智能癲癇病監(jiān)測報警系統(tǒng)

楊振凱+苗成林+吳龍濤+黃睿

摘 要：通過相關(guān)渠道獲得了癲癇病人腦電波數(shù)據(jù)庫，并運用LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓練并在Matlab環(huán)境下進行仿真，得到結(jié)論：當腦電波中高頻的γ波（醫(yī)學稱為“棘波”）強度較大且反復出現(xiàn)時，癲癇極易發(fā)作?；诖朔謩e設(shè)計并制作了適用于戶外和夜晚情景的癲癇病人智能監(jiān)護系統(tǒng)。針對夜間環(huán)境研發(fā)的警報儀分為4個部分：腦電波傳感器、51單片機系統(tǒng)、藍牙模塊和語音警報模塊。針對戶外環(huán)境開發(fā)了一個基于安卓平臺的App。腦電波傳感器實時采集病人的腦電波，并通過藍牙分別傳輸?shù)絾纹瑱C和手機，這些設(shè)備對數(shù)據(jù)進行解析。若發(fā)現(xiàn)腦電波異常，單片機將驅(qū)動警報模塊發(fā)出警報;手機則會以短信息方式將病人位置信息通知家人，從而讓他們迅速采取措施。

關(guān)鍵詞：癲癇病;智能監(jiān)控;報警;腦電波

癲癇病，是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其發(fā)病往往具有時間、地點的隨機性，尤其夜間戶外發(fā)病不易被發(fā)現(xiàn)，極易發(fā)生危險。針對此種情況，文章設(shè)計了智能癲癇病監(jiān)測報警系統(tǒng)，下面將分別詳細介紹該系統(tǒng)的工作原理及創(chuàng)新點等。

1 ?工作原理

癲癇病人智能監(jiān)護系統(tǒng)的研發(fā)主要完成了以下三方面工作，分別是前期理論研究、警報儀的設(shè)計和手機客戶端的App開發(fā)。

（1）理論研究。人的腦電波可按頻率分為θ、δ、α、β、γ5種基本波形，在不同精神狀態(tài)下不同波形占據(jù)主導。根據(jù)這一基本原理，我們首先獲取到了大量的癲癇患者腦電波數(shù)據(jù)?；贛atlab環(huán)境，進行LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，以得到患者腦電波的5種波形強度的相對大小和發(fā)病情況的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)low-γ和mid-γ兩個頻率相對高的分量權(quán)重系數(shù)較高。分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)節(jié)點情況，我們可得到以下結(jié)論：當相對高頻的頻率分量強度較大且反復出現(xiàn)，腦電波呈現(xiàn)出“棘波”和“尖波”時，患者癲癇發(fā)作的可能性很大。我們將這種波的強度加權(quán)組合，得到一個判斷腦電波癲癇可能性的閾值，以下的警報儀和安卓App就是基于這個閾值進行癲癇判別和預警的。

（2）警報儀由51單片機、藍牙收發(fā)模塊、語音警報模塊和腦電波傳感器組成。三者的通信由藍牙方式通過串口通信。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

（3）手機客戶端的App。基于Android平臺的癲癇病人監(jiān)護App應(yīng)用首先通過藍牙模塊與腦電波傳感器連通，實時獲取腦電波數(shù)據(jù)，并進行腦電波的解析。當檢測到腦電波處于高度興奮或緊張狀態(tài)時，會通過鈴聲提示患者平靜心情;當檢測到高頻γ波（或“棘波”）頻繁出現(xiàn)時，即表示癲癇很可能要發(fā)作，此時會通過GPS模塊獲取患者位置信息，并通過短信模塊發(fā)送至預先設(shè)定的號碼。App工作過程如圖2所示。

圖1 ?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成圖

圖2 ?App工作過程圖

2 ?創(chuàng)新點

癲癇病人監(jiān)護系統(tǒng)的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）數(shù)據(jù)通信采用藍牙通信，這樣就能做到實時采集，實時監(jiān)控，而且模塊輕便，適合在室內(nèi)放置。

（2）基于原始腦電波，進行腦電波的分離解析，通過理論研究結(jié)論進行波形分析，實時獲取患者精神狀態(tài)，在發(fā)病之前觸發(fā)警報。

（3）系統(tǒng)可以實時獲取患者精神狀態(tài)，日常中當患者情緒波動較大時及時提醒患者調(diào)整情緒，從而降低發(fā)病頻率。

（4）基于Android平臺的手機App操作簡單，可以設(shè)置多位親人的號碼進行呼救，而且發(fā)送患者的位置信息方便及時施救。

3 ?市場前景

目前認為癲癇的患病率為4‰～9‰，由世界衛(wèi)生組織在我國組織的大規(guī)模的調(diào)查報告為8‰，我國現(xiàn)有癲癇病人1000多萬人。我國的新發(fā)病率為25/10萬*年，所以每年新增發(fā)病人數(shù)為35萬人，然而現(xiàn)實生活中大量病人由于夜間發(fā)病或戶外突然發(fā)病，家人不能及時救治釀成悲劇，我們這款產(chǎn)品在研究癲癇病的發(fā)病機理后，針對其發(fā)病突然性和隨機性的特點，開發(fā)出分別適應(yīng)戶外和夜間兩種環(huán)境的應(yīng)用，解決了患者家屬實時有效看護患者的問題，而且操作簡單，攜帶方便，后期產(chǎn)品化后可以將腦電波傳感器置于常用的帽子中，從而保護患者隱私，其市場前景巨大。

4 ?獲獎感言

參加這個比賽對于我們而言既是一次學習，又是一次鍛煉，這是青春的比拼，這是智慧的碰撞，我們在ICAN里面不僅收獲了一個獎項，更多的是一種精神，一種團隊合作的精神，一種開拓進取不斷進取的精神，這些都是比得獎重要得多的東西，在這個過程里我們還收獲了友情，感謝ICAN，希望越來越多的人關(guān)注它。