CN114947870A - 一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法，包括采集电路芯片和数据处理芯片，所述数据处理芯片包括控制器、包络检测器，所述包络检测器与所述控制器连接；所述采集电路芯片包括至少一个采样通道与所述数据处理芯片连接；所述采样通道用于采集神经信号，所述包络检测器用于检测神经信号的包络特征，并将包络特征发送至控制器；所述控制器用于根据所述包络特征判断所述神经信号是否为有效的神经信号。本发明在数据处理芯片中设置包络检测器，对神经信号的包络特征进行检测识别，选择性的开启采样通道，有效降低后端数据处理的难度，提升数据处理效率。

Description

一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及神经接口技术领域，特别是涉及一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法。

背景技术

神经接口提供了一种连接神经细胞与外部设备的通路，它可以通过外部设备刺激神经细胞产生动作电位，也可以记录神经细胞产生的动作电位，以此实现神经细胞与外部设备的双向通信。因此，神经接口被广泛用于研究和治疗各种神经性疾病，如帕金森病、癫痫、抑郁症和特发性震颤等。

但是神经信号是一种非常微弱的生物电信号，同时神经信号中携带有噪声信号，噪声信号的来源很多，主要包括肌电活动、电极移动、工频干扰和白噪声等，神经信号容易淹没在噪声中，无法快速、精准地提取有效的神经信号。目前，一般是在信号处理的后端进行滤波处理，以滤除噪声，此种方式，在前端进行数据采集的过程中，大量的噪声会混杂在有效的神经信号中，增加了后端处理的难度，数据处理的效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法，在数据处理芯片中设置包络检测器，对神经信号的包络特征进行检测识别，选择性的开启采样通道，有效降低后端数据处理的难度，提升数据处理效率。

根据本发明的第一方面，提出了一种带有包络检测器的神经接口电路，包括采集电路芯片和数据处理芯片，所述数据处理芯片包括控制器、包络检测器，所述包络检测器与所述控制器连接；

所述采集电路芯片包括至少一个采样通道与所述数据处理芯片连接；所述采样通道用于采集神经信号，所述包络检测器用于检测神经信号的包络特征，并将包络特征发送至控制器；

所述控制器用于根据所述包络特征判断所述神经信号是否为有效的神经信号。

进一步的，所述包络特征包括信号频率和信号幅度；如果信号频率不满足设定的频率范围或信号幅度不满足设定的幅度范围，则该神经信号为非有效的神经信号。

进一步的，所述数据处理芯片还包括配置单元，所述配置单元与所述控制器连接，所述配置单元用于接收外部的配置参数，所述配置参数包括频率范围、幅度范围。

进一步的，所述采样通道上串联有开关，所述开关的控制端与所述控制器连接；所述控制器用于根据该采样通道对应的神经信号的包络检测结果，选择性开启所述开关。

进一步的，数据处理芯片还包括编码器、传输单元，所述编码器与所述控制器连接，所述编码器与所述传输单元连接，所述控制器将神经信号传输给所述编码器，所述传输单元将所述编码器发送过来的神经信号传输至外部。

进一步的，所述数据处理芯片包括寄存器，所述寄存器输入端与所述采集电路芯片连接，所述寄存器的输出端与所述包络检测器的输入端连接，所述包络检测器的输出端与所述控制器连接。

进一步的，所述数据处理芯片包括预处理单元，所述预处理单元设置于所述寄存器与所述包络检测器之间，所述预处理单元包括滤波器、去噪单元。

根据本发明的第二方面，还提出了一种带有包络检测器的神经接口电路的控制方法，具体包括

通过采样通道采集实时神经信号并将之定义为检测信号，将所述检测信号发送至包络检测器；

所述包络检测器检测所述检测信号的包络特征，并将所述包络特征发送至控制器；所述包络特征包括信号频率、信号幅度；

所述控制器根据所述包络特征判断所述检测信号是否为有效的神经信号，以获取有效的神经信号。

若否，则断开所述检测信号对应的所述采样通道。

进一步的，判断所述检测信号是否为有效的神经信号，具体包括：

预配置神经信号的频率范围、幅度范围、预定义稳态时间；

将采样通道的编号与通过该采样通道传输的检测信号进行关联绑定；

当检测到某个采样通道内的检测信号的信号频率或信号幅度不满足所述频率范围或幅度范围时，则所述检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

