本發(fā)明涉及腦電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備及腦電采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在人腦科學(xué)研究不斷發(fā)展的今天，也需要更多的研究方法來輔助人腦科學(xué)的深入研究。SSVEP(Steady State Visually Evoked Potential，視覺誘發(fā)刺激)是指當(dāng)受到一個固定頻率的視覺刺激的時候，人的大腦視覺皮層會產(chǎn)生一個連續(xù)的與刺激頻率有關(guān)(刺激頻率的基頻或倍頻處)的響應(yīng)。因此，為了得到SSVEP下人的腦電信號，以來研究該腦電信號與刺激的信號之間的關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)中基于SSVEP的系統(tǒng)在進(jìn)行研究時，通常包括專門用于放映SSVEP刺激范式的電腦顯示屏，受試者通過注視顯示屏即可產(chǎn)生SSVEP所描述的腦電現(xiàn)象，然后再通過采集設(shè)備采集受試者的腦電信號，進(jìn)而通過對腦電信號的分析得到識別結(jié)果(識別提取出來的腦電信號)，以被進(jìn)一步用來研究刺激對人腦的影響。但現(xiàn)有技術(shù)中基于SSVEP的系統(tǒng)一方面因為包括電腦等設(shè)備，體積大，另一方面，受試者是注視電腦顯示屏上的刺激界面的，很容易受到外界自然光或者室內(nèi)燈光的干擾，從而使得最終得到的刺激對人腦的影響也是不準(zhǔn)確的。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備，一方面，采用VR眼鏡來為受試者呈現(xiàn)SSVEP刺激范式的刺激界面，距離近且受自然光的干擾小，從而提高了得到的腦電信號的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高了刺激對人腦的影響的準(zhǔn)確性；另一方面，實現(xiàn)了用于刺激的VR眼鏡和用于采集的信號采集模塊及信號處理模塊的一體化，體積?。槐景l(fā)明的另一目的是提供一種包括上述基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備的腦電采集系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備，包括：

VR眼鏡，用于接收外部投射的SSVEP刺激范式，向受試者顯示刺激界面；

設(shè)置于所述VR眼鏡上的信號采集模塊、信號處理模塊及電源模塊；其中：

所述信號采集模塊用于采集受試者的腦電信號；

所述信號處理模塊用于對所述腦電信號進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的所述腦電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送至上位機，以得到識別結(jié)果；

所述電源模塊用于為所述VR眼鏡、所述信號采集模塊及所述信號處理模塊供電。

優(yōu)選地，所述SSVEP刺激范式為陣列式的閃爍黑白格。

優(yōu)選地，所述閃爍黑白格的頻率為8Hz或者12Hz或者15Hz或者18Hz。

優(yōu)選地，所述VR眼鏡還用于顯示所述識別結(jié)果。

優(yōu)選地，所述信號采集模塊包括：

6個設(shè)置于鏡架上、分別用于采集人腦的C3區(qū)域、C4區(qū)域、CZ區(qū)域、O1區(qū)域、O2區(qū)域及OZ區(qū)域的腦電信號的電極，其中，C3區(qū)域和O1區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極，C4區(qū)域和O2區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極，CZ區(qū)域和OZ區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極；

放大器，用于對各個差分電極輸出的腦電信號進(jìn)行放大。

優(yōu)選地，所述信號處理模塊為ADS1198芯片。

優(yōu)選地，所述電源模塊包括電池。

優(yōu)選地，所述電池為鋰電池。

優(yōu)選地，所述電源模塊還包括USB接口，用于通過USB線連接外部電源。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種腦電采集系統(tǒng)，包括上位機，還包括如上述所述的基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備。

本發(fā)明提供了一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備及腦電采集系統(tǒng)，包括VR眼鏡，用于接收外部投射的SSVEP刺激范式，向受試者顯示刺激界面；設(shè)置于VR眼鏡上的信號采集模塊、信號處理模塊及電源模塊；信號采集模塊用于采集受試者的腦電信號；信號處理模塊用于對腦電信號進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的腦電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送至上位機，以得到識別結(jié)果；電源模塊用于為VR眼鏡、信號采集模塊及信號處理模塊供電?？梢姡景l(fā)明一方面，采用VR眼鏡來為受試者呈現(xiàn)SSVEP刺激范式的刺激界面，距離近且受自然光的干擾小，從而提高了得到的腦電信號的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高了刺激對人腦的影響的準(zhǔn)確性；另一方面，實現(xiàn)了用于刺激的VR眼鏡和用于采集的信號采集模塊及信號處理模塊的一體化，體積小。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種閃爍黑白格的示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的當(dāng)閃爍黑白格的頻率為8Hz時的一種識別結(jié)果的示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種電極貼法的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備，一方面，采用VR眼鏡來為受試者呈現(xiàn)SSVEP刺激范式的刺激界面，距離近且受自然光的干擾小，從而提高了得到的腦電信號的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高了刺激對人腦的影響的準(zhǔn)確性；另一方面，實現(xiàn)了用于刺激的VR眼鏡和用于采集的信號采集模塊及信號處理模塊的一體化，體積小；本發(fā)明的另一核心是提供一種包括上述基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備的腦電采集系統(tǒng)。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參照圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，該可穿戴設(shè)備包括：

