腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法以及記錄和顯示裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法以及記錄和顯示裝置，主要步驟包括處理器根據(jù)設(shè)定分段值對腦波數(shù)據(jù)進行分段；統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度或時段的持續(xù)值；把持續(xù)值記錄在反映本段腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)的特征值下。本發(fā)明把一個復(fù)雜的較長序列數(shù)據(jù)，分成若干時段或區(qū)段，再進一步提取所述時段或區(qū)段數(shù)據(jù)的特征值與持續(xù)值進行記錄，一方面通過特征值反映腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)，另一方面通過持續(xù)值反映數(shù)據(jù)長度或時段，記錄數(shù)據(jù)簡單、直觀、易懂，且數(shù)據(jù)量小。本發(fā)明可以應(yīng)用在對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)測，記錄學(xué)習(xí)過程中的大腦狀態(tài)，對記錄的腦波數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣或問題，幫助其健康成長。
【專利說明】
腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法以及記錄和顯示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及腦波數(shù)據(jù)處理技術(shù)，特別是涉及一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法以及記錄和顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]腦電技術(shù)已在醫(yī)療、娛樂、教育等領(lǐng)域應(yīng)用，腦電傳感器采集輸出多種波段的腦電信號，經(jīng)處理又可以生成多種精神狀態(tài)數(shù)據(jù)，腦波數(shù)據(jù)按采集序次排列，隨著時間積累，序列數(shù)據(jù)復(fù)雜而龐大。穿戴設(shè)備受體積重量限制，存儲能力有限，簡化腦波數(shù)據(jù)的記錄，有利于穿戴設(shè)備使用體驗，和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的第一個目的是提供一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法，把腦波數(shù)據(jù)劃分成若干只包含一個腦波數(shù)據(jù)特征值與一個數(shù)據(jù)長度持續(xù)值的段，使記錄的數(shù)據(jù)簡單易懂，便于后續(xù)的處理分析。
[0004]本發(fā)明的第二個目的是根據(jù)上述分段記錄方法，提供一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄裝置，減少腦波數(shù)據(jù)記錄量，節(jié)省存儲空間。
[0005]本發(fā)明的第三個目的是根據(jù)上述分段記錄方法，提供一種腦波數(shù)據(jù)分段顯示裝置，簡潔直觀顯示腦波數(shù)據(jù)分布特征。
[0006]本發(fā)明的第一個技術(shù)方案，一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法，主要步驟包括處理器根據(jù)設(shè)定分段值對腦波數(shù)據(jù)進行分段;統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度或時段的持續(xù)值;把持續(xù)值記錄在反映本段腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)的特征值下。本發(fā)明把一個復(fù)雜的較長序列數(shù)據(jù)，分成若干時段或區(qū)段，再進一步提取所述時段或區(qū)段數(shù)據(jù)的特征值與持續(xù)值進行記錄，一方面通過特征值反映腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)，另一方面通過持續(xù)值反映數(shù)據(jù)長度或時段，記錄數(shù)據(jù)簡單、直觀、易懂，且數(shù)據(jù)量小。
[0007]所述分段方法可以根據(jù)單個腦波數(shù)據(jù)與設(shè)定條件的比較進行分段，或根據(jù)多個腦波數(shù)據(jù)與設(shè)定條件的比較進行分段;前者對單個數(shù)據(jù)進行實時劃分，考慮每個數(shù)據(jù)的個性，后者根據(jù)一批數(shù)據(jù)特性進行劃分，主要反映該批數(shù)據(jù)的共性。各段數(shù)據(jù)之間可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，段與段之間連續(xù)，使分段范圍覆蓋全部數(shù)據(jù)；如果段與段之間存在間斷，記錄主要時段或區(qū)段數(shù)據(jù)，間斷省略短暫異常數(shù)據(jù)，針對性強。
[0008]本發(fā)明的第二個技術(shù)方案，一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄裝置，包括腦電傳感器、處理器和存儲器，其中腦電傳感器采集腦電信號傳送處理器計算處理，生成腦波數(shù)據(jù)，并根據(jù)上述分段記錄方法對腦波數(shù)據(jù)進行分段，統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度的持續(xù)值，存儲器把持續(xù)值記錄在本段腦波數(shù)據(jù)的特征值下，用特征值和持續(xù)值反映各段腦波數(shù)據(jù)，節(jié)省存儲空間，并便于后續(xù)處理。
