基于功能性近紅外光譜和運動檢測的人體狀態(tài)監(jiān)測平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可穿戴智能頭帶領(lǐng)域，尤其涉及一種基于功能性近紅外光譜和運動檢 測的人體狀態(tài)監(jiān)測平臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們健康理念的變化和對健康管理需求的增加，運動健康類的可穿戴設(shè)備是 近年來可穿戴設(shè)備中種類最多、投入最多的產(chǎn)品。但目前這些市場化的產(chǎn)品大多都是實現(xiàn) 運動監(jiān)測、心率監(jiān)測、健身鍛煉指導(dǎo)等功能，從生理健康角度為用戶提供健康管理方面的輔 助，產(chǎn)品雖如雨后春筍般出現(xiàn)，但產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重。本發(fā)明通過監(jiān)測用戶大腦血氧、血流量 和頭部運動行為，實現(xiàn)心理、生理雙重健康的監(jiān)護和管理，突破現(xiàn)有智能手環(huán)、手表、戒指等 可穿戴產(chǎn)品對大腦和心理健康關(guān)注不足的缺陷。
[0003] 大腦是人體代謝最活躍的器官之一，人的思維、情感、言行及其他器官的活動密切 相關(guān)，而人腦完善的功能建立在充足的血氧供應(yīng)基礎(chǔ)上。大腦的血氧供應(yīng)受體位、運動、情 緒、腦區(qū)激活、心搏、呼吸等許多因素的影響。因而，大腦血氧飽和度的變化能夠反應(yīng)人的腦 區(qū)激活程度、情緒、心理狀態(tài)、健康狀況等。頭部運動信息能夠從行為的角度反應(yīng)人的狀態(tài)， 如姿勢、活躍程度、運動量等信息。因此，這兩種信息結(jié)合能夠很好的反應(yīng)人的精神、行為、 健康等狀態(tài)，為人-機情感交互、日常健康監(jiān)護和管理、社交平臺上的情感交互提供新的思 路和用戶體驗。
[0004] 腦血氧飽和度的變化可以通過功能性近紅外光譜（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)技術(shù)進行無創(chuàng)檢測，fNIRS利用血液主要成分對600-900nm近紅外光 良好的散射性，實現(xiàn)檢測血氧變化。760nm左右和850nm左右的近紅外光分別對脫氧血紅 蛋白和氧合血紅蛋白敏感。因為大腦不同皮層內(nèi)散射的數(shù)量不會因為神經(jīng)活動而變化，皮 層組織散射導(dǎo)致的衰減被認為是恒定的，因此認知活動中測量到的光強衰減的變化就被認 為是由于吸收的變化導(dǎo)致的，而這個變化又是大腦活動組織中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋 白的變化所致，因而通過測定大腦活動區(qū)域腦皮層散射光的強度，可以通過朗伯-比爾定 律（Lambert -Beer Law) [1]計算推知該區(qū)域血氧和血容量的變化。這樣就可以得到在進 行認知活動時腦內(nèi)氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的相對濃度變化，從而推測認知活動相關(guān) 的腦區(qū)及各腦區(qū)之間的相互關(guān)系。因此可以采用功能性近紅外光譜技術(shù)獲得大腦活動時血 氧水平的變化，進而研宄認知活動過程的神經(jīng)機制。
[0005] 運動檢測傳感器目前已實現(xiàn)高度集成和小型化，應(yīng)用方便。運動檢測已是近年來 智能手環(huán)等可穿戴設(shè)備典型的功能，但這些產(chǎn)品一般都是著重用運動檢測傳感器監(jiān)測人在 運動鍛煉過程中的運動量以及身體姿態(tài)，以實現(xiàn)對用戶的運動進行監(jiān)測，進而為用戶提供 健康和運動方面的監(jiān)護和指導(dǎo)。本發(fā)明中運動檢測傳感器用于頭部運動的監(jiān)測，進而通過 分析頭部運動特征識別用戶行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種基于功能性近紅外光譜和運動檢測的人體狀態(tài)監(jiān)測平臺，本發(fā) 明從生理和行為兩個方面為分析人的心理、生理、行為狀態(tài)提供更全面的信息，進而應(yīng)用于 人-機情感交互、日常健康管理、社交平臺健康/情緒分享等熱門應(yīng)用領(lǐng)域中，提升用戶體 驗，有望帶來可觀的社會和經(jīng)濟效益，詳見下文描述：
