CN114732412A - 一种脑电信号检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脑电信号采集设备，脑电信号采集设备包括脑电信号分析仪、脑电采集装置和若干个干电极，若干个干电极设置在脑电采集装置上，干电极包括信号采集电路、信号采集端和屏蔽层，信号采集一端基于柔性导电材料形成梳状结构，另一端固定在屏蔽层上；信号采集电路设置在屏蔽层内，信号采集电路包括输入缓冲电路、放大电路和屏蔽干扰电路；信号采集电路与信号采集端电性连接。信号采集端由柔性导电材料构成的梳状结构，能够分拨用户毛发，达到信号采集端与头皮紧密贴合的关系，保证用户使用舒适度，设置有信号采集电路，能够对采集的脑电信号进行初步的放大和共模抑制，保证采集脑电信号的稳定性，有效提高脑电信号检测的准确度。

Description

一种脑电信号检测设备

技术领域

本发明主要涉及脑电信号检测技术领域，具体涉及一种脑电信号检测设备。

背景技术

脑电信号(Electroencephalogram，EEG)是神经元细胞之间传递信息时产生的生物电信号；是大脑皮质中的锥体细胞突触活动时产生的离子交换而产生的电波信号，脑电信号检测通过按照一定规则放置在头皮上的电极来观察脑电信号活动的过程。脑电信号的信号微弱，只有几十微伏，不能达到仪器识别检测的要求，而且在脑电信号采集过程中，往往伴随多种干扰信号，包括肌电信号、心电信号和工频信号等。

目前采集电极一般分为湿电极和干电极，为了提高采集脑电信号的稳定性，湿电极在使用时需要在电机或者用户头皮涂覆导电膏降低阻抗，导电膏比较粘稠，导致使用后用户清洗麻烦，影响用户体验。而干电极是依靠凸起的硬接触点紧贴用户头皮进行采集，对用户头皮的压迫力大，容易损伤用户头皮，影响用户使用舒适度。

目前的脑电信号采集设备，一般通过信号采集电极进行脑电信号采集，然后将采集的脑电信号传输到脑电分析仪进行分析处理，脑电分析仪可以将脑电信号进行放大处理，并且进行滤波操作，屏蔽干扰信号的影响。但是采集的脑电信号并不稳定，容易受到干扰，在采集电极传输到脑电放大器的过程中，脑电信号容易受到仪器振动的影响，导致脑电分析处理难度提升，检测准确性低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种脑电信号检测设备，所述脑电信号检测设备在干电极上设置由柔性导电材料构成的梳状结构信号采集端，能够分拨用户毛发，确保与头皮紧密贴合，同时保证用户使用舒适度，在所述干电极内部设置有信号采集电路，能够对采集的脑电信号进行初步的放大和共模抑制，保证采集脑电信号的稳定性，有效提高脑电信号检测的准确度。

本发明提供了一种脑电信号采集设备，所述脑电信号采集设备包括脑电信号分析仪、脑电采集装置和若干个干电极，所述若干个干电极设置在所述脑电采集装置上，所述脑电采集装置与所述脑电信号分析仪连接；

所述干电极包括信号采集电路、信号采集端和屏蔽层，所述信号采集一端基于柔性导电材料形成梳状结构，另一端固定在所述屏蔽层上；

所述信号采集电路设置在所述屏蔽层内，所述信号采集电路包括输入缓冲电路、放大电路和屏蔽干扰电路；

所述信号采集电路与所述信号采集端电性连接。

进一步的，所述干电极还包括导电层，所述导电层覆盖在所述柔性导电材料的表面上。

进一步的，所述屏蔽层为绝缘树脂。

进一步的，所述信号采集电路还包括信号接收端和信号输出端，所述输入缓冲电路与所述信号接收端连接，所述屏蔽干扰电路与所述信号输出端连接。

进一步的，所述放大电路的输入端接入所述输入缓冲电路，所述放大电路的输出端接入所述屏蔽干扰电路。

进一步的，所述信号采集端基于信号连接线与所述信号接收端电性连接。

进一步的，所述输入缓冲电路包括第一运算放大器和输入电阻，所述输入电阻串联接入所述第一运算放大器的同相输入端；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述信号接收端电性连接。