当被断开的所述采样通道邻近的采样通道在一个所述稳态时间内均处于数据采集状态时，则重新开启被断开的所述采样通道。

进一步的，还包括：

预定义噪音判定时间、重启时间；

当检测到某个采样通道内的检测信号的信号频率或信号幅度在一个所述噪音判定时间内始终保持不变时，则所述检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

等待一个所述重启时间之后，再次开启被断开的所述采样通道。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种带有包络检测器的神经接口电路及其控制方法，通过包络检测器对采集的神经信号进行初步判断，如果神经信号不满足设定的条件，则该信号为无效的信号，通过包络检测器过滤掉。而且，根据包络检测器的初步检测结果控制开关的通断，有效避免较多的噪声混杂在神经信号中，减少了传输至后端的数据量，可以减少数据传输时间，也可间接提高数据处理的效率。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种带有包络检测器的神经接口电路的示意图；

图2为本发明实施例的一种带有包络检测器的神经接口电路的参数配置示意图；

图3为本发明实施例的一种带有包络检测器的神经接口电路的控制方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，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，在不付出创在性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，设计方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

实施例一

根据本发明的第一方面，提供了一种带有包络检测器的神经接口电路，如图1所示，包括采集电路芯片和数据处理芯片，数据处理芯片包括控制器和包络检测器，包络检测器与控制器连接；采集电路芯片包括至少一个采样通道与所述数据处理芯片连接，即，包络检测器与采样通道连接；采样通道用于采集神经信号，包络检测器用于检测神经信号的包络特征，并将包络特征发送至控制器，控制器用于根据包络特征判断神经信号是否为有效的神经信号。

数据处理芯片还包括配置单元，配置单元与控制器连接，配置单元用于接收外部的配置参数，其中，配置参数包括频率范围和幅度范围。在实际实施时，配置单元可设计为配置电路，进行配置参数的输入。其中，配置参数包括幅度范围、频率范围等，保证能够根据不同的应用场景筛选信号。可以理解的是，幅度范围、频率范围均用于判断包络检测器输出的信号是否合乎要求。其中，包络特征包括信号频率和信号幅度；如果信号频率不满足设定的频率范围或信号幅度不满足设定的幅度范围，则该神经信号为非有效的神经信号。

在一具体的实施例中，采样通道上串联有开关，开关的控制端与控制器连接，控制器用于根据该采样通道对应的神经信号的包络检测结果，选择性开启开关。如，当检测结果为非有效的神经信号时，则断开对于采样通道上的开关。

在本申请中，采集电路芯片还包括与体电极相连的焊点和读出电路，每个体电极上设置有至少一个电极点，每个采集电路芯片设有多个焊点，各采集电路芯片的多个焊点分别与体电极上的多个电极点一一对应电连接，多个采集电路芯片分别与数据处理芯片电连接。

在可选的实施例中，数据处理芯片还包括寄存器，寄存器输入端与采集电路芯片连接，寄存器的输出端与包络检测器的输入端连接，采集电路芯片所采集得到的神经信号输出至寄存器并存储，寄存器将该神经信号发送至包络检测器，包络检测器检测该神经信号的包络特征，并将包络特征发送至控制器，其中，包络特征包括信号频率和信号幅度。

本申请的实施例中，包络检测器将包络特征发生至控制器之后，控制器可对比当前检测信号的包络特征以判定当前的采样信号的有效性，若属于无效的采样，则可以关闭对应的采样通道；若为有效的采样，则可保持采样通道的开启状态。

