CN114403894A - 一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了运动状态下的高信噪比脑机接口装置，涉及脑机接口技术领域，解决了脑机接口装置在采集实验动物运动状态下的脑电信号时，噪音干扰较大的问题。具体方案为：脑机接口装置包括跑轮组件、固定件以及两个对称设置的支架；跑轮组件安装于两个支架之间，用于承载运动对象；固定件安装于两个支架之间且位于跑轮组件上方，用于运动对象在跑轮组件上运动时固定所述运动对象的预设部位。由此，可以通过固定件固定实验动物的头部，同时使实验动物双脚落在跑轮组件上运动，通过支架与固定件固定实验动物的头部，可避免运动对象在运动中随意摇摆碰撞而带来的噪音污染，从而避免噪音对后续信号的分析，提好了信号记录质量。

Description

一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置

技术领域

本发明涉及脑机接口技术领域，尤其涉及一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置。

背景技术

信号记录芯片是脑机接口装置中重要的组成部分之一，它用于采集实验动物体内的脑电信号，并将该脑电信号传输至主机端。采集脑电信号时，为了避免外界噪音干扰，通常是将实验动物放置于脑机接口装置内，而现有的脑机接口装置均采用简单的金属屏蔽笼。即：将实验动物放置于金属屏蔽笼内进行外界噪音屏蔽，然而实验动物运动期间经常与金属屏蔽笼碰撞，由此带来的噪音起伏不定，会影响到后续主机端对信号的分析。因此，现亟需提出一种信噪比较高的脑机接口装置。

发明内容

本发明提供一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置，解决了脑机接口装置在采集实验动物运动状态下的脑电信号时，噪音干扰较大的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置，该脑机接口装置可以包括跑轮组件、固定件以及两个对称设置的支架；

所述跑轮组件安装于两个所述支架之间，用于承载运动对象；

所述固定件安装于两个所述支架之间且位于所述跑轮组件上方，用于所述运动对象在所述跑轮组件上运动时固定所述运动对象的预设部位。

所述运动对象通常为实验动物，所述预设部位通常为实验动物的头部；由此，可以通过固定件固定实验动物的头部，同时使实验动物脚部落在所述跑轮组件上进行运动，此时，在所述支架与所述固定件的作用下，可避免实验动物的头部大幅度摆动，进而避免随意摇摆碰撞而带来的噪音污染，从而达到无明显噪音增大现象，也避免了该噪音对后续信号的分析，提好了信号记录质量。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述支架可以包括支撑杆和支持臂；

所述支撑杆下端固定安装，所述支撑杆的中部安装所述跑轮组件，所述支撑杆的上端与所述支持臂一端连接；

所述支持臂另一端与所述固定件连接。

该结构简单，容易制作，采用一些废材碎料即可制作。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述支架还可以包括可调节连接件，所述可调节连接件包括可调节连接件本体、第一顶丝以及第二顶丝；

所述可调节连接件本体上设有第一连接孔、第二连接孔、第一顶丝孔以及第二顶丝孔；所述支撑杆穿设在所述第一连接孔内；所述支持臂穿设在所述第二连接孔内；所述第一顶丝孔与所述第一连接孔连通；所述第二顶丝孔与所述第二连接孔连通；

所述第一顶丝安装在所述第一顶丝孔内；

所述第二顶丝安装在所述第二顶丝孔内。

由于实验动物有大有小，高低不一，胖瘦各异，因此，需要不同大小的空间去容纳实验动物，为此所述可调节连接件起到了关键性作用，所述可调节连接件既可以沿所述支撑杆上下滑动，也可以沿所述支持臂左右滑动，因此实验中，可以调节两个所述支架上所述支持臂之间的距离，同时通过所述第二顶丝固定，还可以调节所述支持臂与所述跑轮组件之间的距离，并通过所述第一顶丝固定，从而适应不同大小的实验动物。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述跑轮组件可以包括转轴以及跑轮；

