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)，由感應腦電信號的傳感器模塊、進行信號放大與調(diào)制的腦電信號調(diào)理設備和進行信號采集與存儲的處理設備依次連接而成；腦電信號調(diào)理設備由能量模塊分別與腦電信號放大模塊、信號調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號放大模塊相連，信號調(diào)制模塊與處理設備相連；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。信號采集與設備供電通過處理設備上的音頻通道完成，無需專用設備。
【專利說明】一種腦電圖采集處理系統(tǒng)

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

【背景技術】
[0002]神經(jīng)科學研究顯示，在大腦產(chǎn)生意識之后和動作執(zhí)行之前，神經(jīng)系統(tǒng)電活動會發(fā)生相應改變。通過對信號進行分類識別，分辨出弓I發(fā)腦電變化的動作意圖，把人的思維活動轉(zhuǎn)變成命令信號驅(qū)動外部設備，實現(xiàn)在沒有肌肉和外圍神經(jīng)直接參與的情況下人腦對外部環(huán)境的控制，這就是腦機接口(brain-computer interface, BCI)的基本工作原理,腦機接口是一種全新的通信方式。
[0003]人的大腦，特別是皮層細胞，存在著頻繁的自發(fā)電活動，無需任何外界刺激。從腦電極記錄到的電位是對腦部大量神經(jīng)元活動的反應，低至微伏級，這種電活動的電位隨時間的波動成為腦電圖(Electroencephalograph, EEG)。EEG反應了大腦組織的電活動及大腦的功能狀態(tài)，在理論上腦的感覺、運動及認知意識在自發(fā)EEG中是可辨識的，因此EEG成為BCI研究的首選工具，通過識別這種意圖，將之表達為對外部設備的直接控制。
[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胞的電活動引出來并經(jīng)腦電圖機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)過訓練的專業(yè)人員操作。
[0005]實用新型專利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計，但所采用的測量方法仍然是傳統(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量方法，采用入耳式設計，可與音頻耳塞合為一體，使用處理設備如智能手機的音頻通道進行信號采集，使用極為便利。
[0006]現(xiàn)有設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)從其他設備取電的方法為設備供電，使用不便、增加設備重量并增加成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，由感應腦電信號的傳感器模塊、進行信號放大與調(diào)制的腦電信號調(diào)理設備和進行信號采集與存儲的處理設備依次連接而成；腦電信號調(diào)理設備由能量模塊分別與腦電信號放大模塊、信號調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號放大模塊相連，信號調(diào)制模塊與處理設備相連；其特征在于傳感器模塊為入耳式電極。
[0009]所述處理設備由音頻輸入通道、音頻輸出通道、信號解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和單頻信號發(fā)生模塊組成；音頻輸入通道、信號解調(diào)模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊依次相連，單頻信號發(fā)生模塊與音頻輸出通道相連；信號調(diào)制模塊與處理設備的音頻輸入通道相連；所述能量模塊與處理設備的音頻輸出通道相連。
[0010]上述腦電信號放大模塊中，腦電信號放大模塊含有放大器，放大器采用低功耗信號放大器，腦電信號經(jīng)差分放大電路進行前置放大，到達調(diào)制模塊，經(jīng)過調(diào)制模塊將腦電信號由O-1OOHz調(diào)制到高頻段，再經(jīng)處理設備的音頻輸入通道到達信號解調(diào)模塊。
[0011]上述能量模塊提供腦電信號放大模塊以及信號調(diào)制模塊所需電能的功能。能量模塊通過收集存儲音頻輸出通道輸出音頻信號時所產(chǎn)生的電能，為腦電信號放大模塊以及信號調(diào)制模塊供電。在音頻輸出通道無音頻信號輸出時，通過處理設備的單頻信號發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號進行供電。
[0012]上述音頻輸出可同時與入耳式耳機相連接，音頻輸出模塊輸出音頻信號，傳輸入耳式耳機，通過耳機播放音樂等音頻信號。
[0013]上述處理設備對通過音頻輸入通道所獲得的調(diào)制信號進行解調(diào)，得到腦電圖信號，使用數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲。
[0014]本發(fā)明專利利用處理設備上的音頻接口，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。信號采集與設備供電通過處理設備上的音頻通道完成，無需專用設備。

