CN112401898A - 一种高精度脑电信号采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开高精度脑电信号采集方法及装置。包括：S1、数据处理控制电路输出第一电压信号至第一阻抗激励电路，第一电压信号的频率0到40Hz；S2、第一阻抗激励电路根据第一电压信号产生交流恒流源，将交流恒流源输出至信号电极，使信号电极和接地电极的两端产生第二电压信号；S3、滤波放大单元将第二电压信号进行滤波放大，偏置驱动电路根据接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，输入至滤波放大单元；S4、数据处理控制电路对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，基于第峰峰值和交流恒流源确定信号电极和接地电极回路的接触阻抗；S5、数据处理控制电路采集脑电信号。

Description

一种高精度脑电信号采集方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及脑电信号技术领域，尤其涉及一种高精度脑电信号采集方法及装置。

背景技术

脑电信号是将脑部自发性生物电活动信号经由头皮上布置的电极传导，并通过脑电采集系统放大而最终获取的生物电信号。通过采集分析脑电信号，可以诊断脑部疾病，判断心理状态或者直接利用“意念”控制设备，在医学和日常生活中都有大量应用，具有重要的科学研究价值。

但是由于脑电信号经过了颅骨和头皮的衰减，信号极为微弱，电压值为微伏水平，需要经过多倍放大才可以准确采集。在采集过程中，脑电信号易受到影响导致信号质量下降，如有其他生物电信号或者外界环境的干扰，混入无关伪迹信号，造成信号特征变化等问题。尤其当电极与头皮接触不良时，会导致输出阻抗较大，引入交流干扰，造成信号不稳定或失真，从而影响采集质量。因此，测量接触阻抗，确认头皮和电极的正确耦合，是保证脑电采集系统可以可靠工作的一项重要功能。

现有的脑电电极阻抗检测方案是在脑电采集系统中加入恒流源激励功能，将激励信号施加到电极阻抗网络的两端，构成回路，检测两端电压，通过计算电压和电流参数构成的方程，从而得到电极阻抗网络的具体值。但是现有系统的恒流源激输入多为高频电流信号，远大于常用的脑电信号频率，需要采用较为复杂的恒流源激励输入以及计算算法，首先求取高频激励下的复阻抗信息，再利用阻抗公式模型将求得的高频域阻抗换算至常用的脑电信号的低频域，最终获得对应的阻抗值。这一方式计算流程较为复杂，同时计算在脑电信号常用频率范围的电极接触阻抗有一定误差。

发明内容

本发明实施例提供一种高精度脑电信号采集方法及装置，以实现计算电极接触阻抗，方法简单，且精度较高的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种高精度脑电信号采集方法，所述高精度脑电信号采集方法通过高精度脑电信号采集装置实现；所述高精度脑电信号采集装置包括：至少一个信号电极、至少一个参考电极、接地电极、放大电路、第一阻抗激励电路、数据处理控制电路；所述放大电路包括滤波放大单元和偏置驱动电路；所述信号电极的第一端、所述参考电极的第一端和所述接地电极的第一端分别与头皮电连接，所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端电连接，所述滤波放大单元的第三端与所述偏置驱动电路的第一端电连接，所述偏置驱动电路的第二端与所述接地电极的第二端电连接；所述数据处理控制电路的第二端与所述第一阻抗激励电路的第一端电连接，所述第一阻抗激励电路的第二端与所述信号电极电连接；

所述高精度脑电信号采集方法包括：

S1、所述数据处理控制电路输出第一电压信号至所述第一阻抗激励电路，其中，所述第一电压信号的频率为f，0＜f≤40Hz；

S2、所述第一阻抗激励电路根据所述第一电压信号产生交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号；

S3、所述滤波放大单元将所述第二电压信号进行滤波放大，且所述偏置驱动电路根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；

