一种促进脑部Alpha波产生并检测的中远红外加热方法

摘要

本发明公开了一种促进脑部Alpha波产生并检测的中远红外加热方法，属于脑电信号检测领域。本发明利用一种中远红外加热方法，可以有效促进脑部Alpha波产生，进而增大信噪比，达到辅助脑电波测量仪器的检测效果。此外，根据收集的Alpha波信号，可实时调节红外加热模块的温度，使得人体脑部一直处于最佳舒适状态。该中远红外加热方法可以增强脑部Alpha波。该方法有操作简单、效果显著、便于推广的特点。

说明书

技术领域

本发明公开了一种促进脑电Alpha波产生并检测的中远红外加热方法，属于脑电信号检测领域。

背景技术

脑电，就其本质而言，是生物电活动的一种，主要是大脑神经元突触后电位的综合，其有关电场经容积导体(由皮层、颅骨、脑膜和头皮构成)传导后在头皮上的电位分布被记录，这就是通常所说的脑电图。临床和脑科学研究中脑电波有四种，α波(Alpha)、β波(Beta)、δ波(Delta)、θ波(Theta)四种。由于Alpha节律频段的能量在整个脑电能量中占有很大的比重，并且在睁眼状态下受到“阻塞”，表现出很强的状态标签特性，因此广受研究人员重视。健康成人Alpha波的平均振幅在30～50μV之间，频率在8～13Hz之间，其分布主要位于顶枕区域，其形态一般呈正弦波样。脑电信号是一种幅度较为微弱的生理电信号，在信号采集过程中，很容易受到外界噪声干扰，致使无法获得精确的信号。

若要获取高精度的信号，脑电采集系统输入端的噪声幅度要小于信号的幅度。然而当前市场上多数脑电采集系统的噪声都在2μVpp以上，较大的噪声将会降低信号的信噪比，影响结果的准确性。此外，在采集信号的过程中，脑电信号很容易受到工频噪声的干扰，而且工频噪声源幅度一般为毫伏级。如果脑电采集系统对工频噪声抑制程度较弱，也会降低信号的信噪比。如何高效、简易地检测人体脑电波仍是一项巨大挑战。

本发明利用一种中远红外加热方法，可以有效促进脑电Alpha波产生，增强信号强度有利于检测。采用厚度是10-100微米的石墨烯加热膜通电来产生中远红外波而达到加热的目的，能提升人体舒适程度，提高使用者产生Alpha波的强度，进而增大信噪比，达到辅助脑电波测量仪器的检测效果。该方法有操作简单、效果显著、便于推广的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种促进Alpha波产生并辅助检测的中远红外加热方法。该方法通过为厚度是10-100微米的石墨烯加热膜通电来产生中远红外波而达到加热的目的，提高使用者产生Alpha波的强度，进而增大信噪比，达到辅助脑电波测量仪器的检测效果。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种促进脑部Alpha波产生的方法，采用红外加热装置产生中远红外光波对生物体进行加热，能促进脑部Alpha波产生。

上述技术方案中，所述方法能增强脑部Alpha波的幅值，且停止加热后在一分钟内有持续增强效果。

进一步的，所述的中远红外光波的波长为6～14μm。

进一步的，所述的生物体皮肤优选为人体颈部、腰部皮肤。

本发明还提供一种脑部Alpha波检测系统，包括红外加热模块、脑波检测设备和电源控制模块。

上述系统中，所述红外加热模块包括厚度为10-100微米的石墨烯膜，通过给所述石墨烯膜通电产生中远红外辐射，对生物体皮肤进行加热。

进一步的，所述脑波检测设备包括接地电极、配平电极、第一脑电接收电极、第二脑电接收电极、脑电图机；所述的接地电极、配平电极分别连接脑前额，第一脑电接收电极、第二脑电接收电极通过导电胶分别与后脑勺枕骨左右的枕外粗隆贴合连接，将脑电Alpha波信号实时传送到脑电图机中分析处理，脑电图机上设置有调节档位用于供使用者根据收集的Alpha波信号实时控制电源控制模块以调节红外加热模块的加热温度。

进一步的，所述的接地电极、配平电极、第一脑电接收电极、第二脑电接收电极为银、氯化银、银镀氯化银、银镀金中一种。进一步的，所述的导电胶为水凝胶、导电银胶、银铜导电胶、镍碳导电胶中一种。

进一步的，所述电源控制模块可控制红外加热模块的加热功率，使加热温度在40-60℃可调。

进一步的，所述的红外加热模块设置于织物内芯中，使用时所述织物与皮肤紧密贴合。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是:

本发明所述的一种促进Alpha波产生并检测的中远红外加热方法使用了厚度为10～100微米的石墨烯加热膜，这种石墨烯膜在通电时能产生6～14μm的中远红外光波，与人体红外辐射近似，可以有效促进脑电Alpha波产生，增强信号强度有利于脑电信号的检测。这种石墨烯膜能承载足够大的电流，所以发热更快，产生更多的中远红外光波，同时它还有较好的保温效果。此外，根据收集的Alpha波信号实时控制调节红外加热模块的温度。该方法有操作简单、效果显著、便于推广的特点。

附图说明

图1为石墨烯智能温控发热围巾穿戴示范图；

图2为后脑Alpha波测试位置示意图(O1、O2)；

图3为石墨烯膜中远红外辐射光谱；

图4为实施例1未佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图5为实施例1佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图6为实施例1解下佩戴围巾后脑电Alpha波测试图。

图7为实施例1脑电Alpha波测试图的数据分析。

图8为实施例2未佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图9为实施例2佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图10为实施例2解下佩戴围巾后脑电Alpha波测试图。

图11为实施例2脑电Alpha波测试图的数据分析。

图12为实施例3未佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图13为实施例3佩戴围巾2分钟后脑电Alpha波测试图。

图14为实施例3佩戴围巾4分钟后脑电Alpha波测试图。

图15为实施例3佩戴围巾8分钟后脑电Alpha波测试图。

图16为实施例4未佩戴围巾时脑电Alpha波测试图。

图17为实施例4在测试中途佩戴围巾后脑电Alpha波测试图。

图18为实施例4佩戴围巾2分钟后脑电Alpha波测试图。

图19为实施例4佩戴围巾4分钟后，进入睡眠状态的脑电Alpha波测试图。

图20为实施例4佩戴围巾4分30秒后，被叫醒后的脑电Alpha波测试图。

图21为实施例4佩戴围巾5分30秒后脑电Alpha波测试图。

图22为实施例4佩戴围巾8分钟后脑电Alpha波测试图。

图23为实施例4解下佩戴围巾30秒后脑电Alpha波测试图。

图24为实施例4解下佩戴围巾60秒后脑电Alpha波测试图。

图25为实施例5使用热水袋前的脑波图像；

图26为实施例5使用热水袋2分钟时的脑波图像；

图27为实施例5使用热水袋4分钟时的脑波图像；

图28为实施例5使用热水袋6分钟时的脑波图像；

图29为实施例5使用热水袋8分钟时的脑波图像；

图30为实施例5使用的热水袋温度实时图像；

图31为实施例5取下热水袋后的脑波图像；

图32为实施例6穿戴马甲前的脑波图像；

图33为实施例6穿戴马甲2分钟时的脑波图像；

图34为实施例6穿戴马甲6分钟时的脑波图像；

图35为实施例6穿戴马甲8分钟时的脑波图像；

图36为实施例6取下马甲后的脑波图像；

图37为实施例7穿戴腰带前的脑波图像；

图38为实施例7穿戴腰带2分钟时的脑波图像；

图39为实施例7穿戴腰带6分钟时的脑波图像；

图40为实施例7穿戴腰带8分钟时的脑波图像；

图41为实施例7取下腰带后的脑波图像；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

所述系统包括以下组件：使用红外加热模块和电源控制模块进行中远红外加热，使用接地电极、配平电极、第一脑电接收电极、第二脑电接收电极、导电胶、脑电图机测量脑电Alpha波并给出反馈。在本发明的一个具体实例中，所使用的红外加热模块和电源控制模块装入围巾的内芯中，该石墨烯智能温控发热围巾穿戴方式如图1所示。所述的中远红外加热方法使用了厚度为10-100微米的石墨烯加热膜，这种石墨烯膜在通电时能产生6～14μm的中远红外光波，与人体红外辐射近似，可以有效促进脑电Alpha波产生，增强信号强度有利于脑电信号的检测。相比层数较少的石墨烯膜，这种石墨烯膜能承载足够大的电流，所以发热更快，产生更多的中远红外光波，同时它还有较好的保温效果。此外，根据收集的Alpha波信号，实时控制调节红外加热模块的温度，使得连续采集信号下人体脑部一直处于最佳舒适状态下。该方法有操作简单、效果显著、便于推广的特点。

实施例1：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员1的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员1的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员1闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察到此时被测试人员的脑电Alpha波，可见只有少量Alpha波、出现频率低、不明显(图4)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将上述的围巾佩戴在使用者的颈部，尽量与皮肤贴合；

6)进一步的，启动电源控制模块，使用者能够明显感觉围巾的温度上升，并停在测试所需要的设定值；

7)被测试人员1闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，可见大量Alpha波、出现频率变高、更明显(图5)；

