一種腦電圖采集處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，由感應(yīng)腦電信號(hào)的傳感器模塊、進(jìn)行信號(hào)放大與調(diào)制的腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備和進(jìn)行信號(hào)采集與存儲(chǔ)的處理設(shè)備依次連接而成；腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備由能量模塊分別與腦電信號(hào)放大模塊、信號(hào)調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號(hào)放大模塊相連，信號(hào)調(diào)制模塊與處理設(shè)備相連；其特征在于傳感器模塊為入耳式電極。本發(fā)明相較其他方法，無需安裝頭皮電極、頭套等，使用方便。信號(hào)采集與設(shè)備供電通過處理設(shè)備上的音頻通道完成，無需專用設(shè)備。
【專利說明】一種腦電圖采集處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可穿戴智能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及到一種腦電圖采集處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)科學(xué)研究顯示，在大腦產(chǎn)生意識(shí)之后和動(dòng)作執(zhí)行之前，神經(jīng)系統(tǒng)電活動(dòng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別，分辨出弓I發(fā)腦電變化的動(dòng)作意圖，把人的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)變成命令信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在沒有肌肉和外圍神經(jīng)直接參與的情況下人腦對(duì)外部環(huán)境的控制，這就是腦機(jī)接口(brain-computer interface, BCI)的基本工作原理,腦機(jī)接口是一種全新的通信方式。
[0003]人的大腦，特別是皮層細(xì)胞，存在著頻繁的自發(fā)電活動(dòng)，無需任何外界刺激。從腦電極記錄到的電位是對(duì)腦部大量神經(jīng)元活動(dòng)的反應(yīng)，低至微伏級(jí)，這種電活動(dòng)的電位隨時(shí)間的波動(dòng)成為腦電圖(Electroencephalograph, EEG)。EEG反應(yīng)了大腦組織的電活動(dòng)及大腦的功能狀態(tài)，在理論上腦的感覺、運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知意識(shí)在自發(fā)EEG中是可辨識(shí)的，因此EEG成為BCI研究的首選工具，通過識(shí)別這種意圖，將之表達(dá)為對(duì)外部設(shè)備的直接控制。
[0004]現(xiàn)有的腦電圖采集方法是利用在頭皮上安裝電極將細(xì)胞的電活動(dòng)引出來并經(jīng)腦電圖機(jī)放大后記錄下來得到。頭皮電極需專門裝置固定，并且需經(jīng)過訓(xùn)練的專業(yè)人員操作。
[0005]實(shí)用新型專利CN201320486784公開了一種腦電圖采集裝置，主要為一種新型的吸盤式磁性電極設(shè)計(jì)，但所采用的測(cè)量方法仍然是傳統(tǒng)的頭皮電極方式，使用不便，且需要使用專門的腦電圖采集裝置。本專利的目的在于提供一種可供日常使用的腦電圖測(cè)量方法，采用入耳式設(shè)計(jì)，可與音頻耳塞合為一體，使用處理設(shè)備如智能手機(jī)的音頻通道進(jìn)行信號(hào)采集，使用極為便利。
[0006]現(xiàn)有設(shè)備一般需接入專門電源如直流穩(wěn)壓電源、電池或通過特殊接口(如USB)從其他設(shè)備取電的方法為設(shè)備供電，使用不便、增加設(shè)備重量并增加成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，由感應(yīng)腦電信號(hào)的傳感器模塊、進(jìn)行信號(hào)放大與調(diào)制的腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備和進(jìn)行信號(hào)采集與存儲(chǔ)的處理設(shè)備依次連接而成；腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備由能量模塊分別與腦電信號(hào)放大模塊、信號(hào)調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號(hào)放大模塊相連，信號(hào)調(diào)制模塊與處理設(shè)備相連；其特征在于傳感器模塊為入耳式電極。
[0009]所述處理設(shè)備由音頻輸入通道、音頻輸出通道、信號(hào)解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和單頻信號(hào)發(fā)生模塊組成；音頻輸入通道、信號(hào)解調(diào)模塊與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊依次相連，單頻信號(hào)發(fā)生模塊與音頻輸出通道相連；信號(hào)調(diào)制模塊與處理設(shè)備的音頻輸入通道相連；所述能量模塊與處理設(shè)備的音頻輸出通道相連。
[0010]上述腦電信號(hào)放大模塊中，腦電信號(hào)放大模塊含有放大器，放大器采用低功耗信號(hào)放大器，腦電信號(hào)經(jīng)差分放大電路進(jìn)行前置放大，到達(dá)調(diào)制模塊，經(jīng)過調(diào)制模塊將腦電信號(hào)由O-1OOHz調(diào)制到高頻段，再經(jīng)處理設(shè)備的音頻輸入通道到達(dá)信號(hào)解調(diào)模塊。