[0009]進一步的改進，記錄裝置可以設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸接口，通過傳輸接口把記錄數(shù)據(jù)傳送到外部設(shè)備，所述數(shù)據(jù)傳輸接口為有線或無線方式;有線方式包括RS232或USB接口，無線方式包括藍牙和射頻和Z igbee和wifi技術(shù)中的任一種。
[0010]進一步的改進，記錄裝置可以設(shè)置提醒模塊，當所述腦波數(shù)據(jù)落入設(shè)定提醒段，處理器觸發(fā)提醒模塊進行提醒，所述提醒模塊包括聲、光、微電刺激、震動、骨傳導(dǎo)中的任一種。
[0011]本發(fā)明的第三個技術(shù)方案，一種腦波數(shù)據(jù)分段顯示裝置，用于對記錄的腦電波數(shù)據(jù)進行分段處理，在顯示器上顯示，包括接收腦波數(shù)據(jù)的通信器，對數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計的處理器和顯示統(tǒng)計結(jié)果的顯示器，其特征是處理器根據(jù)上述分段方法對腦波數(shù)據(jù)進行分段，統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度的持續(xù)值，繪制各段腦波數(shù)據(jù)的特征值與持續(xù)值的統(tǒng)計圖表，傳送顯示器顯示，簡潔直觀反映腦波數(shù)據(jù)的分布特征。
[0012]本發(fā)明可以應(yīng)用在對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)測，記錄學(xué)習(xí)過程中的大腦狀態(tài)，對記錄的腦波數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣或問題，幫助其健康成長。通過分段記錄的腦波數(shù)據(jù)，格式簡單，數(shù)據(jù)量小，降低對硬件的要求，并易于后續(xù)處理分析，根據(jù)特征值和持續(xù)值繪制的統(tǒng)計圖表，可以直觀明了地反映腦波數(shù)據(jù)分布特征。
【附圖說明】
[0013]圖1是分段記錄裝置實施例的配置框圖。
[0014]圖2是腦電傳感器電路連接原理示意圖。
[0015]圖3是分段記錄基本流程圖。
[0016]圖4是顯示裝置實施例的配置框圖。
[0017]圖5是一個精神狀態(tài)統(tǒng)計直方圖示例。
【具體實施方式】
[0018]在圖1所示的記錄裝置配置框圖中，包括腦電傳感器、處理器和存儲器，其中腦電傳感器采集腦電信號傳送處理器，生成腦波數(shù)據(jù)，并對腦波數(shù)據(jù)進行分段處理，傳送存儲器記錄保存。
[0019]腦電傳感器包括單通道或多通道，采用單極或雙極協(xié)議采集腦電信號;所述單通道是只監(jiān)測頭部一個區(qū)域如前額的腦電信號，如神念科技ThingkGear AM芯片為單通道;所述多通道是監(jiān)測頭部如前額、頭頂、后枕等多個區(qū)域的腦電信號，如德州ADS1299芯片為8通道。腦電信號微弱不穩(wěn)定，又受強背景噪聲干擾，腦電傳感器經(jīng)過對腦電信號增強和對背景噪聲的降噪處理，輸出的各波段腦電信號可以直接用來做進一步的應(yīng)用分析。
[0020]圖2所示的是單通道EEG腦電采集傳感器ThingkGearAM系列芯片電路連接原理示意圖，圖中顯示了通信連接，未顯示去耦和所有連接。處理器ADUC7024具有存儲單元，通過UART進行編程，SWl是電源開關(guān)，SW2和SW3分別是復(fù)位和下載開關(guān)。處理器ADuC7024端口Pl.5與腦電傳感器ThinkGear AM輸入端RXD相連，用于對腦電傳感器ThinkGear AM進行初始化等操作。與人腦接觸的A、B、C三個金屬電極分別與腦電傳感器的采集電極EEG、比較電極REF和接地端GM)相連，腦電傳感器每秒采集512個腦電信號數(shù)據(jù)點，提取八個波段(De Ita、Theta、LowAlpha、HighAlpha、LowBe ta、HighBe ta、LowGamma、Midd IeGamma)的腦電信號，和三個eSense參數(shù):專注度、放松度和眨眼偵測，通過端口TXD輸出。不同波段腦電信號反映不同的大腦狀態(tài)，比如Delta(0.5Hz?3Hz)波反映的是睡眠狀態(tài)，又稱“深睡波”，Theta(3Hz?7Hz)波反映的是困倦狀態(tài)，又稱“淺睡波”，Alpha(7Hz?13Hz)波反映的是輕松狀態(tài)，又稱“放松波”，Beta(13Hz?30Hz)波反映的是意識活躍狀態(tài)，又稱“興奮波”，GammaC30Hz?50 Hz)波反映的是緊張狀態(tài)，又稱“壓力”波。
[0021]通過基于實驗數(shù)據(jù)庫的神經(jīng)算法，使用上述波段的功率頻譜數(shù)據(jù)進行分析計算，可以反映不同的精神狀態(tài)，如入睡、困倦、疲勞、放松、冥想、專注、思考、焦慮、壓力、興奮、緊張、喜歡、高興、沮喪等。根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)可以計算反映精神狀態(tài)水平的指標，比如上述專注度和放松度就是通過腦電信號計算生成的精神狀態(tài)指標，是范圍在O—100的數(shù)值，專注度值越大，說明專注度越高，反之專注度越低;放松度值越大，說明越放松，反之，說明放松度越低；另外，根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)還可以建立精神狀態(tài)判斷標準，從而劃分出不同的精神狀態(tài)。腦電信號分析方法有:①時域分析，主要分析EEG波形的幾何性質(zhì)，如幅度、均值、方差、偏歪度、峭度等;②頻域分析，主要是利用功率譜進行分析，如功率頻譜分析、相干分析等;③時頻分析，把時間和頻率結(jié)合進行處理，如對睡眠紡錘波的匹配跟蹤分析等。
[0022]以下實施例中所述腦波數(shù)據(jù)包括各波段腦電信號或根據(jù)腦電信號計算的精神狀態(tài)，所述腦電信號包括頻率、功率、振幅、功率譜、功率頻譜。
[0023]在圖3所示的分段記錄方法基本步驟流程圖中，首先設(shè)置分段值，通過與分段值的比較，判斷腦波數(shù)據(jù)落入的段，具體步驟如下:
〈步驟1>開機進行系統(tǒng)初始化，進入下一步；