进一步的，所述放大电路包括第二运算放大器、第一电容和第二电容，所述第一电容并联接入所述第二运算放大器所在的电路；

所述放大电路还包括第二电容，所述第二电容接入所述第二运算放大器的反馈电路。

进一步的，所述放大电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第三电阻串联接入所述第二运算放大器的同相输入端，所述第五电阻并联接入所述第三电阻所在的电路，所述第一电阻串联接入所述第二运算放大器的输出端，所述第二电阻与所述第一电阻串联连接，所述第四电阻接入所述第二运算放大器的反馈电路；

所述放大电路的增益计算公式为：

G＝(R1/R2+1)*(R3/R5+1)；

其中，G为所述放大电路差模放大增益，R1为第一电阻的阻抗值，R2为第二电阻的阻抗值，R3为第三电阻的阻抗值，R5为第五电阻的阻抗值。

进一步的，所述屏蔽干扰电路包括第三电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第六电阻和所述第八电阻串联接入电路，所述第七电阻与所述第七电阻并联，所述第三电容并联接入所述第七电阻的两端。

本发明提供了一种脑电信号检测设备，所述脑电信号检测设备在干电极上设置由柔性导电材料构成的梳状结构信号采集端，能够分拨用户毛发，达到所述信号采集端与头皮紧密贴合的关系，保证脑电信号采集稳定性同时保证用户使用舒适度，在所述干电极内部设置有信号采集电路，能够对采集的脑电信号进行初步的放大和共模抑制，保证采集脑电信号的稳定性，有效提高脑电信号检测的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例中脑电信号检测设备结构示意图；

图2是本发明实施例中干电极结构示意图；

图3是本发明实施例中干电极结构剖视图；

图4是本发明实施例中信号采集电路模块连接结构示意图；

图5是本发明实施例中信号采集电路结构示意图；

图6是本发明实施例中输入缓冲电路结构示意图；

图7是本发明实施例中放大电路结构示意图；

图8是本发明实施例中屏蔽干扰电路结构示意图；

图9是本发明实施例中脑电波采集装置结构示意图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中脑电信号检测设备结构示意图，所述脑电信号检测设备包括脑电信号分析仪3、脑电采集装置和若干个干电极1，所述若干个干电极1设置在所述脑电采集装置上，所述脑电采集装置与所述脑电信号分析仪3电性连接。

具体的，图2示出了本发明实施例中干电极结构示意图，图3示出了本发明实施例中干电极结构剖视图，所述干电极1包括信号采集端11、导电层12和屏蔽层13，所述屏蔽层13为半球状结构，所述屏蔽层13的一端为弧面结构，所述屏蔽层13的另一端为平面结构，所述屏蔽层13的另一端上设置有电性连接层131，所述采集端11为梳状结构，所述采集端11包括若干个梳齿，所述若干个梳齿固定在所述电性连接层131上。

进一步的，所述若干个梳齿可以将毛发拨块，使得所述信号采集端11能够更好的接触头皮。

具体的，所述采集端11的材质为柔性导电材料，所述柔性导电材料可以为柔性导电硅胶，以硅橡胶为基体加入导电微粒制备所述柔性导电硅胶，所述柔性导电硅胶能够传输脑电波信号。采用所述柔性导电硅胶，可以保证在使用所述干电极1时，减少干电极1对用户头皮的压迫，避免损伤用户头皮，以及保证用户使用舒适度。

进一步的，所述若干个梳齿的任意一个梳齿为圆锥体结构，所述梳齿圆锥结构底部的一端固定在所述电性连接层131上。所述梳齿为一体成型结构，可以通过连续挤出成型加工获得，通过挤出机将所述柔性导电硅胶进行连续挤出成型，得到梳状结构的信号采集端11。所述梳齿也可以通过模压成型得到，在高温模具中进行模压成型。

进一步的，所述柔性导电硅胶的导电性能小于20Ω/sq，满足脑电波信号的传输，所述柔性导电硅胶具有良好的延伸性，在受到压迫时自身可以出现一定的变形，抵消压迫力，从而减少用户受到的压力，保证用户舒适度。所述柔性导电硅胶在受压变形时对其导电能力的影响较小，能够保证脑电波信号的采集准确度。