S4、所述数据处理控制电路对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

S5、所述数据处理控制电路采集脑电信号。

可选的，所述高精度脑电信号采集装置还包括：第二阻抗激励电路；所述第二阻抗激励电路分别与所述数据处理控制电路以及所述参考电极电连接；

在步骤S5之前，还包括；

所述数据处理控制电路基于所述第二阻抗激励电路产生的交流恒流源确定所述参考电极和所述接地电极回路的接触阻抗。

可选的，窄带滤波后的第二电压信号的幅值远大于所述脑电信号的电压幅值。

可选的，步骤S2，包括：

所述第一阻抗激励电路将所述第一电压信号转换为第三电压信号，其中，所述第一电压信号的幅值大于所述第三电压信号的幅值；

所述第一阻抗激励电路将所述第三电压信号转换为所述交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号。

可选的，至少一个信号电极包括多个信号电极；步骤S4之后，还包括：

判断多个所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗是否全部大于预设接触阻抗；

若是，则调整所述接地电极与所述头皮的接触位置；

若否，则当部分所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗大于所述预设接触阻抗；

调整部分所述信号电极与所述头皮的接触位置，直至部分所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗小于等于所述预设接触阻抗，执行步骤S5；

当多个所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗全部小于等于所述预设接触阻抗，执行步骤S5。

可选的，所述高精度脑电信号采集装置还包括：预处理和保护电路和模数转换电路；所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述预处理和保护电路的第一端电连接，所述预处理和保护电路的第二端与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端之间设置有所述模数转换电路；

步骤S3，包括：

当所述第二电压信号中包括的电流超过预设电流值时，所述预处理和保护电路滤除所述第二电压信号中的所述电流；

所述滤波放大单元将所述第二电压信号进行滤波放大，且所述偏置驱动电路根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；

所述模数转换电路将滤波放大后的第二电压信号转换为第四电压信号，并输入至所述数据处理控制电路；

所述数据处理控制电路对所述第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定所述峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

其中，所述第二电压信号为模拟电压信号，所述第四电压信号为数字电压信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种高精度脑电信号采集装置，该高精度脑电信号采集装置包括：至少一个信号电极、至少一个参考电极、接地电极、放大电路、第一阻抗激励电路、数据处理控制电路；所述放大电路包括滤波放大单元和偏置驱动电路；所述信号电极的第一端、所述参考电极的第一端和所述接地电极的第一端分别与头皮电连接，所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端电连接，所述滤波放大单元的第三端与所述偏置驱动电路的第一端电连接，所述偏置驱动电路的第二端与所述接地电极的第二端电连接；所述数据处理控制电路的第二端与所述第一阻抗激励电路的第一端电连接，所述第一阻抗激励电路的第二端与所述信号电极电连接；

在阻抗检测模式下，所述数据处理控制电路用于输出第一电压信号至所述第一阻抗激励电路，其中，所述第一电压信号的频率为f，0＜f≤40Hz；所述第一阻抗激励电路用于根据所述第一电压信号产生交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号；所述滤波放大单元用于将所述第二电压信号进行滤波放大；所述偏置驱动电路用于根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；所述数据处理控制电路还用于对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

在脑电信号采集模式下，所述数据处理控制电路用于采集脑电信号。

可选的，还包括：第二阻抗激励电路；所述第二阻抗激励电路分别与所述数据处理控制电路以及所述参考电极电连接。

可选的，所述第一阻抗激励电路包括：衰减电路、电压转换电路、阻抗控制开关；所述衰减电路的第一端与所述数据处理控制电路电连接，所述衰减电路的第二端与所述电压转换电路的第一端电连接，所述电压转换电路的第二端与所述阻抗控制开关的第一端电连接，所述阻抗控制开关的第二端与所述信号电极电连接，所述阻抗控制开关的控制端与所述数据处理控制电路电连接；

所述衰减电路用于将所述第一电压信号转换为第三电压信号，其中，所述第一电压信号的幅值大于所述第三电压信号的幅值；

所述电压转换电路用于将所述第三电压信号转换为所述交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极或所述参考电极；

所述阻抗控制开关用于根据所述数据处理控制电路输出的开关控制信号导通或闭合。

可选的，所述高精度脑电信号采集装置还包括：预处理和保护电路和模数转换电路；

所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述预处理和保护电路的第一端电连接，所述预处理和保护电路的第二端与所述滤波放大单元的第一端电连接；所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端之间设置有所述模数转换电路；

所述预处理和保护电路用于当所述第二电压信号中包含的电流超过预设电流值时，滤除所述第二电压信号中的所述电流；

所述模数转换电路用于将滤波放大后的第二电压信号转换为第四电压信号，并输入至所述数据处理控制电路；

所述数据处理控制电路用于对所述第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定所述峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

