專利名稱：腦波誘導舒壓裝置的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種腦波誘導舒壓裝置(PRESSURE RELIEF APPARATUS WITHBRAIN ENTRAINMENT)，其中還采用舒曼波(Schuman Wave)產生腦波誘導。
背景技術：
舒壓放松為人的本能。傳統的舒壓方面從五感出發已經有許多的研究及產品，但是五感所致動的因子與自主神經運作目前仍是一個復雜系統的呈現。但是這部份是否有及共通的身心運作模式，一直是大家所好奇及探討的。自從腦波科學及自律神經研究出現后，開始有產品嘗試進行高階意識的導引，因而產生了許多新產品應用，過去的五感體驗舒壓方式，也與腦波共振作了一關聯。但是相關的舒壓輔具，未能有效提供更加能定性定量的對應身心舒壓的參數，來作為舒壓輔具及五感體驗的感性回饋，例如包括本體感受的描述性及人因因子的對應關系。此外，亦未依生理狀態進行動態及即時性回饋調整，以達舒壓最終效果及目的。如何提供有效率及即時性回饋生理狀態的舒壓技術乃當前重要研發課題。
發明內容
為解決上述問題，本發明提供一種腦波誘導舒壓裝置，其可以憑借對人體的不同部位施加舒曼波以產生共振，以達到舒壓的功效。本發明提供一種腦波誘導舒壓裝置，包括一共振波產生模塊與一生理信號量測單元。共振波產生模塊包括多個共振元件，區分成多個共振區域，這些共振區域的每一個可以個別產生可調變的一共振波或是關閉。生理信號量測單元至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經 副交感能量HF,依照預先設定的一組條件中當下的其一,輸出一組反饋控制信號給該共振波產生模塊，以調制這些共振元件。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1繪示舒曼波的泛頻與腦波的關系示意圖；圖2繪示依據本發明一實施例，共振波產生模塊方塊示意圖；圖3繪示依據本發明一實施例，一種腦波誘導舒壓裝置的電路方塊示意圖；圖4繪示依據本發明一實施例，共振元件的結構示意圖；圖5繪示依據本發明一實施例，通道信號的示意圖；圖6A繪示依據本發明一實施例，對應人體部位區隔示意圖；圖6B繪示依據本發明一實施例，對應圖6A的人體部位，共振波產生模塊的共振區域的配置示意圖；圖7繪示依據本發明一實施例，腦波誘導舒壓裝置的操作流程示意圖8繪示依據本發明一實施例，感覺運動節律(SMR)能量的變化示意圖；圖9繪示依據本發明一實施例，對應表一檢視流程示意圖；圖10繪示依據本發明一實施例，從初始值到終點值對應人體的多通道舒曼波頻率空間分布的時間演進示意圖；圖11繪示依據本發明一情境設計的實施例，以自律神經生理信號結合控制谷歌星空(Google SKY)的情境介面架構示意圖；圖12繪示依據本發明一情境設計的實施例，以谷歌星空為背景，顯示生理狀態示意圖；圖13A-13C繪示依據本發明另一情境設計實施例，以花朵生長為背景，顯示生理狀態示意圖。附圖標記90:共振波產生模塊100:頻率脈寬調制單元102:記憶單元104:微處理器105:調制模塊106:頻率源模塊
108:載波脈寬空置模塊110:乘法器120:共振元件122:功率放大器124:輸出介面單元126:舒曼波誘導產生單元150:生理信號量測單元152:控制單元200:電源線202:馬達204:固定元件206:振片208:轉軸210:阻尼元件220:固定基材224:控制區域300:意念遨游系統302:感測信號取樣單元304:數值演算程序單元306:數值反應模示單元308:反饋控制畫面顯示單元310:系統動態控制單元
312:顯示器400: 土壤402:花朵404:花片406:枝干SlOO-Sl 10:步驟S200-S218:步驟