〈步驟2>根據(jù)分段方法設(shè)置分段值；
〈步驟3>采集腦電信號，傳送處理器生成腦波數(shù)據(jù)，進入下一步；
〈步驟4>判斷當前所屬的段，進入下一步；
〈步驟5>判斷當前所屬分段是否改變，如果是，表明轉(zhuǎn)入新的分段，進入下一步，如果否，累計本段腦波數(shù)據(jù)持續(xù)值，轉(zhuǎn)入步驟3;
〈步驟6>把持續(xù)值記錄在本段腦波數(shù)據(jù)特征值下。
[0024]上述分段方法包括對腦波數(shù)據(jù)進行區(qū)段劃分，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段，或是對腦波數(shù)據(jù)進行時段劃分，把一個連續(xù)時間段的數(shù)據(jù)分為一段。所述腦波數(shù)據(jù)可以是單一種腦波數(shù)據(jù)，如同一波段的腦波數(shù)據(jù)如Theta波，或同一種精神狀態(tài)數(shù)據(jù)如專注度，或是同時刻多種腦波數(shù)據(jù)，如多種波段腦波數(shù)據(jù)Theta波與Beta波、多種精神狀態(tài)數(shù)據(jù)專注度與放松度。所述持續(xù)值包括所述段腦波數(shù)據(jù)的累計頻數(shù)、或累計頻率、或持續(xù)時間長、或持續(xù)時間長占總時間長的比率、或本段開始時間與結(jié)束時間中的任一種;所述特征值包括所述段的腦波數(shù)據(jù)分段值、或所述段的腦波數(shù)據(jù)統(tǒng)計值、或所述段腦波數(shù)據(jù)中的精神狀態(tài)中的一種。下面結(jié)合具體實施例加以說明。
[0025]區(qū)段劃分
根據(jù)腦波數(shù)據(jù)進行區(qū)段劃分，是根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的數(shù)值大小，按照設(shè)定的分段值進行分段，分段值作為特征值固定不變，即使是該段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值作為特征值，統(tǒng)計值的變化也在分段值范圍內(nèi)，因此，根據(jù)區(qū)段劃分的每段腦波數(shù)據(jù)狀態(tài)已經(jīng)明確，可以與精神狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。區(qū)段劃分包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)設(shè)置分段值，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段;或是根據(jù)腦波數(shù)據(jù)中精神狀態(tài)進行分類，把同一類精神狀態(tài)下的腦波數(shù)據(jù)分為一段。
[0026](I)根據(jù)腦波數(shù)據(jù)設(shè)置分段值，包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的大小、或差值、或比值、或波形參數(shù)中的任一種數(shù)值設(shè)置分段值，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段。
[0027]根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的大小設(shè)置分段值的一個優(yōu)選例是分組，根據(jù)腦電波數(shù)據(jù)的大小范圍設(shè)定分段值，把落入同一分段區(qū)間的數(shù)據(jù)歸為一組，分組可以是等組距或異距分組。比如精神狀態(tài)中的專注度是O?100的數(shù)值范圍，可以等距分成五個組，組距為20，分別對應(yīng)困倦、放松、平靜、專注、興奮五種精神狀態(tài)。以[0，20)區(qū)段為例(“[”表示等于，“)”表述不等)，當專注度數(shù)值小于20落入該區(qū)間，表明當前精神困倦，統(tǒng)計持續(xù)值，一旦專注度數(shù)值大于或等于20，表明落入下一組，本段數(shù)據(jù)結(jié)束，開始統(tǒng)計下一組的持續(xù)值。持續(xù)值包括累計頻數(shù)或持續(xù)時間長，如果采集間隔不變，累計頻數(shù)與采集間隔的乘積就是本段數(shù)據(jù)的持續(xù)時長。如果采集間隔是變化的，以最新數(shù)據(jù)的采集時間點為兩段記錄的時間分界點，或是后者減去一個采集時間間隔作為時間分界點，記錄上次時間分界點作為本段開始時間，本次分界點作為結(jié)束時間；或是記錄兩個時間點之差，作為本段數(shù)據(jù)的持續(xù)時長。特征值可以是分組的上限值或下限值或組中值中的任一種，或是本段腦波數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值，統(tǒng)計值包括平均值、標準差、中位數(shù)、眾數(shù)中的任一種，或是以上述五種精神狀態(tài)作為特征值，比如分別用數(shù)字1、2、3、4、5代替所述精神狀態(tài)，或用kunjuan、fangsong、pingjing、zhuangzhu、xingfen 對應(yīng)所述狀態(tài)，把持續(xù)值記錄在對應(yīng)精神狀態(tài)下。
[0028]再比如以Beta波功率譜數(shù)據(jù)為例，其大小范圍是O?20( X 105μν2)，設(shè)置5、10、15三個分段值，可以劃分入睡、困倦、清醒、興奮四種精神狀態(tài)，以該狀態(tài)下的Beta波功率譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計值作為特征值，或以區(qū)段值作為特征值，統(tǒng)計每種精神狀態(tài)下的持續(xù)值，記錄在本段特征值下；或以精神狀態(tài)作為特征值，比如分別用數(shù)字1、2、3、4代替相應(yīng)狀態(tài)，或用ruishu1、kunjuan、qingxing、xingfen對應(yīng)相應(yīng)狀態(tài)，把持續(xù)值記錄在所述精神狀態(tài)下。
[0029]分組記錄的格式有統(tǒng)計格式和流水格式兩種，其中統(tǒng)計格式包括以下兩種形式，一種形式是:
