CN114098762A - 一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，包括依次连接的脑电信号减法器、脑电信号前置放大器、脑电信号积分器和脑电信号加法器，脑电信号减法器将参考电位与头皮脑电信号相减作为脑电信号前置放大器的输入信号，脑电信号前置放大器放大脑电信号，脑电信号积分器对脑电信号进行相位调整，脑电信号加法器对两路脑电信号求和，由此实现了将头皮脑电转换为皮层脑电的电模型结构设计。

Description

一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型
技术领域
本发明涉及生物电子技术，具体涉及一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型。
背景技术
公开号为CN111938634A的发明专利《一种皮层脑电传导为头皮脑电的电模型》公开了一种能够准确地将ECoG信号传导为EEG信号的电模型。然而，目前还没有该电模型的逆模型，以满足在脑电计算领域，需要将头皮脑电转换为皮层脑电的技术需求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够实现将头皮脑电转换为皮层脑电的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型。
技术方案：本发明所述的一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，包括依次连接的脑电信号减法器、脑电信号前置放大器、脑电信号积分器和脑电信号加法器，脑电信号减法器将参考电位与头皮脑电信号相减作为脑电信号前置放大器的输入信号，脑电信号前置放大器放大脑电信号，脑电信号积分器对脑电信号进行相位调整，脑电信号加法器的对两路脑电信号求和，由此实现了将头皮脑电转换为皮层脑电的电模型结构设计。
优选的，脑电信号减法器的反相输入端接头皮脑电信号，同向输入端接参考电位，输出端与脑电信号前置放大器的输入端相接。
优选的，脑电信号减法器包括电阻R101、电阻R102、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104和运算放大器A1，电容C103与输入端头皮脑电信号和运算放大器A1的反相输入端相接，电阻R102和电容C104并联并与运算放大器A1的反相输入端和输出端相接，电容C101与输入参考电位和运算放大器A1的同相输入端相接，电阻R101和电容C102并联并与运算放大器A1的同相输入端和地相接。
优选的，脑电信号前置放大器的输出端分别与脑电信号积分器和脑电信号加法器的第一输入端相接。
优选的，脑电信号前置放大器包括电阻R201、电阻R202、电阻R203、电容C201、电容C202、电容C203、电容C204和运算放大器A2，电容C201与运算放大器A2的反相输入端相接，电阻R202与电容C202并联并与运算放大器A2的反相输入端和输出端相接，电阻R201和电容C203并联并与运算放大器A2的同相输入端和地相接，电阻R203与运算放大器A2输出端相接，电容C204与电阻R203和地相接。
优选的，脑电信号积分器的输出端与脑电信号加法器的第二输入端相接。
优选的，脑电信号积分器包括电阻R301、电容C301和运算放大器A3，电阻R301与运算放大器A3的反相输入端相接，运算放大器A3的同相输入端接地，电容C301与运算放大器A3的反相输入端和输出端相接。
优选的，脑电信号加法器的输出端输出虚拟的皮层脑电信号。
优选的，脑电信号加法器包括电阻R401、电阻R402、电阻R403、电阻R404和运算放大器A4，电阻R401与运算放大器A4的反相输入端相接，电阻R402与运算放大器A4的反相输入端相接，电阻R404与运算放大器A4的同相输入端和地相接，运算放大器A4的输出端为虚拟的皮层脑电信号。
