CN107669268A - 脑电波采集无线传输设备 - Google Patents

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林达
李柠宇
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Abstract

本发明提供了一种脑电波采集无线传输设备，包括头带主体和设于头带主体内的控制电路，控制电路包括：采集电极单元，设于头带主体表面，用于多点采集原始脑电信号；ADC采集单元耦接采集电极单元，接收原始脑电信号，将原始脑电信号进行过滤、放大以及模数转换后生成次级脑电信号；主处理器，耦接ADC采集单元，接收次级脑电信号，对次级脑波信号进行数据处理后生成最终脑电信号；无线单元，耦接主处理器，接收最终脑电信号，将其发送至终端设备进行数据交互。本发明将用于脑电信号的采集、放大、转换、处理以及发送的电路模块集中到头带主体内，减少设备体积，减轻设备重量，并且缩短了采集点到主处理器的信号传输损耗。

Description

脑电波采集无线传输设备
技术领域
本发明涉及脑电检测装置技术领域，特别涉及一种脑电波采集无线传输设备。
背景技术
脑电是人脑工作时产生的自发性的电生理活动，该活动可以通过专用的脑电采集设备采集到并以脑电波的形式表现出来。脑电波作为一种神经活动比较敏感的客观指标，对脑电波的相关研究不仅广泛用于神经科学，认知学，心理学，更重要的意义在于医学临床的实践应用。借由脑电波对各种颅内病变的诊断，如脑炎、脑瘤、脑中风、癫痫等，脑电波已经成为医学上一个重要的诊断指标。
现有医用的脑电图机多使用国际标准10-20系统来确认电极采集点位分布，在检测脑电图时首先要用磨砂膏对采集点进行清理，去除头皮表层的死皮与油脂，然后再涂抹导电膏使镀金盘状电极与头皮更好的接触，脑电信号通过金盘电极再由1.5米左右的银箔芯导联线传输到脑电图放大器中，经过脑电图机主处理器的处理，再用USB或者以太网传输到计算机。
商用的脑电采集设备多使用Fp1与Fp2两个采集点，通过计算这两个点采集到的α频段的波来进行一些专注度和放松度的计算，再用无线传输的方式传到手机上与用户进行交互，如专注力训练仪等等。
但是，现有医用的脑电图机多在医院环境下使用，设备使用220V/50HZ交流电，无法脱离固定电源接口，信号工频较为严重干扰，使用时需要专业的脑电技师进行操作，同时1.5米电极导联线也会比较容易引入干扰；而商用的脑电设备普遍存在采集点少，采集精度和采样率都不满足医学需求，同时商用的脑电设备的数据接口没有与传统格式进行统一。截至目前，世面上还没有出现同时满足医学需求和商用需求的脑电采集设备。
发明内容
本发明提供一种脑电波采集无线传输设备，解决现有上述的问题。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种脑电波采集无线传输设备，包括头带主体和设于头带主体内的控制电路，所述控制电路包括：
采集电极单元，设于所述头带主体表面，用于多点采集原始脑电信号；
ADC采集单元，耦接所述采集电极单元，接收采集电极单元采集的原始脑电信号，将原始脑电信号进行过滤、放大以及模数转换后生成次级脑电信号；
主处理器，耦接所述ADC采集单元，接收ADC采集单元的次级脑电信号，对次级脑波信号进行数据处理后生成最终脑电信号；
无线单元，耦接所述主处理器，接收主处理器的最终脑电信号，将其发送至终端设备进行数据交互。
作为一种实施方式，所述采集电极单元包括若干金属磁性触点，若干所述金属磁性触点均匀分布于所述头带主体内侧。
作为一种实施方式，所述采集电极单元包括若干爪电极，所述爪电极与所述金属磁性触点通过磁力吸合连接。
作为一种实施方式，所述控制电路还包括按键单元，所述按键单元耦接所述主处理器，用于通过按键方式控制控制电路的工作状态。
作为一种实施方式，所述控制电路还包括LED单元，所述LED单元耦接所述主处理器。
作为一种实施方式，所述控制电路还包括电源单元，耦接所述主处理器，提供控制电路各个模块的工作用电。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：将用于脑电信号的采集、放大、转换、处理以及发送的电路模块集中到头带主体内，减少设备体积，减轻设备重量，并且缩短了采集点到主处理器的信号传输损耗。再通过无线传输的方式把转换后的脑电数据传输到计算机。通过将采集电极按照国际10-20系统设于头带主体上特定位置上，在佩戴时，只要确定任意两个点位置即可佩戴正确，省去专业脑电技师确认电极点位过程，方便使用者使用。采用独立的电源单元独立供电，避免了过长的电源线供电。
附图说明
图1为本发明的脑电波采集无线传输设备的模块连接图。
附图标注：1、采集电极单元；2、ADC采集单元；3、主处理器；4、无线单元；5、按键单元；6、LED单元；7、电源单元。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，一种脑电波采集无线传输设备，包括头带主体和设于头带主体内的控制电路，控制电路包括依次电连接的采集电极单元1、ADC采集单元2、主处理器3以及无线单元4。其中，在本实施例中，头带主体采用棉麻质海绵状材质，棉麻质材质柔软透气，排汗吸湿，同时又有部分海绵的弹性，使佩戴体验更加。控制电路内部的信号传输线采用短连接线，其采用9芯银箔缠绕而成。
