<strike id="6uago"></strike>
本發(fā)明涉及睡眠保健，尤其涉及一種基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀。
背景技術(shù)：
1、針對(duì)睡眠障礙問題，臨床上大多采用包括使用鎮(zhèn)靜劑、催眠藥等的藥物方式及催眠等認(rèn)知行為療法方式進(jìn)行治療，這些治療方式存在局限性、且導(dǎo)致副作用和依賴性，因此物理場調(diào)制方式由于其安全、長期適用、調(diào)制效果明顯等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是用以改善睡眠障礙問題的新型調(diào)制方式。目前常用的物理場調(diào)制方式有光刺激法、經(jīng)皮電刺激法、聲刺激法。
2、目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了聲刺激、光刺激以及經(jīng)皮電刺激對(duì)于睡眠均存在有效調(diào)控作用，但綜合運(yùn)用兩種或兩種以上的多物理場調(diào)控方式卻鮮有研究。同時(shí)，目前物理場調(diào)制睡眠的刺激方式無公認(rèn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，刺激參數(shù)缺乏理論依據(jù)支撐。因此，需要一種基于諧振頻率理論設(shè)計(jì)的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，能夠輔助調(diào)控用戶的腦區(qū)活動(dòng)，改善用戶的睡眠質(zhì)量，能夠?qū)λ哒{(diào)制的刺激參數(shù)的選取提供理論依據(jù)。
2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，包括：系統(tǒng)控制模塊、經(jīng)皮電刺激模塊、聲刺激模塊、近紅外光刺激模塊和腦電數(shù)據(jù)采集模塊；系統(tǒng)控制模塊分別與經(jīng)皮電刺激模塊、聲刺激模塊、近紅外光刺激模塊和腦電數(shù)據(jù)采集模塊控制連接，經(jīng)皮電刺激模塊位于頸部，通過135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的微弱電流進(jìn)行電刺激，聲刺激模塊使用兩個(gè)相同的微型揚(yáng)聲器分別置于兩耳側(cè)，播放135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的聲波，光刺激模塊位于前額，使用135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的近紅外光進(jìn)行刺激，并配置一紅色led用于指示燈，腦電數(shù)據(jù)采集模塊共設(shè)計(jì)五個(gè)橫向并排的電極片與前額相連接。
3、進(jìn)一步的，系統(tǒng)控制模塊包括主機(jī)殼體、電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊、刺激控制模塊和中央控制模塊；電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊、刺激控制模塊、中央控制模塊均設(shè)置在主機(jī)殼體內(nèi)，中央控制模塊分別與電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊和刺激控制模塊連接。
4、進(jìn)一步的，腦電數(shù)據(jù)采集模塊中，中心電極片用于控制采集的開啟與關(guān)閉，旁邊兩個(gè)電極片用于接地，最外側(cè)兩個(gè)電極片用于采集腦電，采集的腦電點(diǎn)位分別為fp1與fp2兩點(diǎn)位；采集的腦電信號(hào)為國際10-20標(biāo)準(zhǔn)電極位置中的fp1與fp2兩點(diǎn)位信號(hào)。
5、進(jìn)一步的，經(jīng)皮電刺激模塊的電極區(qū)使用網(wǎng)狀導(dǎo)電海綿薄片，導(dǎo)電海綿薄片內(nèi)側(cè)與電極片相連。
6、進(jìn)一步的，經(jīng)皮電刺激模塊位于頸部，通過135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的微弱電流進(jìn)行電刺激，具體包括如下步驟：
7、步驟1、采用4階butterworth濾波器帶通濾波120-180hz高頻信號(hào)；
8、步驟2、應(yīng)用獨(dú)立成分分析技術(shù)去除eog偽跡；