应当明确的是，在实际应用场景下，每个神经信号中携带有采样通道的通道编号，通道编号与采样通道上的开关是一一对应的关系，以根据通道编号确待控制的开关。

本申请的实施例中，数据处理芯片还包括编码器、传输单元，控制器、寄存器分别与编码器连接，编码器与传输单元连接，编码器与控制器连接，编码器与传输单元连接，控制器将神经信号传输给编码器，传输单元将编码器发送过来的神经信号传输至外部。传输单元至少包括两个传输通道，使得控制器、寄存器能够分别建立独立的外部数据传输通道。

作为正常的神经信号输出通道时，控制器将神经信号传输给编码器进行编码，并通过传输单元将编码器发生过来的神经信号传输至外部。

作为验证包络检测器的通道时，寄存器将所存储的神经信号全部发送与编码器进行编码，在通过传输单元传输至外部设备，外部设备可在线分析神经信号，以便于验证包络检测器的正确性。进一步的，可用于优化配置参数。

具体的，神经信号传输至编码器之后，编码器对神经信号进行编码，编码器包括至少两种编码方式，控制器用于根据采集电路芯片所导通的通道数目，切换编码器的编码方式，其中，编码方式包括二进制编码或四进制编码，当数据量较小时，可选用二进制编码；当数据量较大时，可选用四进制编码。

本申请的实施例中，传输单元可为有限传输单元，也可以为无线传输单元，其中，无线传输单元可包括光传输单元、WiFi传输单元、蓝牙传输单元等。

本申请的实施例中，包括检测器与寄存器之间设置有预处理单元，预处理单元包括滤波器和去噪单元，通过滤波器对所采集的神经信号进行滤波，滤除信号频率不在检测范围内的信号，再通过去造单元对滤波后的信号进行去噪处理，即在进行包络检测前，就对所采集的神经信号进行滤波、去噪处理，提高包络检测的重要性。

实施例二

根据本发明的第二方面，提供了一种带有包络检测器的神经接口电路的控制方法，适用于实施例一中的神经接口电路，请参阅图3，为带有包络检测器的神经接口电路的控制方法的流程图，具体包括：

S10：通过采样通道采集实时神经信号并将之定义为检测信号，将所述检测信号发送至包络检测器；

在本实施例中，通过采集通道中的电极点采集神经信号，采样通道上串联有开关，通过切换开关的状态选择性开启相应的采集通道。

S11：所述包络检测器检测所述检测信号的包络特征，并将所述包络特征发送至控制器；所述包络特征包括信号频率、信号幅度；

其中，包络特征包括信号频率和信号幅度，通过包络检测器对神经信号的包络特征进行检测。

S12：所述控制器根据所述包络特征判断所述检测信号是否为有效的神经信号，以获取有效的神经信号。

在本实施例中，如果信号频率不满足设定的频率范围或信号幅度不满足设定的幅度范围，则该神经信号为非有效的神经信号，对应的断开该检测信号对于的采样通道。

在优选的实施例中，判断检测信号是否为有效的神经信号，具体包括如下步骤：

预配置神经信号的频率范围或幅度范围、预定义稳态时间；其中，预定义稳态时间指的是神经信号处于某个稳定的状态所持续的时间。

将采样通道的编号与通过该采样通道传输的检测信号进行关联绑定；

当检测到某个采样通道内的检测信号的信号频率或信号幅度不满足所述频率范围或幅度范围时，则检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

当被断开的所述采样通道邻近的采样通道在一个所述稳态时间内均处于数据采集状态时，则重新开启被断开的所述采样通道。

本申请的实施例中，通过配置单元(配置电路)在控制器中预配置神经信号的频率范围或幅度范围，作为控制器的判断依据。

采集电路芯片所实时采集的神经信号可能为有效的神经信号、噪声信号或非有效的神经信号，包络检测器则根据信号频率、信号幅度对所采集得到的检测信号进行初步判断，若符合要求，则说明当前的检测信号为有效的神经信号；反之，则为噪声信号或非有效的神经信号。

