本發(fā)明涉及檢測眼睛肌肉疲勞的方法領(lǐng)域，特別地涉及一種檢測眼睛肌肉疲勞的檢測系統(tǒng)。本發(fā)明所述檢測方法和相關(guān)系統(tǒng)可以實時檢測使用者的眼睛肌肉的疲勞程度，并根據(jù)使用者的眼鏡疲勞程度適時提供用眼及其他醫(yī)學(xué)檢測的建議。

背景技術(shù)：

1、據(jù)教育部對全國學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研顯示，我國學(xué)生視力狀況不容樂觀，7-12歲小學(xué)生、13-15歲初中生和16-18歲高中生視力不良率分別高達40.89％、67.33％和79.20％。某直轄市青少年近視防治中心報告，目前近視高發(fā)于9～13歲，特點是低齡化、高度數(shù)，近視度數(shù)高于600易導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變，根據(jù)教育部關(guān)于印發(fā)《普通高等學(xué)校招生體檢工作指導(dǎo)意見》的通知要求，裸眼視力任何一眼低于5.0者，相關(guān)專業(yè)不能錄取，所以預(yù)防近視的工作刻不容緩，“不良的視覺環(huán)境，讀書寫字時光線不足，近距離用眼時間過長，讀寫姿勢不正確等是造成近視發(fā)生或發(fā)展的重要原因”。

2、肌電信號(EMG)是眾多肌纖維中運動單元動作電位(MUAP)在時間和空間上的疊加，肌電信號能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動。在肌肉疲勞時，肌電信號也會隨著肌肉的疲勞發(fā)生變化，這種變化有規(guī)律可循。肌肉疲勞通常是指肌肉運動系統(tǒng)最大作功能力或者最大收縮能力的暫時下降肌電信號可以在一定程度上反映肌肉收縮功能的變化，其檢測具有非損傷性、實際性、多靶點測量等優(yōu)點，多年來應(yīng)用肌電信號分析評價肌肉疲勞的應(yīng)用性研究主要集中在線性的時、頻分析兩個領(lǐng)域，主要的研究包括肌肉活動和肌肉疲勞的肌電信號維數(shù)、復(fù)雜度、熵變化規(guī)律和特點等；

3、當前市場上的學(xué)生用近視預(yù)防裝置都沒有考慮到探測使用者的睫狀肌肌電信號來判斷使用者眼鏡的狀態(tài)。

4、目前預(yù)防近視相關(guān)的專利，可分為如下幾類：

1)眨眼檢測類，如申請?zhí)枮椤?01510376798.4》的發(fā)明專利，主要的方法是通過判斷使用者眨眼的次數(shù)和圖像，推斷出使用者眼睛是否疲勞，此種方法是從一些間接的證據(jù)(眨眼)來判斷眼睛的疲勞情況，導(dǎo)致眨眼次數(shù)變化的可能有很多如環(huán)境問題(光源、灰塵)、使用者眼睛的問題(干眼癥、眼結(jié)石、麥粒腫)，這導(dǎo)致申請?zhí)枮椤?01510376798.4》的發(fā)明專利無法用一個標準判斷每一個個體眨眼代表的眼部肌肉疲勞與否。

2)控制類，如授權(quán)公告號為《CN103453931B》、《CN103446653B》、《CN102743252B》的發(fā)明專利，雖然從使用者的外部環(huán)境和使用者本身的姿態(tài)對使用者的用眼進行規(guī)范，有效果，但是這些專利都沒有涉及到對使用者的眼睛疲勞程度進行實時的檢測，只是根據(jù)使用者讀書，學(xué)習(xí)的時間進行粗框的判斷，沒有做到精細化、實時判斷，達不到在判斷眼睛疲勞上的最佳效果。

5、當前一些鍛煉睫狀肌的產(chǎn)品沒有考慮使用者使用時睫狀肌的疲勞狀態(tài)，考慮到實際情況是大部分情況下使用者(青少年)的睫狀肌處于疲勞狀態(tài)，在睫狀肌疲勞狀態(tài)下強行進行睫狀肌的鍛煉，只會加深睫狀肌的疲勞程度，造成使用者得到與目的相反的結(jié)果。