9、步驟3、對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以確保各時(shí)間窗口的數(shù)據(jù)具有相同的尺度和單位，從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性；
10、步驟4、將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)分割成若干個(gè)等長的時(shí)間窗口，數(shù)據(jù)的分割過程采用滑動(dòng)窗口技術(shù)；
11、步驟5、對(duì)每個(gè)時(shí)間窗口中x(t)進(jìn)行傅里葉變換，使用短時(shí)傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，獲得時(shí)頻分布信息，進(jìn)行峰值識(shí)別；
12、步驟6、通過morlet小波變換進(jìn)一步分析峰值頻譜，然后通過移動(dòng)平均增強(qiáng)峰值檢測(cè)的準(zhǔn)確性；
13、步驟7、在每個(gè)時(shí)間窗口中，從暫存的峰值中選取能量最高的頻率作為該時(shí)間窗口的諧振頻率；
14、步驟8、對(duì)所有窗口的諧振頻率進(jìn)行匯總，得到諧振頻率的集合，接著找到集合中最大諧振頻率和最小諧振頻率，并計(jì)算帶寬δf；
15、步驟9、確定每個(gè)諧振頻率所屬的頻率帶寬子區(qū)間；
16、步驟10、統(tǒng)計(jì)每個(gè)子區(qū)間中出現(xiàn)諧振頻率個(gè)數(shù)，然后選擇次數(shù)最多的頻率帶寬子區(qū)間——135-155hz作為使用的諧振頻率。
17、進(jìn)一步的，步驟1中，采用4階butterworth濾波器帶通濾波120-180hz高頻信號(hào)，假設(shè)原腦電信號(hào)為x(t)，帶通濾波后的信號(hào)為：
18、y(t)＝hbp(x(t))
19、其中，hbp表示帶通濾波器的傳遞函數(shù)，表示為：
20、
21、其中，flow是濾波器的下截止頻率，fhigh是濾波器的上截止頻率，n是濾波器的階數(shù)，f是信號(hào)的頻率。
22、進(jìn)一步的，步驟5中，對(duì)每個(gè)時(shí)間窗口中x(t)進(jìn)行傅里葉變換：
23、
24、psd(f)＝|x(f)|2
25、其中，x(f)是信號(hào)x(t)的傅里葉變換結(jié)果；
26、使用短時(shí)傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，獲得時(shí)頻分布信息：
27、
28、其中，ω(τ-t)用于限制信號(hào)的時(shí)間段，x(τ)是信號(hào)的時(shí)間域表示，x(t,f)是時(shí)間t和頻率f下的短時(shí)傅里葉變換結(jié)果，進(jìn)而可以進(jìn)行psd的計(jì)算：
29、psd(t,f)＝|x(t,f)|2
30、如果對(duì)于任意頻率fi，能夠?qū)崿F(xiàn)如下數(shù)學(xué)表達(dá)式，則被視為峰值：
31、p(fi)>p(fi"3)且p(fi)>p(fi+3)
32、其中，p(fi)表示頻率fi對(duì)應(yīng)的psd值。
33、進(jìn)一步的，步驟6中，通過morlet小波變換進(jìn)一步分析峰值頻譜，然后通過移動(dòng)平均增強(qiáng)峰值檢測(cè)的準(zhǔn)確性：
34、
35、其中，ma(t)是t時(shí)刻的移動(dòng)平均值，n是移動(dòng)窗口的長度。
36、進(jìn)一步的，步驟8中，對(duì)所有窗口的諧振頻率進(jìn)行匯總，得到諧振頻率的集合，接著找到集合中最大諧振頻率和最小諧振頻率，并計(jì)算帶寬δf，將δf分成g個(gè)等寬的子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間的寬度為
37、
38、進(jìn)一步的，步驟9中，確定每個(gè)諧振頻率所屬的頻率帶寬子區(qū)間，對(duì)于第i個(gè)諧振頻率它所屬的頻率帶寬子區(qū)間索引為：
39、
40、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)用戶的睡眠相關(guān)鬧神經(jīng)核團(tuán)的放電情況以及體內(nèi)激素分泌情況等，將睡眠質(zhì)量較差的用戶大腦活動(dòng)頻率調(diào)節(jié)至諧振頻率的范圍內(nèi)，誘發(fā)大腦同步節(jié)律信號(hào)，調(diào)制用戶睡眠期間的大腦活動(dòng)，改善用戶的睡眠質(zhì)量，并同時(shí)采集用戶睡眠時(shí)期的大腦電生理活動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步的分析；本發(fā)明能夠有效調(diào)控用戶的腦區(qū)活動(dòng)，改善用戶的睡眠質(zhì)量，能夠?qū)λ哒{(diào)制的刺激參數(shù)的選取提供理論依據(jù)。
