电极(7)；帽体(1)由周箍带和顶箍带组成，前额叶电极(4)和顶叶电极(5)安装在其相应的箍带内侧；旋转轴(2)安装在周箍带一侧，挂耳式支架(3)可绕其转动；参考电极(6)和接地电极(7)分别安装在贴近乳突骨和耳垂处；信号处理单元和无线传输单元设置于安装盒(8)内。本实用新型结构简单，便于携带，可满足医疗机构和家庭获取睡眠状态下脑的电信号。

Description

无线睡眠监测系统脑电采集帽

技术领域

本实用新型属于功能医学监测技术领域，涉及一种无线睡眠监测系统脑电采集帽，可用于对睡眠状态下脑电信号的采集和处理。

背景技术

随着生活节奏的加快，越来越多的人承受着更大的工作压力和精神压力，产生了很多健康问题，其中睡眠障碍尤为突出，据世界卫生组织对29个国家或地区的25916名病人调查得出，27％的人有睡眠问题，而我国睡眠障碍患者约占人群总数的30％以上。患有睡眠障碍不仅严重影响人的身体健康，还会造成工作效率和工作质量下降。基于现状，许多社会团体都积极开展关于睡眠的宣传活动。例如国际精神卫生和神经科学基金会将每年的3月21日设立为“世界睡眠日”，以提高全民对睡眠健康的关注，并切实采取措施改善睡眠质量。

由于缺乏保健知识和监护设备，日常生活中，患有睡眠障碍的人会选择到医院接受检查和治疗，而医院通常是利用安装有8-16个电极的脑电帽，来采集人体头部特定部位的脑电信号，再将采集的脑电信号传输到配套的其他设备进行信号处理，得到脑电波形图，为监测睡眠状态以及克服睡眠障碍提供参数依据，继而确定治疗方案。中国专利，专利号为：CN200420033843.3，名称为“一种脑电采集系统电极帽”的实用新型，该实用新型公开了一种类似摩托车头盔一样的具有一定形状的头盔和一定数量的探针组成的电极帽，它采用多电极的方式，实现对人脑电信号的采集，通过和其他设备的配合来完成对得到脑电信号的处理，该电极帽所获取的脑电信号全面，数据的准确度高，但是存在两个不足：一是该电极帽采用硬质头盔结构，且采集电极数量多，患者佩戴不舒适，二是该电极帽仅可用于脑电信号的采集，而处理则需要与其他设备配合使用，功能单一且不便携带。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种无线睡眠监测系统脑电采集帽，以实现在电极少、佩戴舒适的同时，能够独立完成对人体采集和处理，用于解决现有脑电采集帽结构复杂、功能单一的问题，可满足医疗机构和家庭用于监测睡眠状态的需求。

实现本实用新型的技术思路是：利用两个采集电极、一个参考电极和一个接地电极，获取初步脑电模拟信号；然后将获取的初步脑电模拟信号通过信号处理单元处理，最终得到纯粹的脑电数字信号；同时通过无线传输单元，将经过处理的脑电信号数据传输给独立的分析与显示设备，利用软件对该数据进行分析以划分睡眠阶段，从而实现对睡眠状态的监测功能。

根据上述技术思路，实现本实用新型目的采用的技术方案是：一种无线睡眠监测系统脑电采集帽，包括：

脑电采集单元，用于采集脑电信号，并将得到的脑电信号输出；

信号处理单元，用于对脑电信号进行放大、滤波和AD转换处理，得到纯粹的脑电信号数据，并将得到的纯粹脑电信号输出；

无线传输单元，用于将纯粹脑电信号数据输出；

其特征在于：所述脑电采集单元包括帽体1、旋转轴2、挂耳式支架3、前额叶电极4、顶叶电极5、参考电极6和接地电极7；帽体1是由一条周箍带和两条垂直交叉的顶箍带相互连接而成，在该帽体1的周箍带和顶箍带上，分别安装有前额叶电极4和顶叶电极5，周箍带的左侧或右侧耳朵上部设有旋转轴2，该旋转轴2上安装有能绕其转动的挂耳式支架3，该挂耳式支架贴近乳突骨一侧装有参考电极6，耳垂位置装有接地电极7，所述四个电极4、5、6、7均与信号处理单元连接；在顶箍带的交叉处外侧设置有装载信号处理单元与无线传输单元的安装盒8。