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明做進一步的詳細描述。本發明提供一套以個人生理信號為基礎來作為舒壓反饋的方式。可以憑借客觀的評量方式排除使用者的主觀感受，而依照實際量測的生理狀態做為反饋，達到舒壓效果。又，本發明也可以具有個體化感受的設定模式，以及特定導引模式，來符合身心感受的需求。傳統的大部份舒壓產品，多以已設定好的流程進行。然而，本發明可利用生理信號的反饋作為舒壓方式的操控，其中更憑借腦波誘導(Brain Entrainment)方式進行抒壓。每個人的體質與當時生理狀態不同， 而憑借個人的當下的生理狀態，采取對應方式進行舒壓會有較佳的效果。本發明是關于含生理反饋的腦波誘導舒壓裝置，特別是利用自律神經輸出的心率變異參數信號，來操控產生腦波誘導的介面，并結合舒曼波共振波，達到全然放松的體驗。本發明的含生理反饋的腦波誘導舒壓裝置以人體當下量到的心率變異參數信號，來控制多通道舒曼波共振波產生器以達到各種不同的腦波誘導狀態。其中身體舒壓狀態可以利用心率變異參數信號，例如即時的自律神經能量高低，包括自律神經總體能量，交感能量，副交感能量等等，來代表緊張與放松的相關程度，以作為身心狀態的反饋。于一實施態樣中，又以交感與副交感的因子的檢測作為反饋程度的評量依據。又，這些參數也可以用來操縱舒壓的情境畫面，提供情境式的感知互動。各種不同頻段及空間分布的陣列型多通道舒曼波產生器，則用來依據各人體質及日間及夜間及輔合體質等模式不同，多通道舒曼波與人體共振匹配的微振動頻率，導引腦波誘導現象產生，而提供更適性的反饋誘導。該含生理反饋的腦波誘導舒壓裝置裝置，可以嵌入至床，或椅子，或是地板里，來提供一種產生臨場的互動感。以下舉一些實施例來說明本發明，但是本發明不僅限于所舉的一些實施例，且實施例之間也可以有適當的結合。本發明提供腦波誘導舒壓裝置，其例如可以用生理信號反饋的多通道舒曼波腦波誘導模塊，再結合生理信號的輸出信號，例如自律神經的交感及副交感等參數，因而可符合人體在舒壓時不同動態范圍刺激的即時反饋調整，并藉此反饋輸出的生理信號來控制多通道舒曼波腦波誘導模塊的模式輸出，并設定舒壓時的情境變化。生理信號輸出包括自律神經相關信號，其包括即時自律神經交感能量LH、副交感能量HF、心跳間隔(R-R interval，RRI)、心率變異系數(SDNN)、自律神經總活性(TP)等非線性動態及統計參數。其中人體的心跳并非以固定的速度跳動，一般稱為心率變率(HeartRate Variability，HRV)。即使在身體在平靜穩定的狀態，也會因為身體不同的放松狀況，而有相當程度的變化。心率變異是由自主神經系統(Automatic Nervous System, ANS)所控制，藉以維持身心的平衡。此外，本發明提供一陣列式的多通道舒曼波誘導反饋，用來加強體驗者的腦波誘導(Brain Entrainment),產生臨場的互動感,而提供更適性的反饋誘導。含生理反饋的腦波誘導舒壓的模塊，可以嵌入到床，椅子，或是地板里，來提供一種產生臨場的互動感。多通道舒曼波腦波誘導模塊，可以結合生理信號輸出信號及舒曼波誘導反饋，有可以將其信號結合動畫、情境設計、網絡應用軟件(APP)及云端等資料，可提供更臨場及可開放擴充式的體驗舒壓情境。本發明的腦波誘導舒壓裝置，例如包括一共振波產生模塊與一生理信號量測單元。共振波產生模塊包括多個共振元件，區分成多個共振區域，這些共振區域的每一個可以個別產生可調變的一共振波或是關閉。生理信號量測單元至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經副交感能量HF,依照預先設定的一組條件中當下的其一,輸出一組反饋控制信號給該共振波產生模塊，以調制這些共振元件。又，腦波誘導舒壓裝置也可以包括顯示器，以及與網絡的應用軟件及資料庫連結。舒曼波是由于天空有一環電離層(1nosphere)離地面約100英里,其隨著日光強弱而變化，恰好 與地球表面形成一個空穴譜振器(Cavity resonator),就好像擊鼓的作用一樣。舒曼波的頻率極低，可以穿透任何物質，包括地面上的人在內。人腦有α波段、β 波段及β 2波段，與舒曼波對應。