CN112315487A - 一种新型脑电信号采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种新型脑电信号采集系统及方法，所述系统包括顺序连接的脑电信号采集电极、脑电信号采集箱以及脑电信号接收装置，所述脑电信号采集箱包括脑电信号传输面板和脑电信号采集控制板，所述脑电信号传输面板的电极分布与所述脑电信号采集电极一致，所述脑电采集控制板包括若干集成电路板，每个集成电路板上载有若干独立的脑电芯片，每个脑电芯片仅接受一个电极的脑电信号；所述脑电信号采集控制板将脑电信号转化为电信号并通过交换机传输给所述脑电信号接收装置；本公开提出的新型脑电信号采集设备，具有实时同步、接口开放，市场通用性强的特点，可随时随地进行脑电信号的采集。

Description

一种新型脑电信号采集系统及方法
技术领域
本公开涉及脑电信号采集设备技术领域，尤其涉及一种新型脑电信号采集系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
脑电信号采集设备收集脑电信号进而生成脑电图，脑电图(EEG)是分析和解释大脑疾病特征的最有效的医学成像工具，被广泛应用于脑部疾病的诊断中。脑电信号十分微弱，一般只有50微伏左右，幅值范围为5微伏～100微伏，频率范围一般在0.5～35Hz。由于脑电信号存在微弱级、窄带等特征，要从很强的肌电噪声和工频干扰下提取这些信号很困难，对该信号进行复杂的处理就更是困难；脑电信号应用十分广阔，主要应用方向有医学诊断、心理状态监控、运动功能康复、设备控制、儿童注意力训练等。
发明人发现，现有的脑电信号采集设备具有以下缺陷：
(1)由于各种脑电信号采集设备价格高昂，体积庞大，使用复杂等，无法将其进行广泛应用，
(2)现有的脑电信号采集设备其脑电信号传输面板的电极分布均为正方形，导致面板电极与脑电帽电极难以对应，不易观测。
(3)现有的脑电信号采集设备的脑电采集控制板所采用的单片机，其I2C总线协议不支持32位通道，无法针对脑电信号进行准确采集。
因此，急需一种实时同步、接口开放，市场通用性强的用于脑机接口的脑电采集设备。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提供了一种新型脑电信号采集系统及方法，所述脑电信号采集设备具有实时同步、接口开放的特点，可随时随地进行脑电信号的采集。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种新型脑电信号采集系统，包括顺序连接的脑电信号采集电极、脑电信号采集箱以及脑电信号接收装置，所述脑电信号采集箱包括脑电信号传输面板和脑电信号采集控制板，所述脑电信号传输面板的电极分布与所述脑电信号采集电极一致，所述脑电采集控制板包括若干集成电路板，每个集成电路板上载有若干独立的脑电芯片，每个脑电芯片仅接受一个电极的脑电信号；所述脑电信号采集控制板将脑电信号转化为电信号并通过交换机传输给所述脑电信号接收装置。
进一步的，所述脑电信号采集电极的分布按照国际10-20系统标准分布，其GND电极接地，形成32通道脑电信号。
进一步的，所述脑电采集控制板被设置为四个集成电路板，每个电路板载有八个独立的脑电芯片，每个脑电芯片对应所述脑电信号采集电极中的一个电极，共对应脑电信号采集电极上的32个电极。
进一步的，所述脑电芯片为高度集成的单一芯片脑电传感器。
进一步的，所述脑电采集箱还包括直流电源和散热风扇。
进一步的，所述脑电信号采集电极可以为电极帽，所述电极帽的电极分布按照10-20标准分布。
进一步的，所述脑电信号接收装置可以为PC机、服务器或移动终端。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种新型脑电信号采集方法，其利用上述的一种新型脑电信号采集系统，包括：
测试人员佩戴电极帽，通过电极帽中的脑电信号采集电极采集原始脑电信号；
所述脑电信号采集箱中的脑电信号传输面板接收原始脑电信号，并传输给所述脑电信号控制面板；
所述脑电信号控制面板通过所述脑电芯片对所述原始脑电信号进行过滤、放大，并经汇集处理后转换为电信号；
通过所述交换机将所述电信号传输给脑电信号接收装置。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本公开所述的新型脑电信号采集设备分为三大部分：脑电信号采集电极，脑电采集箱，脑电信号接收装置；通过重点设计脑电信号采集箱中的脑电信号传输面板和脑电采集控制板，将脑电信号传输面板上的电极分布与脑电帽上电极分布图中各个电极位置设置一致，使收集到的脑电信号易于统计和与电极的对应，易于故障的排除。