进一步的，所述梳齿的顶端可以设置为曲面结构，可以减少所述梳齿顶端的应力集中，在所述梳齿顶端与头皮接触时，减少用户受到的压力，保证用户使用舒适度。

具体的，所述导电层12覆盖在所述信号采集端11的表面上，所述导电层12为氯化银涂层，可以增强所述信号采集端11表面的导电能力，提高所述信号采集端11的电信号感应性能。所述氯化银涂层具有良好的电极稳定性，避免所述信号采集端11出现极性化现象，保证所述干电极1的使用寿命。

具体的，所述屏蔽层13内部设置有信号采集电路4，所述信号采集电路4与所述信号采集端11对应电性连接，所述信号采集电路4基于信号连接线与所述电性连接层131配合连接，所述信号采集端11采集的脑电波信号基于通过所述电性连接层131和所述信号连接线传输到所述信号采集电路4上。

进一步的，所述信号采集电路4可以通过所述信号采集电路对脑电波信号进行初步处理。

进一步的，所述电性连接层131的材质为金属，能够将所述信号采集端11采集的脑电信号通过信号连接线传输到所述信号采集电路4上。

进一步的，所述屏蔽层13的材质为绝缘树脂，能够固定所述信号采集电路4，保证所述干电极1的结构稳定性。所述屏蔽层13为绝缘材料，可以保护所述信号采集电路4，防止所述信号采集电路4暴露在外部环境中，避免外部电信号干扰脑电波信号的采集，确保所述干电极1采集脑电波的准确性。

具体的，图4示出了本发明实施例中信号采集电路模块连接结构示意图，图5示出了本发明实施例中信号采集电路结构示意图，所述信号采集电路包括信号接收端41、输入缓冲电路42、放大电路43、屏蔽干扰电路44和信号输出端45。所述信号接收端41与所述信号采集端11对应连接。

进一步的，所述信号接收端41基于所述信号连接线与所述信号采集端11电性连接，所述信号采集端11与人体头皮直接接触，并采集脑电信号传输到所述信号接收端41。

具体的，所述信号输出端45设置有第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚，所述第一引脚连接电线接地端(GND)，所述第二引脚连接电源(VCC)，所述第三引脚基准电压电路(ref)，所述第四引脚接入保护电路(shield)，所述第五引脚用以连接所述信号采集电路4的输出端(out)。

进一步的，所述输入缓冲电路42与所述信号接收端41相连接，用于将接收的电信号进行过滤，所述放大电路43接入所述输入缓冲电路42，用于放大过滤后的电信号，所述屏蔽干扰电路44与所述放大电路43连接，用于对电信号中的干扰信号进行屏蔽。

具体的，所述信号采集电路设置在所述干电极1内部，减少脑电信号传输到所述信号采集电路的距离，从而减少器件振动对脑电信号采集的影响。

具体的，图6示出了本发明实施例中输入缓冲电路42结构示意图，所述输入缓冲电路42包括输入电阻R0和第一运算放大器U1，所述输入电阻R0串联接入所述第一运算放大器U1的同相输入端。所述输入电阻R0的阻抗为200K，人体脑电波的内阻抗大，将所述输入电阻R0并联接入所述第一运算放大器U1的同相输入端，以满足信号采集的需求。

具体的，所述脑电波信号的内阻抗大，即输入阻抗大，所以选取同相端输入的方式，即所述第一运算放大器的同相输入端连接所述信号接收端41，用以接收输入信号。

具体的，图7示出了本发明实施例中放大电路结构示意图，所述放大电路43包括第二运算放大器U2和若干个电阻，所述第二运算放大器U2接入电路接地端(GND)和电路电源(VCC)，所述若干个电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第三电阻R3串联接入所述第二运算放大器U2的同相输入端，所述第五电阻R5并联接入所述第三电阻R3所在的电路，所述第一电阻R1串联接入所述第二运算放大器U2的输出端，所述第二电阻R2与所述第一电阻R1串联连接，所述第四电阻R4接入所述第二运算放大器U2的反馈电路。