可以理解的是，检测信号的参数满足预配置的参数时，采样通道处于数据采样状态；反之，断开的采样通道处于非采样状态。

为了避免过多的无用信号混杂在神经信号中，可断开该采样通道，减少传输至后端的数据量。

在实际情况中，受刺激的神经信号在理论上应处于波动状态的，采集电路芯片所采集的神经信号则也同样处于波动状态，若在一定时间内，检测信号的包络特征始终保持不变，则该信号可能为噪声信号，为了避免过多的无用信号混杂在神经信号中，可断开相应的采样通道的开关，等待一段时间后，在开启该采样通道。具体的步骤包括：

预定义噪音判定时间、重启时间；

当检测到某个采用通道内的检测信号的信号频率或信号幅度在一个所述噪音判定时间内始终保持不变时，则所述检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

等待一个重启时间之后，再次开启被断开的所述采样通道。

可以理解的是，噪音判定时间应远大于神经信号的刺激周期，重启时间则根据实际应用环境而定。

本申请的实施例二所述的方法的执行主体可以是控制器，采用通道的断开/开启则由采用通道上串联的开关进行控制。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。

本申请实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本申请实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本申请实施例所述的功能的软件而实现。

本申请实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本申请实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本申请实施例所述的功能的软件而实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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进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器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，包括采集电路芯片和数据处理芯片，所述数据处理芯片包括控制器、包络检测器，所述包络检测器与所述控制器连接；

所述采集电路芯片包括至少一个采样通道，所述采样通道与所述数据处理芯片连接；所述采样通道用于采集神经信号，所述包络检测器用于检测神经信号的包络特征，并将包络特征发送至控制器；

所述控制器用于根据所述包络特征判断所述神经信号是否为有效的神经信号。

2.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，所述包络特征包括信号频率和信号幅度；如果信号频率不满足设定的频率范围或信号幅度不满足设定的幅度范围，则该神经信号为非有效的神经信号。

3.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，所述数据处理芯片还包括配置单元，所述配置单元与所述控制器连接，所述配置单元用于接收外部的配置参数，所述配置参数包括频率范围、幅度范围。

4.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，所述采样通道上串联有开关，所述开关的控制端与所述控制器连接；所述控制器用于根据该采样通道对应的神经信号的包络检测结果，选择性开启所述开关。

5.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，数据处理芯片还包括编码器、传输单元，所述编码器与所述控制器连接，所述编码器与所述传输单元连接，所述控制器将神经信号传输给所述编码器，所述传输单元将所述编码器发送过来的神经信号传输至外部。

6.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，所述数据处理芯片包括寄存器，所述寄存器输入端与所述采集电路芯片连接，所述寄存器的输出端与所述包络检测器的输入端连接，所述包络检测器的输出端与所述控制器连接。

7.根据权利要求1所述的一种带有包络检测器的神经接口电路，其特征在于，所述数据处理芯片包括预处理单元，所述预处理单元设置于所述寄存器与所述包络检测器之间，所述预处理单元包括滤波器、去噪单元。

8.一种带有包络检测器的神经接口电路的控制方法，适用于权利要求1-7任一项所述的神经接口电路，其特征在于，包括：

通过采样通道采集实时神经信号并将之定义为检测信号，将所述检测信号发送至包络检测器；

所述包络检测器检测所述检测信号的包络特征，并将所述包络特征发送至控制器；

所述控制器根据所述包络特征判断所述检测信号是否为有效的神经信号，以获取有效的神经信号。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，判断所述检测信号是否为有效的神经信号，具体包括：

预配置神经信号的频率范围、幅度范围、预定义稳态时间；

将采样通道的编号与通过该采样通道传输的检测信号进行关联绑定；

当检测到某个采样通道内的检测信号的信号频率或信号幅度不满足所述频率范围或幅度范围时，则所述检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

当被断开的所述采样通道邻近的采样通道在一个所述稳态时间内均处于数据采集状态时，则重新开启被断开的所述采样通道。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：

预定义噪音判定时间、重启时间；

当检测到某个采样通道内的检测信号的信号频率或信号幅度在一个所述噪音判定时间内始终保持不变时，则所述检测信号为无效的神经信号，同步断开所述检测信号所关联的所述编号对应的采样通道；

等待一个所述重启时间之后，再次开启被断开的所述采样通道。

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