分組特征值I，本段持續(xù)值、本段持續(xù)值、本段持續(xù)值……
分組特征值2，本段持續(xù)值、本段持續(xù)值、本段持續(xù)值……
分組特征值5，本段持續(xù)值、本段持續(xù)值、本段持續(xù)值……
分組特征值是設(shè)定的分段值或區(qū)段中間值，固定不變，只記錄每段數(shù)據(jù)變化的持續(xù)值，記錄格式簡潔，又便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。如果進一步記錄每段數(shù)據(jù)的開始時間，結(jié)合持續(xù)值，可以確定每段數(shù)據(jù)的時段，進而可以再現(xiàn)整個學(xué)習(xí)過程。
[0030]另一種形式是:
分組特征值I，本組累計持續(xù)值分組特征值2，本組累計持續(xù)值
分組特征值5，本組累計持續(xù)值
兩種記錄格式的持續(xù)值關(guān)系是:分組特征值I的本組累計持續(xù)值=Σ (分組特征值I的本段持續(xù)值)。前一種格式是以段為單位，記錄的是每段的持續(xù)長度，后者是以組為單位，記錄的是該組累計的總持續(xù)長度值，該值在記錄過程中不斷被統(tǒng)計刷新。持續(xù)值包括累計頻數(shù)、或持續(xù)時間長、或本段開始時間與結(jié)束時間，在后一種記錄中，還可以記錄本組的累計頻率、或持續(xù)時間長占總時間長的比率作為持續(xù)值。累計頻率是本段腦波數(shù)據(jù)的累計頻數(shù)占所有區(qū)段累計頻數(shù)總和的比率，與之對應(yīng)的是時間比率，是本段腦波數(shù)據(jù)的持續(xù)時間長占所有區(qū)段腦波數(shù)據(jù)采集時間總長的比率，在腦電傳感器采集時間間隔不變的情況下，頻數(shù)與采集間隔的乘積就是時間長，即頻數(shù)比率與時間比率相同，頻數(shù)比率或時間比率反映本段數(shù)據(jù)在總數(shù)據(jù)中占的比重，更加直觀反映腦波數(shù)據(jù)分布特征。
[0031 ]分組記錄的流水格式是:
分組特征值I，本段持續(xù)值分組特征值2，本段持續(xù)值分組特征值I，本段持續(xù)值
流水式記錄特征值和持續(xù)值，記錄動作簡單，后續(xù)處理可以進行同組合并。這種記錄方法中，特征值可以是設(shè)定的分段值，或是本段數(shù)據(jù)統(tǒng)計值，統(tǒng)計值的大小處于分組區(qū)段內(nèi)，同一分組區(qū)段內(nèi)的統(tǒng)計值可以相等也可以不等，其反映的信息內(nèi)容更加詳細，進一步的改進，可以記錄分組區(qū)段值、本段統(tǒng)計值、本段持續(xù)值，后續(xù)處理可以對同一分組區(qū)段的統(tǒng)計值作更進一步分析處理，滿足不同層次的需要。
[0032]在實際記錄的腦電信號中，通常是一種以上不同節(jié)律的腦波同時存在，大腦不同狀態(tài)，能使腦電信號的波形發(fā)生不同的變化。通常情況，當腦波數(shù)據(jù)中以高頻低振幅的快波為主時，表明大腦皮層呈現(xiàn)興奮狀態(tài);而當代之以低頻高振幅的慢波時，則表明抑制過程增強，呈現(xiàn)困倦狀態(tài)，通過比較不同腦波數(shù)據(jù)的強弱關(guān)系，可以劃分對應(yīng)的精神狀態(tài)，弱化因佩戴或個體原因造成的信號差異。
[0033]多種腦波數(shù)據(jù)可以通過單項值進行比較，比如Θ波是低頻波，主要反映困倦睡眠狀態(tài)，β波是高頻波，主要反映興奮狀態(tài)，如果低頻波逐漸增強、高頻波逐漸減弱說明精神狀態(tài)由興奮向困倦轉(zhuǎn)變，即當Θ波與β波的功率譜差值或比值越大，則困倦程度越高。比如根據(jù)Θ、β大小計算差值Κ=β— Θ，當K值小于0，表明低頻Θ波強于高頻β波，呈現(xiàn)為入睡狀態(tài)，當K值大于5Χ105μν2，表明以高頻β波為主，呈現(xiàn)為興奮狀態(tài);再比如計算比值Κ=θ/β，如果設(shè)置一個區(qū)段值如1.0，可以劃分如困倦與清醒兩個狀態(tài);如果設(shè)置0.5、1.0、1.9三個區(qū)段值，可以依次劃分出興奮(〈0.5)、清醒(0.5?1.0)、困倦(1.0?1.9)、入睡(>1.9)四個狀態(tài)段。把同一差值或比值的Θ波數(shù)據(jù)或β波數(shù)據(jù)歸為同一區(qū)段，統(tǒng)計每個狀態(tài)下的持續(xù)值，把區(qū)段值作為特征值或用精神狀態(tài)代替特征值記錄在一個區(qū)段，或是分別計算Θ或β波功率譜的統(tǒng)計值作為該狀態(tài)下對應(yīng)波段的特征值分開記錄，即相同的區(qū)段有不同的波段數(shù)據(jù)。
[0034]多種腦波數(shù)據(jù)還可以通過不同腦波數(shù)據(jù)的加和值或減差值進行比較，比如以Theta、LowAlpha、HighAlpha、LowBeta波為例子說明，計算比值K= (Theta+LowAlphaa) /(HighAlpha+LowBeta )，根據(jù)比值K設(shè)置0.3,0.7,1.5三個區(qū)段值，可以依次劃分出興奮(〈
0.3)、清醒(0.3?0.7)、困倦(0.7?1.5)、入睡(>1.5)四個狀態(tài)段。
[0035]再比如以一種腦波數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總和的比值，仍以Θ波作為例子說明，對波段數(shù)據(jù)求頻譜總量Σ=(δ+θ+α+β+ γ )，計算Θ波頻譜分量占總量Σ的比值Κ=θ/ Σ，比值K范圍是O?I，設(shè)置0.2和0.35兩個區(qū)段值，劃分清醒、困倦和入睡三種精神狀態(tài)，統(tǒng)計每種狀態(tài)下的持續(xù)值，記錄在該狀態(tài)下?；蛉缬嬎悝虏l譜分量占總量Σ的比值Κ=β/ Σ，設(shè)置0.2和0.25兩個區(qū)段值，劃分困倦、清醒和興奮三種精神狀態(tài)。
[0036]又如以腦波數(shù)據(jù)中的精神狀態(tài)數(shù)據(jù)占精神狀態(tài)數(shù)據(jù)總和的比值，如專注度與放松度精神狀態(tài)數(shù)據(jù)，求狀態(tài)數(shù)據(jù)總量Σ=(專注度+放松度)，計算放松度占總量Σ的比值K=專注度/Σ，比值K范圍是O?I，根據(jù)專注度的大小范圍設(shè)置分段值，可以等距分成五個區(qū)段，間距為0.2，對專注力的程度進行分段，劃分出困倦、放松、平靜、專注、興奮五種精神狀態(tài)。