【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為腦電信號處理設備軟件流程功能框圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施作進一步說明:
[0019]如圖1所示，本發(fā)明包括傳感器模塊、腦電信號調(diào)理設備、處理設備三個部分，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；金屬電極將感應到的微弱腦電信號傳輸給腦電信號放大器進行放大。腦電信號調(diào)理設備包括腦電信號放大模塊、信號調(diào)制模塊、能量模塊；處理設備包含音頻輸入通道、音頻輸出通道與信號解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和單頻信號發(fā)生模塊。處理設備包括但不限于:智能手機，平板電腦，計算機或類似的具有計算功能的自制設備以及軟件。
[0020]圖1中的腦電信號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放大。腦電信號放大模塊應滿足高輸入阻抗，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能量進行供電，因此腦電信號放大模塊采用具有低功耗特點的放大器件。
[0021]信號調(diào)制模塊解決腦電信號的調(diào)制問題，以便于腦電信號的傳輸與處理。圖1中的腦電信號放大模塊輸出的腦電信號主要能量集中在O-1OOHz范圍內(nèi)，音頻信號采集通道可接收的頻率范圍約在20-20000HZ，因此腦電信號放大模塊輸出的腦電信號不能直接傳輸?shù)教幚碓O備的音頻輸入模塊進行信號采集，需要經(jīng)過信號調(diào)制模塊將腦電信號調(diào)制到高頻段(如10000Hz)再傳輸?shù)教幚碓O備的音頻輸入通道。選用低功耗的頻率調(diào)制器，使得高頻振蕩信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而振幅保持恒定，抗干擾能力強。信號調(diào)制模塊應滿足低功耗、高效率、穩(wěn)定性強的特點。
[0022]圖1中的能量模塊提供腦電信號放大模塊以及信號調(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，通過整流二極管連接儲能電容。在整流二極管導通期，對儲能電容充電；而在整流二極管截止期，電容為腦電信號放大模塊以及信號調(diào)制模塊供電，如此保證供電輸出的連續(xù)性。采用電容存儲釋放電能是為了設備的便攜、便捷，不需外置電源。在音頻輸出模塊無音頻信號輸出時，通過處理設備的單頻信號發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號進行供電。
[0023]處理設備中的信號解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和單頻信號發(fā)生模塊可用軟件實現(xiàn)，如圖2所示。該軟件的基本功能包括信號解調(diào)、數(shù)據(jù)存儲以及產(chǎn)生單頻信號，其擴展功能還可包括腦電信號分析、軟件控制等功能。
[0024]軟件首先進行處理設備的初始化，再判斷當前音頻輸出通道是否有信號輸出，如沒有則通過單頻信號發(fā)生模塊產(chǎn)生單頻信號，從音頻輸出通道輸出，為腦電信號調(diào)理設備供電；其次，啟動音頻輸入通道采集腦電信號調(diào)理設備傳入的經(jīng)頻率調(diào)制的腦電信號，使用信號解調(diào)模塊進行解調(diào)，得到真實的腦電圖信號，并進行存儲。
[0025]上述軟件還可對解調(diào)后的腦電信號進行特征提取，分辨出引發(fā)腦電變化的動作意圖或情緒變化，并可據(jù)此進行相應的軟件功能控制。
[0026]其中軟件功能控制可應用于如下場景:佩戴裝置聽音樂時，根據(jù)采集的腦電圖分析當前情緒與音樂是否匹配恰當，智能切換歌曲；睡眠時使用上述裝置，可以利用上述裝置分析當前睡眠深度，判斷當前音量與歌曲風格是否合適，智能調(diào)節(jié)音量、切換歌曲風格。
[0027]最后說明的是，以上結(jié)合附圖所描述的實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而并非本發(fā)明的保護范圍的限定，任何基于本發(fā)明精神所做的改進或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，由感應腦電信號的傳感器模塊、進行信號放大與調(diào)制的腦電信號調(diào)理設備和進行信號采集與存儲的處理設備依次連接而成；腦電信號調(diào)理設備由能量模塊分別與腦電信號放大模塊、信號調(diào)制模塊相連組成；傳感器模塊與腦電信號放大模塊相連，信號調(diào)制模塊與處理設備相連；其特征在于傳感器模塊為入耳式電極。
2.根據(jù)權利要求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備由音頻輸入通道、音頻輸出通道、信號解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和單頻信號發(fā)生模塊組成；音頻輸入通道、信號解調(diào)模塊與數(shù)據(jù)存儲模塊依次相連，單頻信號發(fā)生模塊與音頻輸出通道相連；信號調(diào)制模塊與處理設備的音頻輸入通道相連；所述能量模塊與處理設備的音頻輸出通道相連。
3.根據(jù)權利要求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放大模塊含有放大器，放大器米用低功耗信號放大器，信號調(diào)制模塊將腦電信號由O-lOOHz調(diào)制到高頻段，再經(jīng)處理設備的音頻輸入通道到達信號解調(diào)模塊。
4.根據(jù)權利要求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放大模塊以及信號調(diào)制模塊所需電能的功能，能量模塊通過收集存儲音頻輸出通道輸出音頻信號時所產(chǎn)生的電能，為腦電信號放大模塊以及信號調(diào)制模塊供電，在音頻輸出通道無音頻信號輸出時，通過處理設備的單頻信號發(fā)生模塊發(fā)送單頻信號進行供電。
5.根據(jù)權利要求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與入耳式耳機相連接，音頻輸出模塊輸出音頻信號，傳輸入耳式耳機，通過耳機播放音頻信號。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種腦電圖采集處理系統(tǒng)，其特征在于處理設備對通過音頻輸入通道所獲得的調(diào)制信號進行解調(diào)，得到腦電圖信號，使用數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲。
【文檔編號】A61B5/0476GK104257380SQ201410568640
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權日:2014年10月22日
【發(fā)明者】馬千里, 劉賜民, 劉向, 胡棟, 王俊 申請人:南京郵電大學