CN216168407U - 基于脑电波的病床控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于脑电波的病床控制系统。本实用新型包括床体、柜体以及脑电波采集装置，床体内部设置有控制处理器、语音识别器以及第一无线通讯器，床头部设置有指示灯，床体的床尾部设置有支撑架，支撑架上设置有用于显示交互内容的显示器，显示器上设置有与床头部对应的图像采集装置，床尾部上设置有与床头部对应的扬声器，柜体朝向床头部的侧面设置有麦克风阵列，脑电波采集装置在下表面设置有接触电极，脑电波采集装置内部设置有脑电波信号处理模块以及第二无线通讯器，第一无线通讯器与第二无线通讯器通讯连接。相对于现有技术，本实用新型通过病人的注意力状态以及视线，使病人可通过注意力状态以及视线操作病床上的设备。

Description

基于脑电波的病床控制系统

技术领域

本实用新型属于一般的控制或调节系统技术领域，尤其涉及基于脑电波的病床控制系统。

背景技术

随着现代科技的不断发展，意念控制已经走入现实生活中。“意念”控制，是利用人类的脑波操控。人类在进行各项生理活动时，大脑会产生电压，也就是我们所称的脑电波。人在不同状态下，脑电波的频率可以分为α、β、θ、δ波。脑机接口技术就是通过对脑电信息的分析解读，将其进一步转化成相应的控制，达到“意念”操控物体。

现有技术中已有利用视线追踪的方式实现人机交互，通过信息终端为媒介与其他人交互的方式。依靠视线追踪技术实现的人机交互主要是红外相机传递的眼部信息来提取用户的瞳孔信息，使用红外相机可以更加清晰的采集用户的眼部信息，使得提取出来的瞳孔信息更加的细致。通过该信息便可以得到人的注视点。其主要原理是利用角膜反射亮点(普尔钦斑，以下简称光斑)和瞳孔中心对视线进行追踪和定位。具体做法是：利用红外光照射用户脸部，其中，用户面部皮肤使得红外光发生漫反射进入相机形成面部图像，用户角膜区域使得红外光发生镜面反射进入相机形成光斑，通过定位瞳孔和光斑的位置即可推导出用户的视线方向和注视点。

现有的医院病床需要病人通过按键操作病床上的各个功能设备，但一些行动不便的病人无法手动操作按键控制病床上的功能设备。因此，亟需一种能替代手动按键操作的技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供基于脑电波的病床控制系统，以解决现有病床上的设备无法供行动不便的病人提供操作的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于脑电波的病床控制系统，包括床体、设置在床体的床头部一侧的柜体以及可拆卸安装地设置在所述柜体上面的脑电波采集装置，所述床体内部设置有控制处理器、语音识别器以及第一无线通讯器，所述床头部设置有指示灯，所述床体的床尾部设置有支撑架，所述支撑架上设置有用于显示交互内容的显示器，所述显示器上设置有与所述床头部对应的图像采集装置，所述床尾部上设置有与所述床头部对应的扬声器，所述柜体朝向所述床头部的侧面设置有麦克风阵列，所述脑电波采集装置在下表面设置有接触电极，所述脑电波采集装置内部设置有脑电波信号处理模块以及第二无线通讯器，所述第一无线通讯器与所述第二无线通讯器通讯连接，所述控制处理器分别与所述语音识别器、所述第一无线通讯器、所述指示灯、所述显示器、所述图像采集装置、所述扬声器以及所述麦克风阵列电连接，所述脑电波信号处理模块分别与所述接触电极以及所述第二无线通讯器电连接。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述柜体在上面设置有充电支架，所述充电支架的端部设置有与外部电源电连接的充电端，所述脑电波采集装置在下表面设置有与所述充电端相应的充电口，所述脑电波采集装置内部还设置有与所述脑电波信号处理模块电连接的移动电源，所述移动电源通过所述充电口与所述充电端电连接。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述支撑架包括固定杆以及转动杆，所述固定杆的一端与所述床尾部连接，所述固定杆的另一端与所述转动杆的一端铰接，所述转动杆的另一端与所述显示器连接。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述图像采集装置包括红外相机以及电子摄像头。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述指示灯为LED灯。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述第一无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述第二无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述床体内部还设置有与所述控制处理器电连接的数据存储器。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述数据存储器为ROM、PROM或者EPROM。

作为本实用新型所述的基于脑电波的病床控制系统，所述脑电波信号处理模块为TGAM模块。

本实用新型具有的有益效果为：本实用新型在脑电波采集装置上设置接触电极以及脑电波信号处理模块，使本实用新型能通过脑电波采集装置实时采集病人的脑电波，从而能获取病人的注意力状态；同时本实用新型通过设置图像采集装置，使本实用新型能通过图像采集装置实时对病人进行视线追踪；进而本实用新型通过病人的注意力状态以及视线，使病人可通过注意力状态以及视线操作病床上的设备，无需手动操作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的侧视图。