以上分析的專利對眼睛疲勞的實時狀態(tài)沒有獲得或者獲得方法不實用，在實際使用中效果會有欠缺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在實現(xiàn)的技術(shù)問題為：獲取眼部周圍人體表面的肌電信號，對肌電信號進行放大、濾波、分離，用人工智能的方法識別睫狀肌的肌電信號，對肌電信號進行分析，分析出睫狀肌肌電的狀態(tài)即睫狀肌的疲勞程度。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，其采用的技術(shù)方案由以下部分組成：數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)分析決策單元，數(shù)據(jù)傳輸單元：

所述數(shù)據(jù)采集單元主要用途是采集人體表面的肌電信號，并將肌電信號進行A/D轉(zhuǎn)換，在這個過程中如果需要進行信號放大，可以先進行一次模擬信號的放大后進行A/D轉(zhuǎn)換?？紤]到數(shù)字濾波的效率和計算量的壓力，如果有硬件濾波的需求在數(shù)據(jù)采集單元也可以加硬件濾波器在A/D轉(zhuǎn)換前，A/D器件的采樣頻率需要大于1K，是肌電信號頻率范圍10Hz～500Hz的兩倍或者更高，保證采樣數(shù)據(jù)的有效性。檢測電極可以是陣列式電極用于保證效果。

所述數(shù)據(jù)分析決策單元主要用途是識別睫狀肌的疲勞狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元從所述數(shù)據(jù)采集單元得到含有睫狀肌肌電信號和其它噪音信號的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元處理流程分為如下步驟：

A.濾波和變換，因為所述數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)包含眼睛眨眼、面部肌肉活動等肌電信息，在本系統(tǒng)被認為是噪音，需要從帶有噪音的原始數(shù)據(jù)中得到睫狀肌的肌電信號，所以要使用濾波器根據(jù)睫狀肌信號的特征對從所述數(shù)據(jù)采集單元得到的數(shù)據(jù)進行濾波，濾波可使用FIR、IIR類數(shù)字濾波器，對信號采用帶通濾波，濾波后的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進行放大；濾波前后可以進行信號的時域、頻域變換，濾波、變換后的數(shù)據(jù)剩下由多種肌電信號合并成的信號，這些信號中包含睫狀肌肌電信號，還包括眨眼、面部肌肉活動的肌電信號，左右兩眼的多條睫狀肌的信號是相關(guān)的信號，可以視作一個信號，因使用者眼部病變等原因也有可能使多條睫狀肌信號不相關(guān)，后面的步驟會對分離出的肌電信號逐條判斷；

B.信號分離提取，因為濾波和變換后的信號是由多種肌電信號合并成的信號，本步驟目的是從濾波和變換后的信號中分離睫狀肌的信號，這里視除睫狀肌外的信號為噪音信號，因為睫狀肌信號和其他噪音不相關(guān)，所以使用數(shù)學(xué)方法將信號分離，數(shù)學(xué)方法可以使用盲源分離(BSS)、自適應(yīng)信號濾波、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法、主成分分析、小波，使用盲源分離(BSS)進行信號分離時分離出一組待判定的信號，這組待判定的信號中的有睫狀肌肌電信號；左右兩眼的多條睫狀肌的信號是相關(guān)的信號，可以視作一個信號，在使用盲源分離(BSS)進行信號分離后作為一個信號存在，但是在某些情況下，因眼部病變或者睫狀肌本身的病變，可能會造成使用盲源分離(BSS)進行信號分離后有多個睫狀肌信號的存在；

