CN113476048A - 一种脑电波信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脑电技术领域，具体而言，涉及一种脑电波信号采集装置；用于脑部电波信号的采集，所述装置包括脑电采集模块、作用模块和信号处理模块；脑电采集模块与头前额部可选择的贴合设置，用于采集头前额部的脑部电波信号；作用模块与头后部可选择的贴合设置，用于采集投后部的脑部电波信号；信号处理模块分别与脑电采集模块和作用模块连接，用于对获取的脑部电波信号进行预处理和处理；本发明通过设置有贴合人体头部轮廓的帽体，并在帽体上集成了采集、处理和传输装置，因为帽体的特殊结构，替代了现有技术中心通过贴电极片进行脑电信号采集的方式，解决了佩戴者佩戴舒适性的问题。

Description

一种脑电波信号采集装置
技术领域
本发明涉及脑电技术领域，具体而言，涉及一种脑电波信号采集装置。
背景技术
大脑中有数以百亿计的神经元，脑神经信号是与大脑相关联的生物信号，每个神经元都可以产生微小的电场，脑波是许多微小信号的集合。脑波通常从频域方面描述，受外部刺激和内在精神状态的影响，脑波的频域、幅度变化很大。其中Delta、Theta、Alpha、Beta和Gamma波是不同频率脑波的名称，它们描述了许多大脑的状态。
基于上述机理，利用干电极脑电传感器采集到原始脑电信号，通过信号处理技术把信号从时间域转换到频域，然后按照频率分离出Delta、Theta、Alpha、Beta和Gamma 5种脑波，这样就可以观察到脑波频率的分布，由此可利用这些脑波判定测试者的精神状态。
但现有的脑波检测装置都是要在整个头部装多个有线电极，因对受试者的负担太大而难以长时间佩戴，大人和儿童的大脑大小不一。
在现有的装置中，美国Neuroscan公司的Quik-Cap电极帽与放大器之间使用导线连接，便携性差，会限制受试者自由活动，而且实验前后还分别需要注射、清洗导电膏，使用起来极不方便。
美国Emotiv Systems公司的Emotiv EPOC+脑电采集器，使用前需要滴涂耦合剂，使用者头部会因穿戴而变得潮湿，会引起不适；使用后还需要花大量时间清洗触头。
美国Emotiv Systems公司和NeuroSky公司设计的脑电采集设备采用了可穿戴技术，在便携性上有很大改善，但是价格昂贵，例如一套Emotiv EPOC+就需要499美元，而且Neuro Sky的设备不能满足多通道采集的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，佩戴舒适，成本低廉，易于推广的脑电波采集装置。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
一种脑电波信号采集装置，用于脑部电波信号的采集，所述装置包括脑电采集模块、作用模块和信号处理模块；
脑电采集模块与头前额部可选择的贴合设置，用于采集头前额部的脑部电波信号；
作用模块与头后部可选择的贴合设置，用于采集投后部的脑部电波信号；
信号处理模块分别与脑电采集模块和作用模块连接，用于对获取的脑部电波信号进行预处理和处理。
进一步的，信号处理模块包括滤波电路、放大电路和数-模转换电路。
进一步的，装置还包括信号传输模块，信号传输模块与脑电采集模块、作用模块和信号处理模块连接，用于采集后获得信号的传输。
进一步的，装置还包括帽体，帽体为弧形结构，套于头部与头部贴合设置；帽体用于承载脑电采集模块、作用模块、信号处理模块和信号传输模块。
进一步的，脑电采集模块通过旋转机构与帽体的一端连接，旋转机构带动脑电采集模块可选择的与头前额部贴合和远离。
进一步的，作用模块包括至少两个作用单元，分别在帽体中间位置呈对称设置。
进一步的，帽体设置有腔体，信号处理模块和信号传输模块分别设置于腔体内。
进一步的，装置还包括电源模块，电源模块设置于帽体的腔体内，分别与脑电采集模块、作用模块、信号处理模块和信号传输模块电连接。
进一步的，装置还包括接地模块，接地模块设置于帽体的任一端，可选择的与耳朵连接。
进一步的，帽体包括伸缩结构，用于帽体的伸缩。
本发明的有益效果：
本发明提供的脑电波采集装置，通过设置有贴合人体头部轮廓的帽体，并在帽体上集成了采集、处理和传输装置，因为帽体的特殊结构，替代了现有技术中心通过贴电极片进行脑电信号采集的方式，解决了佩戴者佩戴舒适性的问题。