图3为本实用新型的原理框图。

图中：

1-床体；

11-床头部；

111-指示灯；

12-床尾部；

121-支撑架；1211-固定杆；1212-转动杆；122-显示器；123-图像采集装置；124-扬声器；

2-柜体；

21-麦克风阵列；22-充电支架；

3-脑电波采集装置。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本实用新型及其有益效果作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

在对本实用新型的技术方案进行详细说明之前，首先对脑电波信号以及语音控制的相关内容进行简要说明。

关于脑电波信号，通俗地讲，人类在进行各项生理活动时都在放电。心脏跳动时会产生1～2毫伏的电压，眼睛开闭会产生5～6毫伏的电压，而思考问题时大脑会产生0.2～1毫伏的电压。如果用科学仪器测量大脑的电位活动，那么在荧幕上就会显示出波浪一样的图形，这就是“脑波”。脑波活动具有一定的规律性特征，和大脑的意识存在某种程度的对应关系。人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下，脑电波的频率会有明显的不同，约在1～40赫兹之间，依照不同的频率，脑波又被进一步分为α、β、δ、θ波。当人在一定的压力之下精神高度集中时，脑波的频率在12～38赫兹之间，这个波段被称为β波，是“意识”层面的脑波；当人注意力下降，处于放松状态时，脑波的频率会下降到8～12赫兹，这被称为α波；进入睡眠状态后，脑波频率进一步下降，被分为θ波(4～8赫兹)和δ波(0.5～4赫兹)，它们分别反映的是人在“潜意识”和“无意识”阶段的状态。正是因为脑波具有这种随着情绪波动而变化的特性，人类对于脑波的开发利用成为了可能。

脑机接口(Brain Computer Interface，BCI)即是采集脑波信号的设备，它是一种新颖的人机交换技术，通过计算机其和他电子设备在人脑与外界环境之间建立一条不依赖于外周神经和肌肉组织的对外信息交流控制通路。

例如，美国NeuroSky(中文简称：神念科技)公司即基于BCI技术设计研发了一系列脑电设备，主要是通过干态电极传感器采集大脑产生的生物电信号，并将这些采集的信号送入TGAM(ThinkGear Asic Module)模块，TGAM将混杂在信号中的噪音以及运动产生的扰动进行滤除，并将有用信号进行放大，然后通过该公司拥有的NeuroSky eSemse专利算法解读出描述病人当前精神状态的eSemse参数(专注度、放松度)，最终，通过将这些量化的参数输出到电脑、手机等智能设备，实现基于脑电波的人机交互，既通常所说的意念控制。

实施例

如图1至图3所示，基于脑电波的病床控制系统，包括床体1、设置在床体1的床头部11一侧的柜体2以及可拆卸安装地设置在柜体2上面的脑电波采集装置3，床体1内部设置有控制处理器、语音识别器以及第一无线通讯器，床头部11设置有指示灯111，床体1的床尾部12设置有支撑架121，支撑架121上设置有用于显示交互内容的显示器122，显示器122上设置有与床头部11对应的图像采集装置123，图像采集装置123包括红外相机、光源装置以及电子摄像头，床尾部12上设置有与床头部11对应的扬声器124，柜体2朝向床头部11的侧面设置有麦克风阵列21，脑电波采集装置3在下表面设置有接触电极，脑电波采集装置3内部设置有脑电波信号处理模块以及第二无线通讯器，第一无线通讯器与第二无线通讯器通讯连接，控制处理器分别与语音识别器、第一无线通讯器、指示灯111、显示器122、图像采集装置123、扬声器124以及麦克风阵列21电连接，脑电波信号处理模块分别与接触电极以及第二无线通讯器电连接。其中，语音识别器为LD3320芯片，控制处理器为ATmega128单片机；麦克风阵列21可以将噪声环境中特定声音信号进行有效的增强，麦克风阵列21中的麦克风越多越容易实现更好的语音降噪和语音增强效果。

本实施例的工作原理：

1)首先，将脑电波采集装置3从充电支架22柜体2上拆卸取下，并佩戴在病人的头部；接触电极包括采集电极、接地电极和参考电极；在使用时将采集电极设置在病人额头的FP1处，FP1是脑电图检查常规中的一个位置，即左额极；而接地电极和参考电极则通过耳夹等方式设置在病人耳垂处；该三个电极通过噪音过滤技术和信号处理技术等获取病人的脑电波信号，并实时将病人的脑电波信号通过第二无线通讯器以及第一无线通讯器传输至控制处理器中；

2)随后，佩戴脑电波采集装置3的病人躺卧在床体1上且面部对着显示器122；显示器122上显示有虚拟操作按键；

3)图像采集装置123实时采集病人的视线信息并将对应的视线信息传输至控制处理器，进而使显示器122上生成一个跟随病人视线的视线光标点；图像采集模块123可以采用红外相机和光源组合来采集病人的眼部信息，控制处理器通过处理红外相机传递的眼部信息来提取病人的瞳孔信息，使用红外相机可以更加清晰的采集病人的眼部信息，使得提取出来的瞳孔信息更加的细致。通过瞳孔信息便可以得到病人的视线信息，进而在显示器122上生成视线光标点；