其中，所述第二电压信号为模拟电压信号，所述第四电压信号为数字电压信号。

本发明实施例提供的高精度脑电信号采集方法及装置，通过将阻抗检测和脑电信号采集分开进行，即先确定信号电极和接地电极回路的接触阻抗是否在预设范围内，然后再采集脑电信号，以防止较大的接触阻抗影响脑电信号质量，提高采集的脑电信号质量；此外，当阻抗检测和脑电信号采集分开进行，通过采用脑电信号常用的频率范围之内的低频恒流源激励，然后利用电路中电压电流参数即可确定脑电信号频域附近的电极接触阻抗值，无需再进行进一步换算，计算方法简单，且准确度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高精度脑电信号采集装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高精度脑电信号采集方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种阻抗激励电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种高精度脑电信号采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种高精度脑电信号采集装置的结构示意图，参见图1，本发明实施例提供的高精度脑电信号采集装置包括：至少一个信号电极10、至少一个参考电极20、接地电极80、放大电路50、第一阻抗激励电路30、数据处理控制电路40；放大电路50包括滤波放大单元51和偏置驱动电路52；信号电极10的第一端、参考电极20的第一端和接地电极80的第一端与头皮电连接，信号电极10的第二端和参考电极20的第二端分别与滤波放大单元51的第一端电连接，滤波放大单元51的第二端与数据处理控制电路40的第一端电连接，滤波放大单元51的第三端与偏置驱动电路52的第一端电连接，偏置驱动电路52的第二端与接地电极80的第二端电练级；数据处理控制电路40的第二端与第一阻抗激励电路30的第一端电连接，第一阻抗激励电路30的第二端与信号电极10电连接。其中图1中，Zi为每个信号采集通道信号电极10与头皮之间的接触阻抗；Zref为参考电极20与头皮的接触阻抗，本实施例以参考电极20的数量为1进行说明；Zgnd为接地电极80与头皮的接触阻抗。图2是本发明实施例提供的一种高精度脑电信号采集方法的流程图，该方法可以由高精度脑电信号采集装置来执行，具体包括如下步骤：

S1、数据处理控制电路输出第一电压信号至第一阻抗激励电路，其中，第一电压信号的频率为f，0＜f≤40Hz。

其中，数据处理控制电路40产生稳定频率的伏级别的第一电压信号，第一电压信号为正弦波或方波，此第一电压信号为数字电压信号。第一电压信号的频率大小介于0至40Hz之间，为脑电信号采集的频率范围内，例如可以为12Hz或31.25Hz等。

S2、第一阻抗激励电路根据第一电压信号产生交流恒流源，并将交流恒流源输出至所述信号电极，以使信号电极和接地电极的两端产生第二电压信号。

其中，第一电压信号输入至第一阻抗激励电路30，第一电压信号经过衰减和转换，产生一路交流恒流源I，电流大小为纳安(nA)级别，交流恒流源的频率参数不变仍然位于脑电频带之内。由于信号电极10和参考电极20间的电路阻抗过大，可以认为电流不经过参考电极20通路，参考电极20通路两端没有电势差，所以信号电极10和接地电极80的两端产生第二电压信号。

可选的，步骤S2，包括：第一阻抗激励电路将第一电压信号转换为第三电压信号，其中，第一电压信号的幅值大于第三电压信号的幅值；第一阻抗激励电路将第三电压信号转换为交流恒流源，并将交流恒流源输出至信号电极，以使信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号。

其中，第一阻抗激励电路30接收到伏级的交流电压信号(第一电压信号)输入后，将该路信号按照同比例降至微伏级(第三电压信号)，符合后续电路的幅值要求，同时保证该路信号频率等其他参数不改变，以便于计算最后的阻抗值，然后将微伏级的交流电压信号(第三电压信号)变成纳安级的交流恒流源信号，频率等参数仍保持不改变，将此交流恒流源信号作用于信号电极10，产生电压信号，即第二电压信号。

