本發(fā)明涉及生物電信號檢測及臨床監(jiān)護(hù)設(shè)備，特別是涉及一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

腦電信號采集及刺激已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腦部疾病的診斷治療、情緒調(diào)控、腦-機(jī)接口的發(fā)展、臨床監(jiān)護(hù)等諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)腦電信號采集設(shè)備多使用有線傳輸方式，設(shè)備笨重，設(shè)備間協(xié)同一般都需要同步時序電路，且可監(jiān)測信號頻率在百赫茲左右，應(yīng)用范圍局限大。另外，臨床研究表明特定頻率的電信號刺激有助于某些腦部疾病的診療。但是，目前電刺激診療手段多使用額外設(shè)備，其刺激反饋信號采集需要額外的時序同步才能完成，集成度低，從而導(dǎo)致設(shè)備體積較大，且操作復(fù)雜。

因此，現(xiàn)有的技術(shù)方案無法完全滿足兼容性與便攜性的要求，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊和控制模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括至少兩個用于采集指定位置的生物電信號的電極，所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)存儲模塊與傳輸模塊連接，所述數(shù)據(jù)存儲模塊的輸出端與電刺激模塊的輸入端相連，所述控制模塊分別與數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊和控制模塊均集成在一塊電路板上。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集模塊還包括第一多路選擇器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和至少兩組放大濾波電路，各所述放大濾波電路的輸入端接一電極的輸出端，各所述放大濾波電路的輸出端均與第一多路選擇器的輸入端相連，所述第一多路選擇器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端連接。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括第一SDRAM芯片、第二SDRAM芯片、第三SDRAM芯片和第二多路選擇器，所述第一SDRAM芯片和第二SDRAM芯片的輸入端均連接數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端，所述第一SDRAM芯片和第二SDRAM芯片的輸出端通過第二多路選擇器與傳輸模塊的輸入端連接，所述第三SDRAM芯片的輸入端連接傳輸模塊的輸出端，所述第三SDRAM芯片的輸出端與電刺激模塊的輸入端連接，所述第一SDRAM芯片、第二SDRAM芯片和第三SDRAM芯片均與控制模塊連接。

進(jìn)一步，所述電刺激模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、整形電路和刺激電極，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端連接第三SDRAM芯片的輸出端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與整形電路的輸入端連接，所述整形電路的輸出端與刺激電極的輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與主控模塊連接。

進(jìn)一步，所述控制模塊包括單片機(jī)以及用于為單片機(jī)供電的電源電路。

進(jìn)一步，所述單片機(jī)包括軟件陷波器，所述軟件陷波器用于對第一SDRAM芯片和第二SDRAM芯片存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件陷波。

進(jìn)一步，所述傳輸模塊包括WiFi芯片以及與WiFi芯片相連接的印制天線，所述WiFi芯片分別與數(shù)據(jù)存儲模塊和控制模塊連接。

進(jìn)一步，還包括數(shù)據(jù)接收與配置模塊，所述數(shù)據(jù)接收與配置模塊與傳輸模塊連接。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)接收與配置模塊包括云平臺和數(shù)據(jù)接收端，所述數(shù)據(jù)接收端通過云平臺與傳輸模塊連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊和控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括至少兩個用于采集指定位置的生物電信號的電極，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端相連，數(shù)據(jù)存儲模塊與傳輸模塊連接，數(shù)據(jù)存儲模塊的輸出端與電刺激模塊的輸入端相連，控制模塊分別與數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊連接；數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、傳輸模塊、電刺激模塊和控制模塊均集成在一塊電路板上。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、體積較小、功耗低，實(shí)現(xiàn)生物信號采集與電刺激功能一體化，具有高兼容性、低成本的優(yōu)點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)幀格式。

圖4為本發(fā)明一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

附圖標(biāo)記：1、控制模塊1； 2、數(shù)據(jù)采集模塊2；201、第一放大濾波電路；202、第二放大濾波電路；203、第一多路選擇器；204、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；3、數(shù)據(jù)存儲模塊；301、第一SDRAM芯片；302、第二SDRAM芯片；303、第三SDRAM芯片；304、第二多路選擇器；4、傳輸模塊；5、電刺激模塊；501、數(shù)模轉(zhuǎn)換器；502、整形電路；503、刺激電極。