具体的，所述放大电路43还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1并联在所述第二运算放大器U2的电源电压上，所述第一电容C1用以作为低通滤波，减少所述放大电路43中电源的噪音，保证所述信号采集电路对脑电波采集的准确性。

进一步的，所述第二电容C2接入所述第二运算放大器U2的输出反馈电路上，用以作为补偿电容，在所述第二运算放大器U2的运作过程中，改变运算相位移动，补偿运算过程中的滞后。

具体的，所述放大电路43的增益计算公式为：

G＝(R1/R2+1)*(R3/R5+1)；

其中，G为所述放大电路43差模放大收益，R1为第一电阻，R2为第二电阻，R3为第三电阻，R5为第五电阻。

进一步的，所述放大电路43将采集的脑电信号进行放大处理，使得所述脑电信号的波幅能够满足仪器分析需求。

具体的，图8示出了本发明实施例中屏蔽干扰电路44结构示意图。所述屏蔽干扰电路44包括第三电容C3、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第六电阻R6和所述第八电阻R8串联接入电路，所述第七电阻R7与所述第七电阻R7并联，所述第三电容C3并联接入所述第七电阻R7的两端，所述屏蔽干扰电路44用以屏蔽采集到的脑电波信号中的干扰信号，包括肌电信号、心电信号、工频信号等。

进一步的，所述屏蔽干扰电路44针对脑电信号中的干扰信号，通过所述第三电容C3进行吸收过滤，达到屏蔽干扰信号的作用，获取准确的脑电信号。

具体的，所述干电极1采集脑电波信号时，采集的脑电信号传输到所述信号采集电路中，经过输入缓冲电路42、放大电路43以及屏蔽干扰电路44，将脑电信号放大，便于后续分析处理，对脑电信号进行共模抑制，减少干扰信号的影响，提高脑电信号检测的准确性。

具体的，图9示出了本发明实施例中脑电波采集装置结构示意图，所述脑电波采集装置件包括采集装置主体2和若干个所述干电极1，所述若干个干电极1设置在所述采集装置主体2上。

进一步的，所述若干个干电极设置在所述采集装置主体2上，能够采集用户不同位置的脑电波信号，提高脑电波分析准确性。

具体的，所述采集装置主体2为头套型结构，所述若干个干电极1固定在所述采集装置主体2上，所述干电极1的信号采集端11设置在所述采集装置主体2的内部，所述干电极1的屏蔽层13设置在所述采集装置主体2的外部，用户套上所述信号采集端11时，可以通过所述干电极1的屏蔽层进行调整，保证所述采集端与头皮紧密接触。

进一步的，所述干电极1的信号采集端11设置在所述采集装置主体2的内部，在使用过程中可以避免操作时手部直接接触所述信号采集端11，通过突出在外面的屏蔽层13，可以调整所述信号采集端11与用户头皮的接触情况。

具体的，所述采集装置主体2上还设置有总线接口21和若干个连接导线22，所述若干个连接导线22与所述若干个干电极1一一对应连接。所述连接导线22的一端伸进所述屏蔽层13的内部，与所述信号采集电路4配合连接，所述连接导线22的另一端与所述总线接口21配合连接。所述总线接口21用以连接脑电信号分析仪3，并基于所述若干个连接导线22，将所述若干个干电极1采集的脑电信号传输到所述脑电信号分析仪3，进行分析处理。

具体的，所述采集装置主体2的套口处设置有松紧机构23，所述松紧机构23包括松紧带，通过拉动所述松紧带的一端，可以将所述采集装置主体2收拢束紧，使得所述采集装置主体2能够固定，避免在采集脑电波过程中，出现接触不良的情况。

进一步的，所述松紧机构23可以为卡扣结构，即在所述采集装置主体2的一侧设置卡块，在所述采集装置主体2的另一端设置多个配合槽孔，所述卡块与所述配合槽孔对应配合，可以卡接固定。使用所述信号采集端11时，根据用户的头部尺寸选取合适的配合槽孔进行卡扣连接，使得所述采集装置主体2能够紧固在用户头部。