(2)本公开所述方案的脑电采集控制板由四个相同的大电路板组成，每个电路板上载有8个互不干涉的含有芯片的小电路板，而其中的每个芯片只接收一个射频线传输过来的脑电信号即一个电极的脑电信号，总共对应脑电帽上的32个电极；有效解决了现有的脑电信号采集设备的脑电采集控制板所采用的单片机，其I2C总线协议不支持32位通道，无法针对脑电信号进行准确采集。
(3)本公开提出的新型脑电信号采集设备，具有实时同步、接口开放以及市场通用性强的特点，可随时随地进行脑电信号的采集；其中，所述实时同步在采集信号的同时，可以以波形的形式显示该信号；同时，由于小型脑电仪只对人脑点对点测量，不全面，且不能实时同步记录数据，而大型脑电设备，费用昂贵，数据接口不开放，本公开所述脑电信号采集设备数据接口开放，可以供使用者或开发人员二次开发。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一中所述的新型脑电信号采集系统示意图；
图2为本公开实施例一中所述的脑电帽电极在大脑皮层的分布示意图；
图3为本公开实施例一中所述的脑电信号采集设备的脑电采集箱结构示意图；
图4为本公开实施例一中所述的脑电信号传输面板电极分布示意图；
图5为本公开实施例一中所述的脑电信号传输面板底部分布示意图；
其中，1、脑电信号传输面板；2、脑电采集控制板；3、交换机；4、直流电源；5、散热风扇；6、交流电源底座。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种新型脑电信号采集系统。
如图1所示，一种新型脑电信号采集系统，包括脑电信号采集电极，脑电采集箱，脑电信号接收装置；本实施例中采用脑电帽作为脑电信号采集电极，在脑电帽上分布脑电信号采集电极，从大脑皮层外采集脑电信号(EEG)，通过导线传输给脑电采集箱；脑电电极分布是按照国际通用的10-20标准布局。脑电帽上电极分布如图2所示，其中GND为接地电极，除GND电极外共32个电极接收信号，从而在接收装置形成32通道脑电信号。
其中，脑电采集箱包括脑电信号传输面板1、脑电采集控制板2、交换机3、直流电源4、散热风扇5等部分组成，其三维结构示意图如图3所示，具体的：
(1)脑电信号传输面板
脑电信号传输面板即图3中所示，分为上下两部分，上部分为脑电采集箱外壳的部分，其平面图如图4所示。
该传输面板通过导线接收脑电帽传送过来的脑电信号，且该传输面板上的电极分布与脑电帽上电极分布图中各个电极位置一样，有利于各个电极位置的查找及故障的排除。
该传输面板下部分主要为电路板，电路图如图5所示，起固定支撑作用，并把导线接收的脑电信号转接到射频线内，进而把脑电信号传输到脑电采集控制板内进行接收，放大和整合。
(2)脑电采集控制板
如图3中2所示，脑电采集控制板由四个相同的大电路板组成，每个电路板上载有8个互不干涉的含有芯片的小电路板，而其中的每个芯片只接收一个射频线传输过来的脑电信号即一个电极的脑电信号，总共对应脑电帽上的32个电极。
本实施例中采用的芯片是神念科技TGAM脑电芯片，它是脑电传感技术的核心，它使用干电极读取人的大脑信号，可以过滤掉周围的噪音和电器的干扰，并将检测到的大脑信号转成数字信号。该芯片是一个高度集成的单一芯片脑电传感器，可以输出三个Neurosky的eSense参数，可以进行模数转换，检测接触不良的异常状态，过滤掉眼电噪音及50/60hz交流电干扰。
该脑电采集控制板的主要作用：接收经过芯片放大后的所有电极的脑电信号，并经过电路板的收集和整合，最终转换为电信号，所有电信号传输给交换机进行整合。
(3)交换机
如图3中3所示，交换机对脑电采集控制板上四个相同的大电路板中所有转换后形成的信号与上位机(脑电信号收集装置)进行网络通讯，并传输到上位机(脑电信号收集装置)进行显示，其输出端口在图4中传输面板的最下端。
(4)直流电源和散热风扇
直流电源连接图3中6交流电源底座，把交流电转换为12V的直流电源，对整台设备及系统进行供电。散热风扇加强设备内部的空气循环进行设备的散热。
进一步的，所述脑电信号接收装置，用于接收交换机通过网络通信传输的电信号，将电信号转换成脑电信号进行存储和显示。该接收装置大部分为PC端，也可通过其他方式在电子屏幕上进行显示，例如，带有显示器的服务器终端、移动终端等等。