已有研究指出舒曼波會對生物體產生影響，其中人體若經常受到舒曼波的激發，便可能產生諧振，有利于身心發展。依相關共振現象研究指出，對于初始階段有混亂相位/頻率的多個共振體,如果由外部施加一固定頻率的振動波源,經過一段時間后,這些共振體會達到與外部施加的振動波源有相同的相位與頻率。本發明即是利用外加舒曼波進行調和諧振以進行身心舒壓。本發明提出可以利用多通道舒曼波誘導頻率作為復合式微振動共振達到「腦波誘導現象」(Brain Entrainment),如此以達到舒壓的功效。其中，憑借生理信號的反饋,可結合自律神經輸出生理信號，來調控不同的舒壓模式。因而可符合人類在舒壓時的各種生理需求，藉此輸出生理信號來調控制舒壓時所需的腦波誘導頻率振幅及頻率分布系統。圖1繪示舒曼波的泛頻與腦波的關系示意圖。參閱圖1，人腦的腦波的α波段、β I波段及β2波段與舒曼波的泛頻的尖峰，以7.83Hz、14.1Hz,20.3Hz為代表，有其對應關系。本發明根據舒曼波的頻譜特性，提供例如是相當于舒曼波的誘導波源，以對人體產生誘導而進行舒壓，并配合量出的生理信號，反應出當下量測到的相關信號，決定出符合人類日夜生理自然節律舒壓模式。圖2繪示依據本發明一實施例，共振波產生模塊方塊示意圖。參閱圖2，共振波產生模塊90包括頻率脈寬調制單元100以及共振元件120。頻率脈寬調制單元100例如包括記憶單元102、微處理器104、以及調制模塊105。調制模塊105例如可以由頻率源模塊106、載波脈寬空置模塊108以及乘法器110所組成。頻率脈寬調制單元100可以產生頻率脈寬調制輸出信號，用以輸入給共振元件120以產生共振波，例如是人為的舒曼波，即是對應舒曼波的頻率尖峰波段是人為產生共振波，經組合后可以模擬出實際舒曼波的至少一部分波段。調制模塊105受微處理器104的控制可以產生頻率脈寬調制輸出信號。記憶單元102示提供波形，例如方波的波形給微處理器104進行調制。頻率脈寬調制單元100可以有多種方式的電路設計，不限定于特定電路。共振元件120例如包括一功率放大器122、輸出介面單元124、舒曼波共振產生單元126。共振元件120依照所需要的頻率與頻寬，轉換成共振波。功率放大器122將輸入信號放大，以驅動輸出介面單元124，將信號轉換成例如由磁、聲、光、電等信號來控制舒曼波誘導產生單元126以產生舒曼波源。共振元件120例如是整合的振動馬達會于后述。共振元件120表示要根據輸入的頻率，以產生共振波源。換句話說，能達到相同功用的共振元件120即可。就整體而言，基于配合多通道的設計，可以采用多個共振元件120組分成不同區域，每一個區域由一個調制模塊105所控制，以達到多通道的分別控制。圖3繪示依據本發明一實施例，一種腦波誘導舒壓裝置的電路方塊示意圖。參閱圖3，根據圖2的基本單元可以設計成多通道的配置以構成腦波誘導舒壓裝置。腦波誘導舒壓裝置可以包括共振波產生模 塊與生理信號量測單元。共振波產生模塊包括頻率脈寬調制單元100以及多個共振元件120，區分成多個共振區域，例如分成輸出模塊_1至輸出模塊_N的N個共振區域。每一個共振區域可以個別產生可調變的一共振波或是被關閉。共振元件120由頻率脈寬調制單元100的多個調制模塊105分控制在可變的頻率上。此頻率是屬于舒曼波的頻率范圍。生理信號量測單元150量測生理反饋參數，其例如至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經副交感能量HF。自律神經交感能量一般是屬于低頻的成分以LH表示，自律神經副交感能量一般是屬于高頻的成分以HF表示。控制單元152，例如是個人電腦，有畫面，以及控制及運算的軟件。控制單元152，接收從使用者量測到的生理反饋參數，依照預先設定的一組條件中當下的其一，以輸出一組反饋控制信號給共振波產生模塊的頻率脈寬調制單元100，進而分別控制共振元件120。從較寬廣的角度來看，控制單元152也可以是整合在頻率脈寬調制單元100中的一個功能方塊。如此，腦波誘導舒壓裝置可以是由共振波產生模塊90與生理信號量測單元150所構成。