[0037]諸如此類分段方法，可以根據(jù)需要組合應(yīng)用，對某種精神狀態(tài)采用更具代表性的計算方法，不同的應(yīng)用場景選擇不同腦波數(shù)據(jù)組合，優(yōu)化分段計算方法。區(qū)段值的設(shè)置可以是一個到多個，其中，對于多個分段值，可以等距設(shè)置，或異距設(shè)置，縮小重點監(jiān)測部分的間距，放大其余部分，做到重密輕疏，或采取間斷方法，把次要區(qū)段數(shù)據(jù)間斷省略掉。
[0038]根據(jù)波形參數(shù)進行分段，波形是腦波數(shù)據(jù)分布的幾何形狀，特殊狀態(tài)的腦電波，具有特殊的幾何形狀，如反映睡眠狀態(tài)的紡錘波。波形參數(shù)分析是根據(jù)波形特征進行匹配跟蹤，把同種波形的腦電波數(shù)據(jù)分為同一段，比如把出現(xiàn)紡錘波形的腦電波數(shù)據(jù)歸為睡眠段。波形特征主要通過時域分析的方法提取幾何性質(zhì)，如過零截點分析、直方圖分析、方差分析、相干分析等。根據(jù)波形參數(shù)設(shè)置的區(qū)段值是組合值，波形參數(shù)包括幅度、均值、方差、偏歪度、峭度等，不同的波形有不同的參數(shù)組合，把腦波幾何形狀分成匹配或不匹配，計算匹配的腦波數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值作為特征值，或把對應(yīng)的精神狀態(tài)作為特征值，以持續(xù)時長或累計頻數(shù)作為持續(xù)值，或記錄開始時間和結(jié)束時間。
[0039]根據(jù)腦波數(shù)據(jù)中精神狀態(tài)進行分類，是直接通過精神狀態(tài)進行區(qū)段劃分，把同一種精神狀態(tài)下的腦波數(shù)據(jù)分為一段，比如根據(jù)困倦、放松、平靜、專注、興奮五種精神狀態(tài)的判斷標準劃分五個區(qū)段，把困倦下的腦波數(shù)據(jù)分為一段，統(tǒng)計該段數(shù)據(jù)的持續(xù)值和平均值，記錄在“困倦”區(qū)段下，同樣記錄其它狀態(tài)下數(shù)據(jù)。判斷精神狀態(tài)的一種方法是根據(jù)預(yù)存的腦電波頻率范圍或腦波數(shù)據(jù)特征表，判斷所屬精神狀態(tài)，如果大腦狀態(tài)數(shù)據(jù)與設(shè)定范圍或特征相匹配，可以確定當前精神狀態(tài)分類。此外，判斷精神狀態(tài)還可以通過神經(jīng)算法計算得來，即根據(jù)腦電波頻譜數(shù)據(jù)計算建立判斷標準，不同的神經(jīng)算法計算的精神狀態(tài)會有偏差，通常結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行，建立的判斷標準可以是單個設(shè)定閥值，也可能是由多個數(shù)值組合的復(fù)合條件，不同算法依據(jù)的腦電波數(shù)據(jù)也各不相同，精神狀態(tài)判斷方法可以查閱相關(guān)技術(shù)資料。
[0040]時段劃分
所述時段劃分包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的相對大小進行分段，把波動在設(shè)定范圍的一個連續(xù)時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一段，或是根據(jù)時間進行時段設(shè)定，把處于設(shè)定時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一段。根據(jù)腦波數(shù)據(jù)進行的時段劃分與根據(jù)時間條件進行的時段劃分，都是按照時間順序依次記錄，但是兩者反映的側(cè)重點不同，根據(jù)腦波數(shù)據(jù)進行的時段劃分，反映的是每個時段的腦波數(shù)據(jù)的大小狀態(tài)和持續(xù)性的長短，其持續(xù)值和特征值都在不斷變化，需要計算統(tǒng)計，根據(jù)時間條件進行的時段劃分，其特征值不斷變化，需要計算統(tǒng)計，而持續(xù)值是設(shè)定的，側(cè)重反映的是每個時段的腦波數(shù)據(jù)大小狀態(tài)。
[0041](I)根據(jù)腦波數(shù)據(jù)相對大小進行時段劃分，是把大小或狀態(tài)相近的腦波數(shù)據(jù)分為一段通過腦波數(shù)據(jù)差值、或比值、或離散度設(shè)置分段值，把波動在設(shè)定范圍的一個連續(xù)時段的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)分為一段，，計算統(tǒng)計本時段腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)作為特征值。
[0042]腦波數(shù)據(jù)差值是比較兩個腦波數(shù)據(jù)之間的距離大小，根據(jù)差值法設(shè)置的一個分段值，把相距小于分段值的腦波數(shù)據(jù)分為同一時段，即把波動變化在一定幅度范圍的腦波數(shù)據(jù)分為同一段，當差值大于分段值時，說明波動變大，超出范圍，把前一個數(shù)據(jù)歸為當前時段，最新的數(shù)據(jù)歸為下一時段統(tǒng)計，兩段的時間分界點是最新數(shù)據(jù)的采集時間，或是該時間點提前一個采集時間間隔作為分界點。差值的計算方法有位置差值法和中心差值法。位置差值是對腦波數(shù)據(jù)按升序或降序進行排序，計算兩個特定序位數(shù)值的差，即第N位數(shù)據(jù)與倒數(shù)第N位數(shù)據(jù)的絕對離差，比如最大值與最小值之差、或上四分位數(shù)與下四分位數(shù)絕對離差，根據(jù)位置差值設(shè)置的分段值反映的是數(shù)據(jù)波動的上下幅度范圍，當其小于設(shè)定分段值，說明數(shù)值大小相近，歸為同一段。中心差值是計算腦波數(shù)據(jù)與中心數(shù)值的差，中心數(shù)值包括平均值、標準差、中位數(shù)和眾數(shù)中的任一種，腦波數(shù)據(jù)與中心數(shù)值的差，反映該數(shù)據(jù)偏離中心的距離，中心差值分為上位差(大于中心值的數(shù)據(jù)與中心數(shù)值之差)和下位差(小于中心值的數(shù)據(jù)與中心數(shù)值之差絕對值)，根據(jù)中心差值設(shè)定的分段值反映的是數(shù)據(jù)波動的上半幅或下半幅范圍，中心差值的判定采用上下位差同時小于設(shè)定區(qū)段值。中心數(shù)值可以先通過位置差值判斷建立，當同一段的數(shù)據(jù)個數(shù)大于N，計算中心數(shù)值，建議N不小于6。中心數(shù)值建立后，可以保持不變，也可以根據(jù)該段數(shù)據(jù)的增加而統(tǒng)計更新，或是變換新的腦波數(shù)據(jù)進行重新統(tǒng)計。