通过信号处理模块的电路设置，解决了上述简易脑电波信号采集装置采集的信号噪声干扰大精度低难以分离出真实脑电波信号的难题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明实施例提供的脑电波采集装置的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的脑电波采集装置的架构示例图。
图标：100-脑电波采集装置；110-帽体；120-脑电采集模块；130-作用模块；140-信号处理模块；150-信号传输模块；160-电源模块；170-接地模块；180-旋转机构；
131-第一作用单元；132-第二作用单元；133-第三作用单元；
141-滤波电路；142-放大电路；143-数-模转换电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
如图1所示，本实施例提供一种脑电波采集装置100，用于人体脑部电波信号的采集和处理，包括帽体110。
帽体110主要是为承载和固定装置，用于贴合人体的头部，为装置的主体部件。在本实施例中，帽体110呈弧形结构，设置有两端，其中弧形的中心位置在使用时应当放置于人体头部的后端中心位置处，其中弧形贴合人体头部的侧端设置，弧形的两端在使用时放置于人体头部的两侧面。通过弧形对于人体脑部的后端、两侧端的贴合设置，形成了包裹空间，使帽体110能够与人体的头部进行紧密贴合，实现佩戴的稳定性。
在本实施例中，在帽体110靠近端部的位置处设置有伸缩结构，用于帽体110端部的伸缩，实现帽体110整体长度的增加和缩短。
伸缩结构中设置有齿结构，可以实现在伸缩过程中帽体110配合部件之间的连接，使帽体110伸缩到一定程度可以实现固定。
本实施例，通过伸缩结构的设置，能够使帽体110针对不同头围使用者的佩戴，不需要频繁的更换不同型号的装置就能实现对于不同人群的使用。
在本实施例中，帽体110还作为主要承载部件，用于搭设主要采集装置。在本实施例中，主要采集装置包括脑电采集模块120、作用模块130和信号模块。
其中，脑电采集模块120主要用于采集头前额部的脑部电波信号，即在本实施例中，脑电采集模块120与帽体110连接，在工作时与头前额进行贴合，对头前额部进行信号采集。
在本实施例中，脑电采集模块120设置于帽体110的靠近任意一端的位置处，并且脑电采集模块120通过旋转机构180与帽体110进行连接。
通过旋转机构180能够带动脑电采集模块120在与帽体110连接平面上的旋转，通过旋转能够使脑电采集模块120靠近和远离头前额部。即，当需要进行数据采集时，通过旋转机构180的定向旋转使脑电采集模块120移动至人脸前部并向人前额部位置移动直至与人前额部实现贴合，并进行数据采集。
与脑电采集模块120不同的，作用模块130用于对头后部位置处的信号进行采集。
在本实施例中，作用模块130设置于帽体110的中心位置，作用模块130还包括至少两个作用单元。
在本实施例中，作用模块130包括三个作用单元，其中第一作用单元131设置于帽体110的中心位置，第二作用单元132和第三作用单元133以第一作用单元131为对称轴进行对称设置。
本实施例中，三个作用单元分别采集人脑后部三个区域的即靠近颈部的脑电波信号。
在本实施例中，信号处理模块140为主要数据处理单元，分别与脑电采集模块120和作用模块130连接，连接方式为电连接，用于对获取的脑部电波信号就进行预处理和处理。
在信号处理模块140中设置有多个电路，实现对于信号的处理，主要包括滤波电路141、放大电路142和数-模转换电路143，三个电路一次对获得信号进行滤波、放大和转换的处理。
处理后的数据通过信号传输模块150发送至外部上位机软件上进行展示。
在本实施例中，信号传输模块150的传输方式包括蓝牙传输方式，但在其他实施例中还可以包括其他的信号传输方式。
本实施例通过脑电采集模块120、作用模块130、信号处理模块140实现人体脑部不同区域的脑电波信号的采集和处理，并通过信号传输模块150将处理后的信号上传至外部软件。
在本实施例中，装置还包括辅助模块，分别为为多个模块进行供电的电源模块160，电源模块160设置在帽体110的腔体内，通过电路分别与脑电采集模块120、作用模块130、信号处理模块140和信号传输模块150连接，为多个电子部件和模块进行供电。
装置还包括接地模块170，用于电流的导地，接地模块170设置于帽体110的任一端，并与人体的耳部连接。在本实施例中，为了实现接地导流的效果，接地模块170在帽体110的两端进行分别设置。