可选的，图3是本发明实施例提供的一种阻抗激励电路的结构示意图，如图3所示，第一阻抗激励电路30包括：衰减电路31、电压转换电路32、阻抗控制开关33；衰减电路31的第一端与数据处理控制电路40电连接，衰减电路31的第二端与电压转换电路32的第一端电连接，电压转换电路32的第二端与阻抗控制开关33的第一端电连接，阻抗控制开关33的第二端与信号电极10电连接，阻抗控制开关33的控制端与数据处理控制电路40电连接；衰减电路31用于将第一电压信号转换为第三电压信号，其中，第一电压信号的幅值大于第三电压信号的幅值；电压转换电路用于将第三电压信号转换为交流恒流源，并将交流恒流源输出至信号电极10；阻抗控制开关33用于根据数据处理控制电路输出的开关控制信号导通或闭合。例如可以通过此阻抗激励电路30实现上述步骤S2法。具体的，当需要进行阻抗检测时，数据处理控制电路40产生一路频率位于脑电信号频带中(如0-40Hz)的低频高幅值交流电压信号(第一电压信号)，信号幅值大小为伏级，并将该路信号输入至衰减电路31中，同时控制阻抗控制开关33打开。衰减电路31接收到伏级的交流电压信号(第一电压信号)输入后，将该路信号按照同比例降至微伏级，即转换为低频低幅值交流电压信号(第三电压信号)，符合后续电路的幅值要求，同时保证该路信号频率等其他参数不改变，以便于计算最后的阻抗值。衰减电路31将降幅后的交流电压信号(第三电压信号)输入至电压转换电路32，将微伏级的交流电压信号(第三电压信号)变成纳安级的交流恒流源信号，频率等参数仍保持不改变。由于在阻抗检测模式下，阻抗控制开关33是直接导通的，所以电压转换电路32产生的交流恒流源信号可以直接通过阻抗控制开关33作用与信号电极10上，产生电压信号(第二电压信号)。如果不需要进行阻抗检测而需要直接使用高精度脑电信号采集装置时，数据处理控制电路40控制阻抗控制开关33断开，纳安级的交流恒流源信号则不会与信号电极10直接相连，不影响采集到的脑电信号的准确程度。

需要说明的是，阻抗激励电路30的具体结构包括但不限于上述示例，只要可以实现输出与脑电信号频率相同的交流恒流源信号即可。

S3、滤波放大单元将第二电压信号进行滤波放大，且偏置驱动电路根据接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至滤波放大单元。

考虑到，由于人体不与地面接触，会引入工频干扰等外部噪声，并且由于静电等原因，本身的直流电压也可能很大。所以本实施例中，偏置驱动电路52根据接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至滤波放大单元51，保证放大电路50的共模抑制比足够大。当接地电极80连接正常时，即偏置驱动工作正常时，放大电路50会接收到偏置驱动电路52处理后的人体电压信号作为系统地，与放大后的脑电信号相减处理后，进一步去除人体中直流电压电平的共模交流噪声影响。当接地电极80没有连接好的时候，比如没有接触到皮肤，接地信号不正常，会导致脑电信号质量变差。

S4、数据处理控制电路对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，并基于峰峰值和交流恒流源确定信号电极和接地电极回路的接触阻抗。

其中，信号电极10和接地电极80这一回路电压信号包含了信号电极10与皮肤的接触阻抗，接地电极80与皮肤的接触阻抗，电路系统内部阻抗，信号电极10到接地电极80间皮肤通路的阻抗。由于电路系统内部阻抗为已知定值，信号电极10到接地电极80间皮肤通路的阻抗为已知范围值，因此确定信号电极10与皮肤的接触阻抗以及接地电极80与皮肤的接触阻抗时，即可确定信号电极10和接地电极80回路的接触阻抗。

具体的，交流恒流源作用于信号电极10上，然后通过信号电极10和接地电极80，在信号电极10和接地电极80这两端产生频率为f的第二电压信号。数据处理控制电路40中的滤波功能会对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波。例如，窄带滤波器是通频带为[f-1，f+1]的带通滤波器，若交流恒流源频率为12Hz，此时采集到的第二电压信号将通过[11Hz13Hz]带通滤波器，得到12Hz附近的窄带电压信号。可选的，滤波后第二电压信号包含这一频率下电流源电压和脑电自发信号的电压，但是电流源产生作用产生的电压远大于脑电信号自发产生的电压幅值，避免脑电信号相同频率信号电压叠加产生的影响。最终可以得到这一导联通路两端的窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值Ui。通过上述参数可以计算得出这一频率下的信号电极10和接地电极80回路接触阻抗大小为