采集电极单元1包括若干金属磁性触点和若干爪电极，若干金属磁性触点均匀分布于头带主体内侧，可单独用作电极或者配合专用电极使用。在本实施例中，金属磁性触点按照国际标准10-20系统点位进行排布，均匀分布在头带主体一周，以左额极Fp1为起点，逆时针方向，所有点位以Fp1、F7、T3、T5、O1、Oz、O2、T6、T4、F8、FP2、Fpz分布。在本实施例中，爪电极采用主动式爪电极，爪电极属于干电极，在使用的时候无需涂抹导电膏等辅助材料，爪电极主体由医用橡胶构成，内部辅以银箔丝传导信号，爪电极前端触头包裹AgCl涂层，爪电极能够有效穿过头发的遮挡到达头皮，多触头结构能够保证电极与头皮的接触，爪电极的使用可保证原始脑电信号在电极采集部分就经过处理，起到增大输入阻抗和信噪比的作用。在本实施例中，若要配合爪电极使用，则使用流程如下：先将爪电极通过磁性吸附到金属磁性触点上；然后再佩戴，佩戴完成后调整头带，确保头带主体正前方两个电极点(即Fp1和Fp2)准确得放置在额前眉骨上方，最后确保所有爪电极爪正确朝向头皮并接触良好。
ADC采集单元2耦接采集电极单元1，接收采集电极单元1采集的原始脑电信号，将原始脑电信号进行过滤、放大以及模数转换后生成次级脑电信号；主处理器3耦接ADC采集单元2，接收ADC采集单元2的次级脑电信号，对次级脑波信号进行数据处理后生成最终脑电信号；无线单元4耦接主处理器3，接收主处理器3的最终脑电信号，将其发送至终端设备进行数据交互。其中，在本实施例中，主处理器3采用基于高性能ARM Cortex-M4内核，能够有效对采集到的数据进行处理和保护。
除此之外，控制电路还包括耦接主处理器3的按键单元5、LED单元6以及电源单元7。按键单元5用于通过按键方式控制控制电路的工作状态，在本实施例中，按键单元5采用单按键组合方式，通过按键的按压时间和次数来设备的状态。LED模块采用表贴封装的三色LED，可以与用户有更多的交互。电源单元7采用可充电锂聚合物电池，容量为500mAh，大约可支持系统持续运行12小时。
首先通过终端设备上的应用程序检测各电极点与头皮的接触阻抗来判断设备是否佩戴正确，然后通过应用程序发送控制指令至无线单元4或者按压设备上按键单元5开始采集原始脑电信号，脑电信号通过与头皮接触的爪电极，经过爪电极的初级滤波与放大，进入到ADC采集单元2内，经ADC采集单元2内置的次级滤波器和放大器进行二次过滤和放大，最后将模拟信号转换成数字信号传输到主处理器3，主处理器3将获取的信号数据重新整理转换。
本发明的主处理器3主要完成以下的工作内容：
整理：将信号数据流整理成每次采样一条数据这种方式，再打上序号标志，保证数据不会错位；
转换：包括去除高位数据，去除无效位数据，然后进行单位转换，单位转换后可保证数据精度的同时有效压缩数据，减小数据传输的软开销和压力；
最后处理器将处理好的数据加密后传送到无线单元4，再由无线单元4通过无线方式发送到终端设备。
本发明将用于脑电信号的采集、放大、转换、处理以及发送的电路模块集中到头带主体内，减少设备体积，减轻设备重量，并且缩短了采集点到主处理器3的信号传输损耗。再通过无线传输的方式把转换后的脑电数据传输到计算机。通过将采集电极按照国际10-20系统设于头带主体上特定位置上，在佩戴时，只要确定任意两个点位置即可佩戴正确，省去专业脑电技师确认电极点位过程，方便使用者使用。采用独立的电源单元7独立供电，避免了过长的电源线供电。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种脑电波采集无线传输设备，其特征在于，包括头带主体和设于头带主体内的控制电路，所述控制电路包括：
采集电极单元，设于所述头带主体表面，用于多点采集原始脑电信号；
ADC采集单元，耦接所述采集电极单元，接收采集电极单元采集的原始脑电信号，将原始脑电信号进行过滤、放大以及模数转换后生成次级脑电信号；
主处理器，耦接所述ADC采集单元，接收ADC采集单元的次级脑电信号，对次级脑波信号进行数据处理后生成最终脑电信号；
无线单元，耦接所述主处理器，接收主处理器的最终脑电信号，将其发送至终端设备进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的脑电波采集无线传输设备，其特征在于，所述采集电极单元包括若干金属磁性触点，若干所述金属磁性触点均匀分布于所述头带主体内侧。
3.根据权利要求2所述的脑电波采集无线传输设备，其特征在于，所述采集电极单元包括若干爪电极，所述爪电极与所述金属磁性触点通过磁力吸合连接。
4.根据权利要求1所述的脑电波采集无线传输设备，其特征在于，所述控制电路还包括按键单元，所述按键单元耦接所述主处理器，用于通过按键方式控制控制电路的工作状态。
5.根据权利要求1所述的脑电波采集无线传输设备，其特征在于，所述控制电路还包括LED单元，所述LED单元耦接所述主处理器。
6.根据权利要求1所述的脑电波采集无线传输设备，其特征在于，所述控制电路还包括电源单元，耦接所述主处理器，提供控制电路各个模块的工作用电。
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