VR眼鏡1，用于接收外部投射的SSVEP刺激范式，向受試者顯示刺激界面；

可以理解的是，VR眼鏡1是利用頭戴式顯示設(shè)備將人的對外界的視覺、聽覺封閉，引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺。其顯示原理是左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像，人眼獲取這種帶有差異的信息后在腦海中產(chǎn)生立體感。

具體地，用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

另外，作為一種優(yōu)選地實施例，可以開發(fā)一個APP，用于產(chǎn)生SSVEP刺激范式，然后將該APP上的刺激界面投射到VR眼鏡1的透鏡上。當(dāng)然，這里還可以通過其他方式產(chǎn)生SSVEP刺激范式，本發(fā)明在此不做特別的限定。

本申請中選用VR眼鏡1來顯示刺激界面，一方面距離受試者的眼睛很近，另一方面，隔絕了外界光線，因此，基本不會有外部的干擾，提高了最終獲得的識別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

作為一種優(yōu)選地實施例，SSVEP刺激范式為陣列式的閃爍黑白格。

具體地，請參照圖2，圖2為本發(fā)明提供的一種閃爍黑白格的示意圖。

當(dāng)然，這里的SSVEP刺激范式還可以為其他類型的圖形，本發(fā)明在此不做特別的限定，能實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可以理解的是，由于大腦的低通濾波效應(yīng)，SSVEP主要利用30Hz以下的低頻區(qū)域。

因此，作為一種優(yōu)選地實施例，閃爍黑白格的頻率為8Hz或者12Hz或者15Hz或者18Hz。

當(dāng)然，這里的閃爍黑白格還可以選用其他頻率，通過APP可根據(jù)受試者的需要而改變閃爍黑白格的頻率。當(dāng)閃爍黑白格的刺激界面投射到VR眼鏡1上后，受試者會沉浸在一個只有閃爍黑白格的三維空間中。

設(shè)置于VR眼鏡1上的信號采集模塊2、信號處理模塊3及電源模塊4；其中：

信號采集模塊2用于采集受試者的腦電信號；

信號處理模塊3用于對腦電信號進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的腦電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送至上位機，以得到識別結(jié)果；

電源模塊4用于為VR眼鏡1、信號采集模塊2及信號處理模塊3供電。

這里的信號采集模塊2、信號處理模塊3及電源模塊4均設(shè)置在VR眼鏡1上，從而實現(xiàn)刺激設(shè)備與采集設(shè)備的一體化。

作為一種優(yōu)選地實施例，VR眼鏡1還用于顯示識別結(jié)果。

信號處理模塊3對腦電信號進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的腦電信號由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將數(shù)字信號通過藍(lán)牙或者其他通信模塊傳送至上位機。

需要說明的是，這里的預(yù)處理包括對腦電信號先進(jìn)行濾波，因為腦電信號通常為uV級的，因此，需要對腦電信號進(jìn)行放大，使得信號的電平達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換電路的采樣范圍內(nèi)，然后A/D轉(zhuǎn)換電路再將放大后的腦電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

上位機對已轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的腦電信號進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法處理及傅里葉變化處理，從而實現(xiàn)對腦電信號進(jìn)行特征提取，得到識別結(jié)果，最終還可以將該識別結(jié)果顯示在VR眼鏡1上反饋給受試者，獲得受試者的指示后再進(jìn)行下一次識別。請參照圖3，圖3為本發(fā)明提供的當(dāng)閃爍黑白格的頻率為8Hz時的一種識別結(jié)果的示意圖。

本發(fā)明因為是將刺激界面投射在VR眼鏡1上，且將刺激設(shè)備與采集設(shè)備集成于一體，具有操作簡單、普適性高和目標(biāo)數(shù)多的優(yōu)點。