Zi＝Ui/(aI)

其中，I为交流恒流源，Ui为窄带滤波后的的第二电压信号的峰峰值，a为放大电路50总的放大倍数。由于这一阻抗值是在脑电主要频率下计算得到，而且脑电主要频率范围有限，无需再进行进一步换算即可得到高精度的阻抗值。

可选的，当至少一个信号电极10包括多个信号电极10时，多个信号电极10布置在头皮的不同位置，可以采集脑区不同位置的脑电信号。此时需要确定每个信号电极10和接地电极80回路的接触阻抗。具体的，循环执行步骤S1、S2、S3和S4，直至确定多个信号电极10和接地电极80回路的接触阻抗，如此，避免了较大的接触阻抗影响脑电信号质量。

S5、数据处理控制电路采集脑电信号。

即利用高精度脑电信号采集装置既可完成对电极接触阻抗的检测，同时还可以完成脑电信号的采集，结构简单。

本实施例的技术方案，通过两种工作模式，即先进行阻抗检测，然后进行脑电信号采集，如此，获得质量较好的脑电信号，避免了较大的接触阻抗影响脑电信号质量的问题；同时，当阻抗检测和脑电信号采集分开进行，本实施例直接采用脑电信号常用频率范围内的低频段的恒流源进行激励，获得电极和头皮阻抗网络两端的电压，之后直接通过欧姆定律计算得出脑电信号相应频率的接触阻抗，计算阻抗方法简单，且精度较高，实现快速高精度测量测量电极和人头皮的接触阻抗。

可选的，至少一个信号电极包括多个信号电极；步骤S4之后，还包括：判断多个信号电极和接地电极回路的接触阻抗是否全部大于预设接触阻抗；若是，则调整接地电极与头皮的接触位置；若否，则当部分信号电极和接地电极回路的接触阻抗大于预设接触阻抗；调整部分信号电极与头皮的接触位置，直至部分信号电极和接地电极回路的接触阻抗小于等于预设接触阻抗，执行步骤S5；当多个信号电极和接地电极回路的接触阻抗全部小于等于预设接触阻抗，执行步骤S5。

如此，避免了各信号电极10与头皮的接触电阻过大以及接地电极20与头皮的接触电路过大，影响脑电信号采集质量的问题。

可选的，图4是本发明实施例提供的又一种高精度脑电信号采集装置的结构示意图，如图4所示，高精度脑电信号采集装置还包括：第二阻抗激励电路90；第二阻抗激励电路90分别与数据处理控制电路40以及参考电极20电连接；

在步骤S5之前，还包括：

数据处理控制电路基于第二阻抗激励电路产生的交流恒流源确定参考电极和接地电极回路的接触阻抗。

本实施例中，当需要测试参考电极20与头皮之间的接触阻抗时，第二阻抗激励电路90接收数据处理控制电路40发送的电压信号，基于此电压信号产生交流恒流源，并将此交流恒流源作用于参考电极20上，其中，确定参考电极20和接地电极80回路的接触阻抗的方法与确定信号电极10和接地电极80回路的接触阻抗方法相同，具体过程可以参见上述内容，在此不再赘述。且第二阻抗激励电路90也包括衰减电路、电压转换电路、阻抗控制开关。

可选的，继续参见图1，高精度脑电信号采集装置还包括：预处理和保护电路70和模数转换电路60；信号电极10的第二端和参考电极20的第二端分别与预处理和保护电路70的第一端电连接，预处理和保护电路70的第二端与滤波放大单元51的第一端电连接，滤波放大单元51的第二端和数据处理控制电路40之间设置有模数转换电路60；

步骤S3，包括：

当第二电压信号中包括的电流超过预设电流值时，预处理和保护电路滤除第二电压信号中的电流；

滤波放大单元将第二电压信号进行滤波放大，且偏置驱动根据接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至滤波放大单元；