可以了解的是，在相同的功能下，其實際電路設計是可以有不同變化無需限定。以下僅舉一些實施例來描述。圖4繪示依據本發明一實施例,共振元件的結構示意圖。參閱圖4,共振元件120例如是由多個振動馬達所組成，包括馬達202憑借電源線200輸入預定頻率的信號，例如脈沖電壓信號如后面的圖5所示。馬達202會依照放大后具有預定脈寬的脈沖電壓信號轉動，其轉軸208會依照脈寬轉動一角度。馬達202憑借固定元件204設置所需要的基材上。基材可以是硬性的軟性材料，配合所需要崁入的主體裝置。阻尼元件210，例如是彈簧，會將轉軸208在電壓為零時轉回到原位置，因此達到轉軸208依照頻率來回轉動。當振片206固定在轉軸208時，由于轉軸208來回轉動，推動空氣因而產生共振波。此共振波的頻率可以被控制在舒曼波的頻率尖峰處，或是其附近，對應腦波的波段。如此可以將腦波給予的頻率被誘導。就一般而言，要產生共振波的方式可以有其它方式，本實施例僅舉馬達的方式來實施，但不僅限于此種方式。
圖5繪示依據本發明一實施例，通道信號的示意圖。參閱圖5，調制馬達的電壓信號，對應不同的通道可以分別控制，其操作的頻率。由于不同的通道會對應使用者的不同位置。憑借分別的控制，可以達到較佳的舒壓效果。通道與位置的相關位置繪于后描述。于本實施例，通道I的頻率例如是7.8Hz接近舒曼波的一尖峰處，脈寬例如是6ms，其決定馬達的旋轉幅度。通道2的頻率例如是14.2Hz，接近舒曼波的一尖峰處，脈寬例如是10ms，其決定馬達的旋轉幅度，而且相位可以有不同。通道3的頻率例如也是14.2Hz，而與通道2有相位差。通道N的頻率例如是20Hz，其脈寬與相位也可以調整。在實際的操作上，每一個通道可以個別操作或是關閉。圖6A繪示依據本發明一實施例，對應人體部位區隔示意圖。圖6B繪示依據本發明一實施例，對應圖6A的人體部位，共振波產生模塊的共振區域的配置示意圖。參閱圖6A，例如以平均的一般男性人體如左邊人體的高度來考慮，例如依不同的位置可以區分成多個共振區域，其更例如是六個共振區域1-VI。右邊的人體是對應女性人體高度的區域。于本實施例，其六個共振區域1-VI例如是:一第一區域I，位于腳底區間；一第二區域II，位于腳踝區間；一第三區域III，位于小腿區間；一第四區域IV，位于膝蓋區間；一第五區域V，位于大腿區間；以及一第六區域VI，位于腹部區間。在同時參閱圖6B， 前述的多個可以產生振動的共振元件120以馬達202為代表，其設置在固定基材220上。在固定基材220的陣列區域222，馬達202以條狀的陣列方式，對應共振區域1-VI排列。固定基材220的控制區域224設置有電源供應及控制板等控制原件。固定基材220可以是硬質材料或軟性材料，其中軟性材料可以配合主體裝置的結構，例如按摩椅或是其它舒壓裝置，以靠近人體產生舒曼波。操作流程上例如圖7所示。圖7繪示依據本發明一實施例，腦波誘導舒壓裝置的操作流程示意圖。于步驟S100，開始操作。于步驟S102，其進行一初始流程，以及下載所需要的基本資料(default data)。初始流程例如設定與PC端的通信格式。于步驟S104,設定使用條件，例如設定使用時間，中斷的條件等等。于步驟S106，檢視指令是否確實送出。如果指令沒有送出，則檢視是否跳出而結束或是繼續等待指令的輸入，也就是一直檢查是否有PC端下達的指令。于步驟S108，若有指令，則解譯指令及執行對應參數設定，其例如各通道的開閉/頻率/相位/振幅條件等。于步驟S110，編輯指令成為指令串，并回應給PC端確認。之后，流程又繼續檢視是否跳出而結束或是繼續等待指令的輸入。從實際的試驗，使用本案腦波誘導舒壓裝置確實可以提升身體狀態。圖8繪示依據本發明一實施例，感覺運動節律(sensorimotor rhythm, SMR)能量的變化示意圖。參閱圖8，感覺運動節律能量在使用腦波誘導舒壓裝置后會被提升。當感覺運動節律能量增加時，可以增加使用者的專注力，臨床上也顯示有減緩癲癇的發作，或是如老年人認知能力的提升，而達到舒壓效果。