CN112438737A - 一种脑电波采集方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及脑电波采集技术领域，尤其涉及一种脑电波采集方法及装置。装置包括多个电极片和多个芯片，电极片和芯片电气连接，电极片采集脑电波信号；芯片对脑电波模拟信号进行处理后输出脑电波数字信号。电极与信号处理装置集成在一个芯片上，电极贴合头皮使用，采集脑电波后经芯片处理，使用数字信号线传输到其他终端完成下一动作。每一个脑电波采集装置都是一个独立的个体，彼此之间电气隔离，且模拟信号不需要模拟信号线传输，降低了外界引入的噪声、提高了脑电波的质量，解决使用模拟信号线传输脑电波信号引入噪声，影响脑电波波形质量的问题，同时装置体积小便于携带，还可以根据用户不同的导联数量需求进行灵活的增减。
Description
技术领域
本申请涉及脑电波采集技术领域，尤其涉及一种脑电波采集方法及装置。
背景技术
脑电波是大脑皮层大量神经元的突触后电位总和的结果。脑电波同步节律的形成与皮层丘脑非特异性投射系统的活动有关，脑电波不仅可以用于脑科学的基础理论研究，而且更重要的意义在于它的临床实践的应用，与人类的生命健康息息相关。脑电波采集技术目前广泛应用于智能控制、医疗、脑机接口领域。
常见的脑电波采集方法通常是将电极(干电极或湿电极)放置在电极帽中，由模拟信号线引出连接到处理器中，当使用者戴上电极帽连接上设备时，电极采集到脑电波，然后通过模拟信号线输入到模拟电路中，经过放大器放大和AD转换后送入数字系统中进行预处理和处理，从而对人的脑电波的状态进行识别，即可实现脑机接口的功能。
由于脑电波信号的幅值极其低(约1uV～100uV)，上述脑电波采集方式中间线路多，容易引入空气中的射频干扰和工频噪声，影响脑电波的波形质量。另外体积庞大，结构复杂，增加或减少电极时，都需要开发人员重新进行整机的配置和程序的编写，不易于脑机接口的便携性和灵活性。
发明内容
本申请提供了一种脑电波采集方法及装置，以解决使用模拟信号线来传输脑电波信号会引入噪声，影响脑电波波形质量的问题。
本申请的第一方面提供了一种脑电波采集方法，所述方法包括：
电极片采集脑电波模拟信号；
芯片获取所述脑电波模拟信号；
芯片放大所述脑电波模拟信号；
芯片对所述脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号；
芯片对所述脑电波数字信号进行预处理；
芯片输出所述脑电波数字信号。
可选的，对所述脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号之后，所述方法还包括：将所述脑电波数字信号缓存。
可选的，在放大所述脑电波模拟信号之前所述方法包括：滤除共模噪声。
可选的，对所述脑电波数字信号进行预处理包括：对所述脑电波数字信号进行去噪、整型、滤除直流分量的处理。
本申请的第二方面提供了一种脑电波采集装置，所述装置包括：多个电极片和多个芯片，所述电极片与所述芯片电气连接，每一个所述芯片包括：接收模块、放大模块、AD转换模块、预处理模块、输出模块、存储模块以及供电模块。
可选的，所述接收模块用于接收所述电极片采集的脑电波模拟信号；
所述放大模块用于将所述脑电波模拟信号进行信号放大；
所述AD转换模块用于将所述脑电波模拟信号转换成脑电波数字信号；
所述预处理模块用于对所述脑电波数字信号进行预处理；
所述输出模块用于将所述脑电波数字信号传输到下一节点；
所述存储模块用于缓存所述脑电波数字信号；
所述供电模块用于给所述芯片和所述电极片供电。
可选的，所述电极片用于采集脑电波模拟信号。
可选的，所述芯片还包括右腿驱动模块，所述右腿驱动模块用于输出右腿驱动电极。
可选的，所述芯片还包括时钟模块，所述时钟模块用于完成所述芯片的同步通信。
可选的，每个所述芯片上设置有多个所述电极片。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请提供了一种脑电波采集方法和装置，包括多个电极片和多个芯片，电极片和芯片电气连接，电极片用于采集脑电波模拟信号；芯片用于获取脑电波模拟信号、放大脑电波模拟信号、对脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号、对脑电波数字信号进行预处理以及输出脑电波数字信号。电极与信号处理装置被集成在一个体积很小的数字脑电极上，电极贴合头皮使用，在采集到脑电波后经过芯片的处理可以使用数字信号线传输到其他终端完成下一个动作，每一个脑电波采集装置都是一个独立的个体，彼此之间电气隔离，且模拟信号不需要经过模拟信号线进行传输，可以降低外界引入的噪声、提高脑电波的质量以及精确性和可靠性，以解决使用模拟信号线来传输脑电波信号会引入噪声，影响脑电波波形质量的问题，同时装置体积小便于携带，还可以根据用户不同的导联数量需求进行灵活的增减。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供一种脑电波采集方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的一种脑电波采集装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种脑电波采集装置的应用场景图。
