本發(fā)明涉及檢測眼睛肌肉疲勞的方法領(lǐng)域，特別地涉及一種檢測眼睛肌肉疲勞的檢測系統(tǒng)。本發(fā)明所述檢測方法和相關(guān)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測使用者的眼睛肌肉的疲勞程度，并根據(jù)使用者的眼鏡疲勞程度適時(shí)提供用眼及其他醫(yī)學(xué)檢測的建議。

背景技術(shù)：

1、據(jù)教育部對(duì)全國學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研顯示，我國學(xué)生視力狀況不容樂觀，7-12歲小學(xué)生、13-15歲初中生和16-18歲高中生視力不良率分別高達(dá)40.89％、67.33％和79.20％。某直轄市青少年近視防治中心報(bào)告，目前近視高發(fā)于9～13歲，特點(diǎn)是低齡化、高度數(shù)，近視度數(shù)高于600易導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變，根據(jù)教育部關(guān)于印發(fā)《普通高等學(xué)校招生體檢工作指導(dǎo)意見》的通知要求，裸眼視力任何一眼低于5.0者，相關(guān)專業(yè)不能錄取，所以預(yù)防近視的工作刻不容緩，“不良的視覺環(huán)境，讀書寫字時(shí)光線不足，近距離用眼時(shí)間過長，讀寫姿勢不正確等是造成近視發(fā)生或發(fā)展的重要原因”。

2、肌電信號(hào)(EMG)是眾多肌纖維中運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢?MUAP)在時(shí)間和空間上的疊加，肌電信號(hào)能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動(dòng)。在肌肉疲勞時(shí)，肌電信號(hào)也會(huì)隨著肌肉的疲勞發(fā)生變化，這種變化有規(guī)律可循。肌肉疲勞通常是指肌肉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最大作功能力或者最大收縮能力的暫時(shí)下降肌電信號(hào)可以在一定程度上反映肌肉收縮功能的變化，其檢測具有非損傷性、實(shí)際性、多靶點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)，多年來應(yīng)用肌電信號(hào)分析評(píng)價(jià)肌肉疲勞的應(yīng)用性研究主要集中在線性的時(shí)、頻分析兩個(gè)領(lǐng)域，主要的研究包括肌肉活動(dòng)和肌肉疲勞的肌電信號(hào)維數(shù)、復(fù)雜度、熵變化規(guī)律和特點(diǎn)等；

3、當(dāng)前市場上的學(xué)生用近視預(yù)防裝置都沒有考慮到探測使用者的睫狀肌肌電信號(hào)來判斷使用者眼鏡的狀態(tài)。

4、目前預(yù)防近視相關(guān)的專利，可分為如下幾類：

1)眨眼檢測類，如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01510376798.4》的發(fā)明專利，主要的方法是通過判斷使用者眨眼的次數(shù)和圖像，推斷出使用者眼睛是否疲勞，此種方法是從一些間接的證據(jù)(眨眼)來判斷眼睛的疲勞情況，導(dǎo)致眨眼次數(shù)變化的可能有很多如環(huán)境問題(光源、灰塵)、使用者眼睛的問題(干眼癥、眼結(jié)石、麥粒腫)，這導(dǎo)致申請(qǐng)?zhí)枮椤?01510376798.4》的發(fā)明專利無法用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)判斷每一個(gè)個(gè)體眨眼代表的眼部肌肉疲勞與否。

2)控制類，如授權(quán)公告號(hào)為《CN103453931B》、《CN103446653B》、《CN102743252B》的發(fā)明專利，雖然從使用者的外部環(huán)境和使用者本身的姿態(tài)對(duì)使用者的用眼進(jìn)行規(guī)范，有效果，但是這些專利都沒有涉及到對(duì)使用者的眼睛疲勞程度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，只是根據(jù)使用者讀書，學(xué)習(xí)的時(shí)間進(jìn)行粗框的判斷，沒有做到精細(xì)化、實(shí)時(shí)判斷，達(dá)不到在判斷眼睛疲勞上的最佳效果。

5、當(dāng)前一些鍛煉睫狀肌的產(chǎn)品沒有考慮使用者使用時(shí)睫狀肌的疲勞狀態(tài)，考慮到實(shí)際情況是大部分情況下使用者(青少年)的睫狀肌處于疲勞狀態(tài)，在睫狀肌疲勞狀態(tài)下強(qiáng)行進(jìn)行睫狀肌的鍛煉，只會(huì)加深睫狀肌的疲勞程度，造成使用者得到與目的相反的結(jié)果。