[0011]上述能量模塊提供腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊所需電能的功能。能量模塊通過收集存儲(chǔ)音頻輸出通道輸出音頻信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的電能，為腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊供電。在音頻輸出通道無音頻信號(hào)輸出時(shí)，通過處理設(shè)備的單頻信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號(hào)進(jìn)行供電。
[0012]上述音頻輸出可同時(shí)與入耳式耳機(jī)相連接，音頻輸出模塊輸出音頻信號(hào)，傳輸入耳式耳機(jī)，通過耳機(jī)播放音樂等音頻信號(hào)。
[0013]上述處理設(shè)備對(duì)通過音頻輸入通道所獲得的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到腦電圖信號(hào)，使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0014]本發(fā)明專利利用處理設(shè)備上的音頻接口，通過能量模塊收集音頻輸出通道輸出的能量為裝置供電，無需配置額外的電源。
[0015]本發(fā)明相較其他方法，無需安裝頭皮電極、頭套等，使用方便。信號(hào)采集與設(shè)備供電通過處理設(shè)備上的音頻通道完成，無需專用設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為一種腦電圖采集處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為腦電信號(hào)處理設(shè)備軟件流程功能框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施作進(jìn)一步說明:
[0019]如圖1所示，本發(fā)明包括傳感器模塊、腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備、處理設(shè)備三個(gè)部分，其中傳感器模塊為入耳式電極，具體形式為附著于耳塞表面上的金屬電極；金屬電極將感應(yīng)到的微弱腦電信號(hào)傳輸給腦電信號(hào)放大器進(jìn)行放大。腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備包括腦電信號(hào)放大模塊、信號(hào)調(diào)制模塊、能量模塊；處理設(shè)備包含音頻輸入通道、音頻輸出通道與信號(hào)解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和單頻信號(hào)發(fā)生模塊。處理設(shè)備包括但不限于:智能手機(jī)，平板電腦，計(jì)算機(jī)或類似的具有計(jì)算功能的自制設(shè)備以及軟件。
[0020]圖1中的腦電信號(hào)放大模塊是為了將經(jīng)過顱骨和肌肉等軟組織的衰減后，在耳道中記錄的一般只有數(shù)十至數(shù)百微伏的微弱低頻電腦電信號(hào)放大。腦電信號(hào)放大模塊應(yīng)滿足高輸入阻抗，高共模抑制比，低噪聲、低漂移、非線性度小，合適的頻帶和動(dòng)態(tài)范圍的要求。由于能量模塊使用電容收集音頻輸出信號(hào)能量進(jìn)行供電，因此腦電信號(hào)放大模塊采用具有低功耗特點(diǎn)的放大器件。
[0021]信號(hào)調(diào)制模塊解決腦電信號(hào)的調(diào)制問題，以便于腦電信號(hào)的傳輸與處理。圖1中的腦電信號(hào)放大模塊輸出的腦電信號(hào)主要能量集中在O-1OOHz范圍內(nèi)，音頻信號(hào)采集通道可接收的頻率范圍約在20-20000HZ，因此腦電信號(hào)放大模塊輸出的腦電信號(hào)不能直接傳輸?shù)教幚碓O(shè)備的音頻輸入模塊進(jìn)行信號(hào)采集，需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)制模塊將腦電信號(hào)調(diào)制到高頻段(如10000Hz)再傳輸?shù)教幚碓O(shè)備的音頻輸入通道。選用低功耗的頻率調(diào)制器，使得高頻振蕩信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，而振幅保持恒定，抗干擾能力強(qiáng)。信號(hào)調(diào)制模塊應(yīng)滿足低功耗、高效率、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0022]圖1中的能量模塊提供腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊所需電能的功能，上述模塊接收音頻輸出端輸出的音頻信號(hào)，通過整流二極管連接儲(chǔ)能電容。在整流二極管導(dǎo)通期，對(duì)儲(chǔ)能電容充電；而在整流二極管截止期，電容為腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊供電，如此保證供電輸出的連續(xù)性。采用電容存儲(chǔ)釋放電能是為了設(shè)備的便攜、便捷，不需外置電源。在音頻輸出模塊無音頻信號(hào)輸出時(shí)，通過處理設(shè)備的單頻信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號(hào)進(jìn)行供電。
[0023]處理設(shè)備中的信號(hào)解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和單頻信號(hào)發(fā)生模塊可用軟件實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。該軟件的基本功能包括信號(hào)解調(diào)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及產(chǎn)生單頻信號(hào)，其擴(kuò)展功能還可包括腦電信號(hào)分析、軟件控制等功能。