所述前额叶电极4和顶叶电极5，分别安装在周箍带内侧头部前额叶和顶箍带内侧头部顶叶位置。

所述帽体1采用具有弹性且透气性良好的软性材料。

所述信号处理单元包括集成有放大器、滤波器及A/D转换器的ADS1298芯片和单片机。

所述的无线传输单元采用蓝牙芯片或ZigBee集成模块。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型由于帽体是采用透气性好且富有弹性的软性材料制成，佩戴舒适；且采集脑电信号所使用的电极数量少，在所采集的脑电信号足以监测睡眠状态的前提下，与现有技术采用多电极采集的方式相比，能有效降低对人体皮肤造成的损伤。

2、本实用新型由于信号处理单元与无线传输单元均采用芯片集成化设计，并置于安装盒内，使其能与脑电采集单元构成一个集采集、处理、传输于一体的脑电采集帽，扩展了现有脑电采集帽的功能，并且克服了现有技术中需要与其他设备配合使用的不足，简化了结构，提高了便携性，更易于推广。

3、本实用新型由于通过无线传输单元来实现脑电信号的输出，拓展性好，可以灵活地与不同显示终端连接，易于维护，造价低廉。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

参照图1，本实用新型包括脑电采集单元、信号处理单元和无线传输单元；其中：脑电采集单元包括帽体1、旋转轴2、挂耳式支架3、前额叶电极4、顶叶电极5、参考电极6和接地电极7；所述帽体1是由一条周箍带和两条垂直交叉的顶箍带，通过缝合或者由粘扣连接而成的一个整体结构，采用具有弹性且透气性良好的软性材料，以保证佩戴更加舒适；在周箍带和顶箍带的内侧、人体头部的前额叶和顶叶位置，分别安装有前额叶电极4和顶叶电极5；在周箍带的左侧或右侧人体的耳朵上部，设有旋转轴2，该旋转轴2上安装有能绕其转动的挂耳式支架3，该挂耳式支架贴近乳突骨一侧设有参考电极6，耳垂位置处设有接地电极7，所述四个电极4、5、6、7均与信号处理单元连接；在顶箍带的交叉处外侧设置有装载信号处理单元和无线传输单元的安装盒8。

为了保证电极与人体的接触良好，且其安装位置不会因人体头部大小的不同而发生偏移，造成采集信号不准确，根据成年人头部周长的一般范围，将帽体1的大小设置为S、M、L和XL四种规格，具体尺寸分别为570mm-580mm、580mm-590mm、590mm-600mm和600mm-610mm，供不同需求的使用者选择。

旋转轴2的一端可以固定在周箍带的左侧或右侧人体耳朵的上部，根据试验证明和常人的睡眠习惯，左侧卧是睡眠效果最好，因此将旋转轴2固定安装在周箍带的左侧。

挂耳式支架3采用与人体耳廓形状相似的弧形结构，它与旋转轴2采用活动连接方式，且可以绕其前后转动；由于乳突骨处脑电波微弱且包含几乎全部的背景噪声，故将参考电极6设置在挂耳式支架3贴近乳突骨的位置，并通过内置于挂耳式支架3和帽体1的导线与信号处理单元连接；在对脑电信号进行处理时，利用前额叶和顶叶采集的脑电信号减去此处得到的背景噪声，以实现脑电信号初步处理；与此同时，由于耳垂位置脑电波最微弱、对采集数据影响最小，故在挂耳式支架3耳垂的位置设置接地电极7，该接地电极7与信号处理单元相连，实现接地效果，保证信号的正常采集；旋转轴2和挂耳式支架3均采用挠性材料制成，耳垂接地电极7采用电极贴片，使采集帽佩戴舒适，降低对使用者睡眠的影响；而且挂耳式支架3可拆卸，既能让使用者根据自身耳廓大小选择不同的型号，也便于此处损坏时的更换。

前额叶电极4和顶叶电极5均采用圆形薄片状的氯化银电极，这种电极导电性能好，便于对微弱的脑电信号进行采集；该两个电极4和5分别镶嵌在周箍带的前额叶和顶箍带的顶叶位置的内侧，用于采集前额叶和顶叶的脑电信号，得到两路脑电信号；根据睡眠时脑电的活动规律，人体头部前额叶和顶叶脑电活动电场强烈，特征波形全面，便于采集，因此这两路脑电信号可以用来划分睡眠阶段以监测睡眠状态；而且前额叶位于人体额骨形成的拱形颅腔内，并非具体的一个点，所以周箍带弹性带动前额叶电极位置的微小变换，对信号采集效果基本无影响；顶叶位于头顶偏后的一个区域，所以电极帽佩戴位置的微小偏差对顶叶信号采集无影响，前额叶电极和顶叶电极采集到的脑电信号，通过铺在周箍带和顶箍带夹层内的导线传输给信号处理单元，避免使用者对电路的人为损坏，增加了采集帽使用寿命。