以上分析的專利對(duì)眼睛疲勞的實(shí)時(shí)狀態(tài)沒有獲得或者獲得方法不實(shí)用，在實(shí)際使用中效果會(huì)有欠缺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)的技術(shù)問題為：獲取眼部周圍人體表面的肌電信號(hào)，對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、分離，用人工智能的方法識(shí)別睫狀肌的肌電信號(hào)，對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行分析，分析出睫狀肌肌電的狀態(tài)即睫狀肌的疲勞程度。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，其采用的技術(shù)方案由以下部分組成：數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)分析決策單元，數(shù)據(jù)傳輸單元：

所述數(shù)據(jù)采集單元主要用途是采集人體表面的肌電信號(hào)，并將肌電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在這個(gè)過程中如果需要進(jìn)行信號(hào)放大，可以先進(jìn)行一次模擬信號(hào)的放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。考慮到數(shù)字濾波的效率和計(jì)算量的壓力，如果有硬件濾波的需求在數(shù)據(jù)采集單元也可以加硬件濾波器在A/D轉(zhuǎn)換前，A/D器件的采樣頻率需要大于1K，是肌電信號(hào)頻率范圍10Hz～500Hz的兩倍或者更高，保證采樣數(shù)據(jù)的有效性。檢測電極可以是陣列式電極用于保證效果。

所述數(shù)據(jù)分析決策單元主要用途是識(shí)別睫狀肌的疲勞狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元從所述數(shù)據(jù)采集單元得到含有睫狀肌肌電信號(hào)和其它噪音信號(hào)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元處理流程分為如下步驟：

A.濾波和變換，因?yàn)樗鰯?shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)包含眼睛眨眼、面部肌肉活動(dòng)等肌電信息，在本系統(tǒng)被認(rèn)為是噪音，需要從帶有噪音的原始數(shù)據(jù)中得到睫狀肌的肌電信號(hào)，所以要使用濾波器根據(jù)睫狀肌信號(hào)的特征對(duì)從所述數(shù)據(jù)采集單元得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾波可使用FIR、IIR類數(shù)字濾波器，對(duì)信號(hào)采用帶通濾波，濾波后的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行放大；濾波前后可以進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域、頻域變換，濾波、變換后的數(shù)據(jù)剩下由多種肌電信號(hào)合并成的信號(hào)，這些信號(hào)中包含睫狀肌肌電信號(hào)，還包括眨眼、面部肌肉活動(dòng)的肌電信號(hào)，左右兩眼的多條睫狀肌的信號(hào)是相關(guān)的信號(hào)，可以視作一個(gè)信號(hào)，因使用者眼部病變等原因也有可能使多條睫狀肌信號(hào)不相關(guān)，后面的步驟會(huì)對(duì)分離出的肌電信號(hào)逐條判斷；

B.信號(hào)分離提取，因?yàn)闉V波和變換后的信號(hào)是由多種肌電信號(hào)合并成的信號(hào)，本步驟目的是從濾波和變換后的信號(hào)中分離睫狀肌的信號(hào)，這里視除睫狀肌外的信號(hào)為噪音信號(hào)，因?yàn)榻逘罴⌒盘?hào)和其他噪音不相關(guān)，所以使用數(shù)學(xué)方法將信號(hào)分離，數(shù)學(xué)方法可以使用盲源分離(BSS)、自適應(yīng)信號(hào)濾波、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法、主成分分析、小波，使用盲源分離(BSS)進(jìn)行信號(hào)分離時(shí)分離出一組待判定的信號(hào)，這組待判定的信號(hào)中的有睫狀肌肌電信號(hào)；左右兩眼的多條睫狀肌的信號(hào)是相關(guān)的信號(hào)，可以視作一個(gè)信號(hào)，在使用盲源分離(BSS)進(jìn)行信號(hào)分離后作為一個(gè)信號(hào)存在，但是在某些情況下，因眼部病變或者睫狀肌本身的病變，可能會(huì)造成使用盲源分離(BSS)進(jìn)行信號(hào)分離后有多個(gè)睫狀肌信號(hào)的存在；

