一種基于hbc的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及人體通信(Human Body Communication，HBC)和生物醫(yī)學(xué)信號技術(shù)領(lǐng) 域，具體涉及一種基于HBC的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] HBC是一種在人體周圍或人體內(nèi)部進(jìn)行的短距離無線通訊技術(shù)，利用人體作為通 信路徑傳輸數(shù)據(jù)，是無線通信技術(shù)新領(lǐng)域體域網(wǎng)（Body Area Network ,BAN)中最具前景的 一個應(yīng)用場景，在日常保健和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。癲癇作為一種發(fā)作性的 腦神經(jīng)元異常放電性疾病，腦電圖是癲癇預(yù)防和診斷最有效的輔助診斷工具。研究表明，癲 癇在發(fā)作期和發(fā)作間期的腦電圖的變化是突然發(fā)生的，其特征是:陣發(fā)性的高波幅慢波、尖 波、棘波，或伴有低波幅的快波，這種變化可出現(xiàn)在癲癇行為發(fā)作前的數(shù)秒鐘。根據(jù)癲癇患 者腦電信號在發(fā)作前會發(fā)生明顯的變化這一特征可以對癲癇發(fā)作進(jìn)行早期預(yù)測。
[0003] Duffing混沌振子系統(tǒng)對初始條件的敏感性可以用于檢測微弱周期信號或混沌信 號;腦電信號已被廣泛證明是混沌時間序;癲癇發(fā)作時腦電時間序列的LyaPunov指數(shù)下降， 即正常和癲癇腦電時間序列具有不同的混沌性;Duffing振子具有區(qū)分癲癇EEG和正常EEG 的能力是基于混沌同步的原理和基礎(chǔ)。
[0004] 數(shù)字信號處理技術(shù)的迅猛發(fā)展和計算機的廣泛應(yīng)用，以及近年來無線通信技術(shù)進(jìn) 入與人類個體聯(lián)系最緊密的領(lǐng)域BAN，該領(lǐng)域中HBC技術(shù)的日趨成熟，為癲癇病的預(yù)防研究 開創(chuàng)了嶄新的局面。
[0005] 癲癇發(fā)作具有碎發(fā)性，如果此時病人正從事某種危險操作（如駕駛汽車），則很容 易受到意外傷害，這是造成癲癇患者殘疾甚至死亡的一個主要原因。另一方面由于癲癇長 期的反復(fù)性發(fā)作，而且患者自己無法提前預(yù)測，這不僅使患者身體遭受痛苦，而且在一定程 度上導(dǎo)致其精神及心理障礙。目前對癲癇病的治療手段主要是藥物治療和手術(shù)切除病灶。 雖然這兩種方法都可以有效地減少癲癇發(fā)作的次數(shù)甚至完全抑制癲癇發(fā)作，減輕癲癇患者 的痛苦，但是無法實現(xiàn)對癲癇患者在發(fā)作前實現(xiàn)提示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于HBC的預(yù)防癲癇 發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備，在癲癇病發(fā)作前可對患者發(fā)出預(yù)防警告提示聲音和震動，提醒患 者做出必要預(yù)防措施的可穿戴式醫(yī)療設(shè)備，具有佩戴方便、提醒及時、準(zhǔn)確安全等優(yōu)勢。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種基于HBC的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備，包括主控計算機101，主控計算 機101的第一輸入端與信號傳輸系統(tǒng)102的輸出端連接，信號傳輸系統(tǒng)102的第一輸入端和 人體頭部107配合，主控計算機101的輸出端與控制器104的輸入端連接，控制器104的輸出 端與開關(guān)模塊105的輸入端連接，開關(guān)模塊105的輸出端與警報裝置103的第一輸入端連接， 主控計算機101的第二輸入端、信號傳輸系統(tǒng)102的第二輸入端、警報裝置103的第二輸入端 分別和DC/DC多路輸出電源模塊106的三個輸出端連接。
[0009] 所述的信號傳輸系統(tǒng)102利用人體頭部107作為通訊路徑傳輸腦電信號數(shù)據(jù)，形成 一個基于HBC技術(shù)的BAN通訊鏈路，信號傳輸系統(tǒng)102包括信號采集模塊1021，信號采集模塊 1021的輸入端和人體頭部107配合，信號采集模塊1021的輸出端和信號調(diào)理模塊1022的輸 入端連接，調(diào)理模塊1022的輸入端和信號發(fā)送模塊1023的輸入端連接，信號發(fā)送模塊1023 的輸出端和主控計算機101的信號處理模塊1011的輸入端連接。