有益效果：本发明与现有技术相比，所带来的显著进步有：设计了一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，以及无创型虚拟皮层脑电信号的方法。
附图说明
图1为本发明的电模型框图；
图2为本发明的电模型具体电路结构；
图3为本发明的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，包括依次连接的脑电信号减法器10、脑电信号前置放大器20、脑电信号积分器30和脑电信号加法器40，其中，脑电信号减法器10将参考电位(vREF)与头皮脑电信号(vEEG)相减作为脑电信号前置放大器20的输入信号。脑电信号前置放大器20是单端输入单端输出网络，用于放大脑电信号。脑电信号积分器30是单端输入单端输出网络，用于实现脑电信号的想为调整，脑电信号加法器40是单端输入单端输出网络，用于实现两路脑电信号的求和。
由此完成了一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型设计，此外，在公开号为CN111938634A的基础上，考虑空间模糊和各向异性效应的皮层脑电传导为头皮脑电的电模型，化简出其等效模型，并进一步推导出其逆传递函数为：
Figure BDA0003376122120000021
其中C1(～20nF)为记录电极的电容，R1(～10kΩ)为记录电极的电阻，Cf(～12pF)为包含寄生电容在内的负载电容。
如图2所示，该脑电信号减法器10的反相输入端接头皮脑电信号(vEEG)，同相输入端接参考电位(vREF)，输出端与脑电信号前置放大器20的输入端相接。具体的，该脑电信号减法器10包括电阻R101、电阻R102、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104和运算放大器A1，其中电容C103与输入端头皮脑电信号(vEEG)和运算放大器A1的反相输入端相接，所述电阻R102和电容C104并联并与所述运算放大器A1的反相输入端和输出端相接，所述电容C101与输入参考电位(vREF)和运算放大器A1的同相输入端相接，所述电阻R101和电容C102并联并与所述运算放大器A1的同相输入端和地相接。
脑电信号前置放大器20的输出端分别与脑电信号积分器30和脑电信号加法器40的第一输入端相接。具体的，该脑电信号前置放大器20包括电阻R201、电阻R202、电阻R203、电容C201、电容C202、电容C203、电容C204和运算放大器A2，其中电容C201与运算放大器A1的输出端和运算放大器A2的反相输入端相接，电容R202与电容C202并联并与运算放大器A2的反相输入端和输出端相接，电阻R201和电容C203并联并与运算放大器A2的同相输入端和地相接，电阻R203与运算放大器A2的输出端相接，电容C204与电阻R203和地相接。
脑电信号积分器30的输出端与脑电信号加法器40的第二输出端相接。具体的，该脑电信号积分器30包括电阻R301、电容C301和运算放大器A3，电阻R301和电阻R203与运算放大器A3的反相输入端相接，运算放大器A3的同相输入端接地，电容C302与运算放大器A3的反相输入端和输出端相接。
脑电信号加法器40的输出端输出虚拟的皮层脑电信号。具体的，该脑电信号加法器40包括电阻R401、电阻R402、电阻R403、电阻R404和运算放大器A4，其中，电阻R401与运算放大器A3的输出端和运算放大器A4的反相输入端相接，电阻R402与电阻R203和运算放大器的反相输入端相接，电阻R404与运算放大器A4的同相输入端和地相接，运算放大器A4的输出端为虚拟的皮层脑电信号(vECoG)。
此外，上述方案中的四个运算放大器都是通用的运算放大器，且在本方案对电阻、电容以及各运算放大器的设计下，在能够达到最优效果的同时，经济成本合理。
如图3所示，该图为本发明的电模型仿真结果，其输入信号为头皮脑电信号，输出信号为虚拟的皮层脑电信号。