C.對信號進行識別，本步驟目的是識別出睫狀肌的疲勞程度，識別的方式可以是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(SVM)，識別前可以由使用人對識別系統(tǒng)進行訓(xùn)練，或者根據(jù)事前對大量使用者預(yù)先分析的數(shù)據(jù)對識別系統(tǒng)進行訓(xùn)練，識別可以有兩級，第一級識別出睫狀肌信號，第二級識別睫狀肌信號的疲勞程度，兩級使用的識別方式、算法可以不同；識別的方式也可以是根據(jù)設(shè)定的閾值對信號的時域或頻域特性進行判定，也可結(jié)合時域、頻域特性共同判定(幅頻聯(lián)合分析JASA)，如根據(jù)Piper規(guī)律判斷表面肌電信號的頻率變化得出肌肉的疲勞程度，本步驟如果有需要可以進行時域頻域變換，變換的方法可以是傅里葉變換、小波變換；如上一步驟是盲源分離(BSS)方法，經(jīng)盲源分離(BSS)得到的一組待選信號經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(SVM)進行識別，識別出睫狀肌肌電信號，睫狀肌肌電信號直接通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(SVM)識別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)，或者將睫狀肌肌電信號的時頻、幅值信息等特征進行提取，提取的信息再通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(SVM)進行識別,識別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)，可提取的特征：時域特征、小波變換(WT)、自回歸模型系數(shù)(AR)、倒譜系數(shù)(CEP)、小波包分解(WPT)、短時傅立葉變化(STFT)、幅值。

上述步驟通常實現(xiàn)可以按照順序也可不按照描述的順序，上述步驟在實現(xiàn)時按需可以省略A或者B步驟。

所述數(shù)據(jù)傳輸單元可以使數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務(wù)端，即所述數(shù)據(jù)分析決策單元可以在本地也可以在遠程服務(wù)端上，所述數(shù)據(jù)分析決策單元和所述數(shù)據(jù)采集單元在一起時所述數(shù)據(jù)傳輸單元可以省略。遠端服務(wù)器可以解決本地的運算能力、電池容量局限的矛盾，并且可以降低本地硬件的成本。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，通過實時監(jiān)測使用者的睫狀肌疲勞程度，適時提醒使用者是否需要休息，從而避免使用者在不知情的情況下視力下降，做到睫狀肌勞逸結(jié)合，減低近視的發(fā)病率；

2、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，可以用于使用者有意識的鍛煉睫狀肌，在使用者鍛煉睫狀肌時給使用者提供反饋和鍛煉效果，達到增強睫狀肌肌肉的能力，使使用者眼睛不容易出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)，減低近視的發(fā)病率。當前一些鍛煉睫狀肌的產(chǎn)品沒有考慮使用者使用時睫狀肌的疲勞狀態(tài)，考慮到實際情況是大部分情況下使用者(青少年)的睫狀肌處于疲勞狀態(tài)，在睫狀肌疲勞狀態(tài)下強行進行睫狀肌的鍛煉，只會加深睫狀肌的疲勞程度，造成使用者得到與目的相反的結(jié)果，在應(yīng)用本發(fā)明所述方法后，鍛煉睫狀肌時可以實時得到睫狀肌的疲勞狀態(tài)，可以對睫狀肌進行科學(xué)的鍛煉，減低近視的發(fā)病率；

3、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，可以用于燈具廠家跟蹤使用燈具者在使用燈具時的疲勞曲線，在整合大量人群使用燈具的數(shù)據(jù)后適時調(diào)整燈具的光強、頻譜參數(shù)，使使用者得到更佳的使用體驗，一方面延緩使用者連續(xù)使用燈具的疲勞時間，另一方面為燈具廠家創(chuàng)造更好的效益；本發(fā)明所述的方法制成的產(chǎn)品可以和申請?zhí)枴?01510844376.5》的發(fā)明專利所述護眼燈配合工作，本發(fā)明所述的方法制成的產(chǎn)品將睫狀肌的疲勞程度實時傳輸?shù)缴暾執(zhí)枴?01510844376.5》的發(fā)明專利所述護眼燈，所述護眼燈實時調(diào)節(jié)所述護眼燈的光譜，使使用者得到更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在減低近視發(fā)病率的同時提高使用者的學(xué)習(xí)效率；

4、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，大量人群的使用數(shù)據(jù)可以供科研機構(gòu)對近視發(fā)病與睫狀肌疲勞的關(guān)系的研究，也可以用于研究新的眼藥水、藥物用于避免使用者近視。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的框圖。