[0010] 所述的主控計算機101包括信號處理模塊1011，信號處理模塊1011的輸出端和癲 癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的輸入端連接，癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的輸出端和控制器 104的輸入端連接。
[0011] 所述的警報裝置103包括蜂鳴器1031和震動器1032,蜂鳴器1031和震動器1032的 輸入端分別和開關(guān)模塊105的輸出端連接。
[0012] 所述的癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012利用DufTing混沌振子的混沌特性區(qū)分癲癇與 正常EEG特征，進(jìn)而實現(xiàn)預(yù)防癲癇發(fā)作的功能，基本原理是利用癲癇EEG的混沌特性弱于正 常EEG的混沌特性以及Duffing混沌振子能夠區(qū)分兩種EEG混沌特性的強弱；
[0013] Duff ing混沌振子的模型如式（1)所示：
[0014]
(1)
[0015]其中μ為占空比系數(shù)，-x+x3為非線性恢復(fù)力，f C0s(COt)為內(nèi)置信號，y⑴為輸入 信號，
[0016]內(nèi)置信號fcos( ω t)與輸入信號y(t)作為Duffing混純振子的輸入，Duffing混純 振子的輸出為輸出信號x(t)及輸出信號導(dǎo)數(shù)X'（t)，利用Lyapunov指數(shù)和Duffing振子輸出 的平面相圖作為描述混沌時間序列混沌程度的量化指標(biāo)。
[0017] 所述的癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012利用癲癇EEG的混沌特性弱于正常EEG的混沌 特性以及Duffing混沌振子能夠區(qū)分兩種EEG混沌特性的強弱，具體步驟為：
[0018] 第一步，在沒有輸入信號y(t)的情況下調(diào)整內(nèi)置信號fC〇s(c〇t)的幅值f和頻率ω 使Duff ing混沌振子處于周期狀態(tài)與混沌狀態(tài)，此時得到Duff ing混沌振子的輸出為輸出信 號x(t)及輸出信號導(dǎo)數(shù)X'（t)，構(gòu)成周期相平面圖和混沌相平面圖，以混沌相平面圖確定的 幅值f和頻率ω作為癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的系統(tǒng)參數(shù)執(zhí)行下一步任務(wù)，
[0019] 第二步，將癲癇EEG混沌時間序列作為輸入信號y (t)送入到Duf f ing混沌振子得到 輸出信號X(t)及輸出信號導(dǎo)數(shù)X'（t)，構(gòu)成混沌相平面圖，
[0020] 第三步，將正常EEG混沌時間序列作為輸入信號y(t)送入到Duffing混沌振子得到 輸出信號X(t)及輸出信號導(dǎo)數(shù)x'（t)，構(gòu)成混沌相平面圖。
[0021 ]所述一種基于HBC的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備，預(yù)警監(jiān)測工作流程如下： [0022]第一步，基于HBC技術(shù)信號傳輸系統(tǒng)102把從人體頭部107發(fā)射電極捕獲的EEG通過 采集模塊1021、信號調(diào)理模塊1022經(jīng)過放大、濾波的手段后通過HBC頻段傳輸給主控計算機 101中的信號處理模塊1011，
[0023]第二步，主控計算機101把從信號處理模塊1011通過接收電極天線把從信號發(fā)送 模塊1023獲取的EEG信號輸送給癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012，
[0024]第三步，癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012將癲癇EEG與正常EEG的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析， 將分析結(jié)果反饋給主控計算機101，主控計算機101根據(jù)分析結(jié)果向控制器104發(fā)送指令，
