CN111544289A - 一种脑电反馈智能眼部理疗仪 - Google Patents

Abstract

一种脑电反馈智能眼部理疗仪，包括脑电采集模块、脑电信号传输及控制模块、电针灸与按摩同步理疗模块、电源综合管理模块、云端服务器。本发明通过检测人体在接受电针灸按摩仪眼部理疗过程中脑电信号的变化，通过无线通信实时将脑电信号数据传送到云端服务器，通过人工智能判断耐受性的产生时机，从而实时改变理疗模式，达到最佳的理疗效果。同时本发明将理疗效果较好的电针灸和电按摩相结合，充分发挥二者优势，使理疗效果达到最大化。本发明主要帮助使用者减缓面部疲劳，提拉眼线，减少皱纹。

Description

一种脑电反馈智能眼部理疗仪

技术领域

本发明涉及美容理疗电子设备技术领域，具体涉及一种脑电反馈智能眼部理疗仪。

背景技术

按摩是以中医脏腑和经络学说为理论基础，并结合西医的解剖和病理诊断，用特定的手法作用于人体体表的特定部位以调节机体生理和病理状况，从性质上分类属于物理的理疗方法；电按摩是利用电能驱动动力装置使按摩头震动，从而达到按摩的目的。针灸是针法和灸法的总称，针法指把针具按照方法刺入人体体内，运用醒针的各种手法对人体特定部位进行刺激从而达到理疗的效果；电针灸没有针刺入机体，用皮肤贴片式的脉冲治疗，虽然对深入的肌肉效果差强人意，但是对浅表的肌肉作用还是尤为明显，明确可解决传统针刺针灸有创、复杂等问题。电针灸和电按摩都可以舒筋活血、相处疲劳，同时还可以辅助治疗一些慢性疾病。

目前已有研究的眼部理疗仪大多是采用光学原理或热敷原理，亦或仅有单独的电按摩或电针灸理疗功能，没有做到二者的结合，并且效果未能通过可视化数据进行反应，理疗效果不尽如人意。

在现有医学研究基础上，以及对耐受性的先期研究可知：1)感受器各具适宜刺激；(2)感受器具有换能作用；(3)感受器对刺激的质和量以及其它属性多具编码能力；(4)各类感受器都具有适应现象上述特点说明感受器具有调制功能。

“入芝兰之室，久而不闻其香”适应现象是指感受器在同一刺激物的持续作用下，敏感性发生变化的现象。一般情况下，强刺激的持续作用使敏感性降低，微弱刺激的持续作用使敏感性提高。

由于人体在长时间或反复多次针刺刺激情况下，会出现针刺效应降低的现象，称为耐受性。目前耐受性主要停留在患者主观感受和疗效反应方面，缺乏人体科学数据验证

“无病而先针灸曰逆”，早在明代就有中医提出针灸疗法可以治“未病”的理论，关于针灸法养生保健诸如《针灸要诀与按摩十法》、《备急千金要方》、《针灸大成》等古代名著为其提供佐证，但是缺乏现代技术的科学佐证。

在前人多年研究中发现，在人体处于脑疲劳状态下，处于低频段0.5-3Hz的δ波和4-7Hz的θ波功率谱密度增强且变化较大，而处于高频段8-13Hzα波的和14-30Hz的β波功率谱密度降低且变化较小。为了克服脑疲劳，对人体施加磁刺激，发现低频段的脑电信号功率谱密度减小且变化较大，而高频段脑电信号功率谱密度增大且变化较小。据此，本发明设想电针灸耐受性产生时的功率谱密度变化与其相似，以此作为本仪器耐受性识别的重要依据，并做大量实验以验证其正确性。

鉴于以上问题，提出如下解决方案：本发明解读和分析人体对于电脉冲及外部物理按摩刺激的耐受性，调整理疗仪的理疗方式，达到提高综合理疗仪的治疗效果的新型理疗器械。其目的在于将传统电针灸仪和按摩仪相结合，解决传统理疗仪不能智能化调节脉冲刺激而易使人体产生耐受性的问题，减少复杂的人工判断，简化操作流程，提高理疗疗效.