8)取下围巾，测试被试1脑电Alpha波，可见仍有大量Alpha波(图6)；

所述的中远红外加热方法使用了厚度为10-100微米的石墨烯加热膜，这种石墨烯膜在通电时能产生6～14μm的中远红外光波，与人体红外辐射近似，可以有效促进脑电Alpha波产生，增强信号强度有利于脑电信号的检测。为了证明所述的中远红外加热方法能够有效促进脑电Alpha波的产生，设计了各个实例。本例中设计了实验对照组，通过对被测试人员1佩戴围巾前后的Alpha波进行对比，发现该中远红外加热方法确实有效地提升了Alpha波的产生。在取下围巾后，被测人员1仍能够产生大量Alpha波，说明该方法对人体Alpha波的产生的促进作用显著。通过分析被测人员脑电Alpha波，得到受中远红外波影响后，被测人员的Alpha波的频率为10Hz，幅值为60μV(图7)。

实施例2：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员2的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员2的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员2闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察到此时被测试人员的脑电Alpha波，可见只有少量Alpha波、出现频率低、不明显(图8)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将上述的围巾佩戴在使用者的颈部，尽量与皮肤贴合；

6)进一步的，启动电源控制模块，使用者能够明显感觉围巾的温度上升，并停在测试所需要的设定值；

7)被测试人员2闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，可见大量Alpha波、出现频率变高、更明显(图9)；

8)取下围巾，测试被测人员2脑电Alpha波，可见仍有大量Alpha波(图10)；

本研究针对测试人员进行了大量实验，表明所述的中远红外加热方法对Alpha波产生的促进作用不是个例。被测人员2在测试过程中的Alpha波变化与实施例1基本一致，均是在佩戴围巾，受到中远红外波加热后大量产生、出现频率变高、更明显。通过分析被试人员2的脑电Alpha波，Alpha波的频率为10Hz，幅值为40μV(图11)，幅值的不同可能与被测人员的大脑活动程度或是电极贴合位置有关，对得出所述中远红外加热方法对人体产生Alpha波有促进作用的结论不产生影响。

实施例3：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察到此时被测试人员的脑电Alpha波，可见只有少量Alpha波、出现频率低、不明显(图12)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将上述的围巾佩戴在使用者的颈部，尽量与皮肤贴合；

6)进一步的，启动电源控制模块，使用者能够明显感觉围巾的温度上升，并停在测试所需要的设定值；

7)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，可见大量Alpha波、出现频率变高、更明显；

8)分析被试人员佩戴围巾后2、4、8分钟后的脑电Alpha波。

本实验的目的是对照发现在被测人员使用围巾后不同时间长度对其产生Alpha波有无促进作用。在2分钟时Alpha波的频率为12Hz，幅值为40μV(图13)。在4分钟与8分钟时Alpha波的频率都为12Hz，幅值为60μV(图14、图15)。综合分析可以得出，在所述中远红外加热方法的影响下，随着时间的增长Alpha波的幅值会随之增长，但是存在上限。

实施例4：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察到此时被测试人员的脑电Alpha波，可见只有少量Alpha波(图16)；

5)数据记录完毕后，不暂停测试，将上述的围巾佩戴在使用者的颈部，尽量与皮肤贴合，启动电源控制模块，记录被测试人员的脑电Alpha波(图17)，Alpha波出现频率明显增加；

6)记录被测试人员佩戴围巾2分钟后的脑电Alpha波(图18)，Alpha波出现频率明显增加；

7)被测试人员于佩戴围巾4分钟后进入睡眠状态，记录此时的脑电Alpha波(图19)，Alpha波减少；

8)被测试人员佩戴围巾4分30秒时，叫醒被测试人员，记录此时的脑电Alpha波(图20)，Alpha波出现频率明显增加。

9)记录被测试人员佩戴围巾5分30秒与8分钟时的脑电Alpha波，并在本次数据记录后取下围巾(图21、22)。

10)记录被测试人员取下围巾后30秒与1分钟后的脑电Alpha波(图23、24)，Alpha波幅度和频率明显降低。

本实验的目的在于探索所述中远红外加热方法对浅睡眠对象的Alpha波产生的影响。在图17中，标记处为被测人员带上围巾的时刻，可以看到在之后Alpha波出现的频率明显增加。佩戴围巾2分钟后，Alpha波出现频率明显增加，测试Alpha波的频率为11HZ，幅值为60uV(图18)。佩戴围巾4分钟后，被试进入睡眠状态，Alpha波减少(图19)。佩戴围巾4分30秒后，叫醒被测人员，Alpha波出现频率明显增加，测试Alpha波的频率为11HZ，幅值为60uV(图20)。佩戴围巾5分30秒后，Alpha波幅度和出现频率明显增加，测试Alpha波的频率为11HZ，幅值为80uV(图21)。佩戴围巾8分后，Alpha波幅度和频率降低，出现频率仍维持较高水平，测试Alpha波的频率为10HZ，幅值为60uV(图22)。取下围巾30秒后，Alpha波幅度和出现频率降低，测试Alpha波的频率为10HZ，幅值为40uV(图23)。取下围巾1分钟后，Alpha波出现频率明显降低，测试Alpha波的频率为10HZ，幅值为40uV(图24)。本实验的结果可以说明所述的中远红外加热方法对人体Alpha波的产生具有促进作用。Alpha波是与人体意识相关的脑电波，过多的Alpha波会影响使用者的睡眠，本实验证明在被测人员进入睡眠的状态下，所述中远红外加热方法不会因为产生过多的Alpha波而影响使用者的睡眠。