安装盒8采用轻质挠性材料制成，其底部采用与人体头顶形状相吻合的微弧形状，固定在两条顶箍带的交叉处外侧，在保证使用者佩戴舒适、不影响睡眠质量的同时又能使其与顶箍带稳固连接，该安装盒8的内部设置有信号处理单元和无线传输单元。

信号处理单元包括集成有放大器、滤波器及A/D转换器的ADS1298芯片和单片机。ADS1298芯片是美国德州仪器公司最新生产的EEG采集芯片，集成有8个低噪声可编程增益放大器与8个24位高分辨率同步采样模数转换器，该芯片具有低功耗、低噪音、小体积的特点，满足本实用新型可穿戴便携式要求，同时能够保证脑电信号处理的可靠效果。ADS1298芯片连接在单片机上，由该芯片实现对脑电信号的基本处理，再将转换为数字信号的脑电信号传给单片机。单片机可选用MSP430系列单片机，MSP430系列单片机是一种16位的单片机，采用了精简指令集结构，具有包括7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址在内的寻址方式，简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。单片机部分用于集成ADS1298芯片和CPU、内存、内部外部总线系统，植入算法程序，用于进一步处理脑电信号并传输给无线传输单元。

所述无线传输单元采用蓝牙芯片或ZigBee集成模块，蓝牙是一种支持设备间短距离通信一般10m内的无线电技术。采用这种技术能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。ZigBee也是一种低速短距离传输的无线网络协定，可实现相同功能。本实用新型的无线传输单元采用第四代蓝牙技术，其作用是将处理后的脑电采集信号传输给分析和显示单元。其传输速度达到每秒一兆字节，实现了脑电数字信号的快速传输。

本实用新型的功能实现方式是，脑电采集单元采集脑电信号并传输给信号处理单元，由信号处理单元的ADS1298芯片对脑电信号初步放大、滤波、AD转换，得到脑电信号数据，再由单片机模块进一步处理并传输给无线传输单元，无线传输单元将脑电信号数据传输给装有配套软件的任意显示终端，实现对睡眠状态的监测。

本实用新型的使用方式是，使用者在睡眠前将脑电采集帽佩戴在头上，打开设备电源，采集电极开始采集脑电信号，通过导线将采集到的脑电信号传输到数据处理单元进行数据处理，再经无线传输单元将处理过的脑电信号传输到外接显示终端的配套软件进行存储，使用者醒来后可随时打开显示终端的配套软件了解自己睡眠状态。本采集帽便于佩戴，不影响使用者的睡眠质量，使用者可以通过自己睡眠阶段的时间规律合理安排睡眠时间，从而提高睡眠质量。

以上描述仅是本实用新型的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本实用新型内容和原理后都可能在不背离本实用新型原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本实用新型的权利要求和保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无线睡眠监测系统脑电采集帽，包括：

脑电采集单元，用于采集脑电信号，并将得到的脑电信号输出；

信号处理单元，用于对脑电信号进行放大、滤波和A/D转换处理，得到纯粹的脑电信号数据，并将得到的纯粹脑电信号输出；

无线传输单元，用于将纯粹脑电信号数据输出；

其特征在于：脑电采集单元包括帽体(1)、旋转轴(2)、挂耳式支架(3)、前额叶电极(4)、顶叶电极(5)、参考电极(6)和接地电极(7)；帽体(1)是由一条周箍带和两条垂直交叉的顶箍带相互连接而成，在该帽体(1)的周箍带和顶箍带上，分别安装有前额叶电极(4)和顶叶电极(5)，周箍带的左侧或右侧耳朵上部设有旋转轴(2)，该旋转轴(2)上安装有能绕其转动的挂耳式支架(3)，该挂耳式支架贴近乳突骨一侧装有参考电极(6)，耳垂位置装有接地电极(7)，所述四个电极(4，5，6，7)均与信号处理单元连接；在顶箍带的交叉处外侧设置有装载信号处理单元与无线传输单元的安装盒(8)。

2.根据权利要求1所述的无线睡眠监测系统脑电采集帽，其特征在于：所述前额叶电极(4)和顶叶电极(5)，分别安装在周箍带内侧头部前额叶和顶箍带内侧头部顶叶位置。

3.根据权利要求1所述的无线睡眠监测系统脑电采集帽，其特征在于：所述帽体(1)采用具有弹性且透气性良好的软性材料。

4.根据权利要求1所述的无线睡眠监测系统脑电采集帽，其特征在于：所述信号处理单元包括集成有放大器、滤波器及A/D转换器的ADS1298芯片和单片机。

5.根据权利要求1所述的无线睡眠监测系统脑电采集帽，其特征在于：所述的无线传输单元采用蓝牙芯片或ZigBee集成模块。