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种脑电反馈智能眼部理疗仪，包括脑电采集模块、脑电信号传输及控制模块、电针灸与按摩同步理疗模块、电源综合管理模块，另外还需要云端服务器。所述脑电采集系统通过生物传感器采集脑电信号，并通过无线传输模块将预处理脑电信号传输至云端服务器，云端接收到脑电信号通过数字信号滤波及脑电信号处理程序，通过自学习确定一组脑电离散信号特定频率下的功率密度基值，而后采集脑电数据不断与这组基值进行比较，设定衰减系数阈值，得出控制结果并通过无线发送装置发送控制指令至电针灸与按摩同步理疗系统，理疗系统根据控制指令智能调整理疗模式，使理疗系统最大程度克服人体耐受性，提高理疗疗效。

根据上述所提及本发明种脑电反馈智能眼部理疗仪，包括用于脑电采集的脑电采集模块，接收脑电数据并将数据通过esp8266传输至服务器端、接受服务器处理结果获取控制指令并发处控制指令的脑电信号传输及控制模块，接收控制指令并执行理疗动作的电针灸与按摩同步理疗模块以及为整个理疗系统提供不同等级电压的电源综合管理模块。

本发明的按摩动力系统电机根据实际需求自制编码盘并在单片机中编写改进PID闭环调速系统。可以根据人体智能改变按摩方式，从而达到提高按摩效果的目的。因本发明欲取得提拉眼线目的，故不需设置电机的正反转操作，只需沿自上而下一个方向即可。

优选的，所述脑电采集电极包括一个作用干电极，一个包含屏蔽层和模拟地的脑电采集耳夹。

优选的，所述脑电采集芯片选用神念TGAM脑电采集芯片，集成前置放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、陷波电路、后置放大电路以及A/D转换器于一体的电路模块。

优选的，所述脑电采集耳夹采用神念专供耳夹，脑电采集电极贴片采用无纺布电极贴片。

优选的，所述光电编码测速电路采用红外对射计数传感器设计电路。

优选的，所述服务器可采用商业服务器或者其他类型服务器。

优选的，所述无线收发模块选用esp8266无线模块

优选的，所述电针灸与按摩同步理疗系统控制信号接收处理模块选用STM32F407ZG6型号单片机。

优选的，所述按摩部分动力系统直流减速电机选用GA12-N20精密减速电机，减速比为1:298。

优选的，所述直流9V稳压电路采用78L09三端稳压管。

优选的，所述直流5V稳压电路采用78L05三端稳压管。

优选的，所述直流3.3V稳压电路采用AMS1117-3.3V正向低压降稳压管。

所述脑电反馈智能眼部理疗仪，其技术成分包括硬件电路的设计及云端脑电信号处理程序的编写。前期理论研究发现产生耐受性时脑电信号特定频段的功率谱会有固定的能量变化，为此本发明在云端编写小波分解程序将脑电信号分解在特定频率段内，并计算相应的能量算子，在此基础上确定一个衰减系数和增幅系数，作为耐受性产生的判断阈值，能够较准确判断耐受性的产生时机。与此同时，本发明还创新性地将电针灸仪和按摩仪相结合，同步理疗，发挥二者优势，即电针灸可以有效内部刺激，按摩仪可以发挥外部刺激优势，使眼部理疗更加充分，加上克服耐受性所用的改变电针灸波形和按摩仪按摩方式的方法，使整个眼部理疗过程更加高效，也使整个过程十分便捷。

本发明可以有效克服传统理疗仪容易产生耐受性的弊端，能够起到缓解眼部疲劳、提拉眼线、减少皱纹的作用。

附图说明

为了使本发明具体的设计方案更加清晰明了，下面将对本设计所设计的模块框图、内部设计、程序流程图、关键电路等进行展示，对于本设计所涉及的上述关键图框，作者保有其所有权。