[0025]第四步，控制器104根據(jù)主控計算機101的指令向開關(guān)模塊105發(fā)送指令，
[0026]第五步，開關(guān)模塊105根據(jù)控制器104的指令啟動警報裝置103,動警報裝置103中 的蜂鳴器1031和震動器1032通電后進(jìn)入運行狀態(tài)，完成癲癇發(fā)作的預(yù)警檢測任務(wù)。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明能夠在癲癇發(fā)作前向患者發(fā)出預(yù)防提示信息。癲癇 患者只要將本設(shè)備戴在頭上，在癲癇發(fā)作前可在感受到震動的同時聽到聲音提醒，以便及 時采取一定的預(yù)防措施以免受到意外傷害。具有佩戴方便，預(yù)防有效等特點，和已有的癲癇 治療手段一起形成更加完善的癲癇病預(yù)防治療體系，減少了患者的身體痛苦和心理困擾。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖3為本發(fā)明癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012在沒有外界輸入時輸出的周期相平面 圖。
[0031] 圖4為本發(fā)明癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012在沒有外界輸入時輸出的混沌相平面 圖。
[0032]圖5為本發(fā)明癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012在加入癲癇EEG混沌時間序列輸入時系 統(tǒng)輸出的混沌相平面圖。
[0033]圖6為本發(fā)明癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012在加入正常EEG混沌時間序列輸入時系 統(tǒng)輸出的混沌相平面圖。
[0034]圖7為本發(fā)明的基于HBC的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0036] 如圖1所示，一種基于HBC的預(yù)防癲癇發(fā)作的穿戴式醫(yī)療設(shè)備，包括主控計算機 101，主控計算機101的第一輸入端與信號傳輸系統(tǒng)102的輸出端連接，信號傳輸系統(tǒng)102的 第一輸入端和人體頭部107配合，主控計算機101的輸出端與控制器104的輸入端連接，控制 器104的輸出端與開關(guān)模塊105的輸入端連接，開關(guān)模塊105的輸出端與警報裝置103的第一 輸入端連接，主控計算機101的第二輸入端、信號傳輸系統(tǒng)102的第二輸入端、警報裝置103 的第二輸入端分別和DC/DC多路輸出電源模塊106的三個輸出端連接。
[0037] 所述的信號傳輸系統(tǒng)102利用人體頭部107作為通訊路徑傳輸腦電信號數(shù)據(jù)，形成 一個基于HBC技術(shù)的BAN通訊鏈路，信號傳輸系統(tǒng)102包括信號采集模塊1021，信號采集模塊 1021的輸入端和人體頭部107配合，信號采集模塊1021的輸出端和信號調(diào)理模塊1022的輸 入端連接，調(diào)理模塊1022的輸入端和信號發(fā)送模塊1023的輸入端連接，信號發(fā)送模塊1023 的輸出端和主控計算機101的信號處理模塊1011的輸入端連接。
[0038]所述的主控計算機101包括信號處理模塊1011，信號處理模塊1011的輸出端和癲 癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的輸入端連接，癲癇發(fā)作預(yù)警檢測系統(tǒng)1012的輸出端和控制器 104的輸入端連接。
[0039] 所述的警報裝置103包括蜂鳴器1031和震動器1032,蜂鳴器1031和震動器1032的 輸入端分別和開關(guān)模塊105的輸出端連接。
[0040] 開關(guān)模塊105上啟動后，信號采集模塊1021把附著在人體頭部107上的腦電極捕獲 到的微弱腦電模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊1022調(diào)理成信號發(fā)送模塊1023能夠識別的信號， 信號發(fā)送模塊1023把腦電信號發(fā)送給信號處理模塊1011，經(jīng)過信號處理模塊1011采樣、調(diào) 制、量化、編碼、調(diào)解和保存的環(huán)節(jié)，將模擬信號轉(zhuǎn)換成