CN105326499B - 一种便携式脑电采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式脑电采集方法，其采用便携式脑电采集系统进行采集，包括以下步骤：(1)采集脑电信号；(2)应用离散小波变换对采集到的脑电信号进行小波分解，得到小波系数，仅对低频段的小波系数做特定的阈值处理，对处理之后的小波系数进行小波重构，提取出眼电参考信号；(3)将所述眼电参考信号作为自适应滤波器的参考输入，将未处理的脑电信号作为自适应滤波器的原始输入，输出去除眼电噪声后的脑电信号。本发明可避免电极接触阻抗的干扰，有效去除噪声，眼电噪声的去除基于离散小波变换和自适应噪声抵消改进的算法。
Description
技术领域
本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种便携式脑电采集方法。
背景技术
人类对脑活动的研究由来已久。1924年，德国精神病学家H.Berger第一次发现并记录到癫痫病人头皮上有规则的电活动，并于1929年，针对人类脑电信号(electroencephalogram,EEG)做了整体性描述报告，揭开了人类脑电活动研究的序幕；随后在1935年，Gibbs等人将脑电研究引入到癫痫病的诊断中；1937年，致力于生物学研究的Hoagland分析了不同新陈代谢强度下人体脑电信号的变化；1972年，针对脑电波研究，A.Beck发表了相关的学术论文，使脑电活动研究迅速进入高潮。
EEG成为诊断脑相关疾病的有用手段，如癫痫，睡眠障碍，精神障碍等。然而，脑电活性的测量历来需要复杂和昂贵的设备，并且需要受过专业训练的员工操作，考虑到EEG信号是非常微弱(uv级电压)，容易受到噪声污染，因此医院采集EEG信号，需要在屏蔽环境下进行采集。
近年来，脑电活动已广泛应用于体育训练，思维控制技术和个性化的医疗保健等领域。在这样的应用中，便携式脑电采集生物传感器成为必然，因此，便携式脑电生物传感器应达到高效与便携性，易用性，并适合于复杂的环境。
医院用的脑电采集仪，需要专人操作，而且需要屏蔽环境。而便携式产品中，EPOC采用的是湿电极，电极数为14个，不容易本人操作，NIA虽然采用了干电极，但其传送方式为有线，Mindset为单电极耳机。因此现有技术上，主要缺点归结为：1.医用脑电采集仪，设备复杂，成本高，需要专人负责采集。2便携式脑电采集仪，脑电采集电极的个数、位置不确定，脑电采集电极和传输数据的方式，以及成本和应用领域都不同，最主要就是功耗比较大，不能连续使用，A/D转换位数低。
发明内容
本发明的目的之一是为解决现有技术的难题，提供一种准确的便携式脑电采集方法。
本发明提供一种便携式脑电采集方法，采用便携式脑电采集系统进行采集，包括以下步骤：
(1)采集脑电信号；
(2)应用离散小波变换对采集到的脑电信号进行小波分解，得到小波系数，仅对低频段的小波系数做特定的阈值处理，对处理之后的小波系数进行小波重构，提取出眼电参考信号；
(3)将所述眼电参考信号作为自适应滤波器的参考输入，将未处理的脑电信号作为自适应滤波器的原始输入，输出去除眼电噪声后的脑电信号；
其中所述便携式脑电采集系统包括采集电极及信号处理系统，所述信号处理系统包括微控制器、输入滤波器、静电保护单元、仪表放大器、模数转换器、存储模块、射频收发器、电源管理系统及显示输入模块；采集电极、输入滤波器、静电保护单元、仪表放大器、模数转换器依次相连，微控制器连接模数转换器、存储模块、射频收发器、电源管理系统及显示输入模块；所述电源管理系统包括电源模块、程序存储单元及感应涡流充电电路；所述显示输入模块包括状态显示灯及按钮配置单元。
进一步的，所述仪表放大器采用型号为ADS1298 8通道仪表放大器。
进一步的，所述微控制器采用型号为STM32F101的32位ARM微控制器。
进一步的，所述存储模块采用32MB存储空间的闪存。
进一步的，所述射频收发器采用蓝牙2.0。
本发明的有益效果在于，本发明提供的便携式脑电采集系统电极被放置于Fp1，FpZ和FP2位于前额的位置，不受头发的干扰，因此可以使用医用贴式湿电极，从而避免电极接触阻抗的干扰。该设计主要采用低功耗器件设计，传输方式采用蓝牙2.0，并配有电源管理系统，可以监测电源的状态，在噪声去除上，工频干扰采用陷波器完成，眼电噪声的去除基于离散小波变换和自适应噪声抵消改进的算法。
