CN113288178A - 一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统及方法，数据采集装置中包括同源时钟模块和并联设置的若干个多通道数据采集模块，若干个数据采集模块之间通过同源时钟模块进行所有数据点信息的同步启动与同步采集，并上传至脑电数据采集装置；控制装置记录同步刺激事件装置的外部刺激事件信息，且从数据采集装置中获得所有外部刺激事件对应的数据点信息后上传至脑电数据采集装置；脑电数据采集装置将控制装置上传的信息与数据采集装置上传的信息进行匹配，获得外部刺激事件与数据点信息间的对应关系。本发明将同步外部刺激事件信息与数据点信息分开记录并传输，能够有效的提高同步事件传输的可靠性。

Description

一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统及方法

技术领域

本发明涉及多通道脑电信号采集技术领域，具体涉及一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统及方法。

背景技术

大脑是人体最重要的部分，负责了个体的运动、视觉、感知等重要功能。在临床诊疗和脑科学研究过程中，通过对脑电活动中的诱发电位进行测量和分析研究。但是往往单独的诱发电位非常微弱，显著性较差且不易测量，所以往往需要一些外部刺激事件来激活特定脑区的生理电活动，需要同步记录刺激事件的起始时刻与脑电数据的起始时刻。一般在进行外部刺激实验时，往往需要通过多次刺激事件叠加，来增强平均诱发电位，以此来获得比较显著的脑电信号。因此，在进行脑电信号诱发电位刺激与数据采集过程中，刺激事件与数据的同步至关重要。

在每一次刺激事件开始时，需要对相应时刻的数据进行标记，以表明在该时刻刺激活动开始，在后期数据分析过程中能够通过标记事件来提取出刺激事件发生过程中所采集的脑电数据。

现阶段，脑电事件同步方式主要有两种方式，一种是通过被试者自身的生理信号进行刺激事件和数据的同步。另一种是通过外接刺激事件标记装置。通过被试自身生理信号进行同步的方式虽然能够减少对硬件的依赖，但是具有明显的局限性，需要被试同时产生相关的神经或肌肉活动，其采集方式、采集部位和提取方法的差异会对结果造成比较大的影响。利用外接刺激事件标记装置是当前比较可靠的事件同步方案。

目前，广泛采用的外接刺激事件标记方案通过电脑的串/并口与传感器连接，将电脑刺激事件通过特定的协议发送至采集装置，与当前的脑电数据融合，完成刺激事件在脑电数据上的标记，从而实现脑电事件同步。采用这种方式会将事件同步信息与数据信息融合之后上传，由于事件同步信息是单向传输的，当存在通信干扰和其他一些原因时会导致同步信息的丢失，一旦同步事件信息丢失后将不可追溯和恢复，难以提取到与刺激事件相对应的重要脑电数据，以致于影响临床诊疗和脑科学研究。另一方面，通过这种方式进行事件同步的方案设计比较复杂，当设备的数据采样率逐渐提高时，数据量增大，对系统的实时要求更高。当前采用的这种将刺激事件实时的与数据融合再传输的方式，必然需要不断的将刺激事件信息写入数据包中，而又不能打断数据的采集过程。特别是一些消息类型的同步事件，携带了比较多的数据量，这就要求整个系统的中断处理能力和数据处理能力要求更高。在这种模式下，随着采集通道的增加，数据吞吐量急剧增长，其复杂度也同步增加。

发明内容

本发明目的是解决现有脑电事件同步存在事件同步信息丢失，且在多采集通道的事件同步采集中具有设备硬件复杂度高，成本高的缺陷；因此，本发明提供了一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统，包括同步刺激事件装置、控制装置、数据采集装置和脑电数据采集装置，所述控制装置依次与所述的同步刺激事件装置、数据采集装置和脑电数据采集装置连接，所述数据采集装置中包括同源时钟模块和并联设置的若干个多通道数据采集模块，若干个所述数据采集模块之间通过所述同源时钟模块进行所有数据点信息的同步启动与同步采集，并上传至所述脑电数据采集装置；所述控制装置记录所述同步刺激事件装置的外部刺激事件信息，且从所述数据采集装置中的其一数据采集模块获得所有外部刺激事件对应的数据点信息后，并打包上传至所述脑电数据采集装置；所述脑电数据采集装置将所述控制装置上传的信息与所述数据采集装置上传的信息进行匹配，获得每一个外部刺激事件与数据点信息之间的对应位置关系。