所述转轴两端分别与两个所述支撑杆连接；

所述跑轮套装于所述转轴中部，所述跑轮的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

乙烯-醋酸乙烯共聚物制成的跑轮表面温度稳定，从而使得实验动物在所述跑轮上运动时，其运动状态不会受温度影响，进而不会影响后续的信号分析。同时，乙烯-醋酸乙烯共聚物制成的所述跑轮与所述转轴以及所述支架之间也不会产生噪音，进一步减少噪音污染。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述跑轮组件还可以包括可转向连接件，所述可转向连接件包括可转向连接件本体、第三顶丝以及限位板；

所述可转向连接件本体上设有第三连接孔、转轴孔以及第三顶丝孔；所述支撑杆穿设于所述第三连接孔内；所述转轴穿设于所述转轴孔内；所述第三顶丝孔与所述第三连接孔连通；

所述第三顶丝安装在所述第三顶丝孔内；

所述限位板穿设于所述转轴上，且与所述可转向连接件本体固定连接。

由此，可转向连接件可绕所述支撑杆旋转，当实验动物过大时，则需要安装曲面较宽的跑轮，此时，可将所述限位板转向远离所述跑轮的一侧；当实验动物较小时，则需要安装曲面较窄的跑轮，此时将所述限位板转向靠近所述跑轮的一侧，进而限制所述跑轮左右滑动，避免实验动物脱离跑轮。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述固定件中部可以设有活动缺口，由此减小了当所述固定件与实验动物头部连接时，所述固定件对其头部的活动限制，最大限度的获取准确信息，进一步提高了信号记录质量，同时还减少了耗材。

所述固定件两端分别与两个所述支持臂螺纹连接。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述可转向连接件本体与所述限位板可以为一体化设置；该结构简单，且制作容易。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述运动状态下的高信噪比脑机接口装置还可以包括底座；

所述支撑杆下端安装在所述底座上。

所述底座使得整体装置更加稳固且便于挪位。

结合第一方面和上述可能的实现方式，在另一种可能的实现方式中，所述运动状态下的高信噪比脑机接口装置还包括金属屏蔽笼；

所述支架、所述跑轮组件以及所述固定件均设置在所述金属屏蔽笼内。

由此进一步减少噪音污染。

本发明提供的脑机接口装置为运动状态下的实验动物设置了两个对称安装的支架，通过两个所述支架固定安装所述固定件，通过所述固定件固定实验动物头部，同时还通过所述支架安装所述跑轮组件，并将所述跑轮组件安装于所述固定件下方，由此使得所述固定件固定实验动物头部时，该实验动物的脚部承接在所述跑轮组件上；由此，当实验动物在所述跑轮组件上运动时，其整体的摆动幅度变小，并且不会碰撞到周围其他物体，进而不会产生更多的噪音，因此大幅度减少了对信号记录的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置的结构示意图之三；

图4为本发明实施例提供的一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置的结构示意图之四；

图5为本发明实施例提供的固定件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的可调节连接件本体的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一体化设置的可转向连接件本体及限位板的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的底座的结构示意图。

图中各标号的说明如下：

1-跑轮组件，11-转轴，12-跑轮，13-可转向连接件，131-可转向连接件本体，1311-第三连接孔，1312-转轴孔，1313-第三顶丝孔，132-第三顶丝，133-限位板；

2-固定件，21-活动缺口；

3-支架，31-支撑杆，32-支持臂，33-可调节连接件，331-可调节连接件本体，3311-第一连接孔，3312-第二连接孔，3313-第一顶丝孔，3314-第二顶丝孔，332-第一顶丝，333-第二顶丝；

4-底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

图1～图4均为本发明实施例提供的一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置的结构示意图，如图1～图4所示，该脑机接口装置可以包括跑轮组件1、固定件2、两个对称设置的支架3和底座4。

跑轮组件1安装于两个支架3之间，跑轮组件1用于承载实验动物运动。

固定件2安装于两个支架4之间且位于跑轮组件1的上方，用于运动对象在跑轮组件1上运动时固定运动对象的预设部位。

两个支架3下端对称安装在底座4上。

可以理解的是，上述运动对象可以为实验动物，预设部位可以为实验动物的头部。通过固定件2固定实验动物的头部，同时使实验动物脚部落在跑轮组件1上进行运动。这样，在支架3与固定件2的作用下，可避免实验动物的头部大幅度摆动，进而避免实验动物随意摇摆碰撞而带来的噪音污染，从而达到无明显噪音增大现象，也避免了该噪音对后续信号的分析，提好了信号记录质量。