圖2為本發(fā)明另一實施例的框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本實施例通過設(shè)置在眼鏡的鼻托和鏡腿上的肌電傳感器采集睫狀肌產(chǎn)生的信號。睫狀肌工作時會產(chǎn)生肌電信號，在眼鏡架的鼻托和鏡腿上分別設(shè)置肌電傳感器，通過該肌電傳感器即可采集含有噪音的睫狀肌的肌電信號，該肌電信號包括但不限于：睫狀肌收縮和睫狀肌放松信號。該肌電信號在本實施例所述的硬件電路支持下通過軟硬件濾波、識別、判定，得到睫狀肌是否疲勞的信息，通過相應(yīng)的聲光電反饋給使用者。

如圖1所示，為本發(fā)明實施例的框圖。本發(fā)明的眼睛睫狀肌肌肉疲勞的檢測系統(tǒng)，包括以下模塊：數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)分析決策單元；所述數(shù)據(jù)采集單元是采集人體表面的肌電信號，表面電極使用類似型號為LT-301的多次使用電極，材料為Ag/AgCl，在A/D轉(zhuǎn)換前使用低噪放(LNA)進行信號放大，并將肌電信號進行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換采用20位，采樣頻率2KHz；所述數(shù)據(jù)傳輸單元是將所述數(shù)據(jù)采集單元采集到的信號傳輸至所述數(shù)據(jù)分析決策單元；所述數(shù)據(jù)分析決策單元是識別睫狀肌的疲勞狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元從所述數(shù)據(jù)傳輸單元得到含有睫狀肌肌電信號和其它噪音信號的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元處理流程為：通過帶通濾波器去除噪音信號,帶通濾波器的通頻帶為10Hz～500Hz、濾波后的信號進行傅里葉變換(FFT)，信號由時域變?yōu)轭l域，頻域信號提取低頻特性，使用訓(xùn)練過的支持向量機(SVM)對信號進行識別，識別出睫狀肌是否疲勞。

圖2是本發(fā)明另一實施例的電路部分，主要包括：數(shù)據(jù)分析決策單元、數(shù)據(jù)采集單元、提示報警單元，本實施例省略數(shù)據(jù)傳輸單元，考慮到實用性，加入報警提示單元，如圖2所示：

所述數(shù)據(jù)采集單元用于獲取使用者的肌電信號，所述數(shù)據(jù)采集單元的傳感器位于鏡架兩側(cè)鼻托和兩側(cè)鏡腿上共四個，和使用者身體接觸，所述數(shù)據(jù)采集單元用導(dǎo)線與位于鏡腿內(nèi)的數(shù)據(jù)分析決策單元連接，走線隱藏在鏡架所用TR材料中，數(shù)據(jù)采集單元的A/D轉(zhuǎn)換采用中穎電子開發(fā)的SH79F085內(nèi)置20位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采樣頻率超過1KHz，表面電極使用類似型號為LT-301的多次使用電極，材料為Ag/AgCl，在A/D轉(zhuǎn)換前使用低噪放進行信號放大。

所述數(shù)據(jù)分析決策單元收集由數(shù)據(jù)采集單元傳來的數(shù)據(jù)進行判斷，步驟如下：

A.濾波，使用帶通濾波器對數(shù)據(jù)進行濾波，帶通濾波器的通頻帶為10Hz～500Hz，濾波以后對信號進行放大；

B.信號分離，使用盲源分離(BSS)方法將濾波后的信號進行拆分成多個不相關(guān)的信號；

C.對信號進行識別，使用訓(xùn)練過的支持向量機(SVM)對信號進行識別，識別出一個或者多個睫狀肌相關(guān)的信號；

D.對睫狀肌信號進行傅里葉變換，得到信號的頻域特性數(shù)據(jù)；

E.用BP算法訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對睫狀肌的時域、頻域、幅度數(shù)據(jù)進行識別，識別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)；

所述提示報警單元根據(jù)所述主控單元對當前使用者睫狀肌的疲勞程度的判斷，適時以聲光電的形式發(fā)出報警信息。

以上的實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加以實現(xiàn)。