模数转换电路将滤波放大后的第二电压信号转换为第四电压信号，并输入至数据处理控制电路；

数据处理控制电路对第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定峰峰值，并基于峰峰值和交流恒流源确定信号电极和接地电极回路的接触阻抗。

具体的，预处理和保护电路70的输入与信号电极10及参考电极20电连接，预处理和保护电路70的设置可以避免短路等意外造成输入电流过大，发生超载，烧坏后续电路模块。由于第二电压信号为模拟电压信号，所以模数转换电路60将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号(第四电压信号)输入数据处理控制电路40。数据处理控制电路40中的滤波功能对第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定数字电压信号的峰峰值，并基于峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗。由于这一阻抗值是在脑电主要频率下计算得到，而且脑电主要频率范围有限，无需再进行进一步换算即可得到高精度的阻抗值。

综上所述，本发明提供的高精度脑电信号采集方法，实现对脑电采集装置电极接触阻抗高精度测量，采用单路低频输入恒流源激励，可以直接得到脑电频率范围下电极接触阻抗值，简化了检测复杂度，无需测量过多参数并换算，准确度高，通过适用于该方法的阻抗激励电路设计，简化了硬件设计复杂度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种高精度脑电信号采集方法，其特征在于，所述高精度脑电信号采集方法通过高精度脑电信号采集装置实现；所述高精度脑电信号采集装置包括：至少一个信号电极、至少一个参考电极、接地电极、放大电路、第一阻抗激励电路、数据处理控制电路；所述放大电路包括滤波放大单元和偏置驱动电路；所述信号电极的第一端、所述参考电极的第一端和所述接地电极的第一端分别与头皮电连接，所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端电连接，所述滤波放大单元的第三端与所述偏置驱动电路的第一端电连接，所述偏置驱动电路的第二端与所述接地电极的第二端电连接；所述数据处理控制电路的第二端与所述第一阻抗激励电路的第一端电连接，所述第一阻抗激励电路的第二端与所述信号电极电连接；

所述高精度脑电信号采集方法包括：

S1、所述数据处理控制电路输出第一电压信号至所述第一阻抗激励电路，其中，所述第一电压信号的频率为f，0＜f≤40Hz；

S2、所述第一阻抗激励电路根据所述第一电压信号产生交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号；

S3、所述滤波放大单元将所述第二电压信号进行滤波放大，且所述偏置驱动电路根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；

S4、所述数据处理控制电路对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

S5、所述数据处理控制电路采集脑电信号。

2.根据权利要求1所述的高精度脑电信号采集方法，其特征在于，所述高精度脑电信号采集装置还包括：第二阻抗激励电路；所述第二阻抗激励电路分别与所述数据处理控制电路以及所述参考电极电连接；

在步骤S5之前，还包括；

所述数据处理控制电路基于所述第二阻抗激励电路产生的交流恒流源确定所述参考电极和所述接地电极回路的接触阻抗。

3.根据权利要求1所述的高精度脑电信号采集方法，其特征在于，窄带滤波后的第二电压信号的幅值远大于所述脑电信号的电压幅值。

4.根据权利要求3所述的高精度脑电信号采集方法，其特征在于，步骤S2，包括：

所述第一阻抗激励电路将所述第一电压信号转换为第三电压信号，其中，所述第一电压信号的幅值大于所述第三电压信号的幅值；

所述第一阻抗激励电路将所述第三电压信号转换为所述交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号。

5.根据权利要求1所述的高精度脑电信号采集方法，其特征在于，至少一个信号电极包括多个信号电极；步骤S4之后，还包括：

判断多个所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗是否全部大于预设接触阻抗；

若是，则调整所述接地电极与所述头皮的接触位置；

若否，则当部分所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗大于所述预设接触阻抗；

调整部分所述信号电极与所述头皮的接触位置，直至部分所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗小于等于所述预设接触阻抗，执行步骤S5；

当多个所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗全部小于等于所述预设接触阻抗，执行步骤S5。

6.根据权利要求1所述的高精度脑电信号采集方法，其特征在于，所述高精度脑电信号采集装置还包括：预处理和保护电路和模数转换电路；所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述预处理和保护电路的第一端电连接，所述预处理和保护电路的第二端与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端之间设置有所述模数转换电路；