图1为本发明公开的一种脑电反馈智能眼部理疗仪的整体工作示意图

图2为脑电信号传输及控制模块内部连接示意图

图3为电针灸与按摩同步理疗模块内部连接示意图

图4为电源综合管理模块连接示意图

图5为公开的一种脑电反馈智能眼部理疗仪的整体工作流程图

图6为脑电采集电极放置较佳位置示意图

图7为电针灸模块电路原理图

图8为按摩模块驱动电路原理图

图9为直流减速电机测速电路原理图

图10为电源综合管理模块电路原理图

图中的数字标号所代表的名称为：1-脑电采集模块；2-脑电信号传输及控制模块；3-电针灸与按摩同步理疗模块；4-电源综合管理模块；5-云端服务器；6-脑电采集干电极；7-无纺布电极贴片；8-模拟地电极；9-屏蔽层电极；10-脑电采集耳夹；11-专用信号线；12-脑电采集芯片；13-电针灸驱动模块；14-按摩驱动模块；15-无线传输模块；16-主控单片机；17-电源模块；18-凸轮机构；19-针灸贴片；20-光电编码测速电路；21-直流减速电机；22-松紧带；23-魔术贴；24-外部集成线路；25-变压器；26-直流9V稳压电路；27-直流5V稳压电路；28-直流3.3V稳压电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。一下陈述仅是本发明的部分实施方式，在未取得允许之前，在本发明所提供的附图和说明材料基础上得到的其他实施方式，也均处于本发明所保护的范围之内。

图1-图10给出的是本发明较佳的实施细则，分别从不同的角度对其进行详细的说明。

如图1所示是本发明公开的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，包括脑电采集模块1、脑电信号传输及控制模块2、电针灸与按摩同步理疗模块3、电源综合管理模块4，另外还需要云端服务器5协同工作，负责处理脑电信号数据，返回控制结果。

进一步的，本发明五大部分属于协同工作，按照图5工作流程顺序进行。

需要详细说明的是，脑电采集模块干电极6通过夹扣式连接接口与电极无纺布贴片7相连接，专用信号线11通过锡焊连接干电极6并同步配有脑电信号屏蔽层电极，用于采集脑电信号。模拟地电极8和屏蔽层电极9装嵌在脑电采集耳夹10上下两个夹片内，用于作为参考电极屏蔽干扰信号。上述各线通过集成四条连接线的脑电采集总线连接至脑电采集芯片的相应端口。

需要特别说明的是，本发明在前期理论研究之后，为让本发明的便携性和准确性得到提升，特找到一个脑电采集最佳位置，如图6中FP2处。

脑电采集作用电极按上述放置在国际导联标准FP2处，包含一个干电极6和附带的一个屏蔽层。脑电采集耳夹10夹在左耳垂处，作为身体身体相对零电位的电极，本发明脑电采集部分采集到的脑电信号即是FP2导联处和左耳垂之间的电位差，各屏蔽层可以有效屏蔽外界及身体其他信号的干扰。

脑电线路包括四条，即干电极信号线路、干电极屏蔽层线路、零电位线路及零电位屏蔽层电路，分别连接在脑电信号传输及控制模块2中脑电采集芯片12的EEG接口、EEG屏蔽层接口、REF接口及REF屏蔽层接口，连接方式为插针式连接。

脑电采集芯片12用于脑电信号的采集和预处理。具体的，脑电采集芯片12是由前置放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、陷波电路、后置放大电路及AD转换电路为一体的电路模块。首先对采集到的模拟信号进行一系列降噪、滤波及电压抬升，最后转换成微处理器便于接受和发送的数字信号，本发明所用脑电采集芯片12将脑电数据以十六进制形式打包发送，每次发送十个数据位，一个起始位，八个数据位，一个结束位。

脑电信号传输及控制模块中脑电采集芯片12通过串口与主控微处理器16相连接，主控微处理器16通过串口与无线传输模块15连接，主控通过信号控制线与电针灸驱动模块13及按摩驱动模块14连接，通过发送PWM信号控制按摩模块，不相同的波形信号控制电针灸模块。