4)若病人想呼唤护士时，病人需要将视线转移至呼唤护士的虚拟操作按键上，此时视线光标点会移动至呼唤护士的虚拟操作按键的上面，随后病人需集中注意力；当脑电波采集装置3检测到病人的脑电波信号的频率为12～38赫兹的β波时，激活虚拟操作按键，第一无线通讯器将呼唤护士的信息发送至护士的终端设备中，同时指示灯111亮起表示操作成功；

5)病人可通过发出语音命令操作病床上的设备；病人可对麦克风阵列21发出“呼唤护士”的语音命令，麦克风阵列21采集病人的语音命令后通过控制处理器传输至语音识别器中处理，从而激活对应的设备。

本实施例具有的有益效果为：本实施例在脑电波采集装置3上设置接触电极以及脑电波信号处理模块，使本实施例能通过脑电波采集装置3实时采集病人的脑电波，从而能获取病人的注意力状态；同时本实施例通过设置图像采集装置123，使本实施例能通过图像采集装置123实时对病人进行视线追踪；进而本实施例通过病人的注意力状态以及视线，使病人可通过注意力状态以及视线操作病床上的设备，无需手动操作。

优选地，柜体2在上面设置有充电支架22，充电支架22的端部设置有与外部电源电连接的充电端，脑电波采集装置3在下表面设置有与充电端相应的充电口，脑电波采集装置3内部还设置有与脑电波信号处理模块电连接的移动电源，移动电源通过充电口与充电端电连接。通过上述设置，使脑电波采集装置3能通过充电口进行充电。

优选地，支撑架121包括固定杆1211以及转动杆1212，固定杆1211的一端与床尾部12连接，固定杆1211的另一端与转动杆1212的一端铰接，转动杆1212的另一端与显示器122连接。通过上述设置，使显示器122能根据实际情况调节角度。

优选地，指示灯111为LED灯。根据实际情况选择合适的LED灯。

优选地，第一无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。根据实际情况选择合适的无线通讯器。

优选地，第二无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。根据实际情况选择合适的无线通讯器。

优选地，床体1内部还设置有与控制处理器电连接的数据存储器。通过上述设置，使本实施例具有数据存储功能。

优选地，数据存储器为ROM、PROM或者EPROM。根据实际情况选择合适的数据存储器。

优选地，脑电波信号处理模块为NeuroSky公司的TGAM模块。根据实际情况选择合适的脑电波信号处理模块。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：包括床体(1)、设置在床体(1)的床头部(11)一侧的柜体(2)以及可拆卸安装地设置在所述柜体(2)上面的脑电波采集装置(3)，所述床体(1)内部设置有控制处理器、语音识别器以及第一无线通讯器，所述床头部(11)设置有指示灯(111)，所述床体(1)的床尾部(12)设置有支撑架(121)，所述支撑架(121)上设置有用于显示交互内容的显示器(122)，所述显示器(122)上设置有与所述床头部(11)对应的图像采集装置(123)，所述床尾部(12)上设置有与所述床头部(11)对应的扬声器(124)，所述柜体(2)朝向所述床头部(11)的侧面设置有麦克风阵列(21)，所述脑电波采集装置(3)在下表面设置有接触电极，所述脑电波采集装置(3)内部设置有脑电波信号处理模块以及第二无线通讯器，所述第一无线通讯器与所述第二无线通讯器通讯连接，所述控制处理器分别与所述语音识别器、所述第一无线通讯器、所述指示灯(111)、所述显示器(122)、所述图像采集装置(123)、所述扬声器(124)以及所述麦克风阵列(21)电连接，所述脑电波信号处理模块分别与所述接触电极以及所述第二无线通讯器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述柜体(2)在上面设置有充电支架(22)，所述充电支架(22)的端部设置有与外部电源电连接的充电端，所述脑电波采集装置(3)在下表面设置有与所述充电端相应的充电口，所述脑电波采集装置(3)内部还设置有与所述脑电波信号处理模块电连接的移动电源，所述移动电源通过所述充电口与所述充电端电连接。

3.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述支撑架(121)包括固定杆(1211)以及转动杆(1212)，所述固定杆(1211)的一端与所述床尾部(12)连接，所述固定杆(1211)的另一端与所述转动杆(1212)的一端铰接，所述转动杆(1212)的另一端与所述显示器(122)连接。

4.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述图像采集装置(123)包括红外相机以及电子摄像头。

5.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述指示灯(111)为LED灯。

6.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述第一无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。

7.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述第二无线通讯器为蓝牙通讯器、wifi通讯器、4G通讯器或者5G通讯器。

8.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述床体(1)内部还设置有与所述控制处理器电连接的数据存储器。

9.根据权利要求8所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述数据存储器为PROM或者EPROM。

10.根据权利要求1所述的基于脑电波的病床控制系统，其特征在于：所述脑电波信号处理模块为TGAM模块。

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