[0007] 一種基于功能性近紅外光譜和運動檢測的人體狀態(tài)監(jiān)測平臺，包括：計算機端或 便攜智能終端，所述人體狀態(tài)監(jiān)測平臺還包括：基于功能性近紅外光譜和運動檢測的可穿 戴智能頭帶，
[0008] 所述可穿戴智能頭帶用于監(jiān)測佩戴位置的近紅外光反射光強信號，還用于監(jiān)測頭 部運動和頭部姿勢信號；
[0009] 所述近紅外光反射光強信號、頭部運動和頭部姿勢信號通過無線傳輸方式傳輸?shù)?計算機端或便攜智能終端；
[0010] 計算機端或便攜智能終端通過數(shù)字濾波、特征提取、機器學習，得到用戶心理/生 理/行為狀態(tài)并顯示。
[0011] 所述可穿戴智能頭帶包括：CPU、藍牙、存儲器、直流電源和傳感器電路，所述傳感 器電路包括：運動檢測傳感器和近紅外傳感器電路，
[0012] 其中，所述近紅外傳感器電路分為光源控制電路、探測器控制電路和近紅外信號 采集電路；
[0013] 所述光源控制電路包括：多路轉(zhuǎn)換器、模擬開關(guān)、恒流源和3個雙波長近紅外LED 作為光源；
[0014] 所述探測器控制電路包括：模擬多通道轉(zhuǎn)換器和8個近紅外光探測器；
[0015] 所述近紅外信號采集電路由放大器、低通濾波器和一個4通道16位A/D轉(zhuǎn)換器組 成。
[0016] 所述光源位于相鄰四個近紅外光探測器組成的正方形的對角線交點上，所述運動 檢測傳感器位于近紅外光探測器的中點；每個光源與鄰近的四個近紅外光探測器形成四個 信號通道。
[0017] 所述光源的兩種波長分時開啟，同時相應(yīng)的近紅外光探測器開啟數(shù)據(jù)采樣。
[0018] 所述人體狀態(tài)監(jiān)測平臺還包括：開發(fā)者接口，
[0019] 所述開發(fā)者接口，包括原始數(shù)據(jù)接口和處理后數(shù)據(jù)接口，為開發(fā)者提供讀取原始 數(shù)據(jù)和任意階段處理數(shù)據(jù)的接口。
[0020] 所述人體狀態(tài)監(jiān)測平臺應(yīng)用于人-機情感交互、社交軟件中的情緒/健康狀態(tài)分 享、日常心理/生理健康管理應(yīng)用場景中。
[0021] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：近紅外光探測器通過大腦氧合血紅蛋白濃 度、脫氧血紅蛋白濃度和血流量的變化實現(xiàn)從生理層面的大腦的生理/心理活動監(jiān)測，進 而實現(xiàn)腦區(qū)激活、大腦供血/供氧、思維活動等的監(jiān)測。運動檢測傳感器實現(xiàn)行為層面的頭 部運動行為分析，識別行為特征，進而實現(xiàn)對用戶的行為進行監(jiān)測。本發(fā)明將人-機交互和 健康監(jiān)測從現(xiàn)有較普遍的運動、行為、生理層面擴展到行為、生理、心理層面，更注重情感交 互和腦的健康。開放平臺設(shè)計將應(yīng)用開發(fā)權(quán)限提供給第三方開發(fā)者，從而為用戶提供更豐 富的應(yīng)用。有望在人-機情感交互、日常心理/生理健康管理、社交平臺情緒/健康分享等 應(yīng)用場景下為提高用戶體驗發(fā)揮重要作用，帶來可觀的社會和經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0022] 圖1為一種基于功能性近紅外光譜和運動檢測的人體狀態(tài)監(jiān)測平臺的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0023] 圖2為傳感器布局不意圖；
[0024] 圖3為fNIRS傳感器控制時序示意圖；
[0025] 圖4為頭帶電路結(jié)構(gòu)示意圖；<