步骤S3，包括：

当所述第二电压信号中包括的电流超过预设电流值时，所述预处理和保护电路滤除所述第二电压信号中的所述电流；

所述滤波放大单元将所述第二电压信号进行滤波放大，且所述偏置驱动电路根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；

所述模数转换电路将滤波放大后的第二电压信号转换为第四电压信号，并输入至所述数据处理控制电路；

所述数据处理控制电路对所述第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定所述峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

其中，所述第二电压信号为模拟电压信号，所述第四电压信号为数字电压信号。

7.一种高精度脑电信号采集装置，其特征在于，包括：至少一个信号电极、至少一个参考电极、接地电极、放大电路、第一阻抗激励电路、数据处理控制电路；所述放大电路包括滤波放大单元和偏置驱动电路；所述信号电极的第一端、所述参考电极的第一端和所述接地电极的第一端分别与头皮电连接，所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述滤波放大单元的第一端电连接，所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端电连接，所述滤波放大单元的第三端与所述偏置驱动电路的第一端电连接，所述偏置驱动电路的第二端与所述接地电极的第二端电连接；所述数据处理控制电路的第二端与所述第一阻抗激励电路的第一端电连接，所述第一阻抗激励电路的第二端与所述信号电极电连接；

在阻抗检测模式下，所述数据处理控制电路用于输出第一电压信号至所述第一阻抗激励电路，其中，所述第一电压信号的频率为f，0＜f≤40Hz；所述第一阻抗激励电路用于根据所述第一电压信号产生交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极，以使所述信号电极和所述接地电极的两端产生第二电压信号；所述滤波放大单元用于将所述第二电压信号进行滤波放大；所述偏置驱动电路用于根据所述接地电极连接人体端电压，产生偏置驱动电压，并输入至所述滤波放大单元；所述数据处理控制电路还用于对滤波放大后的第二电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第二电压信号确定窄带滤波后的第二电压信号的峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

在脑电信号采集模式下，所述数据处理控制电路用于采集脑电信号。

8.根据权利要求7所述的高精度脑电信号采集装置，其特征在于，还包括：第二阻抗激励电路；所述第二阻抗激励电路分别与所述数据处理控制电路以及所述参考电极电连接。

9.根据权利要求7所述的高精度脑电信号采集装置，其特征在于，所述第一阻抗激励电路包括：衰减电路、电压转换电路、阻抗控制开关；所述衰减电路的第一端与所述数据处理控制电路电连接，所述衰减电路的第二端与所述电压转换电路的第一端电连接，所述电压转换电路的第二端与所述阻抗控制开关的第一端电连接，所述阻抗控制开关的第二端与所述信号电极电连接，所述阻抗控制开关的控制端与所述数据处理控制电路电连接；

所述衰减电路用于将所述第一电压信号转换为第三电压信号，其中，所述第一电压信号的幅值大于所述第三电压信号的幅值；

所述电压转换电路用于将所述第三电压信号转换为所述交流恒流源，并将所述交流恒流源输出至所述信号电极；

所述阻抗控制开关用于根据所述数据处理控制电路输出的开关控制信号导通或闭合。

10.根据权利要求8所述的高精度脑电信号采集装置，其特征在于，所述高精度脑电信号采集装置还包括：预处理和保护电路和模数转换电路；

所述信号电极的第二端和所述参考电极的第二端分别与所述预处理和保护电路的第一端电连接，所述预处理和保护电路的第二端与所述滤波放大单元的第一端电连接；所述滤波放大单元的第二端与所述数据处理控制电路的第一端之间设置有所述模数转换电路；

所述预处理和保护电路用于当所述第二电压信号中包含的电流超过预设电流值时，滤除所述第二电压信号中的所述电流；

所述模数转换电路用于将滤波放大后的第二电压信号转换为第四电压信号，并输入至所述数据处理控制电路；

所述数据处理控制电路用于对所述第四电压信号进行窄带滤波，并基于窄带滤波后的第四电压信号确定所述峰峰值，并基于所述峰峰值和所述交流恒流源确定所述信号电极和所述接地电极回路的接触阻抗；

其中，所述第二电压信号为模拟电压信号，所述第四电压信号为数字电压信号。

Images