一種無線腦電采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種無線腦電采集裝置，屬于腦電信號采集技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]腦-機接口是國際重大前沿研究和應用熱點，其中基于運動想象腦電的腦-機接口是一類非常重要的腦-機接口。
[0003]基于運動想象(Motor imagery，MI)腦電的BCI是一類非常重要的BCI，通常報道的“意念移物”或“意念控制”或“思維控制”主要是指基于MI的BCI。該類BCI可直接由腦信號重建運動控制，可以戰(zhàn)略性地用于軍事目的，也可為嚴重運動殘疾人和正常人提供輔助控制，從而改善他們的生活質(zhì)量。該類BCI具有重要的應用前景和經(jīng)濟意義。
[0004]在基于運動想象(MI)腦電的BCI中MI是一種心理活動，是實際運動過程在心理的模擬、回憶或運動感覺的心理排演過程但不發(fā)生實際運動。若干研究已表明想象的運動和實際運動共享類似的神經(jīng)機制，它們都激活運動功能相關(guān)的腦區(qū)。迄今為止的腦-機接口研究已經(jīng)把運動想象作為一種重要范式用于腦-機交互。為此，基于運動想象腦電的腦-機接口需要專門的腦電信號采集裝置，從而實現(xiàn)該類BCI與外部設備的控制和通信。
[0005]綜上所述，基于運動想象腦電的BCI系統(tǒng)是一類極為重要的BCI系統(tǒng)，它可以通過想象實現(xiàn)直接與外部世界的控制與通信，提高嚴重運動殘疾人和正常人的生活質(zhì)量。針對目前尚沒有專門面向運動想象腦電BCI的采集系統(tǒng)和識別算法，本實用新型基于運動想象腦電的BCI腦電采集系統(tǒng)進行創(chuàng)意設計以解決實際應用的需要，可以為推動該類BCI系統(tǒng)走向?qū)嶋H運用打下堅實的基礎(chǔ)。因此，具有潛在的使用價值和經(jīng)濟意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:本實用新型提供一種無線腦電采集裝置，針對現(xiàn)有腦電采集裝置中缺少專門應用于運動想象腦電采集裝置的不足，對特定運動想象區(qū)的腦電進行相應頻段(0.1Hz-1OOHz)的提取，對后續(xù)的腦電特征提取和模式分類具有較大幫助。
[0007]本實用新型技術(shù)方案是:一種無線腦電采集裝置，包括腦電電極1、腦電信號預處理電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、邏輯控制電路4、無線發(fā)射電路5、無線接收電路6、外同步TTL電路7和接收顯示裝置8 ;所述腦電電極I的個數(shù)為大于等于四，所述腦電電極I為干電極，每個腦電電極I 一對一的與腦電信號預處理電路2連接；所述腦電信號預處理電路2包括信號放大電路和濾波電路；腦電信號預處理電路2用于將所述腦電電極I采集的腦電信號進行放大和濾波；所述腦電信號預處理電路2與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3連接，所述邏輯控制電路4分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、外同步TTL電路7和無線發(fā)射電路5 ;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3用于將腦電信號預處理電路2放大和濾波后的腦電信號轉(zhuǎn)換成腦電數(shù)字信號；所述邏輯控制電路4接收所述外同步TTL電路7的觸發(fā)信號后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3對所述腦電電極I進行信號采集，腦電數(shù)字信號在所述邏輯控制電路4內(nèi)緩沖打包后經(jīng)無線發(fā)射電路5和無線接收電路6傳遞至接收顯示裝置8 ;所述外同步TTL電路7對所述邏輯控制電路4發(fā)出觸發(fā)信號；所述接收顯示裝置8接收腦電數(shù)字信號，進行相應的波形顯示、數(shù)據(jù)存儲。
[0008]所述腦電電極I為微針式干電極。
[0009]所述腦電信號預處理電路2所包含的信號放大電路采用一級放大電路21、二級放大電路23、三級放大電路26，此三個放大電路均使用差動放大電路用于將腦電信號放大。
[0010]所述腦電信號預處理電路2所包含的濾波電路采用低通濾波電路24、高通濾波電路22、50Hz工頻濾波電路25用于實現(xiàn)信號的預處理；
[0011]所述低通濾波電路24采用10Hz低通濾波電路，10Hz低通濾波電路采用四階巴特沃斯低通濾波電路；
[0012]所述高通濾波電路22采用0.1Hz高通濾波電路，0.1Hz高通濾波電路采用RC高通濾波電路用于過濾頻率高于0.1Hz的腦電信號；
[0013]所述50Hz工頻濾波電路25為VCVS帶阻濾波電路用于過濾50Hz工頻干擾。
[0014]所述無線發(fā)射電路5和無線接收電路6采用無線射頻發(fā)射接收電路。
[0015]所述邏輯控制電路4由DSP芯片實現(xiàn)。
[0016]所述接收顯示裝置8可采用基于MATLAB的BCILAB平臺的計算機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，BCILAB是MATLAB的一個工具箱，是一種專門用于設計、測試、實驗和評估腦_機接口的平臺，內(nèi)含有多種腦電數(shù)據(jù)處理算法，如腦電數(shù)據(jù)預處理算法、特征提取算法和模式分類算法等，可以進行腦電數(shù)據(jù)的分析與處理。
[0017]本實用新型的工作過程是:
[0018]使用時，首先，選用N個腦電電極，假如選用4個腦電電極I，先把這4個腦電電極I置于運動感覺區(qū)，包含C3、C4、CZ、FCZ四處，C3、C4、CZ、FCZ為國際規(guī)定的10-20國際體系中的頭部相關(guān)區(qū)域，CZ為頭部中央?yún)^(qū)，C3位于CZ左側(cè)，稱為左中央，(?位于CZ右側(cè),稱為右中央，F(xiàn)CZ為CZ前側(cè)10%處；
[0019]給予對外同步TTL電路7—個外部觸發(fā)(即人為的打開對外同步TTL電路7)，外同步TTL電路7對邏輯控制電路4發(fā)出觸發(fā)信號，之后模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3對腦電電極I進行腦電信號采集；
[0020]外同步TTL電路7有兩種使用方式:A、分別設置每個外同步TTL電路，使其在同一時刻對邏輯控制電路4發(fā)出采集指令；B、N個可并聯(lián)擴展多通道腦電采集裝置中的外同步TTL電路使用一個總的觸發(fā)開關(guān)，對N個外同步TTL電路進行控制；
[0021]腦電信號經(jīng)腦電信號預處理電路2完成腦電信號的放大與濾波。腦電信號預處理電路2包含一級放大電路21、二級放大電路23、三級放大電路26、高通濾波電路22、低通濾波電路24和50Hz工頻濾波電路25，如圖2。腦電信號經(jīng)第一級放大電路21放大100倍，通過高通濾波電路22過濾掉低于0.1Hz的頻段。腦電信號再經(jīng)第二級放大電路23放大50倍，通過低通濾波電路24過濾掉高于10Hz的頻段，經(jīng)50Hz工頻濾波電路25 (如圖3)過濾掉50Hz工頻干擾。腦電信號經(jīng)第三級放大電路26放大10倍后傳遞至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3。經(jīng)腦電信號預處理電路2的腦電信號放大了 50000倍，頻率在0.1Hz至10Hz之間，并去除了 50Hz工頻干擾；
[0022]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3采用TI公司的TLV2544芯片，將放大和濾波后的腦電信號轉(zhuǎn)換成腦電數(shù)字信號，傳輸至邏輯控制電路4 ;
[0023]邏輯控制電路4接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的腦電數(shù)字信號。腦電數(shù)字信號在邏輯控制電路4中緩沖打包，經(jīng)無線發(fā)射電路5和無線接收電路6傳輸后，發(fā)送給接收顯示裝置8 ；
[0024]接收顯示裝置8應用基于MATLAB的BCILAB平臺，接收由無線發(fā)射電路5和無線接收電路6傳輸?shù)哪X電數(shù)據(jù)，應用其內(nèi)部已有算法進行數(shù)據(jù)分析與處理。BCILAB是MATLAB的一個工具箱，是一種專門用于設計、測試、實驗和評估腦-機接口的平臺，內(nèi)含有多種腦電數(shù)據(jù)處理算法，如腦電數(shù)據(jù)預處理算法、特征提取算法和模式分類算法等，可以進行腦電數(shù)據(jù)的分析與處理；
[0025]本實用新型的有益效果是:此裝置對特定運動想象區(qū)的腦電進行采集，并對其進行處理和相應頻段的提取，更加適用于運動想象的腦電信號研究；通過本裝置對運動想象腦電進行采集，對后續(xù)的腦電特征提取和模式分類具有較大幫助；同時，本裝置體積小，便攜性好，具有較完善的腦電采集傳輸功能。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實用新型腦電信號預處理電路示意圖；
[0028]圖3是本實用新型50Hz工頻濾波電路原理圖。
[0029]圖1-3中各標號:1-腦電電極，2_腦電/[目號預處理電路,21- —級放大電路，22-聞通濾波電路，23- 二級放大電路，24-低通濾波電路，25-50Hz工頻濾波電路，26-三級放大電路，3-模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，4-邏輯控制電路，5-無線發(fā)射電路，6-無線接收電路，7-外同步TTL電路，8-接收顯示裝置。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
[0031]實施例1:如圖1-3所示，一種無線腦電采集裝置，包括腦電電極1、腦電信號預處理電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、邏輯控制電路4、無線發(fā)射電路5、無線接收電路6、外同步TTL電路7和接收顯示裝置8 ;所述腦電電極I的個數(shù)為大于等于四，所述腦電電極I為干電極，每個腦電電極I 一對一的與腦電信號預處理電路2連接；所述腦電信號預處理電路2包括信號放大電路和濾波電路；腦電信號預處理電路2用于將所述腦電電極I采集的腦電信號進行放大和濾波；所述腦電信號預處理電路2與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3連接，所述邏輯控制電路4分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、外同步TTL電路7和無線發(fā)射電路5 ;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3用于將腦電信號預處理電路2放大和濾波后的腦電信號轉(zhuǎn)換成腦電數(shù)字信號；所述邏輯控制電路4接收所述外同步TTL電路7的觸發(fā)信號后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3對所述腦電電極I進行信號采集，腦電數(shù)字信號在所述邏輯控制電路4內(nèi)緩沖打包后經(jīng)無線發(fā)射電路5和無線接收電路6傳遞至接收顯示裝置8 ;所述外同步TTL電路7對所述邏輯控制電路4發(fā)出觸發(fā)信號；所述接收顯示裝置8接收腦電數(shù)字信號，進行相應的波