优选地，所述数据采集装置中包括有至多8个数据采集模块，每个所述数据采集模块设有32个脑电采集通道，用于全脑或部分脑区的脑电信号检测。当采用8个数据采集模块时，共计可构成256个脑电采集通道，可对全脑进行脑电信号的检测。

所述同步刺激事件装置包括音频刺激装置、视频刺激装置和电磁刺激装置中的一种或几种。

另一方面，本发明还提供了一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步方法，打开同步刺激事件装置，启动刺激程序，并同步向数据采集装置和控制装置发送指令；多通道数据采集模块记录外部刺激事件所对应的数据点信息，并上传至脑电数据采集装置；控制装置收到同步刺激事件装置发送的同步事件时，并向多通道数据采集模块获取当前的数据点信息，并将数据点信息和同步刺激事件信息打包上传至脑电数据采集装置；脑电数据采集装置对所接收到信息进行数据匹配，得到外部刺激事件与数据点信息间的匹配。

所述控制装置通过异步串口与所述的数据采集装置和脑电数据采集装置进行通信，所述数据采集装置与所述脑电数据采集装置间通过以太网接口进行数据通信。

脑电数据采集装置对控制装置上传的外部事件信息和数据点信息与数据采集模块上传的数据点信息进行匹配的方法是：脑电数据采集装置查找控制装置上传的事件数据点信息所对应的数据点序号；脑电数据采集装置查找多通道数据采集模块上传的数据点信息所对应的数据点序号；将控制装置记录的数据点序号和多通道数据采集模块记录的数据点序号一一对应，得到数据点时刻发生的外部刺激事件，并标记出外部刺激事件对应的数据点信息。

本发明技术方案，具有如下优点：

A.本发明将同步刺激事件装置下发的外部刺激事件通过数据采集装置获取事件的数据点信息，数据采集装置将得到的事件数据点信息采用直接上传和通过控制装置分别上传至脑电数据采集装置的方式，在脑电数据采集装置中将两路上传的事件数据点信息进行匹配，即可获得每一个同步刺激事件与数据点之间的对应位置关系，不会随着数据通道的增加而影响外部刺激事件的同步时效性；本发明通过将同步的外部刺激事件信息与数据点信息分开记录并传输，由于同步的外部刺激事件信息与数据点信息都是连续记录并相互关联的，在控制装置和数据采集装置上传的信息都包含了两者的相互关联信息，当控制装置或数据采集装置任一个上传数据发生丢失时，可以通过另一个装置的信息发现丢失的内容并恢复，这样，能够有效的提高同步事件传输的可靠性。

B.本发明采用同源时钟模块为所有的数据采集模块提供统一的时钟源，保证多个数据采集模块之间的数据采集是同步的，可有效的降低设备硬件的复杂度，对硬件设备的性能要求更低；具体地，本发明中的控制装置与数据采集模块之间的通信量很少，只获取数据采集模块中的数据采样点信息，不会因为同步事件消息的类型不同而变化，数据采集模块间交互减少，其系统鲁棒性更好。同时，采样同源时钟设计，数据采集模块与数据采集模块间在硬件上实现了数据采集的步调一致，因此，任一个数据采集模块的数据采样点数与其他数据采集模块的数据采样点数保持一致，控制装置只需要与其中一个数据采集模块进行同步数据通信即可，而每一个数据采集模块是通过独立的以太网接口上传数据，使用一个数据采集模块与使用多个数据采集模块相比，不会增加控制装置的计算量，通过增加数据采集模块数量的方式来增加采集通道对数据采集过程和系统的数据处理能力基本没有影响，这样使得整个系统设计更加简单，对系统的处理能力要求更低，且降低了成本。