进一步的，所述松紧机构23还可以为橡胶伸缩带、魔术贴等，用以固定所述采集装置主体2在用户头部。

具体的，使用所述脑电波采集装置时，将所述采集装置主体2套在用户的头部，使用所述松紧机构23将所述采集装置主体2与用户头部贴合，通过所述干电极设置在所述采集装置主体2外部的一端，调整所述干电极，使得所述干电极上的采集端与用户的头皮能够紧密贴合，依次将所述采集装置主体2上的若干个干电极进行调整，调整完成后通过所述松紧机构23再次调整固定，使得所述采集装置主体2能够紧固在用户头部，并维持采集端与用户头皮的紧密接触状态，保证脑电波采集的准确性。

进一步的，通过所述总线接口21将所述信号采集端11与脑电信号分析仪3进行连接，启动所述信号采集端11，所述若干个干电极内设置有信号收集电路的信号采集电路4，在采集脑电信号时，可以减少干扰信号的影响，提高脑电波信号的准确性。通过所述若干个干电极采集用户的脑电波信号，并传输到脑电信号分析仪3中。

本发明提供了一种脑电信号检测设备，所述脑电信号检测设备在干电极1上设置由柔性导电材料构成的梳状结构信号采集端11，能够分拨用户毛发，达到所述信号采集端与头皮紧密贴合的关系，保证脑电信号采集稳定性同时保证用户使用舒适度，在所述干电极1内部设置有信号采集电路11，能够对采集的脑电信号进行初步的放大和共模抑制，保证采集脑电信号的稳定性，有效提高脑电信号检测的准确度。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种脑电信号采集设备，其特征在于，所述脑电信号采集设备包括脑电波分析仪、脑电采集装置和若干个干电极，所述若干个干电极设置在所述脑电采集装置上，所述脑电采集装置与所述脑电波分析仪连接；

所述干电极包括信号采集电路、信号采集端和屏蔽层，所述信号采集一端基于柔性导电材料形成梳状结构，另一端固定在所述屏蔽层上；

所述信号采集电路设置在所述屏蔽层内，所述信号采集电路包括输入缓冲电路、放大电路和屏蔽干扰电路；

所述信号采集电路与所述信号采集端电性连接。

2.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述干电极还包括导电层，所述导电层覆盖在所述柔性导电材料的表面上。

3.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述屏蔽层为绝缘树脂。

4.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述信号采集电路还包括信号接收端和信号输出端，所述输入缓冲电路与所述信号接收端连接，所述屏蔽干扰电路与所述信号输出端连接。

5.如权利要求4所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述放大电路的输入端接入所述输入缓冲电路，所述放大电路的输出端接入所述屏蔽干扰电路。

6.如权利要求4所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述信号采集端基于信号连接线与所述信号接收端电性连接。

7.如权利要求4所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述输入缓冲电路包括第一运算放大器和输入电阻，所述输入电阻串联接入所述第一运算放大器的同相输入端；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述信号接收端电性连接。

8.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述放大电路包括第二运算放大器、第一电容和第二电容，所述第一电容并联接入所述第二运算放大器所在的电路；

所述放大电路还包括第二电容，所述第二电容接入所述第二运算放大器的反馈电路。

9.如权利要求8所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述放大电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第三电阻串联接入所述第二运算放大器的同相输入端，所述第五电阻并联接入所述第三电阻所在的电路，所述第一电阻串联接入所述第二运算放大器的输出端，所述第二电阻与所述第一电阻串联连接，所述第四电阻接入所述第二运算放大器的反馈电路；

所述放大电路的增益计算公式为：

G＝(R1/R2+1)*(R3/R5+1)；

其中，G为所述放大电路差模放大增益，R1为第一电阻的阻抗值，R2为第二电阻的阻抗值，R3为第三电阻的阻抗值，R5为第五电阻的阻抗值。

10.如权利要求1所述的脑电信号采集设备，其特征在于，所述屏蔽干扰电路包括第三电容、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第六电阻和所述第八电阻串联接入电路，所述第七电阻与所述第七电阻并联，所述第三电容并联接入所述第七电阻的两端。

Images