跑轮组件1包括转轴11、跑轮12以及可转向连接件13。转轴11两端分别通过可转向连接件13与支架3连接；跑轮12套装于转轴11中部，该跑轮12材质可以选用乙烯-醋酸乙烯共聚物，俗称EVA材质，乙烯-醋酸乙烯共聚物对实验动物的运动状态影响更小；跑轮12材质还可选金属跑轮，但使用金属跑轮会给实验动物活动带来不便，气温较低时，金属表面温度过低，容易影响实验动物运动状态从而影响实验结果。

每一个支架3均包括支撑杆31、支持臂32和可调节连接件33。支撑杆31下端安装在底座4上，支撑杆31中部通过可转向连接件13安装转轴11，支撑杆31上端通过可调节连接件33连接支持臂32一端；由此支撑杆31和支持臂32形成L形的支架3，两个支架3再相互对称安装在底座4上，使得两个支持臂32远离支撑杆31的一端相对，再将固定件2的两端分别与两个支持臂32螺纹连接。

在本发明实施例中，该脑机接口装置还可以包括金属屏蔽笼。支架3、跑轮组件1、固定件2以及底座4均设置在金属屏蔽笼内，以屏蔽外部的噪音污染。这样，大大减少了采集实验动物脑电信号时的外部噪音干扰，减少了对后续信号分析的影响，从而提高信息记录质量。

可选的，图5为本发明实施例提供的固定件的结构示意图。如图5所示，手术时采用医用的牙科水泥将对应实验动物尺寸的固定件2固定封装在电极前，后用螺丝将固定件2安装在两支持臂32上，支持臂32下方设有乙烯-醋酸乙烯共聚物制成的跑轮12，以提供实验动物清醒状态下无障碍运动。为了尽可能的避免固定件2影响实验动物的运动，可以在固定件2中部设置了活动缺口21，活动缺口21可避免固定件2阻挡实验动物头部上下左右活动，同时也避免了其头部与固定件2之间的碰撞，进一步减少碰撞产生的噪音。该固定件2可直接采用headbar。

由于实验动物大小不一，因此实验中，采用的固定件2也长短不一，为此，本实施例采用了可调节连接件33连接支撑杆31和支持臂32。

可选的，可调节连接件33包括可调节连接件本体331、第一顶丝332以及第二顶丝333。图6为本发明实施例提供的一种可调节连接件本体的结构示意图。结合图2，如图6所示，可调节连接件本体331上设有第一连接孔3311以及第二连接孔3312；支撑杆31穿设在第一连接孔3311内，使得可调节连接件33可沿支撑杆31上下滑动，由此实现两个支持臂32与跑轮12之间距离的调节，以适应高低不同的实验动物；支持臂32穿设在第二连接孔3312内，使得支持臂32可以在可调节连接件33内左右滑动；由此实现两个支持臂32之间距离的调节，以适应不同尺寸的固定件2，进而适应不同大小的实验动物。

为了固定可调节连接件33分别与支撑杆31和支持臂32之间的连接，可调节连接件33上还设置了第一顶丝孔3313以及第二顶丝孔3314；第一顶丝孔3313与第一连接孔3311连通，第一顶丝332安装在第一顶丝孔3313内，第一顶丝332的作用端与支撑杆31对应，确定好可调节连接件33与支撑杆31的相对位置后，再通过第一顶丝332顶住支撑杆31；第二顶丝孔3314与第二连接孔3312连通；第二顶丝333安装在第二顶丝孔3314内，第二顶丝333的作用端与支持臂32对应，在确定好可调节连接件33与支持臂32的相对位置后，再通过第二顶丝333顶住支持臂32。