图4为本申请实施例提供的一种脑电波采集装置的应用场景图。
附图标记说明：
1、电极片；2、芯片；3、接收模块；4、放大模块；5、AD转换模块；6、预处理模块；7、输出模块；8、存储模块；9、供电模块；10、右腿驱动模块；11、时钟模块。
具体实施方式
示例性的，如图1所示为本申请的第一方面提供了一种脑电波采集方法的流程图，所述方法包括：
S1：电极片1采集脑电波模拟信号。
电极片1在本申请中用于采集脑电波模拟信号。
可选的，电极片1为任何一种用来采集模拟脑电信号的电极片1。
S2：芯片2获取脑电波模拟信号。
芯片2上设置有电极片1，电极片1与芯片2电气连接，不需要通过模拟线来传输脑电波模拟信号，从而避免了在这一传输的过程中引入干扰噪声。
S3：芯片2放大脑电波模拟信号。
芯片2获取脑电波模拟信号后需要对信号进行放大，再进行信号处理。所以芯片2上设置有信号放大器，可以直接将获取的脑电波模拟信号进行放大，放大后的信号再经滤波处理后就具有最平坦的频响特性，用于消除数字干扰。
S4：芯片2对脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号。
脑电波模拟信号进行放大滤波后进入AD转换器进行数模转换，只有将模拟信号转换转换成数字信号，才能输入到处理器中进行处理。
可选的，AD转换器的类型包括：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、电容阵列逐次比较型及压频变换型等。
S5：芯片2对脑电波数字信号进行预处理。
脑电波模拟信号被转换成数字信号后需要对信号进行预处理，预处理包括对信号对信号的估值、增强、压缩、识别、去噪、整型、滤除直流分量等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
S6：芯片2输出所述脑电波数字信号。
芯片2在对脑电波信号进行一系列的处理之后，直接通过数字信号线输出数字信号，由于数字信号线本身的属性，不容易受到外界的干扰，在传输信号的时候可以最大限度的保持信号的原有波形进行输出，所以在本申请中使用数字信号线对脑电波数字信号进行传输，避免了使用模拟信号线对信号进行传输时会容易引入空气中的射频干扰和工频噪声，影响脑电波的波形质量，然后将数据发送到其他终端以根据脑电波的波形图来识别、判断以及诊断。
可选的，对脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号之后，还需要将脑电波数字信号缓存，便于随时调取利用，所以在芯片2上安装有存储器提供存储服务。
可选的，在放大所述脑电波模拟信号之后还需要对放大后的信号进行滤波，滤除共模噪声，以提高信号的质量。
示例性的，如图2所示为本申请的第二方面提供了一种脑电波采集装置的结构示意图，每一个装置都是一个独立的个体，彼此之间电气隔离，避免了信号之间的串扰，装置包括：多个电极片1和多个芯片2，电极片1与芯片2电性连接。
其中每一个芯片2包括：接收模块3、放大模块4、AD转换模块5、预处理模块6、输出模块7、存储模块8以及供电模块9。
接收模块3用于接收电极片1采集的脑电波模拟信号，电极片1用来采集脑电波的模拟信号，采集完后直接传输到芯片2的接收模块3，由接收模块3完成接收，在这个传输的过程中不需要模拟传输线，所以减少了传输过程中的干扰，提高了信号传输的质量。
放大模块4用于将脑电波模拟信号进行信号放大，接收模块3接收到脑电波的模拟信号后就传输到芯片2的放大模块4，放大模块4可以直接将获取的脑电波模拟信号进行放大，放大后的信号再经滤波处理后就具有最平坦的频响特性，用于消除数字干扰，进一步的避免了信号混入干扰噪声，提高了信号的质量，便于后续波形图的生成。
AD转换模块5用于将脑电波模拟信号转换成脑电波数字信号，脑电波模拟信号进行放大滤波后进入AD转换模块5进行数模转换，只有将模拟信号转换成数字信号，才能输入到处理器中进行处理。
预处理模块6用于对脑电波数字信号进行预处理，脑电波模拟信号被转换成数字信号后需要对信号进行预处理，预处理包括对信号的估值、增强、压缩、识别、去噪、整型、滤除直流分量等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
输出模块7用于将脑电波数字信号传输到下一节点，芯片2在对脑电波信号进行一系列的处理之后，直接通过数字信号线以及输出模块7输出数字信号，由于数字信号线本身的属性，不容易受到外界的干扰，在传输信号的时候可以最大限度的保持信号的原有波形进行输出，所以在本申请中使用数字信号线对脑电波数字信号进行传输，避免了使用模拟信号线对信号进行传输时会容易引入空气中的射频干扰和工频噪声，影响脑电波的波形质量，然后将数据发送到其他终端以根据脑电波的波形图来识别、判断以及诊断。
