本发明专利技术公开了一种基于功能性近红外光谱和运动检测的人体状态监测平台，包括：计算机端或便携智能终端，所述人体状态监测平台还包括：基于功能性近红外光谱和运动检测的可穿戴智能头带，所述可穿戴智能头带用于监测佩戴位置的近红外光反射光强信号，还用于监测头部运动和头部姿势信号；所述近红外光反射光强信号、头部运动和头部姿势信号通过无线传输方式传输到计算机端或便携智能终端；计算机端或便携智能终端通过数字滤波、特征提取、机器学习，得到用户心理/生理/行为状态并显示。本发明专利技术有望在人-机情感交互、日常心理/生理健康管理、社交平台情绪/健康分享等应用场景下为提高用户体验发挥重要作用，带来可观的社会和经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可穿戴智能头带领域，尤其涉及一种基于功能性近红外光谱和运动检 测的人体状态监测平台。
技术介绍
随着人们健康理念的变化和对健康管理需求的增加，运动健康类的可穿戴设备是 近年来可穿戴设备中种类最多、投入最多的产品。但目前这些市场化的产品大多都是实现 运动监测、心率监测、健身锻炼指导等功能，从生理健康角度为用户提供健康管理方面的辅 助，产品虽如雨后春笋般出现，但产品同质化严重。本专利技术通过监测用户大脑血氧、血流量 和头部运动行为，实现心理、生理双重健康的监护和管理，突破现有智能手环、手表、戒指等 可穿戴产品对大脑和心理健康关注不足的缺陷。 大脑是人体代谢最活跃的器官之一，人的思维、情感、言行及其他器官的活动密切 相关，而人脑完善的功能建立在充足的血氧供应基础上。大脑的血氧供应受体位、运动、情 绪、脑区激活、心搏、呼吸等许多因素的影响。因而，大脑血氧饱和度的变化能够反应人的脑 区激活程度、情绪、心理状态、健康状况等。头部运动信息能够从行为的角度反应人的状态， 如姿势、活跃程度、运动量等信息。因此，这两种信息结合能够很好的反应人的精神、行为、 健康等状态，为人-机情感交互、日常健康监护和管理、社交平台上的情感交互提供新的思 路和用户体验。 脑血氧饱和度的变化可以通过功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)技术进行无创检测，fNIRS利用血液主要成分对600-900nm近红外光 良好的散射性，实现检测血氧变化。760nm左右和850nm左右的近红外光分别对脱氧血红 蛋白和氧合血红蛋白敏感。因为大脑不同皮层内散射的数量不会因为神经活动而变化，皮 层组织散射导致的衰减被认为是恒定的，因此认知活动中测量到的光强衰减的变化就被认 为是由于吸收的变化导致的，而这个变化又是大脑活动组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋 白的变化所致，因而通过测定大脑活动区域脑皮层散射光的强度，可以通过朗伯-比尔定 律（Lambert -Beer Law) 计算推知该区域血氧和血容量的变化。这样就可以得到在进 行认知活动时脑内氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对浓度变化，从而推测认知活动相关 的脑区及各脑区之间的相互关系。因此可以采用功能性近红外光谱技术获得大脑活动时血 氧水平的变化，进而研宄认知活动过程的神经机制。 运动检测传感器目前已实现高度集成和小型化，应用方便。运动检测已是近年来 智能手环等可穿戴设备典型的功能，但这些产品一般都是着重用运动检测传感器监测人在 运动锻炼过程中的运动量以及身体姿态，以实现对用户的运动进行监测，进而为用户提供 健康和运动方面的监护和指导。本专利技术中运动检测传感器用于头部运动的监测，进而通过 分析头部运动特征识别用户行为。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于功能性近红外光谱和运动检测的人体状态监测平台，本发 明从生理和行为两个方面为分析人的心理、生理、行为状态提供更全面的信息，进而应用于 人-机情感交互、日常健康管理、社交平台健康/情绪分享等热门应用领域中，提升用户体 验，有望带来可观的社会和经济效益，详见下文描述： 一种基于功能性近红外光谱和运动检测的人体状态监测平台，包括：计算机端或 便携智能终端，所述人体状态监测平台还包括：基于功能性近红外光谱和运动检测的可穿 戴智能头带， 所述可穿戴智能头带用于监测佩戴位置的近红外光反射光强信号，还用于监测头 部运动和头部姿势信号； 所述近红外光反射光强信号、头部运动和头部姿势信号通过无线传输方式传输到 计算机端或便携智能终端； 计算机端或便携智能终端通过数字滤波、特征提取、机器学习，得到用户心理/生 理/行为状态并显示。 所述可穿戴智能头带包括：CPU、蓝牙、存储器、直流电源和传感器电路，所述传感 器电路包括：运动检测传感器和近红外传感器电路， 其中，所述近红外传感器电路分为光源控制电路、探测器控制电路和近红外信号 采集电路； 所述光源控制电路包括：多路转换器、模拟开关、恒流源和3个双波长近红外LED 作为光源； 所述探测器控制电路包括：模拟多通道转换器和8个近红外光探测器； 所述近红外信号采集电路由放大器、低通滤波器和一个4通道16位A/D转换器组 成。 所述光源位于相邻四个近红外光探测器组成的正方形的对角线交点上，所述运动 检测传感器位于近红外光探测器的中点；每个光源与邻近的四个近红外光探测器形成四个 信号通道。 所述光源的两种波长分时开启，同时相应的近红外光探测器开启数据采样。 所述人体状态监测平台还包括：开发者接口， 所述开发者接口，包括原始数据接口和处理后数据接口，为开发者提供读取原始 数据和任意阶段处理数据的接口。 所述人体状态监测平台应用于人-机情感交互、社交软件中的情绪/健康状态分 享、日常心理/生理健康管理应用场景中。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是：近红外光探测器通过大脑氧合血红蛋白浓 度、脱氧血红蛋白浓度和血流量的变化实现从生理层面的大脑的生理/心理活动监测，进 而实现脑区激活、大脑供血/供氧、思维活动等的监测。运动检测传感器实现行为层面的头 部运动行为分析，识别行为特征，进而实现对用户的行为进行监测。本专利技术将人-机交互和 健康监测从现有较普遍的运动、行为、生理层面扩展到行为、生理、心理层面，更注重情感交 互和脑的健康。开放平台设计将应用开发权限提供给第三方开发者，从而为用户提供更丰 富的应用。有望在人-机情感交互、日常心理/生理健康管理、社交平台情绪/健康分享等 应用场景下为提高用户体验发挥重要作用，带来可观的社会和经济效益。【附图说明】 图1为一种基于功能性近红外光谱和运动检测的人体状态监测平台的结构示意 图； 图2为传感器布局不意图； 图3为fNIRS传感器控制时序示意图； 图4为头带电路结构示意图；<当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于功能性近红外光谱和运动检测的人体状态监测平台，包括：计算机端或便携智能终端，其特征在于，所述人体状态监测平台还包括：基于功能性近红外光谱和运动检测的可穿戴智能头带，所述可穿戴智能头带用于监测佩戴位置的近红外光反射光强信号，还用于监测头部运动和头部姿势信号；所述近红外光反射光强信号、头部运动和头部姿势信号通过无线传输方式传输到计算机端或便携智能终端；计算机端或便携智能终端通过数字滤波、特征提取、机器学习，得到用户心理/生理/行为状态并显示。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：明东，柯余峰，刘爽，綦宏志，何峰，张力新，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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