本公开提出的一种新型脑电信号采集系统，所述系统具有以下优势：
(1)该设备与系统分为三大部分：脑电信号采集电极，脑电采集箱，脑电信号接收装置。
(2)该设备与系统重点设计了脑电信号采集箱中的脑电信号传输面板和脑电采集控制板，使收集到的脑电信号易于统计和与电极的对应，易于故障的排除。
(3)本公开提出了一种新型脑电信号采集设备与系统，该系统与设备除了脑电芯片和现有的脑电帽以外，各零件及其系统流程由我方独立设计。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种新型脑电信号采集方法。
一种新型脑电信号采集方法，包括：
测试人员佩戴电极帽，通过电极帽中的脑电信号采集电极采集原始脑电信号；
所述脑电信号采集箱中的脑电信号传输面板接收原始脑电信号，并传输给所述脑电信号控制面板；
所述脑电信号控制面板通过所述脑电芯片对所述原始脑电信号进行过滤、放大，并经汇集处理后转换为电信号；
通过所述交换机将所述电信号传输给脑电信号接收装置。
进一步的，所述脑电信号采集电极的分布按照10-20标准分布，其GND电极接地，形成32通道脑电信号。
进一步的，所述脑电采集控制板被设置为四个集成电路板，每个电路板载有八个独立的脑电芯片，每个脑电芯片对应所述脑电信号采集电极中的一个电极，共对应脑电信号采集电极上的32个电极。
上述实施例提供的一种新型脑电信号采集系统及方法完全可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，包括顺序连接的脑电信号采集电极、脑电信号采集箱以及脑电信号接收装置，所述脑电信号采集箱包括脑电信号传输面板和脑电信号采集控制板，所述脑电信号传输面板的电极分布与所述脑电信号采集电极一致，所述脑电采集控制板包括若干集成电路板，每个集成电路板上载有若干独立的脑电芯片，每个脑电芯片仅接受一个电极的脑电信号；所述脑电信号采集控制板将脑电信号转化为电信号并通过交换机传输给所述脑电信号接收装置。
2.如权利要求1所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电信号采集电极的分布按照国际10-20系统标准分布，其GND电极接地，形成32通道脑电信号。
3.如权利要求1所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电采集控制板被设置为四个集成电路板，每个电路板载有八个独立的脑电芯片，每个脑电芯片对应所述脑电信号采集电极中的一个电极，共对应脑电信号采集电极上的32个电极。
4.如权利要求3所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电芯片为高度集成的单一芯片脑电传感器。
5.如权利要求1所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电采集箱还包括直流电源和散热风扇。
6.如权利要求1所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电信号采集电极可以为电极帽，所述电极帽的电极分布按照10-20标准分布。
7.如权利要求1所述的一种新型脑电信号采集系统，其特征在于，所述脑电信号接收装置可以为PC机、服务器或移动终端。
8.一种新型脑电信号采集方法，其特征在于，利用了权利要求1-7任一项所述的一种新型脑电信号采集系统，所述方法包括：
测试人员佩戴电极帽，通过电极帽中的脑电信号采集电极采集原始脑电信号；
所述脑电信号采集箱中的脑电信号传输面板接收原始脑电信号，并传输给所述脑电信号控制面板；
所述脑电信号控制面板通过所述脑电芯片对所述原始脑电信号进行过滤、放大，并经汇集处理后转换为电信号；
通过所述交换机将所述电信号传输给脑电信号接收装置。
9.如权利要求8所述的一种新型脑电信号采集方法，其特征在于，所述脑电信号采集电极的分布按照10-20标准分布，其GND电极接地，形成32通道脑电信号。
10.如权利要求8所述的一种新型脑电信号采集方法，其特征在于，所述脑电采集控制板被设置为四个集成电路板，每个电路板载有八个独立的脑电芯片，每个脑电芯片对应所述脑电信号采集电极中的一个电极，共对应脑电信号采集电极上的32个电极。
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