一种用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置及方法

本发明涉及智能睡眠脑调控，尤其涉及一种用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置及方法。

背景技术：

1、人在长时间体力或运动状态下持续输出，会导致极度疲劳，会出现精神不足、注意力涣散、警觉性大幅下降等，增加事故风险。为了减少由于疲劳导致的事故风险，就需要缓解疲劳和提升警觉。针对缓解疲劳和提升警觉的方法有：服用莫达非尼等兴奋剂类药物、服用咖啡因、电刺激等。但由于药物长期服用的成瘾性、依赖性和部分人群对于咖啡因的不耐受，需要寻找副作用更小的非药物促警觉措施。非侵入电刺激是副作用更小的非药物促警觉措施，非侵入电刺激技术由于安全性高、副作用小、无依赖性以及耐受性良好等优点，在提高警觉度和注意力领域显示出较大的潜力。在使用非侵入电刺激技术之前需要对疲劳程度进行检测，通常对心电图数据的分析提取出心率变异性(heart rate variability，hrv)信号，通过hrv的参数分析出人体的疲劳程度。

2、目前，非侵入电刺激的系统包括心电信号采集、迷走神经刺激和终端控制三部分，采集人体心电信号进行分析得到副交感指数，将其与正常基线值进行比较，根据差值正负和大小选择刺激模式和强度，刺激迷走神经调节心跳节律。然而，非侵入电刺激只能使用迷走神经刺激这一种方式来对神经进行电刺激，不能根据使用者的需求来灵活选择对神经进行电刺激的方式，再者，非侵入电刺激仅仅使用迷走神经刺激，迷走神经刺激仅限于刺激一小部分大脑高级结构来实现对心跳节律的调节，使电刺激的范围较小，还会有疲劳感存在，导致抗疲劳和促警觉的效果不好。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置及方法，解决不能根据使用者的需求来灵活选择对神经进行电刺激的方式，以及抗疲劳和促警觉的效果不好的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置，装置由心电信号采集模块、数据传输模块、心电信号处理模块和联合电刺激模块构成；

4、心电信号采集模块，用于采集使用者的心电信号；

5、数据传输模块，用于接收心电信号并将心电信号进行传输；

6、心电信号处理模块，用于根据心电信号计算指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令，调控指令用于指示心电信号出现异常；

7、联合电刺激模块，用于根据调控指令和输入指令控制迷走神经刺激单元和/或三叉神经刺激单元，对使用者进行对应的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉，迷走神经刺激单元和三叉神经刺激单元对使用者的刺激部位不同，输入指令用于指示选择迷走神经刺激单元、三叉神经刺激单元、迷走神经刺激单元以及三叉神经刺激单元中的任一种。

8、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，联合电刺激模块包括迷走神经刺激单元、三叉神经刺激单元、内部存储器、数据接收模块、中央控制单元、电源、第一电刺激发生器、第一输出电极、第二电刺激发生器和第二输出电极；

9、内部存储器、数据接收模块和电源、迷走神经刺激单元的一端和三叉神经刺激单元的一端分别与中央控制单元连接；

10、迷走神经刺激单元的另一端、第一电刺激发生器和第一输出电极依次连接，三叉神经刺激单元、第二电刺激发生器和第二输出电极依次连接；

11、数据接收模块用于接收调控指令并将调控指令发送至中央控制单元，中央控制单元用于根据调控指令和输入指令，控制迷走神经刺激单元和/或三叉神经刺激单元，迷走神经刺激单元用于在中央控制单元控制迷走神经刺激单元时，对使用者进行迷走神经的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉，三叉神经刺激单元用于在中央控制单元控制三叉神经刺激单元时，对使用者进行三叉神经的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉。

12、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，联合电刺激模块还包括第一刺激电极，第一刺激电极与第一输出电极连接，第一刺激电极用于向使用者的迷走神经区域传送微电流。

13、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，联合电刺激模块还包括第二刺激电极，第二刺激电极与第二输出电极连接，第二刺激电极用于向使用者的三叉神经区域传送微电流。

14、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，心电信号处理模块安装于软件端，在软件端运行心电信号处理模块，心电信号处理模块与软件端的交互界面连接，在交互界面上显示心电信号的波形。