存储模块8用于缓存脑电波数字信号，脑电波数字信号经过一系列的处理后，需要对其进行缓存，缓存的目的就是为了短时间内对视调取脑电波的数字信号方便。
供电模块9用于给芯片2和做主电极片1供电，供电模块9就是芯片2上安装的电池，用于给电极片1和芯片2同时供电，便于电极片1和芯片2的正常工作。
可选的，芯片2还包括右腿驱动模块10，右腿驱动模块10用于输出右腿驱动电压至电极。脑电波信号处理流程为：电极片1采集原始的脑电波模拟信号，通过放大器放大，为了减小干扰，会输出一个右腿驱动电极，从而形成一个负反馈系统，滤除共模噪声(比如是工频噪声和射频噪声等)。然后经过AD转换成数字信号，之后将数字信号解析成某种功能的检测和实现。所以本申请的芯片2中还设置有右腿驱动电机用来滤除共模噪声。从而提高信号的输出质量。
可选的，芯片2还包括时钟模块11，时钟模块11用于完成芯片2的同步通信。
示例性的，如图所示，每个芯片2上设置有多个电极片1，可以根据用户不同的需求数量需求行灵活的配置和数量的增减。采集的脑电波模拟信号不需要经过模拟信号线直接进入芯片2内部，从而避免了这一传输过程引入的干扰噪声。
本申请提供了一种脑电波采集方法和装置，包括多个电极片和多个芯片，电极片和芯片电性连接，电极片用于采集脑电波模拟信号；芯片用于获取脑电波模拟信号、放大脑电波模拟信号、对脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号、对脑电波数字信号进行预处理以及输出脑电波数字信号。电极与信号处理装置被集成在一个体积很小的芯片上，电极贴合头皮使用，再采集到脑电波后经过芯片的处理可以使用数字信号线传输到其他终端完成下一个动作，每一个脑电脑电波采集装置都是一个独立的个体，彼此之间电气隔离，且模拟信号不需要经过模拟信号线进行传输，可以降低外界引入的噪声、提高脑电波的质量以及精确性和可靠性，解决使用模拟信号线来传输脑电波信号会引入噪声，影响脑电波波形质量的问题，同时装置体积小便于携带，还可以根据用户不同的导数量需求进行灵活的增减。
需要说明的是，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种脑电波采集方法，其特征在于，所述方法包括：
电极片(1)采集脑电波模拟信号；
芯片(2)获取所述脑电波模拟信号；
芯片(2)放大所述脑电波模拟信号；
芯片(2)对所述脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号；
芯片(2)对所述脑电波数字信号进行预处理；
芯片(2)输出所述脑电波数字信号。
2.根据权利要求1所述的脑电波采集方法，其特征在于，对所述脑电波信号进行AD转换得到脑电波数字信号之后，所述方法还包括：将所述脑电波数字信号缓存。
3.根据权利要求1所述的脑电波采集方法，其特征在于，在放大所述脑电波模拟信号之前所述方法包括：滤除共模噪声。
4.根据权利要求1所述的脑电波采集方法，其特征在于，对所述脑电波数字信号进行预处理包括：对所述脑电波数字信号进行去噪、整型、滤除直流分量的处理。
5.一种脑电波采集装置，其特征在于，所述装置包括：多个电极片(1)和多个芯片(2)，所述电极片(1)与所述芯片(2)电气连接，每一个所述芯片(2)包括：接收模块(3)、放大模块(4)、AD转换模块(5)、预处理模块(6)、输出模块(7)、存储模块(8)以及供电模块(9)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接收模块(3)用于接收所述电极片(1)采集的脑电波模拟信号；
所述放大模块(4)用于将所述脑电波模拟信号进行信号放大；
所述AD转换模块(5)用于将所述脑电波模拟信号转换成脑电波数字信号；
所述预处理模块(6)用于对所述脑电波数字信号进行预处理；
所述输出模块(7)用于将所述脑电波数字信号传输到下一节点；
所述存储模块(8)用于缓存所述脑电波数字信号；
所述供电模块(9)用于给所述芯片(2)以及所述电极片(1)供电。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电极片(1)用于采集脑电波模拟信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述芯片(2)还包括右腿驱动模块(10)，所述右腿驱动模块(10)用于输出右腿驱动电压至电极。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述芯片(2)还包括时钟模块(11)，所述时钟模块(11)用于完成所述芯片(2)的同步通信。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每个所述芯片(2)上设置有多个所述电极片(1)。
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