C.對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，本步驟目的是識(shí)別出睫狀肌的疲勞程度，識(shí)別的方式可以是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)(SVM)，識(shí)別前可以由使用人對(duì)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，或者根據(jù)事前對(duì)大量使用者預(yù)先分析的數(shù)據(jù)對(duì)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，識(shí)別可以有兩級(jí)，第一級(jí)識(shí)別出睫狀肌信號(hào)，第二級(jí)識(shí)別睫狀肌信號(hào)的疲勞程度，兩級(jí)使用的識(shí)別方式、算法可以不同；識(shí)別的方式也可以是根據(jù)設(shè)定的閾值對(duì)信號(hào)的時(shí)域或頻域特性進(jìn)行判定，也可結(jié)合時(shí)域、頻域特性共同判定(幅頻聯(lián)合分析JASA)，如根據(jù)Piper規(guī)律判斷表面肌電信號(hào)的頻率變化得出肌肉的疲勞程度，本步驟如果有需要可以進(jìn)行時(shí)域頻域變換，變換的方法可以是傅里葉變換、小波變換；如上一步驟是盲源分離(BSS)方法，經(jīng)盲源分離(BSS)得到的一組待選信號(hào)經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出睫狀肌肌電信號(hào)，睫狀肌肌電信號(hào)直接通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)(SVM)識(shí)別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)，或者將睫狀肌肌電信號(hào)的時(shí)頻、幅值信息等特征進(jìn)行提取，提取的信息再通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行識(shí)別,識(shí)別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)，可提取的特征：時(shí)域特征、小波變換(WT)、自回歸模型系數(shù)(AR)、倒譜系數(shù)(CEP)、小波包分解(WPT)、短時(shí)傅立葉變化(STFT)、幅值。

上述步驟通常實(shí)現(xiàn)可以按照順序也可不按照描述的順序，上述步驟在實(shí)現(xiàn)時(shí)按需可以省略A或者B步驟。

所述數(shù)據(jù)傳輸單元可以使數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)端，即所述數(shù)據(jù)分析決策單元可以在本地也可以在遠(yuǎn)程服務(wù)端上，所述數(shù)據(jù)分析決策單元和所述數(shù)據(jù)采集單元在一起時(shí)所述數(shù)據(jù)傳輸單元可以省略。遠(yuǎn)端服務(wù)器可以解決本地的運(yùn)算能力、電池容量局限的矛盾，并且可以降低本地硬件的成本。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測使用者的睫狀肌疲勞程度，適時(shí)提醒使用者是否需要休息，從而避免使用者在不知情的情況下視力下降，做到睫狀肌勞逸結(jié)合，減低近視的發(fā)病率；

2、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，可以用于使用者有意識(shí)的鍛煉睫狀肌，在使用者鍛煉睫狀肌時(shí)給使用者提供反饋和鍛煉效果，達(dá)到增強(qiáng)睫狀肌肌肉的能力，使使用者眼睛不容易出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)，減低近視的發(fā)病率。當(dāng)前一些鍛煉睫狀肌的產(chǎn)品沒有考慮使用者使用時(shí)睫狀肌的疲勞狀態(tài)，考慮到實(shí)際情況是大部分情況下使用者(青少年)的睫狀肌處于疲勞狀態(tài)，在睫狀肌疲勞狀態(tài)下強(qiáng)行進(jìn)行睫狀肌的鍛煉，只會(huì)加深睫狀肌的疲勞程度，造成使用者得到與目的相反的結(jié)果，在應(yīng)用本發(fā)明所述方法后，鍛煉睫狀肌時(shí)可以實(shí)時(shí)得到睫狀肌的疲勞狀態(tài)，可以對(duì)睫狀肌進(jìn)行科學(xué)的鍛煉，減低近視的發(fā)病率；

3、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，可以用于燈具廠家跟蹤使用燈具者在使用燈具時(shí)的疲勞曲線，在整合大量人群使用燈具的數(shù)據(jù)后適時(shí)調(diào)整燈具的光強(qiáng)、頻譜參數(shù)，使使用者得到更佳的使用體驗(yàn)，一方面延緩使用者連續(xù)使用燈具的疲勞時(shí)間，另一方面為燈具廠家創(chuàng)造更好的效益；本發(fā)明所述的方法制成的產(chǎn)品可以和申請(qǐng)?zhí)枴?01510844376.5》的發(fā)明專利所述護(hù)眼燈配合工作，本發(fā)明所述的方法制成的產(chǎn)品將睫狀肌的疲勞程度實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴暾?qǐng)?zhí)枴?01510844376.5》的發(fā)明專利所述護(hù)眼燈，所述護(hù)眼燈實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)所述護(hù)眼燈的光譜，使使用者得到更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在減低近視發(fā)病率的同時(shí)提高使用者的學(xué)習(xí)效率；