具體實(shí)施方式

參照圖1，本發(fā)明提供了一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集端包括數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊3、傳輸模塊4、電刺激模塊5和控制模塊1，所述數(shù)據(jù)采集模塊2包括至少兩個用于采集指定位置的生物電信號的電極，所述數(shù)據(jù)采集模塊2的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊3的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)存儲模塊3與傳輸模塊4連接，所述數(shù)據(jù)存儲模塊3的輸出端與電刺激模塊5的輸入端相連，所述控制模塊1分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊3、傳輸模塊4、電刺激模塊5連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊3、傳輸模塊4、電刺激模塊5和控制模塊1均集成在一塊電路板上。本實(shí)施例將控制模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊3、傳輸模塊4和電刺激模塊5均集成在一塊電路板，可以實(shí)現(xiàn)高度集成，減少設(shè)備體積。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，參照圖2，所述數(shù)據(jù)采集模塊2還包括第一多路選擇器203、模數(shù)轉(zhuǎn)換器204和至少兩組放大濾波電路，各所述放大濾波電路的輸入端接一電極的輸出端，各所述放大濾波電路的輸出端均與第一多路選擇器203的輸入端相連，所述第一多路選擇器203的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的輸入端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊3的輸入端連接。圖2中包括第一放大濾波電路201和第二放大濾波電路202，兩者的輸出端均與第一多路選擇器203的輸入端相連，第一多路選擇器203的輸入端具有兩個輸入端口，可以分別接一放大濾波電路的輸出端。

所述放大濾波電路用于將生物電信號預(yù)處理到適于模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的幅值，所述第一多路選擇器203用于切換多路生物電信號數(shù)據(jù)的采集通道，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器204用于將生物電信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述數(shù)據(jù)存儲模塊3包括第一SDRAM芯片301、第二SDRAM芯片302、第三SDRAM芯片303和第二多路選擇器，所述第一SDRAM芯片301和第二SDRAM芯片302的輸入端均連接數(shù)據(jù)采集模塊2的輸出端，所述第一SDRAM芯片301和第二SDRAM芯片302的輸出端通過第二多路選擇器與傳輸模塊4的輸入端連接，所述第三SDRAM芯片303的輸入端連接傳輸模塊4的輸出端，所述第三SDRAM芯片303的輸出端與電刺激模塊5的輸入端連接，所述第一SDRAM芯片301、第二SDRAM芯片302和第三SDRAM芯片303均與控制模塊1連接。所述第一SDRAM芯片301和第二SDRAM芯片302用于存儲數(shù)據(jù)采集模塊2采集的數(shù)據(jù)幀，所述第三SDRAM芯片303用于存儲刺激波形數(shù)據(jù)，所述第二多路選擇器用于切換對第一SDRAM芯片301和第二SDRAM芯片302的數(shù)據(jù)讀寫。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電刺激模塊5包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器501、整形電路502和刺激電極503，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器501的輸入端連接第三SDRAM芯片303的輸出端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器501的輸出端與整形電路502的輸入端連接，所述整形電路502的輸出端與刺激電極503的輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器501與主控模塊連接。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器501用于數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，所述整形電路502用于把數(shù)模轉(zhuǎn)換器501的輸出波形調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆翟佥敵觥?/p>