[0043]腦波數(shù)據(jù)比值反映的是數(shù)據(jù)相對偏離度，包括位置比值和中心比值。位置比值是計算兩個特定序位數(shù)值的比，或計算兩個特定序位數(shù)值的差，再除以中心數(shù)值、或上端位置數(shù)值、或下端位置數(shù)值中的任一數(shù)值，中心比值是計算腦波數(shù)據(jù)與中心數(shù)值的比，或計算腦波數(shù)據(jù)與中心差值后，再除以中心數(shù)值。根據(jù)比值設(shè)定的一個分段值，是把所述比值小于設(shè)定值的數(shù)據(jù)歸為同一時段，具體方法同差值分段方法。
[0044]離散度反映腦波數(shù)據(jù)的差異性，是評判腦電波數(shù)據(jù)離中心的趨勢，是對數(shù)據(jù)個性的測度，離散度包括異眾比率、四分位差、平均差、標準差、離散系數(shù)、標準化值中任一種。離散度作為一種統(tǒng)計值，應(yīng)有N個數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，建議N不小于6。根據(jù)離散度設(shè)置的分段值是一個設(shè)定閥值，如果一批數(shù)據(jù)的離散度小于設(shè)定閥值，說明該批數(shù)據(jù)具有較強的共性，把該批數(shù)據(jù)分為同一段，一直持續(xù)統(tǒng)計下去，一旦離散度大于設(shè)定閥值，說明數(shù)據(jù)的差異性變大，把使離散度變大的最新數(shù)據(jù)分為下一時段，該數(shù)據(jù)以前的數(shù)據(jù)分為同一時段，計算不包括最新數(shù)據(jù)的這一段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值作為特征值，作為持續(xù)值的持續(xù)時間長或累計頻數(shù)的結(jié)束點也在最新數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的采集時間是本時段結(jié)束時間點和新時段開始時間點。標準差在離散度計算中是一個關(guān)鍵值，當樣本數(shù)量較大時，后續(xù)樣本的對標準差的影響會減弱，建議根據(jù)腦波數(shù)據(jù)應(yīng)用特點控制標準差的樣本數(shù)量，即對同一時段統(tǒng)計標準差的數(shù)據(jù)再分段。
[0045]根據(jù)腦波數(shù)據(jù)進行時段劃分，每個時段的腦波數(shù)據(jù)特征值是該段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值或精神狀態(tài)分類，以持續(xù)時長或累計頻數(shù)作為持續(xù)值，記錄格式是:
統(tǒng)計值I，本時段持續(xù)值I 統(tǒng)計值2，本時段持續(xù)值2 統(tǒng)計值3，本時段持續(xù)值3
通過一個設(shè)定的分段值，可以劃分出多個時段數(shù)據(jù)，每個時段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值不斷波動變化，上述統(tǒng)計值I不等于統(tǒng)計值2，但是可以等于統(tǒng)計值3。進一步的細化，記錄中還可以記錄本時段開始時間或結(jié)束時間，反映更豐富的信息內(nèi)容。
[0046](2)根據(jù)時間條件進行時段劃分，是根據(jù)時間進行時段設(shè)定，把滿足時間條件的一段連續(xù)腦波數(shù)據(jù)分為一段，統(tǒng)計記錄反映該時段腦波數(shù)據(jù)的大小狀態(tài)的特征值，或進一步對設(shè)定時間段的腦波數(shù)據(jù)再進行區(qū)段劃分，依次記錄設(shè)定時段內(nèi)的每個區(qū)段的狀態(tài)數(shù)據(jù)特征值和持續(xù)值。比如以學(xué)生上課場景為例，根據(jù)課堂時刻表設(shè)定時段進行劃分，分別記錄每堂課的用腦狀況，避免課間活動時段的無用記錄;進一步的細化，還可以對堂課時段的腦波數(shù)據(jù)進行區(qū)段劃分，把同一區(qū)段下一個連續(xù)時段的腦波數(shù)據(jù)分為一個時段，依次記錄不同時段的狀態(tài)數(shù)據(jù)特征值和持續(xù)值，反映課堂學(xué)習(xí)過程中的大腦狀態(tài)特征;或是對上課過程按時間進行分段記錄，比如設(shè)定每1、或3、或5分鐘作為一個時段記錄一次，統(tǒng)計每個時段的反映腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)的特征值，持續(xù)值為設(shè)定時段長，還可以記錄每個時段開始時間。通過時段劃分記錄的數(shù)據(jù)，可以反映用戶每堂課的大腦狀態(tài)數(shù)據(jù)隨著上課時間的變化情況，再現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)過程，對比不同課程的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并把課間活動時段間斷省略掉。
[0047]前述根據(jù)腦波數(shù)據(jù)進行的分段方法是單個數(shù)據(jù)與分段值實時進行實時比較，逐個判斷每個數(shù)據(jù)所屬分段，為避免異常數(shù)據(jù)的影響，可以根據(jù)一批M個腦波數(shù)據(jù)的平均值進行比較判斷，當平均值滿足分段要求，說明這M個數(shù)據(jù)相近，可以歸為同一段，為了保持判斷的連續(xù)性，在出現(xiàn)一個新數(shù)據(jù)后，把這M個數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù)歸為該段統(tǒng)計，繼續(xù)保持為M個數(shù)據(jù)，計算其平均值進行判斷，如果平均值不滿足分段要求，說明出現(xiàn)的新數(shù)據(jù)是另一段的數(shù)據(jù)，把最后一個數(shù)據(jù)歸為下一段，再把其它數(shù)據(jù)全部歸為前一段，并統(tǒng)計該段的持續(xù)值。
