淺析一種基于腦電的嬰兒監護系統

韋薇 杜澤帥 錢錦

1 背景介紹

（一）研究目的和意義

嬰幼兒一天的睡眠時間長達12小時以上，父母想利用這段時間完成自己的事情，但是孩子何時醒來父母并沒有辦法預測，需要時不時的查看或者聽孩子的哭聲，于大人不能完全投入自己的工作，于孩子會對孩子的健康有一定的影響，所以該項目就在這種情況下產生了。

該系統所能實現的目標是：根據嬰幼兒的腦電波中α、β、δ波的數據，與數據庫中的數據進行比對，判斷出孩子的狀態，如果處于睡眠到清醒的狀態，則通知家長；如果清醒后繼續出現哭鬧的狀態，則播放音樂或父母聲音的錄音安撫孩子，不至于過度哭鬧出現安全問題。

（二）主要內容及方案構思

現代科學研究已經知道，人腦工作時會自發產生自己的腦電波，可用電子掃描儀檢測出，經過研究證實大腦在至少有四個不同的腦電波。

δ波，頻率為每秒1-3次，當人在嬰兒期或智力發育不成熟、成年人在極度疲勞和昏睡狀態下，可出現這種波段。

θ波，頻率為每秒4-7次，成年人在意愿受到挫折和抑郁時以及精神病患者這種波極為顯著。但此波為少年（10-17歲）的腦電圖中的主要成分。

α波，頻率為每秒8-13次，平均數為10次左右，它是正常人腦電波的基本節律，如果沒有外加的刺激，其頻率是相當恒定的。人在清醒、安靜并閉眼時該節律最為明顯，睜開眼睛或接受其它刺激時，α波即刻消失。α波可在頭顱枕部檢測到。

β波，頻率為每秒14-30次，當精神緊張和情緒激動或亢奮時出現此波，當人從睡夢中驚醒時，原來的慢波節律可立即被該節律所替代。β波在額部和顳部最明顯。

科學研究發現，由睡眠到清醒的過程，四類腦電波對應大腦呈現的四種不同狀態。

當嬰兒在緊張狀態下，大腦產生的是β波；當嬰兒感到睡意朦朧時，腦電波就變成θ波；進入深睡時，變成δ波；當嬰兒的身體放松，大腦活躍，靈感不斷的時候，就導出了α腦電波。

根據嬰兒睡眠，清醒或哭鬧三種生理狀態，會有不同的腦電信號產生，其頻率和幅值有一定的差異。我們所做的監護系統，采用動態腦電圖儀記錄嬰兒睡覺時的腦電圈， 采用國際統一的”10-20”導聯體系放置電極。參考電極選用雙耳垂接法， 記錄8 個導聯的腦電圖，

一定的差異。我們所做的監護系統就是要提取這些差異性變化。系統采用動態腦電圖儀記錄嬰兒睡覺時的腦電圖， 按照國際統一的”10-20”導聯體系放置電極。參考電極選用雙耳垂接法， 記錄8 個導聯的腦電圖，主要針對β、δ 和 α波，電極分布在嬰兒枕葉，頂葉，額葉，頂部，顳部等部位。我們通過對腦電信號的提取、分析，根據不同的腦電信號，我們可以間接反過來推測小孩所處的不同生理狀態，睡眠，清醒還是哭鬧，通過對所得信號進行分析處理，然后得出相應結果。若嬰兒是處于哭鬧狀態，通過閉環反饋系統向嬰兒發送父母錄音或輕緩舒適的音樂。同時，由于現在智能手機也很普及，我們再通過藍牙發送模塊，將所得嬰兒情況發送給父母或監護人的智能手機平臺，然后讓他們根據情況采取相應措施。

2 方案構思

根據腦電信號判斷嬰兒處于睡眠，清醒還是哭鬧，嬰兒清醒獲哭鬧時通過反饋將音樂數據庫里相應的音樂或父母錄音發送給嬰兒，起到情緒緩解作用，并通過藍牙或無線將嬰兒情況發送到父母手機上，讓父母能更加合理利用時間。

3 總結

該系統實現后能夠幫助父母在孩子睡覺時更充分利用自己的時間，做到工作、孩子兩不誤；并且在孩子哭鬧時通過反饋音樂或聲音影響孩子的腦電波，讓孩子能夠平靜下來，不會過度哭鬧出現安全問題。可見，該系統的實現對孩子、對家長都是很有實際意義的。