本实施例提供的脑电波采集装置100，能够克服皮肤电容对信号采集的干扰，使其干电极脑电设备的使用效果接近湿电极脑电设备。
本实施例提供的脑电波采集装置100不需要进行导电膏的涂覆，属于干电极脑电装置。
本实施例的装置的多个模块可以兼容干电极和湿电极脑电设备，增加了脑电技术的使用范围和使用场景。
本实施例提供的装置可以适用于任何湿电极脑电设备的使用场景，并且因为干电极脑电设备的便利性使它的运用得以拓展到其他方面，这比传统的湿电极脑电设备更易用，成本更低，对脑电技术的扩展和普及有很重要的意义。
干电极脑电设备的应用省去了湿电极脑电设备使用的麻烦，干电极多通道的脑电设备可以广泛的应用在大健康领域，残疾人康复领域，医疗领域的特殊疾病治疗，比如老年人的阿兹海默症，帕金森症等治疗，儿童的自闭症，多动症的治疗，VR虚拟现实领域等。
本实施例提供的脑电波采集装置100，通过多对人的大脑情感活动以及运动想象信息的采集和分析，在对人们情感处理和运动想象方面的应用会变得更加的广泛和灵活，比如在健康领域，可以识别人的情绪变化，及时舒缓压力和治疗抑郁症等。
残疾人产业领域可以方便残疾人通过利用意念控制假肢或者机械臂，轮椅等。
在医疗领域，对老年人的阿兹海默症，帕金森症等治疗会更加便利，同时获取他们的情感活动和表达方面大有裨益，儿童方面的自闭症，多动症的治疗也会有更好的方式和更人性化的措施。
在泛娱乐领域如VR领域，这可以通过设备识别人的情感变化来对内容做出调整，还可以通过运动想象来和VR里的角色进行更灵活的交互操作。
另一方面，因为干电极脑电设备不需要结合导电膏使用，使用地点不需要局限在室内，这使得设备的外观可以有更多的变化，除了做成传统的脑电帽，还可以做成一顶可以戴出室外的帽子，头盔等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种脑电波信号采集装置，用于脑部电波信号的采集，其特征在于，所述装置包括脑电采集模块、作用模块和信号处理模块；
所述脑电采集模块与头前额部可选择的贴合设置，用于采集所述头前额部的脑部电波信号；
所述作用模块与头后部可选择的贴合设置，用于采集所述投后部的脑部电波信号；
所述信号处理模块分别与所述脑电采集模块、所述作用模块连接，用于对获取的脑部电波信号进行预处理和处理。
2.根据权利要求1所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述信号处理模块包括滤波电路、放大电路和数-模转换电路。
3.根据权利要求1所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括信号传输模块，所述信号传输模块与所述脑电采集模块、所述作用模块和所述信号处理模块连接，用于传输采集后获得的脑部电波信号。
4.根据权利要求3所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括帽体，所述帽体为弧形结构，套于头部与所述头部贴合设置；所述帽体用于承载所述脑电采集模块、所述作用模块、所述信号处理模块和所述信号传输模块。
5.根据权利要求4所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述脑电采集模块通过旋转机构与所述帽体的一端连接，所述旋转机构带动所述脑电采集模块可选择的与所述头前额部贴合和远离。
6.根据权利要求4所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述作用模块包括至少两个作用单元，分别在所述帽体中间位置呈对称设置。
7.根据权利要求4所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述帽体设置有腔体，所述信号处理模块和所述信号传输模块分别设置于所述腔体内。
8.根据权利要求7所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，所述电源模块设置于所述帽体的腔体内，分别与所述脑电采集模块、所述作用模块、所述信号处理模块和所述信号传输模块电连接。
9.根据权利要求4所述的脑电波信号采集装置，其特征在于，所述装置还包括接地模块，所述接地模块设置于所述帽体的任一端，可选择的与耳部连接。
10.根据权利要求4～9任一项所述脑电波信号采集装置，其特征在于，所述帽体包括伸缩结构，用于所述帽体的伸缩和拉长。
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