浅析一种基于脑电的婴儿监护系统

韦薇 杜泽帅 钱锦

1 背景介绍

（一）研究目的和意义

婴幼儿一天的睡眠时间长达12小时以上，父母想利用这段时间完成自己的事情，但是孩子何时醒来父母并没有办法预测，需要时不时的查看或者听孩子的哭声，于大人不能完全投入自己的工作，于孩子会对孩子的健康有一定的影响，所以该项目就在这种情况下产生了。

该系统所能实现的目标是：根据婴幼儿的脑电波中α、β、δ波的数据，与数据库中的数据进行比对，判断出孩子的状态，如果处于睡眠到清醒的状态，则通知家长；如果清醒后继续出现哭闹的状态，则播放音乐或父母声音的录音安抚孩子，不至于过度哭闹出现安全问题。

（二）主要内容及方案构思

现代科学研究已经知道，人脑工作时会自发产生自己的脑电波，可用电子扫描仪检测出，经过研究证实大脑在至少有四个不同的脑电波。

δ波，频率为每秒1-3次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡状态下，可出现这种波段。

θ波，频率为每秒4-7次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种波极为显著。但此波为少年（10-17岁）的脑电图中的主要成分。

α波，频率为每秒8-13次，平均数为10次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛或接受其它刺激时，α波即刻消失。α波可在头颅枕部检测到。

β波，频率为每秒14-30次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。β波在额部和颞部最明显。

科学研究发现，由睡眠到清醒的过程，四类脑电波对应大脑呈现的四种不同状态。

当婴儿在紧张状态下，大脑产生的是β波；当婴儿感到睡意朦胧时，脑电波就变成θ波；进入深睡时，变成δ波；当婴儿的身体放松，大脑活跃，灵感不断的时候，就导出了α脑电波。

根据婴儿睡眠，清醒或哭闹三种生理状态，会有不同的脑电信号产生，其频率和幅值有一定的差异。我们所做的监护系统，采用动态脑电图仪记录婴儿睡觉时的脑电圈， 采用国际统一的”10-20”导联体系放置电极。参考电极选用双耳垂接法， 记录8 个导联的脑电图，

一定的差异。我们所做的监护系统就是要提取这些差异性变化。系统采用动态脑电图仪记录婴儿睡觉时的脑电图， 按照国际统一的”10-20”导联体系放置电极。参考电极选用双耳垂接法， 记录8 个导联的脑电图，主要针对β、δ 和 α波，电极分布在婴儿枕叶，顶叶，额叶，顶部，颞部等部位。我们通过对脑电信号的提取、分析，根据不同的脑电信号，我们可以间接反过来推测小孩所处的不同生理状态，睡眠，清醒还是哭闹，通过对所得信号进行分析处理，然后得出相应结果。若婴儿是处于哭闹状态，通过闭环反馈系统向婴儿发送父母录音或轻缓舒适的音乐。同时，由于现在智能手机也很普及，我们再通过蓝牙发送模块，将所得婴儿情况发送给父母或监护人的智能手机平台，然后让他们根据情况采取相应措施。

2 方案构思

根据脑电信号判断婴儿处于睡眠，清醒还是哭闹，婴儿清醒获哭闹时通过反馈将音乐数据库里相应的音乐或父母录音发送给婴儿，起到情绪缓解作用，并通过蓝牙或无线将婴儿情况发送到父母手机上，让父母能更加合理利用时间。

3 总结

该系统实现后能够帮助父母在孩子睡觉时更充分利用自己的时间，做到工作、孩子两不误；并且在孩子哭闹时通过反馈音乐或声音影响孩子的脑电波，让孩子能够平静下来，不会过度哭闹出现安全问题。可见，该系统的实现对孩子、对家长都是很有实际意义的。