1.一種基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，包括：系統(tǒng)控制模塊、經(jīng)皮電刺激模塊、聲刺激模塊、近紅外光刺激模塊和腦電數(shù)據(jù)采集模塊；系統(tǒng)控制模塊分別與經(jīng)皮電刺激模塊、聲刺激模塊、近紅外光刺激模塊和腦電數(shù)據(jù)采集模塊控制連接，經(jīng)皮電刺激模塊位于頸部，通過135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的微弱電流進(jìn)行電刺激，聲刺激模塊使用兩個(gè)相同的微型揚(yáng)聲器分別置于兩耳側(cè)，播放135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的聲波，光刺激模塊位于前額，使用135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的近紅外光進(jìn)行刺激，并配置一紅色led用于指示燈，腦電數(shù)據(jù)采集模塊共設(shè)計(jì)五個(gè)橫向并排的電極片與前額相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，系統(tǒng)控制模塊包括主機(jī)殼體、電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊、刺激控制模塊和中央控制模塊；電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊、刺激控制模塊、中央控制模塊均設(shè)置在主機(jī)殼體內(nèi)，中央控制模塊分別與電源模塊、腦電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、藍(lán)牙連接模塊和刺激控制模塊連接。
3.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，腦電數(shù)據(jù)采集模塊中，中心電極片用于控制采集的開啟與關(guān)閉，旁邊兩個(gè)電極片用于接地，最外側(cè)兩個(gè)電極片用于采集腦電，采集的腦電點(diǎn)位分別為fp1與fp2兩點(diǎn)位信號(hào)；采集的腦電信號(hào)為國際10-20標(biāo)準(zhǔn)電極位置中的fp1與fp2兩點(diǎn)位信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，經(jīng)皮電刺激模塊的電極區(qū)使用網(wǎng)狀導(dǎo)電海綿薄片，導(dǎo)電海綿薄片內(nèi)側(cè)與電極片相連。
5.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，經(jīng)皮電刺激模塊位于頸部，通過135-155hz內(nèi)各頻率正弦波疊加波形的微弱電流進(jìn)行電刺激，具體包括如下步驟：
6.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，步驟1中，采用4階butterworth濾波器帶通濾波120-180hz高頻信號(hào)，假設(shè)原腦電信號(hào)為x(t)，帶通濾波后的信號(hào)為：
7.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，步驟5中，對(duì)每個(gè)時(shí)間窗口中x(t)進(jìn)行傅里葉變換：
8.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，步驟6中，通過morlet小波變換進(jìn)一步分析峰值頻譜，然后通過移動(dòng)平均增強(qiáng)峰值檢測(cè)的準(zhǔn)確性：
9.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，步驟8中，對(duì)所有窗口的諧振頻率進(jìn)行匯總，得到諧振頻率的集合，接著找到集合中最大諧振頻率和最小諧振頻率，并計(jì)算帶寬δf，將δf分成g個(gè)等寬的子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間的寬度為
10.如權(quán)利要求1所述的基于諧振頻率的聲光電多物理場刺激睡眠調(diào)制儀，其特征在于，步驟9中，確定每個(gè)諧振頻率所屬的頻率帶寬子區(qū)間，對(duì)于第i個(gè)諧振頻率它所屬的頻率帶寬子區(qū)間索引為：