实施例5：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察并记录此时被测试人员的脑电Alpha波(图25)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将热水袋敷在使用者的颈部，尽量与皮肤贴合；

6)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，对加热后第2、4、6、8分钟时(图26、27、28、29)10s内的脑波数据进行记录，同时使用测温枪记录热水袋的温度。该温度在57℃左右缓慢下降(图30)，与使用所述围巾测试时的温度相近；

7)取下热水袋，测试被试人员脑电Alpha波，记录数据(图31)。

本组实例的目的在于对比普通的加热方法与所述的加热方法的使用效果的区别。实验数据分析：使用热水袋的加热方法在加热2分钟到6分钟时，仅提高了Alpha波的频率，为12HZ，对幅值几乎没有产生影响，在40uV左右波动。在实验加热8分钟左右时(见图29)，可以较明显地看到Alpha波的频率与幅值降低，为11HZ与35uV，说明长时间的热水袋加热对Alpha波的产生没有增益。图31为取下热水袋后1分钟左右测试人员的脑波图像，Alpha波基本回归了初始值，10HZ、40uV，说明热水袋加热不会对人体Alpha波产生持续影响。

实施例6：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察并记录此时被测试人员的脑电Alpha波(图32)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将所述的石墨烯加热膜置于马甲内芯中，由被测试人员穿戴，尽量与皮肤贴合；

6)进一步的，启动电源控制模块，使用者能够明显感觉马甲的温度上升，并停在测试所需要的设定值；

7)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，对加热后第2、6、8分钟时10s内的脑波数据进行记录(图33、34、35)；

8)取下马甲，测试被试人员脑电Alpha波，记录数据(图36)。

本组实例的目的在于对比对于人体躯干的加热与颈部的加热效果的区别。实验数据分析:被测人员在穿戴马甲前的Alpha波数据为10HZ、40uV，在穿戴马甲2到6分钟时，Alpha波数据显示频率上升至11HZ、幅值在40uV略有上升。在穿戴马甲6分钟后，Alpha波的频率上升到了12HZ、幅值上升至60uV。在取下马甲一分钟后(图36)仍能见到少量Alpha波活跃。可见对于人体躯干的中远红外加热在一定程度上也可以提高被试的舒适度但效果不如对颈部加热。

实施例7：

1)启动脑电检测设备，调试设备使之进入工作状态；

2)使用消毒湿巾对被测试人员的前额两侧对应位置进行清洁，之后将标号为GND与REF的两个电极(所述的接地电极、配平电极)上涂抹导电胶，并分别贴合在前额清洁过的两处，不区分左右，使用胶布进行固定；

3)使用消毒湿巾对被测试人员的后脑勺两侧对应位置(见参考图2,O1与O2处)进行清洁，之后将标号为O1与O2的两个脑电接收电极上涂抹导电胶，并分别贴合在后脑勺清洁过的两处，标号为O1的电极在左侧，最后使用胶布进行固定；

4)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，观察并记录此时被测试人员的脑电Alpha波(图37)；

5)数据记录完毕后，暂停测试，将所述的石墨烯加热膜置于腰带内芯中，由被测试人员穿戴，尽量与皮肤贴合；

6)进一步的，启动电源控制模块，使用者能够明显感觉腰带的温度上升，并停在测试所需要的设定值；

7)被测试人员闭上眼睛，测试人员点击测试软件的开始键开始测试，对加热后第2、6、8分钟时10s内的脑波数据进行记录(图37、39、40)；

8)取下腰带，测试被试人员脑电Alpha波，记录数据(图41)。

本组实例的目的在于对比对于人体躯干的加热与颈部的加热效果的区别。实验数据分析：穿戴腰带前的Alpha波数据为10HZ、40uV。穿戴腰带后2分钟到6分钟，Alpha波频率上升至接近12HZ，幅值在45uV左右略有上升趋势。在穿戴8分钟时，频率为12HZ、幅值接近70uV。在取下腰带1分钟左右，仍有少量Alpha波活跃。可见腰带在一定程度上可以提高被试人员的舒适度并且效果要强于马甲，推测的原因是腰腹部相对于躯干具有更多的脏器，对身体状态的影响更大，所以加热腰腹时，所述的中远红外波的加热给人体带来的舒适感较明显。