可选的，可转向连接件13包括可转向连接件本体131、第三顶丝132以及限位板133。图7为本发明实施例提供的一体化设置的可转向连接件本体及限位板的结构示意图。如图7所示，可转向连接件本体131上设有第三连接孔1311、转轴孔1312以及第三顶丝孔1313；支撑杆31穿设于第三连接孔1311内，使得支撑杆31可在第三连接孔1311内滑动，以调节跑轮12的位置；转轴11穿设于转轴孔1312内，且位于两个支撑杆31之间；第三顶丝孔1313与第三连接孔1311连通，第三顶丝132安装在第三顶丝孔1313内，第三顶丝132的作用端与支撑杆31对应，确定好跑轮12的位置后，通过第三顶丝132顶住支撑杆31。限位板133穿设于转轴11上，且与可转向连接件本体131固定连接。本实施例可选限位板133与可转向连接件本体131一体化设置，因此限位板133的位置通过可转向连接件本体131调节。

实验中，若跑轮12较小，为了避免实验动物在跑轮12上左右拐弯时滑脱，则可将可转向连接件13绕支撑杆31转动，从而将限位板133旋转至两个支撑杆31之间，将转轴11穿过限位板133，从而通过限位板133限制跑轮12在转轴11上大幅度左右摆动。若跑轮12较大，则可将限位板133旋转至两个支撑杆31外侧，增大跑轮12的安装空间，由此适应不同大小的跑轮12。

图8为本发明实施例提供的底座的结构示意图，如图8所示，底座4上还设有多个安装位，便于调节支撑杆31与底座4之间的相对位置。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述脑机接口装置包括跑轮组件、固定件以及两个对称设置的支架；

所述跑轮组件安装于两个所述支架之间，用于承载运动对象；

所述固定件安装于两个所述支架之间且位于所述跑轮组件上方，用于所述运动对象在所述跑轮组件上运动时固定所述运动对象的预设部位。

2.根据权利要求1所述运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述支架包括支撑杆和支持臂；

所述支撑杆下端固定安装，所述支撑杆的中部安装所述跑轮组件，所述支撑杆的上端与所述支持臂一端连接；

所述支持臂另一端与所述固定件连接。

3.根据权利要求2所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述支架还包括可调节连接件，所述可调节连接件包括可调节连接件本体、第一顶丝以及第二顶丝；

所述可调节连接件本体上设有第一连接孔、第二连接孔、第一顶丝孔以及第二顶丝孔；所述支撑杆穿设在所述第一连接孔内；所述支持臂穿设在所述第二连接孔内；所述第一顶丝孔与所述第一连接孔连通；所述第二顶丝孔与所述第二连接孔连通；

所述第一顶丝安装在所述第一顶丝孔内；

所述第二顶丝安装在所述第二顶丝孔内。

4.根据权利要求2或3所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述跑轮组件包括转轴以及跑轮；

所述转轴两端分别与两个所述支撑杆连接；

所述跑轮套装于所述转轴中部，所述跑轮的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。

5.根据权利要求4所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述跑轮组件还包括可转向连接件，所述可转向连接件包括可转向连接件本体、第三顶丝以及限位板；

所述可转向连接件本体上设有第三连接孔、转轴孔以及第三顶丝孔；所述支撑杆穿设于所述第三连接孔内；所述转轴穿设于所述转轴孔内；所述第三顶丝孔与所述第三连接孔连通；

所述第三顶丝安装在所述第三顶丝孔内；

所述限位板穿设于所述转轴上，且与所述可转向连接件本体固定连接。

6.根据权利要求2或3所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述固定件中部设有活动缺口，所述固定件两端分别与两个所述支持臂螺纹连接。

7.根据权利要求5所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述可转向连接件本体与所述限位板为一体化设置。

8.根据权利要求2或3所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述运动状态下的高信噪比脑机接口装置还包括底座；

所述支撑杆下端安装在所述底座上。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的运动状态下的高信噪比脑机接口装置，其特征在于，所述运动状态下的高信噪比脑机接口装置还包括金属屏蔽笼；

所述支架、所述跑轮组件以及所述固定件均设置在所述金属屏蔽笼内。

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