15、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，心电信号处理模块用于根据心电信号的波形进行qrs波检测并测量r峰发生的时刻，得到心跳波动r-r间期序列，并根据心跳波动r-r间期序列的预设间距，筛选出正常的r-r间期序列，以生成n-n间期序列，对n-n间期序列通过时频域指标计算，得到指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令。

16、在本发明第一方面的一些变更实施方式中，心电信号采集模块包括依次连接的采集主控模块、模拟信号放大器、滤波单元和模数转换器；

17、采集主控模块用于采集模拟的心电信号，模拟信号放大器用于将模拟的心电信号进行信号放大，滤波单元用于将放大后的心电信号进行滤波处理，模数转换器用于将滤波处理的心电信号进行模数转换得到使用者的心电信号。

18、本发明第二方面提供一种用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激方法，应用于上述的用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置，方法包括：

19、采集使用者的心电信号；

20、接收心电信号并将心电信号进行传输；

21、根据心电信号计算指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令，调控指令用于指示心电信号出现异常；

22、根据调控指令和输入指令，对使用者进行迷走神经的刺激，和/或三叉神经的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉，迷走神经的刺激部位和三叉神经的刺激部位不同，输入指令用于指示选择迷走神经的刺激、三叉神经的刺激、迷走神经的刺激以及三叉神经的刺激中的任一种。

23、在本发明第二方面的一些变更实施方式中，根据心电信号计算指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令，包括：

24、根据心电信号的波形进行qrs波检测并测量r峰发生的时刻，得到心跳波动的r-r间期序列；

25、根据r-r间期序列的预设间距，筛选出正常的r-r间期序列，以生成n-n间期序列；

26、对n-n间期序列通过时频域指标计算，得到指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令。

27、在本发明第二方面的一些变更实施方式中，输入指令包括第一输入指令、第二输入指令和第三输入指令，第一输入指令为指示选择迷走神经的刺激的指令，第二输入指令为指示选择三叉神经的刺激的指令，第三输入指令为指示选择迷走神经的刺激以及三叉神经的刺激的指令，根据调控指令和输入指令，对使用者进行迷走神经的刺激，和/或三叉神经的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉，包括：

28、在输入指令为第一输入指令时，根据调控指令和第一输入指令，选择迷走神经的刺激对使用者进行刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉；

29、在输入指令为第二输入指令时，根据调控指令和第二输入指令，选择三叉神经的刺激对使用者进行刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉；

30、在输入指令为第三输入指令时，根据调控指令和第三输入指令，选择迷走神经的刺激和三叉神经的刺激对使用者进行刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉。

31、相较于现有技术，本发明提供的用于抗疲劳和促警觉的神经电刺激装置及方法，装置由心电信号采集模块、数据传输模块、心电信号处理模块和联合电刺激模块构成，心电信号采集模块，用于采集使用者的心电信号，数据传输模块，用于接收心电信号并将心电信号进行传输，心电信号处理模块，用于根据心电信号计算指标参数，并根据指标参数和预设参数生成调控指令，调控指令用于指示心电信号出现异常，联合电刺激模块，用于根据调控指令和输入指令控制迷走神经刺激单元和/或三叉神经刺激单元，对使用者进行对应的刺激，以对使用者实现抗疲劳和促警觉，迷走神经刺激单元和三叉神经刺激单元对使用者的刺激部位不同，输入指令用于指示选择迷走神经刺激单元、三叉神经刺激单元、迷走神经刺激单元以及三叉神经刺激单元中的任一种。和现有技术的装置是包括心电信号采集、迷走神经刺激和终端控制三部分，根据差值正负和大小选择刺激模式和强度来刺激迷走神经相比，本发明心电信号处理模块可以根据通过心电信号计算的指标参数和预设参数生成调控指令，联合电刺激模块可以根据心电信号处理模块生成的调控指令和输入指令控制迷走神经刺激单元，或三叉神经刺激单元，或迷走神经刺激单元和三叉神经刺激单元，对使用者进行对应的刺激，可以根据使用者的需求来灵活选择对神经进行电刺激的方式，再者，联合电刺激模块可以根据心电信号处理模块生成的调控指令和输入指令控制迷走神经刺激单元和三叉神经刺激单元，对使用者进行对应的刺激，使得可以刺激大部分大脑高级结构，使电刺激的范围较大，进而使得抗疲劳和促警觉的效果较好。