[0048]另一種多數(shù)據(jù)判斷方法是當M個腦波數(shù)據(jù)中有N個數(shù)據(jù)滿足分段要求，把這M個數(shù)據(jù)歸為同一段，為了保持判斷的連續(xù)性，在出現(xiàn)一個新數(shù)據(jù)后，把這M個數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù)歸為該段統(tǒng)計，繼續(xù)保持為M個數(shù)據(jù)，當滿足分段要求的數(shù)據(jù)個數(shù)少于N個，說明出現(xiàn)的新數(shù)據(jù)是另一段的數(shù)據(jù)，把最后一個數(shù)據(jù)歸為下一段，再把其它數(shù)據(jù)全部歸為前一段，并統(tǒng)計該段的持續(xù)值。上述M個數(shù)據(jù)為連續(xù)數(shù)據(jù)，N個數(shù)據(jù)可以是連續(xù)或不連續(xù)數(shù)據(jù)。相同的方法還可以根據(jù)在設(shè)定時長內(nèi)滿足分段要求的時間總和來判斷。
[0049]腦波數(shù)據(jù)的分段記錄，存儲器可以把本次采集的所有數(shù)據(jù)放在一個文件夾，把不同的分段數(shù)據(jù)記錄在該文件夾的不同文件里，通過文件名稱加以區(qū)分，比如以特征值作為文件名稱;或是把本次采集的所有數(shù)據(jù)記錄一個文件里，通過段落位置區(qū)分不同的分段數(shù)據(jù)，或者是依次記錄每次的分段數(shù)據(jù)，根據(jù)分段結(jié)果添加分段標記，同一區(qū)段值的分段標記相同，不同區(qū)段值的分段標記不同，后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析時，通過識別分段標記分選出所需分段數(shù)據(jù)。
[0050]優(yōu)選地，記錄裝置還可以設(shè)置提醒模塊，當腦波數(shù)據(jù)落入某一設(shè)定區(qū)段，處理器觸發(fā)提醒模塊進行提醒，比如通過Θ波與β波的比較值，設(shè)置一個區(qū)段值，劃分出困倦與清醒兩個狀態(tài)，把該區(qū)段值作為不良狀態(tài)提醒閥值，當所述腦波數(shù)據(jù)屬于困倦狀態(tài)，處理器觸發(fā)提醒模塊提醒。另外，還可以在上述入睡到興奮的四種精神狀態(tài)中，選擇某種精神狀態(tài)，如放松狀態(tài)、困倦狀態(tài)、入睡狀態(tài)的分段值或判斷標準作為提醒閥值，當所述腦波數(shù)據(jù)值落入該段范圍或呈現(xiàn)不良狀態(tài)，處理器觸發(fā)提醒模塊進行提醒，并根據(jù)不同精神狀態(tài)采用不同提醒程度或方式，比如放松狀態(tài)下進行稍微提醒，困倦狀態(tài)下進行稍重提醒，入睡狀態(tài)下進行重度提醒。以所示圖中的LED燈為例，稍微提醒進行慢閃爍，稍重提醒進行快閃爍，重度提醒持續(xù)明亮。
[0051]在圖4所示顯示裝置的配置框圖中，包括接收腦波數(shù)據(jù)的通信器，對數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計的處理器和顯示統(tǒng)計結(jié)果的顯示器，處理器對通信器接收的腦波數(shù)據(jù)進行分區(qū)段統(tǒng)計，根據(jù)各段腦波數(shù)據(jù)的特征值和持續(xù)值繪制統(tǒng)計圖表，傳送顯示器顯示。
[0052]顯示裝置可以是智能手機、或其它具有數(shù)據(jù)接收處理顯示功能的一體設(shè)備，或是由通信器、處理器、顯示器的分體組合而成。
[0053]通信器接收記錄裝置傳送的腦電波數(shù)據(jù)，可以是一種數(shù)據(jù)傳輸裝置或接口，或是具有數(shù)據(jù)接收功能的設(shè)備，如智能手機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計算機以及其它具有數(shù)據(jù)接收功能的設(shè)備。
[0054]通信器可以通過有線方式獲取腦電波數(shù)據(jù)，如通過USB通用串行總線接收數(shù)據(jù)。
[0055]通信器可以通過SD存儲卡等作為傳送介質(zhì)接收腦電波數(shù)據(jù)。
[0056]通信器可以通過無線方式接收腦電波數(shù)據(jù)，如藍牙、射頻、紅外線、zigbee、wifi中的任一種;或者通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)。
[0057]處理器包括進行處理控制的處理單元如CPU和存儲程序的存儲單元，處理器作為顯示裝置的組成部分，可以是獨立于顯示裝置存在，比如服務(wù)器，對數(shù)據(jù)處理后，把結(jié)果發(fā)送到手機進行顯示，或是處理顯示一體的智能手機，在智能手機上處理后直接進行顯示。如果智能手機作為完整的顯示裝置，通信器、處理器、顯示器成為顯示裝置的內(nèi)部構(gòu)成單元。
[0058]顯示器是具有畫面顯示功能的終端設(shè)備，可以與通信器和處理器集成在一起，也可以單獨存在，比如手機、計算機以及具有顯示功能的其它設(shè)備都可以作為顯示裝置的獨立顯示器。
[0059]腦波數(shù)據(jù)的分段顯示，首先根據(jù)上述分段方法對腦波數(shù)據(jù)進行分段，處理后的數(shù)據(jù)格式有流水式和統(tǒng)計式兩種，流水式是按時間順序，一個分段一記錄，同一特征值的區(qū)段可以重復(fù)出現(xiàn)，統(tǒng)計式是對流水式的再合并，一個特征值的區(qū)段只記錄累計的總持續(xù)值。對于流水式的分段數(shù)據(jù)，統(tǒng)計圖表可以根據(jù)分段的時間順序，以時間為橫軸、持續(xù)值為縱軸繪制折線圖或直方圖或柱狀圖顯示，或是編制時段與持續(xù)值對應(yīng)的表格顯示。對統(tǒng)計格式的圖表可以根據(jù)分段區(qū)間的大小順序，以區(qū)段值為橫軸、以持續(xù)值為縱軸繪制折線圖或直方圖或柱狀圖顯示，或是編制區(qū)段值與持續(xù)值對應(yīng)的表格顯示。流水式圖表反映的是腦波數(shù)據(jù)在不同時段的具體狀況，統(tǒng)計式圖表反映的是腦波數(shù)據(jù)的總體分布特征。圖5所示的統(tǒng)計直方圖，縱軸是累計頻率，橫軸是區(qū)段值，分別對應(yīng)困倦、放松、平靜、專注、興奮五種精神狀