Claims (9)

1.一种从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，包括依次连接的脑电信号减法器(10)、脑电信号前置放大器(20)、脑电信号积分器(30)和脑电信号加法器(40)，所述脑电信号减法器(10)将参考电位与头皮脑电信号相减作为所述脑电信号前置放大器(20)的输入信号，所述脑电信号前置放大器(20)放大脑电信号，所述脑电信号积分器(30)对脑电信号进行相位调整，所述脑电信号加法器(40)对两路脑电信号求和。
2.根据权利要求1所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号减法器(10)的反相输入端接头皮脑电信号，同向输入端接参考电位，输出端与所述脑电信号前置放大器(20)的输入端相接。
3.根据权利要求2所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号减法器(10)包括电阻R101、电阻R102、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104和运算放大器A1，所述电容C103与输入端头皮脑电信号和所述运算放大器A1的反相输入端相接，所述电阻R102和电容C104并联并与所述运算放大器A1的反相输入端和输出端相接，所述电容C101与输入参考电位和所述运算放大器A1的同相输入端相接，所述电阻R101和电容C102并联并与所述运算放大器A1的同相输入端和地相接。
4.根据权利要求1所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号前置放大器(20)的输出端分别与所述脑电信号积分器(30)和所述脑电信号加法器(40)的第一输入端相接。
5.根据权利要求4所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号前置放大器(20)包括电阻R201、电阻R202、电阻R203、电容C201、电容C202、电容C203、电容C204和运算放大器A2，所述电容C201与运算放大器A2的反相输入端相接，所述电阻R202与电容C202并联并与所述运算放大器A2的反相输入端和输出端相接，所述电阻R201和电容C203并联并与所述运算放大器A2的同相输入端和地相接，所述电阻R203与运算放大器A2输出端相接，所述电容C204与所述电阻R203和地相接。
6.根据权利要求1所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号积分器(30)的输出端与所述脑电信号加法器(40)的第二输入端相接。
7.根据权利要求6所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号积分器(30)包括电阻R301、电容C301和运算放大器A3，所述电阻R301与运算放大器A3的反相输入端相接，所述运算放大器A3的同相输入端接地，所述电容C301与运算放大器A3的反相输入端和输出端相接。
8.根据权利要求1所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号加法器(40)的输出端输出虚拟的皮层脑电信号。
9.根据权利要求8所述的从头皮脑电虚拟皮层脑电的电模型，其特征在于，所述脑电信号加法器(40)包括电阻R401、电阻R402、电阻R403、电阻R404和运算放大器A4，所述电阻R401与运算放大器A4的反相输入端相接，所述电阻R402与运算放大器A4的反相输入端相接，所述电阻R404与运算放大器A4的同相输入端和地相接，所述运算放大器A4的输出端为虚拟的皮层脑电信号。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT504147A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-15 Arc Seibersdorf Res Gmbh Verfahren sowie einrichtung zur steuerung von geräten mit hilfe von elektroenzephalogrammen (eeg) bzw. elektrokortikogrammen (ecog)
KR20100026426A (ko) * 2008-08-29 2010-03-10 연세대학교 산학협력단 뇌파 기반 실시간 기능적 피질 연결성 모니터링 시스템
US20120194372A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 Qualcomm Incorporated Analog-to-digital converter for biomedical signals
CN204931669U (zh) * 2015-09-14 2016-01-06 武汉智普天创科技有限公司 脑电信号放大系统
US20160242645A1 (en) * 2013-08-20 2016-08-25 The Regents Of The University Of California Systems and methods for electrocorticography signal acquisition
CN107157478A (zh) * 2017-06-01 2017-09-15 电子科技大学 一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统
US20180039328A1 (en) * 2014-04-21 2018-02-08 The General Hospital Corporation Biomedical system variably configured based on estimation of information content of input signals
CN108681394A (zh) * 2018-04-19 2018-10-19 北京工业大学 一种基于脑源成像技术的电极优选方法
CN111938634A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 江苏科技大学 一种皮层脑电传导为头皮脑电的电模型
CN112641450A (zh) * 2020-12-28 2021-04-13 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 面向动态视频目标检测的时变脑网络重构方法
CN112932504A (zh) * 2021-01-16 2021-06-11 北京工业大学 偶极子成像与识别方法
WO2021130115A1 (en) * 2019-12-24 2021-07-01 Mindspeller Bv Brain computer interface running a trained associative model applying multiway regression to simulate electrocorticography signal features from sensed eeg signals, and corresponding method

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT504147A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-15 Arc Seibersdorf Res Gmbh Verfahren sowie einrichtung zur steuerung von geräten mit hilfe von elektroenzephalogrammen (eeg) bzw. elektrokortikogrammen (ecog)
KR20100026426A (ko) * 2008-08-29 2010-03-10 연세대학교 산학협력단 뇌파 기반 실시간 기능적 피질 연결성 모니터링 시스템
US20120194372A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 Qualcomm Incorporated Analog-to-digital converter for biomedical signals
US20160242645A1 (en) * 2013-08-20 2016-08-25 The Regents Of The University Of California Systems and methods for electrocorticography signal acquisition
US20180039328A1 (en) * 2014-04-21 2018-02-08 The General Hospital Corporation Biomedical system variably configured based on estimation of information content of input signals
CN204931669U (zh) * 2015-09-14 2016-01-06 武汉智普天创科技有限公司 脑电信号放大系统
CN107157478A (zh) * 2017-06-01 2017-09-15 电子科技大学 一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统
CN108681394A (zh) * 2018-04-19 2018-10-19 北京工业大学 一种基于脑源成像技术的电极优选方法
WO2021130115A1 (en) * 2019-12-24 2021-07-01 Mindspeller Bv Brain computer interface running a trained associative model applying multiway regression to simulate electrocorticography signal features from sensed eeg signals, and corresponding method
CN111938634A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 江苏科技大学 一种皮层脑电传导为头皮脑电的电模型
CN112641450A (zh) * 2020-12-28 2021-04-13 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 面向动态视频目标检测的时变脑网络重构方法
CN112932504A (zh) * 2021-01-16 2021-06-11 北京工业大学 偶极子成像与识别方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANNAH MCCANN，等: "Correction to: Variation in Reported Human Head Tissue Electrical Conductivity Values", 《BRAIN TOPOGRAPHY》, vol. 34, no. 1, XP037333785, DOI: 10.1007/s10548-020-00807-z *
黄龙，等: "基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统", 《电子科技》, vol. 31, no. 12 *

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