无线传输模块25通过网络按照如上所述传输形式将脑电数据传输至云端服务器，服务器接收到数据送至脑电信号处理程序，首先将脑电信号数据进行十六进制解码，得到新的数字信号后进行软件滤波，然后对其利用小波变化对其进行去燥、分解。为使计算结果更加实时、精确，脑电信号处理算法中引入Teager能量算子，用于更加准确计算不同频段脑电信号的能量变化。如前述所说，在发生耐受性时，处于低频段0.5-3Hz的δ波和4-7Hz的θ波功率谱密度增强且变化较大，而处于高频段8-13Hzα波的和14-30Hz的β波功率谱密度降低且变化较小。为在软件算法中检测到如上变化，本发明在算法中设置增幅阈值和衰减阈值，若越过此阈值，则算法判断人体产生耐受性，此时则智能改变理疗方式，发送控制指令至无线传输模块25。当检测到低频段的脑电信号功率谱密度减小且变化较大，而高频段脑电信号功率谱密度增大且变化较小时，则判断此时克服了耐受性，此时算法判定控制指令不变，不重复发送控制指令至无线传输模块25。

主控微处理器16得到无线传输模块25返回的控制指令，判断选择指令控制电针灸与按摩同步理疗模块。主控微处理器16通过两个GPIO接口实现对电针灸驱动模块13的控制，如图7所示，改变GPIO口的高低电平状态及占空比即可实现多样的波形输出，以控制电针灸不同的理疗波形。主控微处理器16通过PWM信号控制按摩驱动模块14，可以改变占空比来控制电机转速，直流减速电机转速在特定电压会有特定转速，根据列表的方式选择不同的转速，从而达到不同的理疗疗效。主控微处理器16通过捕获光电编码测速电路20返回的高电平时间，通过处理器内部程序得到直流减速电机21的实时速度，从而实现单闭环控制。

电针灸与按摩同步理疗模块3中直流减速电机21主轴上连有不锈钢材质的凸轮机构18，电机下方装有用于直流减速电机测速的光电编码测速电路20，电机部分下方与针灸贴片19连接，用于贴近人体眼部作用于人体，驱动线路和测速反馈线路集成在可伸缩材质的松紧带22内，通过外部集成线路24与脑电信号传输及控制模块2连接，与松紧带终端配有便于穿戴的魔术贴23。

凸轮机构18为不锈钢材质，因负载较小，故不考虑负载惯性造成的影响。凸轮机构18滚子半径设计为直流减速电机最宽度的二分之一，基圆半径设计为滚子半径的三分之二。

具体的，光电编码测速电路20采用红外对射计数传感器，设计为凸轮机构18基圆半径小于红外对射计数传感器计数孔到凸轮机构18中心的距离。当凸轮机构18遮挡红外对射计数传感器计数孔时电路输出高电平，通过测量主控微处理器16捕获高电平时间和凸轮机构18每个周期所遮挡的角度来计算此时直流减速电机21的实时速度。

具体的，针灸贴片19包括两片无纺布电极粘性贴片，左右眼部无任何差别，设计可根据不同人脸构造调整贴片角度。

电源综合管理模块中，家用交流电通过变压器25由交流电变为直流电，9V稳压电路26为电针灸驱动模块13及按摩驱动模块14供电，5V稳压电路27为主控芯片16供电，3.3V稳压电路28为脑电采集芯片12、无线传输模块15及光电编码测速电路20供电。三级电路所用连接为串联连接，变压器匝数比设置为22:1，在变压器二次侧引出三端，通过全桥整流，作为稳压模块的输入电源，如图10所示。

进一步的，因本发明均为全自动操作，由主控微处理器16控制所有部分协同工作，不存在其他需要手动的外在设计故不对产品外部其他部分进行陈述。

进一步的，保有本发明在附图所涉及产品的相关外观设计的所有权。

进一步的，本发明为使用者提供可选择的服务器端记录脑电信号数据服务，当使用者有需要时可以到查询之前检测的脑电信号数据。

综上所述，本发明公开的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，包括脑电采集模块、脑电信号传输及控制模块、电针灸与按摩同步理疗模块和电源综合管理模块，所述脑电采集模块采集到脑电信号数据并将其通过脑电信号传输及控制模块传输至服务器端，通过脑电信号处理算法提取耐受性敏感参数，与所设定的阈值进行比较，进而确定是否要返回需要改变理疗方式的波形，对眼部理疗仪的驱动参数进行调节。本发明可以监测脑电信号的功率谱变化，通过计算不同频段信号的能量，获取人体对于电针灸和按摩同步理疗过程的反应，实时调节理疗模式，是理疗过程更加适用于实体，可以有效克服耐受性带来的使理疗效果减弱的弊端，提高同步理疗疗效。