作為一種優(yōu)選地實施例，信號采集模塊2包括：

6個設(shè)置于鏡架上、分別用于采集人腦的C3區(qū)域、C4區(qū)域、CZ區(qū)域、O1區(qū)域、O2區(qū)域及OZ區(qū)域的腦電信號的電極，其中，C3區(qū)域和O1區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極，C4區(qū)域和O2區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極，CZ區(qū)域和OZ區(qū)域的電極構(gòu)成一組差分電極；

放大器，用于對各個差分電極輸出的腦電信號進(jìn)行放大。

本發(fā)明中采用電極來采集腦電信號，6個電極分為兩組，鏡架的左右兩邊各三個，兩個為一通道，共三個通道，這樣可穿戴設(shè)備既充當(dāng)了刺激設(shè)備又充當(dāng)了采集設(shè)備，減少了設(shè)備量，使得操作變得很簡單。

具體地，請參照圖4，圖4為本發(fā)明提供的一種電極貼法的示意圖。

本申請中的電極可以貼在0₁、0₂、0_z-，采樣頻率為512次/s。

作為一種優(yōu)選地實施例，信號處理模塊3為ADS1198芯片。

本發(fā)明的信號處理模塊3是裝載在VR眼鏡1上的，實現(xiàn)的功能包括對腦電信號進(jìn)行濾波，對濾波后的信號進(jìn)行放大，最后對信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

上面提到，當(dāng)電極為多個時，則有多個通道，由于各個通道需要獨立的模擬放大，陷波和濾波模塊，所以一般的腦電圖機采集模塊的體積會很大。為了大幅減少設(shè)備的體積，本作品采ADS1198芯片對微弱的腦電信號進(jìn)行放大處理和A/D轉(zhuǎn)換，使本系統(tǒng)具有可穿戴，功耗低的特性。

這里信號處理模塊3是以ADS1198芯片為核心的前端采集電路，ADS1198是用于生物電信號測量的，低功耗，8通道，16位模擬前端，其功耗為0.55mW/channel，輸入?yún)⒖荚肼暈?2μVPP，輸入偏置電流為200pA，采樣速率為125SPS to 8kSPS，共模抑制比達(dá)到105dB，有很強的抗噪聲能力，溫度范圍在0℃到+70℃之間。

當(dāng)然，這里的信號處理模塊3還可以為其他型號的芯片，本發(fā)明在此不做特別的限定，根據(jù)實際情況來定。

作為一種優(yōu)選地實施例，電源模塊4包括電池。

作為一種優(yōu)選地實施例，電池為鋰電池。

可以理解的是，鋰電池具有體積小,容量大,電壓穩(wěn)定,可以循環(huán)使用,安全性強的優(yōu)點。

當(dāng)然，這里的電池還可以為其他類型的電池，本發(fā)明在此不做特別的限定。

作為一種優(yōu)選地實施例，電源模塊4還包括USB接口，用于通過USB線連接外部電源。

本發(fā)明的電池將裝載在VR眼鏡1內(nèi)部，電源模塊4的作用是給整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定和安全的電壓，這里可穿戴設(shè)備可以采用雙電源供電，雙電源分別為USB和可充電鋰電池，當(dāng)USB線插入時，電源模塊4切斷鋰電池的供電。當(dāng)USB拔走時，系統(tǒng)由鋰電池供電，實現(xiàn)了兩個電源的互為冗余，提高了電源模塊4的穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明提供了一種基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備，包括VR眼鏡，用于接收外部投射的SSVEP刺激范式，向受試者顯示刺激界面；設(shè)置于VR眼鏡上的信號采集模塊、信號處理模塊及電源模塊；信號采集模塊用于采集受試者的腦電信號；信號處理模塊用于對腦電信號進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的腦電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送至上位機，以得到識別結(jié)果；電源模塊用于為VR眼鏡、信號采集模塊及信號處理模塊供電?？梢姡景l(fā)明一方面，采用VR眼鏡來為受試者呈現(xiàn)SSVEP刺激范式的刺激界面，距離近且受自然光的干擾小，從而提高了得到的腦電信號的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高了刺激對人腦的影響的準(zhǔn)確性；另一方面，實現(xiàn)了用于刺激的VR眼鏡和用于采集的信號采集模塊及信號處理模塊的一體化，體積小。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種腦電采集系統(tǒng)，包括上位機，還包括如上述的基于VR技術(shù)和SSVEP的可穿戴設(shè)備。

對于本發(fā)明提供的腦電采集系統(tǒng)的介紹請參照上述實施例，本發(fā)明在此不再贅述。

需要說明的是，在本說明書中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。