[0024]軟件首先進(jìn)行處理設(shè)備的初始化，再判斷當(dāng)前音頻輸出通道是否有信號(hào)輸出，如沒有則通過單頻信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生單頻信號(hào)，從音頻輸出通道輸出，為腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備供電；其次，啟動(dòng)音頻輸入通道采集腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備傳入的經(jīng)頻率調(diào)制的腦電信號(hào)，使用信號(hào)解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)，得到真實(shí)的腦電圖信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0025]上述軟件還可對(duì)解調(diào)后的腦電信號(hào)進(jìn)行特征提取，分辨出引發(fā)腦電變化的動(dòng)作意圖或情緒變化，并可據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的軟件功能控制。
[0026]其中軟件功能控制可應(yīng)用于如下場(chǎng)景:佩戴裝置聽音樂時(shí)，根據(jù)采集的腦電圖分析當(dāng)前情緒與音樂是否匹配恰當(dāng)，智能切換歌曲；睡眠時(shí)使用上述裝置，可以利用上述裝置分析當(dāng)前睡眠深度，判斷當(dāng)前音量與歌曲風(fēng)格是否合適，智能調(diào)節(jié)音量、切換歌曲風(fēng)格。
[0027]最后說明的是，以上結(jié)合附圖所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，而并非本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定，任何基于本發(fā)明精神所做的改進(jìn)或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，由感應(yīng)腦電信號(hào)的傳感器模塊、進(jìn)行信號(hào)放大與調(diào)制的腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備和進(jìn)行信號(hào)采集與存儲(chǔ)的處理設(shè)備依次連接而成；腦電信號(hào)調(diào)理設(shè)備由能量模塊分別與腦電信號(hào)放大模塊、信號(hào)調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號(hào)放大模塊相連，信號(hào)調(diào)制模塊與處理設(shè)備相連；其特征在于傳感器模塊為入耳式電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于所述處理設(shè)備由音頻輸入通道、音頻輸出通道、信號(hào)解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和單頻信號(hào)發(fā)生模塊組成；音頻輸入通道、信號(hào)解調(diào)模塊與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊依次相連，單頻信號(hào)發(fā)生模塊與音頻輸出通道相連；信號(hào)調(diào)制模塊與處理設(shè)備的音頻輸入通道相連；所述能量模塊與處理設(shè)備的音頻輸出通道相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于所述腦電信號(hào)放大模塊含有放大器，放大器米用低功耗信號(hào)放大器，信號(hào)調(diào)制模塊將腦電信號(hào)由O-lOOHz調(diào)制到高頻段，再經(jīng)處理設(shè)備的音頻輸入通道到達(dá)信號(hào)解調(diào)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于能量模塊提供腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊所需電能的功能，能量模塊通過收集存儲(chǔ)音頻輸出通道輸出音頻信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的電能，為腦電信號(hào)放大模塊以及信號(hào)調(diào)制模塊供電，在音頻輸出通道無音頻信號(hào)輸出時(shí)，通過處理設(shè)備的單頻信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號(hào)進(jìn)行供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于音頻輸出可同時(shí)與入耳式耳機(jī)相連接，音頻輸出模塊輸出音頻信號(hào)，傳輸入耳式耳機(jī)，通過耳機(jī)播放音頻信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于處理設(shè)備對(duì)通過音頻輸入通道所獲得的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到腦電圖信號(hào)，使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】A61B5/0476GK104257380SQ201410568640
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】馬千里, 劉賜民, 劉向, 胡棟, 王俊 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)