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述控制模塊1包括單片機(jī)以及用于為單片機(jī)供電的電源電路。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述單片機(jī)包括軟件陷波器，所述軟件陷波器用于對第一SDRAM芯片301和第二SDRAM芯片302存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件陷波，即通過軟件的方式進(jìn)行軟件陷波，可以減少電路體積。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述傳輸模塊4包括WiFi芯片以及與WiFi芯片相連接的印制天線，所述WiFi芯片分別與數(shù)據(jù)存儲模塊3和控制模塊1連接。WiFi芯片用于配置指令的接收、自定義刺激波形數(shù)據(jù)的接收和采集數(shù)據(jù)的發(fā)送，印制天線用于增強(qiáng)WiFi芯片的傳輸信號；WiFi芯片與控制模塊1雙向連接。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，還包括數(shù)據(jù)接收與配置模塊，所述數(shù)據(jù)接收與配置模塊與傳輸模塊4連接。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，參照圖4，所述數(shù)據(jù)接收與配置模塊包括云平臺和數(shù)據(jù)接收端，所述數(shù)據(jù)接收端通過云平臺與傳輸模塊4連接。云平臺用于構(gòu)建采集系統(tǒng)與用戶端的交互、數(shù)據(jù)存儲及后期處理，數(shù)據(jù)接收端用于發(fā)送配置指令和接收處理完畢的數(shù)據(jù)供查看。數(shù)據(jù)接收端通過云平臺發(fā)送指令給單片機(jī)配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的采樣率、配置數(shù)模轉(zhuǎn)換器501的轉(zhuǎn)換速率、配置數(shù)據(jù)幀編碼格式、配置自定義點(diǎn)刺激波形及頻率等。

參見圖3，圖3是為實(shí)現(xiàn)單模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多通道采樣而配置的特殊幀數(shù)據(jù)格式。在第一多路選擇器203控制下對兩路信號進(jìn)行采樣，把經(jīng)由第一放大濾波電路201與第二放大濾波電路202處理的信號輪流采樣，交錯存放，在云平臺實(shí)現(xiàn)通道數(shù)據(jù)分離，圖3中分別用采樣201數(shù)據(jù)和采樣202數(shù)據(jù)表示第一放大濾波電路201與第二放大濾波電路202處理后的信號格式。

下面結(jié)合說明書附圖和詳細(xì)實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一

參照圖1~4，本發(fā)明的第一實(shí)施例：

本實(shí)施例的一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、云平臺、數(shù)據(jù)接收端構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集端由控制模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、數(shù)據(jù)存儲模塊3、傳輸模塊4、電刺激模塊5構(gòu)成。

數(shù)據(jù)采集模塊2通過放大濾波電路將電極采集到的信號進(jìn)行放大，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器204將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送入數(shù)據(jù)存儲模塊3。并且，控制模塊1將數(shù)據(jù)存儲模塊3中的數(shù)據(jù)讀出，進(jìn)行軟件陷波后發(fā)回數(shù)據(jù)存儲模塊3，再通過傳輸模塊4完成數(shù)據(jù)進(jìn)機(jī)。

本實(shí)施例的控制模塊1在電路結(jié)構(gòu)上包括單片機(jī)、時鐘電路和電源電路。本實(shí)施例的單片機(jī)具有整個系統(tǒng)的控制調(diào)度功能且包含一個軟件陷波器，此軟件陷波器對數(shù)據(jù)存儲模塊3的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件陷波并寫回數(shù)據(jù)存儲模塊3。

本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊2在電路結(jié)構(gòu)上包括兩組放大濾波電路、第一多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊2包含兩個數(shù)據(jù)通道：第一放大濾波電路201，第二放大濾波電路202。由第一多路選擇器203控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器204進(jìn)行采樣，形成數(shù)據(jù)幀，實(shí)現(xiàn)單個模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的多通道采樣。

本實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲模塊3在電路結(jié)構(gòu)上包含第二多路選擇器304和三個DDR-III芯片：第一SDRAM芯片301、第二SDRAM芯片302、第三SDRAM芯片303。第一SDRAM芯片與第二SDRAM芯片接收來自數(shù)據(jù)采集模塊2的數(shù)據(jù)以及經(jīng)過軟件陷波器處理過的數(shù)據(jù)。第三SDRAM芯片303接收來自傳輸模塊4的刺激波形數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例的傳輸模塊4在電路結(jié)構(gòu)上包含WiFi芯片及印制天線，完成與云平臺的通信。