以下描述誘導舒壓裝置的共振波產生模塊如何與生理信號產生關聯。生理信號是由生理信號量測單元量測得到，其至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經副交感能量HF。經PC或是微處理器等的分析，依照預先設定的一組條件中當下的其一，輸出一組反饋控制信號給共振波產生模塊，以調制共振元件。要量測自律神經交感能量LH與自律神經副交感能量HF的方式可以采用一般所知的一導層心電圖的量法，或是任何可適用的方式，而無需特別限定。先參閱圖10的上圖，以一次啟動三個共振區域對應人體部位為例，根據自律神經交感能量LH與自律神經副交感能量HF的差異，可以依使用者當下的身體狀態改變。表一是根據自律神經交感能量LH與自律神經副交感能量HF的差異程度，所啟動的舒壓模式。表一
權利要求
1.一種腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，包括: 一共振波產生模塊，包括多個共振元件，區分成多個共振區域，這些共振區域的每一個可以個別產生可調變的一共振波或是關閉；以及 一生理信號量測單元，至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經副交感能量HF，依照預先設定的一組條件中當下的其一，輸出一組反饋控制信號給該共振波產生模塊，以調制這些共振元件。
2.如權利要求1所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波包括可切換的一第一頻率、一第二頻率、以及一第三頻率，對應在腦波的α波段、β I波段及β2波段。
3.如權利要求2所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波產生模塊的這些共振區域是依照平均的人體部位的位置設置。
4.如權利要求3所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波產生模塊，依照該組反饋控制信號的變化，依照符合該組條件中的其一，啟動這些共振區域的至少一個，且分別控制該共振波。
5.如權利要求4所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，這些共振區域包括: 一第一區域，位于腳底區間； 一第二區域，位于腳踝區間； 一第三區域，位于小腿區間； 一第四區域，位于膝蓋區間； 一第五區域，位于大腿區間；以及 一第六區域，位于腹部區間。
6.如權利要求5所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該自律神經交感能量LH減去該自律神經副交感能量HF后得到一差值，依照該差值相對于由小到大的多個臨界值的位置來決定在該組條件中當下的其一，以產生該組反饋控制信號以控制這些共振區域。
7.如權利要求6所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，控制這些共振區域的條件包括: 當該差值小于或等于10%，啟動該第一區域于該第一頻率； 當該差值大于10%，且小于或等于20%，啟動該第一區域與該第二區域，分別于該第一頻率與該第二頻率； 當該差值大于20%，且小于或等于30%，啟動該第一區域及該第三區域，分別于該第一頻率與該第二頻率； 當該差值大于30%，且小于或等于40%，啟動該第一區域、該第二區域及該第三區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率； 當該差值大于40%，且小于或等于50%，啟動該第二區域及該第三區域，分別于該第一頻率及該第二頻率； 當該差值大于50%，且小于或等于60%，啟動該第二區域、該第三區域及該第四區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率； 