4、本發(fā)明所述方法可以直接提取睫狀肌的疲勞程度，大量人群的使用數(shù)據(jù)可以供科研機(jī)構(gòu)對(duì)近視發(fā)病與睫狀肌疲勞的關(guān)系的研究，也可以用于研究新的眼藥水、藥物用于避免使用者近視。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的框圖。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本實(shí)施例通過設(shè)置在眼鏡的鼻托和鏡腿上的肌電傳感器采集睫狀肌產(chǎn)生的信號(hào)。睫狀肌工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生肌電信號(hào)，在眼鏡架的鼻托和鏡腿上分別設(shè)置肌電傳感器，通過該肌電傳感器即可采集含有噪音的睫狀肌的肌電信號(hào)，該肌電信號(hào)包括但不限于：睫狀肌收縮和睫狀肌放松信號(hào)。該肌電信號(hào)在本實(shí)施例所述的硬件電路支持下通過軟硬件濾波、識(shí)別、判定，得到睫狀肌是否疲勞的信息，通過相應(yīng)的聲光電反饋給使用者。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的框圖。本發(fā)明的眼睛睫狀肌肌肉疲勞的檢測系統(tǒng)，包括以下模塊：數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)分析決策單元；所述數(shù)據(jù)采集單元是采集人體表面的肌電信號(hào)，表面電極使用類似型號(hào)為LT-301的多次使用電極，材料為Ag/AgCl，在A/D轉(zhuǎn)換前使用低噪放(LNA)進(jìn)行信號(hào)放大，并將肌電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換采用20位，采樣頻率2KHz；所述數(shù)據(jù)傳輸單元是將所述數(shù)據(jù)采集單元采集到的信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)分析決策單元；所述數(shù)據(jù)分析決策單元是識(shí)別睫狀肌的疲勞狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元從所述數(shù)據(jù)傳輸單元得到含有睫狀肌肌電信號(hào)和其它噪音信號(hào)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分析決策單元處理流程為：通過帶通濾波器去除噪音信號(hào),帶通濾波器的通頻帶為10Hz～500Hz、濾波后的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換(FFT)，信號(hào)由時(shí)域變?yōu)轭l域，頻域信號(hào)提取低頻特性，使用訓(xùn)練過的支持向量機(jī)(SVM)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出睫狀肌是否疲勞。

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的電路部分，主要包括：數(shù)據(jù)分析決策單元、數(shù)據(jù)采集單元、提示報(bào)警單元，本實(shí)施例省略數(shù)據(jù)傳輸單元，考慮到實(shí)用性，加入報(bào)警提示單元，如圖2所示：

所述數(shù)據(jù)采集單元用于獲取使用者的肌電信號(hào)，所述數(shù)據(jù)采集單元的傳感器位于鏡架兩側(cè)鼻托和兩側(cè)鏡腿上共四個(gè)，和使用者身體接觸，所述數(shù)據(jù)采集單元用導(dǎo)線與位于鏡腿內(nèi)的數(shù)據(jù)分析決策單元連接，走線隱藏在鏡架所用TR材料中，數(shù)據(jù)采集單元的A/D轉(zhuǎn)換采用中穎電子開發(fā)的SH79F085內(nèi)置20位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采樣頻率超過1KHz，表面電極使用類似型號(hào)為LT-301的多次使用電極，材料為Ag/AgCl，在A/D轉(zhuǎn)換前使用低噪放進(jìn)行信號(hào)放大。

所述數(shù)據(jù)分析決策單元收集由數(shù)據(jù)采集單元傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，步驟如下：

A.濾波，使用帶通濾波器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，帶通濾波器的通頻帶為10Hz～500Hz，濾波以后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；

B.信號(hào)分離，使用盲源分離(BSS)方法將濾波后的信號(hào)進(jìn)行拆分成多個(gè)不相關(guān)的信號(hào)；

C.對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，使用訓(xùn)練過的支持向量機(jī)(SVM)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出一個(gè)或者多個(gè)睫狀肌相關(guān)的信號(hào)；

D.對(duì)睫狀肌信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到信號(hào)的頻域特性數(shù)據(jù)；

E.用BP算法訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)睫狀肌的時(shí)域、頻域、幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出睫狀肌的疲勞狀態(tài)；

所述提示報(bào)警單元根據(jù)所述主控單元對(duì)當(dāng)前使用者睫狀肌的疲勞程度的判斷，適時(shí)以聲光電的形式發(fā)出報(bào)警信息。

以上的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。