以上本发明所公开的说明，使相关领域的工作者能够实现或者使用本发明。在不脱离本发明所涉及的核心创意的前提下，相关专业技术人员可对本发明内容进行改进和创新。

Claims (6)

1.一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，包括脑电采集模块(1)、脑电信号传输及控制模块(2)、电针灸与按摩同步理疗模块(3)、电源综合管理模块(4)和云端服务器(5)，

所述脑电采集模块(1)包括用于贴在人体表面固定脑电采集干电极(6)的电极无纺布贴片(7)、用于夹在耳垂连接模拟地电极(8)和屏蔽层电极(9)的脑电采集耳夹(10)、连接电极与脑电采集芯片的专用信号线(11)，干电极(6)与电极无纺布贴片(7)相连接，专用信号线(11)连接干电极(6)；模拟地电极(8)和屏蔽层电极(9)装嵌在脑电采集耳夹(10)上下两个夹片内；

所述脑电信号传输及控制模块(2)包括用于接收脑电采集模拟信号并进行滤波、模数转换的脑电采集芯片(12)，用于作为主控芯片的微处理器(16)，将脑电数字信号传输至服务器端(5)的无线传输模块(15)，电针灸驱动模块(13)及按摩驱动模块(14)，以及为各模块供电的电源模块；脑电采集模块(12)与主控芯片单片机(16)相连接，主控芯片(16)通过与无线传输模块(15)连接，主控通过信号控制线与电针灸驱动模块(13)及按摩驱动模块(14)连接；

所述电针灸与按摩同步理疗模块(3)包括对称的左右模块，各模块分别包括直流减速电机(21)，光电编码测速电路(20)，凸轮机构(18)，针灸贴片(19)，松紧带(22)以及魔术贴(23)；直流减速电机(21)主轴上连有凸轮机构(18)，电机下方装有用于直流减速电机测速的光电编码测速电路(20)；电机部分下方与针灸贴片(19)连接，用于贴近人体眼部作用于人体；驱动线路和测速反馈线路集成在可伸缩材质的松紧带(22)内，通过外部集成线路(24)与脑电信号传输及控制模块(2)连接；松紧带(22)末端配有便于穿戴的魔术贴(23)；

所述电源综合管理模块(4)由AD-DC变压器(25)，直流9V稳压电路(26)，直流5V稳压电路(27)和直流3.3V稳压电路(28)组成；家用220V交流电通过变压器(25)由交流电变为直流电，直流9V稳压电路(26)为电针灸驱动模块(13)及按摩驱动模块(14)供电，直流5V稳压电路(27)为主控芯片(16)供电，直流3.3V稳压电路(28)为脑电采集芯片(12)、无线传输模块(15)及光电编码测速电路(20)供电；三级电路所用连接为串联连接，变压器匝数比设置为22:1，在变压器二次侧引出三端，通过全桥整流，作为稳压模块的输入电源。

2.根据权利要求1所述的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，所述干电极(6)通过夹扣式连接接口与所述电极无纺布贴片(7)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，所述专用信号线(11)通过锡焊连接所述干电极(6)并同步配有脑电信号屏蔽层电极。

4.根据权利要求1所述的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，所述脑电采集模块(1)中的各线通过集成四条连接线的脑电采集总线连接至脑电采集芯片的相应端口。

5.根据权利要求1所述的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，所述脑电采集模块(12)通过串口与所述主控芯片单片机(16)相连接，所述主控芯片(16)通过串口与无线传输模块(15)连接。

6.根据权利要求1所述的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，其特征在于，所述凸轮机构(18)为不锈钢材质的。

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