當該差值大于60%，且小于或等于70%，啟動該第三區域、該第四區域及該第五區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率； 當該差值大于70%，且小于或等于80%，啟動該第四區域、該第五區域及該第六區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率； 當該差值大于80%，且小于或等于90%，啟動該第四區域、該第五區域及該第六區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率；以及 當該差值大于90%，且小于或等于100%，啟動該第四區域、該第五區域及該第六區域，分別于該第一頻率、該第二頻率及該第三頻率。
8.如權利要求7所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該第一頻率是7.83Hz，該第二頻率是14Hz，該第三頻率是20Hz以上。
9.如權利要求1所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波包括可切換的多個頻率對應舒曼波的多個共振頻率。
10.如權利要求9所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波產生模塊的這些共振區域是依照平均的人體部位的位置設置。
11.如權利要求10所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振波產生模塊依照該組反饋控制信號的變化，依照符合該組條件中的其一，啟動這些共振區域的至少一個，且分別控制該共振波。
12.如權利要求1所述的腦波誘導舒壓裝置，還包括: 一顯示單元；以及 一介面單元，接收該組反饋控制信號而輸出一影像狀態控制信號到該顯示單元，其中該顯示單元依照該影像狀態控制信號改變一顯示影像的內容。
13.如權利要求12所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該顯示單元與一星空圖，依照該影像狀態控制信號變化顯示在該星空圖上對應變化顯示一指標位置。
14.如權利要求12所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該顯示單元顯示一生物活動狀態圖，依照該影像狀態控制信號的變化對應顯示變化的該生物活動狀態圖。
15.如權利要求1所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該共振元件包括: 一馬達，依照具有與該共振波相同頻率的一脈沖電壓信號旋轉； 一阻尼元件，耦接與該馬達，使該馬達旋轉后回到原位；以及 一振片，設置于該馬達的轉軸，以該頻率產生該共振波。
16.如權利要求1所 述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，這些共振元件分布成多個條狀單元，這些條狀單元的相鄰多個為一組構成這些共振區域的其一。
17.如權利要求1所述的腦波誘導舒壓裝置，其特征在于，該生理信號量測單元還包括量測心跳率，心跳率變異系數及自律神經總活性。
全文摘要
一種腦波誘導舒壓裝置，包括一共振波產生模塊與一生理信號量測單元。共振波產生模塊包括多個共振元件，區分成多個共振區域，這些共振區域的每一個可以個別產生可調變的一共振波或是關閉。生理信號量測單元至少量測一使用者的一自律神經交感能量LH與一自律神經副交感能量HF，依照預先設定的一組條件中當下的其一，輸出一組反饋控制信號給該共振波產生模塊，以調制這些共振元件。
文檔編號A61N5/00GK103157166SQ20111043149
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月14日
發明者蔡淑慧, 謝賜山, 郭晉榮, 廖憲正, 林洪榮 申請人:財團法人工業技術研究院