C.本发明能够方便的扩展数据采集通道，保证同步事件的实时性、可靠性，使其扩展性能更好，还可以应用到其他的有事件同步需求的系统中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的同步系统原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统，包括同步刺激事件装置、控制装置、数据采集装置和脑电数据采集装置，控制装置依次与同步刺激事件装置、数据采集装置和脑电数据采集装置连接，数据采集装置中包括同源时钟模块和并联设置的若干个多通道数据采集模块，若干个数据采集模块之间通过同源时钟模块进行所有数据点信息的同步启动与同步采集，并上传至脑电数据采集装置；控制装置记录同步刺激事件装置的外部刺激事件信息，且从数据采集装置中的其一数据采集模块获得所有外部刺激事件对应的数据点信息后，并打包上传至脑电数据采集装置；脑电数据采集装置将控制装置上传的信息与数据采集装置上传的信息进行匹配，获得每一个外部刺激事件与数据点信息之间的对应位置关系。

本发明在数据采集装置中设有至多8个数据采集模块，每个数据采集模块设有32个脑电采集通道，可以实现至多256通道的脑电数据，不会随着数据通道的增加而影响外部刺激事件的同步时效性，控制装置与其中一个数据采集模块实现同步信息传输。由于本发明采样同源时钟设计，数据采集模块与数据采集模块间在硬件上实现了数据采集的步调一致，因此，任一个数据采集模块的数据采样点数与其他数据采集模块的数据采样点数保持一致，控制装置只需要与其中一个数据采集模块进行同步数据通信即可，同时每一个数据采集模块通过独立的以太网接口上传数据。

其中的同步刺激事件装置包括音频刺激装置、视频刺激装置、电磁刺激装置等，当然不限于上述举例外部刺激事件装置。

本发明所提供的基于多通道脑电采集的脑电事件同步方法具体如下；打开同步刺激事件装置，启动刺激程序，并同步向数据采集装置和控制装置发送指令；多通道数据采集模块记录外部刺激事件所对应的数据点信息，并上传至脑电数据采集装置；控制装置收到同步刺激事件装置发送的同步事件时，并向多通道数据采集模块获取当前的数据点信息，并将数据点信息和同步刺激事件信息打包上传至脑电数据采集装置；脑电数据采集装置对所接收到信息进行数据匹配，得到外部刺激事件与数据点信息间的匹配。

其中脑电数据采集装置对控制装置上传的外部事件信息和数据点信息与数据采集模块上传的数据点信息进行匹配的方法是：脑电数据采集装置查找控制装置上传的事件数据点信息所对应的数据点序号；脑电数据采集装置查找多通道数据采集模块上传的数据点信息所对应的数据点序号；将控制装置记录的数据点序号和多通道数据采集模块记录的数据点序号一一对应，得到数据点时刻发生的外部刺激事件，即该数据点时刻发生了一个刺激事件，标记出外部刺激事件对应的数据点信息。

本发明通过将同步的外部刺激事件信息与数据点信息分开记录并传输，由于同步的外部刺激事件信息与数据点信息都是连续记录并相互关联的，在控制装置和数据采集装置上传的信息中都包含了两者的相互关联信息，当控制装置或数据采集装置中的任一个上传数据发生丢失时，可以通过另一个装置所记录的信息发现丢失的内容并恢复，这样，避免了采集数据的丢失，能够有效提高同步事件传输的可靠性。