附图说明
图1所示为本发明便携式脑电采集系统的模块图。
图2所示为本发明便携式脑电采集方法的流程图。
图3所示为本发明便携式脑电采集系统的主视图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
如图1及图3所示，本发明的便携式脑电采集系统，包括：采集电极100及信号处理系统200；采集电极100包括：Fp2电极1、FpZ电极2、Fpl电极3及参考电极4；参考电极4的两级分别连至BIAS口及COM口。信号处理系统200包括：微控制器210、输入滤波器220、静电保护单元230、仪表放大器240、模数转换器250、存储模块260、射频收发器270、电源管理系统280及显示输入模块290；采集电极100、输入滤波器220、静电保护单元230、仪表放大器240及模数转换器250依次相连；微控制器210连接模数转换器250、存储模块260、射频收发器270、电源管理系统280及显示输入模块290；电源管理系统280包括：电源模块281、程序存储单元282及感应涡流充电电路283；显示输入模块290包括：状态显示灯291及按钮配置单元292，按钮配置单元292包括开关键5及复位键6。
进一步的，仪表放大器240采用型号为ADS1298的8通道仪表放大器。
进一步的，微控制器210采用型号为STM32F101的32位ARM微控制器。
进一步的，存储模块260采用32MB存储空间的闪存。
进一步的，射频收发器270采用蓝牙2.0。
如图2所示，本发明信号处理流程为：首先应用离散小波变换对采集到的脑电信号进行小波分解，得到小波系数；由于眼电频率较低，所以仅对低频段的小波系数做特定的阈值处理，然后对处理之后的小波系数进行小波重构，从而提取出眼电参考信号；最后，将提取到的眼电参考信号作为自适应滤波器的参考输入，将未处理的脑电信号作为自适应滤波器的原始输入，这样系统的输出就得到了去除眼电噪声后的干净的脑电信号。
本发明的便携式脑电采集系统电极被放置于Fp1，FpZ和Fp2位于前额的位置，不受头发的干扰，因此可以使用医用贴式湿电极，从而避免电极接触阻抗的干扰。该设计主要采用低功耗器件设计，传输方式采用蓝牙2.0，并配有电源管理系统280，可以监测电源的状态，在噪声去除上，工频干扰采用陷波器完成，眼电噪声的去除基于离散小波变换和自适应噪声抵消改进的算法。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (5)
1.一种便携式脑电采集方法，其特征在于，采用便携式脑电采集系统进行采集，包括以下步骤：
(1)采集脑电信号；
(2)应用离散小波变换对采集到的脑电信号进行小波分解，得到小波系数，仅对低频段的小波系数做特定的阈值处理，对处理之后的小波系数进行小波重构，提取出眼电参考信号；
(3)将所述眼电参考信号作为自适应滤波器的参考输入，将未处理的脑电信号作为自适应滤波器的原始输入，输出去除眼电噪声后的脑电信号；
其中所述便携式脑电采集系统包括采集电极及信号处理系统，所述信号处理系统包括微控制器、输入滤波器、静电保护单元、仪表放大器、模数转换器、存储模块、射频收发器、电源管理系统及显示输入模块；采集电极、输入滤波器、静电保护单元、仪表放大器、模数转换器依次相连，微控制器连接模数转换器、存储模块、射频收发器、电源管理系统及显示输入模块；所述电源管理系统包括电源模块、程序存储单元及感应涡流充电电路；所述显示输入模块包括状态显示灯及按钮配置单元。
2.根据权利要求1所述的一种便携式脑电采集方法，其特征在于，所述仪表放大器采用型号为ADS1298的8通道仪表放大器。
3.根据权利要求1所述的一种便携式脑电采集方法，其特征在于，所述微控制器采用型号为STM32F101的32位ARM微控制器。
4.根据权利要求1所述的一种便携式脑电采集方法，其特征在于，所述存储模块采用32MB存储空间的散存。
5.根据权利要求1所述的一种便携式脑电采集方法，其特征在于，所述射频收发器采用蓝牙2.0。
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