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[0060]本申請公開的具體分段實例和精神狀態(tài)分類是示例性質(zhì)，不作為對本申請的限制，形式和細節(jié)上的改變沒有脫離本申請的發(fā)明范圍。
【主權(quán)項】
1.一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄方法，其特征包括以下步驟: (1)處理器根據(jù)設(shè)定分段值對腦波數(shù)據(jù)進行分段； (2)統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度或時段的持續(xù)值； (3)把持續(xù)值記錄在反映本段腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)的特征值下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄方法，其特征是:所述分段包括對腦波數(shù)據(jù)進行區(qū)段劃分，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段，或是對腦波數(shù)據(jù)進行時段劃分，把一個連續(xù)時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一段。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記錄方法，其特征是:所述區(qū)段劃分包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)設(shè)置分段值，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段，或是根據(jù)腦波數(shù)據(jù)中精神狀態(tài)進行分類，把同一類精神狀態(tài)下的腦波數(shù)據(jù)分為一段。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的記錄方法，其特征是:所述根據(jù)腦波數(shù)據(jù)設(shè)置分段值包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的大小、或差值、或比值、或波形參數(shù)中的任一種數(shù)值設(shè)置分段值，把同一區(qū)段的腦波數(shù)據(jù)分為一段。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記錄方法，其特征是:所述時段劃分包括根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的相對大小進行分段，把波動在設(shè)定區(qū)段的一個連續(xù)時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一個時段，或是根據(jù)時間進行時段設(shè)定，把處于設(shè)定時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一個時段。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄方法，其特征是:所述設(shè)定區(qū)段是根據(jù)腦波數(shù)據(jù)的差值、或比值、或離散度中的任一種數(shù)值設(shè)置分段值，把同一區(qū)段的一個連續(xù)時間段的腦波數(shù)據(jù)分為一段。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄方法，其特征是:所述持續(xù)值包括所述段腦波數(shù)據(jù)的累計頻數(shù)、或累計頻率、或持續(xù)時間長、或持續(xù)時間長占總時間長的比率、或本段開始時間與結(jié)束時間中的任一種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄方法，其特征是:所述特征值包括所述段的腦波數(shù)據(jù)分段值、或所述段的腦波數(shù)據(jù)統(tǒng)計值、或所述段腦波數(shù)據(jù)中的精神狀態(tài)中的一種。9.一種腦波數(shù)據(jù)分段記錄裝置，包括頭戴式框架，置于框架上的腦電傳感器、處理器和存儲器，腦電傳感器采集腦電信號傳送處理器進行計算處理，傳送存儲器記錄存儲，其特征是: (1)處理器執(zhí)行權(quán)利要求1?8所述方法步驟，對腦波數(shù)據(jù)進行分段； (2)統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度或時段的持續(xù)值； (3)存儲器把持續(xù)值記錄在反映本段腦波數(shù)據(jù)大小或狀態(tài)的特征值下。10.—種腦波數(shù)據(jù)分段顯示裝置，包括接收腦波數(shù)據(jù)的通信器，對數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計的處理器和顯示統(tǒng)計結(jié)果的顯示器，其特征是: (1)處理器執(zhí)行權(quán)利要求1?8所述的方法步驟，對通信器接收的腦波數(shù)據(jù)進行分段； (2)統(tǒng)計反映本段數(shù)據(jù)長度的持續(xù)值； (3)處理器繪制各段腦波數(shù)據(jù)的特征值與持續(xù)值的統(tǒng)計圖表，傳送顯示器； (4)顯示器顯示所述統(tǒng)計圖表。
【文檔編號】A61F5/00GK105962929SQ201610119928
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】胡漸佳
【申請人】胡漸佳