实施例

例如常用的脑电刺激范式之一为黑白翻转棋盘格，黑白棋盘格按设定的时间进行黑白交替翻转，如每秒翻转2次。同步刺激事件装置为安装了黑白翻转棋盘格刺激程序的电脑，当刺激程序开始时，同步发送指令启动各个数据采集模块进行数据采集，各个数据采集模块采集数据过程中会记录数据点采集信息，并将数据信息和数据点采集信息打包，通过以太网口发送给脑电数据采集装置。同时，黑白棋盘格刺激程序每进行一次翻转，通过串口给控制装置发送指令，通知控制装置当前翻转的详细信息，如翻转次数、翻转状态等同步刺激事件信息。控制装置收到同步刺激事件装置发送的同步事件时，通过串口向数据采集模块获取当前的数据点信息，并将数据点信息和同步刺激事件信息打包通过异步串口传输给脑电数据采集装置。脑电数据采集装置通过将控制装置经串口上传的数据点信息及同步事件信息与数据采集装置经以太网口上传的数据包信息进行数据匹配，对数据采集装置传输的数据包进行解析和标记，实现事件点的匹配同步。

本发明采用同源时钟模块为所有的数据采集模块提供统一的时钟源，保证多个数据采集模块之间的数据采集是同步的，可有效的降低设备硬件的复杂度，对硬件设备的性能要求更低，降低成本；本发明能够方便的扩展数据采集通道，保证同步事件的实时性、可靠性，使其扩展性能更好，还可以应用到其他的有事件同步需求的系统中。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统，包括同步刺激事件装置、控制装置、数据采集装置和脑电数据采集装置，所述控制装置依次与所述的同步刺激事件装置、数据采集装置和脑电数据采集装置连接，其特征在于，所述数据采集装置中包括同源时钟模块和并联设置的若干个多通道数据采集模块，若干个所述数据采集模块之间通过所述同源时钟模块进行所有数据点信息的同步启动与同步采集，并上传至所述脑电数据采集装置；所述控制装置记录所述同步刺激事件装置的外部刺激事件信息，且从所述数据采集装置中的其一数据采集模块中获得所有外部刺激事件对应的数据点信息后，并打包上传至所述脑电数据采集装置；所述脑电数据采集装置将所述控制装置上传的信息与所述数据采集装置上传的信息进行匹配，获得每一个外部刺激事件与数据点信息之间的对应位置关系。

2.根据权利要求1所述的基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统，其特征在于，所述数据采集装置中包括有至多8个数据采集模块，每个所述数据采集模块设有32个脑电采集通道，用于全脑或部分脑区的脑电信号检测。

3.根据权利要求1所述的基于多通道脑电采集的脑电事件同步系统，其特征在于，所述同步刺激事件装置包括音频刺激装置、视频刺激装置和电磁刺激装置中的一种或几种。

4.一种基于多通道脑电采集的脑电事件同步方法，其特征在于，打开同步刺激事件装置，启动刺激程序，并同步向数据采集装置和控制装置发送指令；多通道数据采集模块记录外部刺激事件所对应的数据点信息，并上传至脑电数据采集装置；控制装置收到同步刺激事件装置发送的同步事件时，并向多通道数据采集模块获取当前的数据点信息，并将数据点信息和同步刺激事件信息打包上传至脑电数据采集装置；脑电数据采集装置对所接收到信息进行数据匹配，得到外部刺激事件与数据点信息间的匹配。

5.根据权利要求4所述的基于多通道脑电采集的脑电事件同步方法，其特征在于，所述控制装置通过异步串口与所述的数据采集装置和脑电数据采集装置进行通信，所述数据采集装置与所述脑电数据采集装置间通过以太网接口进行数据通信。

6.根据权利要求4所述的基于多通道脑电采集的脑电事件同步方法，其特征在于，脑电数据采集装置对控制装置上传的外部事件信息和数据点信息与数据采集模块上传的数据点信息进行匹配的方法是：脑电数据采集装置查找控制装置上传的事件数据点信息所对应的数据点序号；脑电数据采集装置查找多通道数据采集模块上传的数据点信息所对应的数据点序号；将控制装置记录的数据点序号和多通道数据采集模块记录的数据点序号一一对应，得到数据点时刻发生的外部刺激事件，并标记出外部刺激事件对应的数据点信息。

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