本實(shí)施例的傳輸模塊5在電路結(jié)構(gòu)上包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器501、整形電路502和刺激電極503。數(shù)模轉(zhuǎn)換器根據(jù)數(shù)據(jù)存儲模塊3的第三SDRAM芯片303接收來自數(shù)據(jù)接收與配置模塊的配置數(shù)據(jù)，生成電刺激波形，經(jīng)過整形后達(dá)到要求，通過刺激電極503施加到被施加部位。

本實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收與配置模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集端的參數(shù)配置、波形數(shù)據(jù)配置和采樣結(jié)果顯示。云平臺完成采樣數(shù)據(jù)的存儲及后期處理。

本實(shí)施例一種生物信號采集及刺激系統(tǒng)的工作原理為：

數(shù)據(jù)采集模塊2中的放大濾波電路完成對電極信號的預(yù)處理，控制模塊1通過第一多路選擇器203控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器204按一定時序輪流采集信號并存入第一SDRAM芯片301，單片機(jī)讀取第一SDRAM芯片301的數(shù)據(jù)，完成信號的數(shù)字陷波并告知控制模塊1；傳輸模塊4對第一SDRAM芯片301的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送完后告知控制模塊1； 進(jìn)行第二SDRAM芯片302的數(shù)據(jù)存入及數(shù)字陷波，并告知控制模塊1；傳輸模塊4對第二SDRAM芯片302的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送并告知控制模塊1；進(jìn)行第一SDRAM芯片301的數(shù)據(jù)存入及數(shù)字陷波，并告知控制模塊1。

云平臺接收并存儲來自數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)。根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的算法，云平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，并將結(jié)果發(fā)給數(shù)據(jù)接收端。數(shù)據(jù)接收端通過云平臺發(fā)送的電刺激預(yù)設(shè)波形數(shù)據(jù)通過傳輸模塊4存入第三SDRAM芯片303，數(shù)模轉(zhuǎn)換器501對其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，隨即整形為適用波形。

電刺激模塊5在預(yù)定時間對指定部位進(jìn)行預(yù)設(shè)波形的電刺激，數(shù)據(jù)采集模塊2在控制模塊1的調(diào)度下，在指定時間內(nèi)采集生物電信號并發(fā)送給數(shù)據(jù)接收端。數(shù)據(jù)接收端可以是電腦、上位機(jī)或服務(wù)器等。

實(shí)際應(yīng)用中，僅應(yīng)用圖1中的數(shù)據(jù)采集端也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的生物信號采集及刺激功能，可根據(jù)實(shí)際需要選擇是否配置云平臺和數(shù)據(jù)接收端。

本實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、針對與其他設(shè)備協(xié)同需要額外的時序同步電路問題，設(shè)計了基于雙緩存架構(gòu)的異步“乒乓”數(shù)據(jù)吞吐機(jī)制，在緩存新采到的數(shù)據(jù)同時進(jìn)行上次采集數(shù)據(jù)的傳輸，使前端采集與后端數(shù)據(jù)進(jìn)機(jī)之間不需要時序同步電路，提高了采樣數(shù)據(jù)與終端設(shè)備接入技術(shù)手段匹配的兼容性。保證系統(tǒng)工作在異步機(jī)制的情況下仍然能夠完成連續(xù)不間斷的監(jiān)測。

2、設(shè)計了刺激與采集協(xié)同機(jī)制，上位機(jī)通過比對歷史腦電信號，確定需要介入刺激的時間點(diǎn)及采樣反饋信號的時間點(diǎn)，或者自定義。

3、設(shè)計了可調(diào)的采樣率，用軟件陷波方式替代傳統(tǒng)的硬件濾波方式，提高迭代階數(shù)，換取帶外抑制率性能提升，進(jìn)一步減小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)體積與成本。

4、依托云平臺強(qiáng)大的存儲及計算資源，進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積、功耗與成本。

通過以上優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了生物信號采集與電刺激功能一體化，具有高兼容性、低成本的優(yōu)點(diǎn)，可以便攜攜帶，便于推廣應(yīng)用。

以上實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。