CN203234738U

CN203234738U - 无固定接触式脑电采集系统

Info

Publication number: CN203234738U
Application number: CN 201320120513
Authority: CN
Inventors: 潘晶; 阮昊; 夏知拓; 胡文璐; 刘胜林; 赵品桥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-03-15

Abstract

本实用新型公开了一种无固定接触式脑电采集系统，其中，采集单元阵列包括一个脑电参考电位单元、多个脑电采集单元和若干温度采集单元，脑电采集单元、温度采集单元以及脑电参考电位单元均设置在电极阵列固定装置上，并分别用于采集脑电信号数据、采集温度信号数据以及向每一个脑电采集单元提供参考电位。本实用新型无需使用任何有机溶剂，能够便电极紧贴在人体皮肤上，准确采集脑电信号，实时提取特征信息并通过无线射频传输到无线接收端。本实用新型具有佩戴或摘取操作简便、采集速度快、可随时随地增加或减少电极数量而无需对系统硬件和软件做任何修改等特点，具备较大的应用价值。

Description

无固定接触式脑电采集系统

技术领域

本实用新型涉及电生理诊断类设备技术领域的生物电信号的采集、处理和传输仪器，具体是一种无固定接触式脑电采集系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，以及医院就医人数的不断增长，便携式医疗设备应运而生，人们可以足不出户使用的安全可靠的医疗设备。

脑电信号是脑神经细胞群电生理活动的总体反映，脑的不同状态和病因会使脑的不同区域或频段上的脑电信号发生变化，从而使脑电信号表现出不同模式。脑电图检查现己在神经精神科的临床诊断中起着重要的作用，己经发现许多脑病和精神疾病与脑电信号异常相关。脑电信号也常用来做睡眠分析、麻醉深度的监护等。临床脑电图的分析大多是脑电图专家通过目测标注的方法来理解和评价，容易引起误差和疲劳，且使得临床上多导脑电信号的“数据压缩”和“特征提取”一直停留在主观处理水平上。60年代后，计算机辅助脑电信号分析和脑电信号自动分析系统的开发研究，从工程角度提出许多对脑电信号进行分析的方法，并取得了一些进展和成绩。

然而通常的脑电信号采集系统使用繁琐、造价较高而且通常需要随身佩戴一个信息记录装置，而且需要在皮肤上涂抹导电介质，值得患者体验较差。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种无固定接触式脑电采集系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

一种无固定接触式脑电采集系统，包括：采集单元阵列、电极阵列固定装置以及无线射频接收模块，其中：采集单元阵列可拆卸地安装在电极阵列固定装置上，所述采集单元阵列与无线射频接收模块无线连接；

所述采集单元阵列包括一个脑电参考电位单元、以及多个脑电采集单元和若干温度采集单元，其中：多个脑电采集单元以阵列的形式设置在电极阵列固定装置上，温度采集单元设置在电极阵列固定装置上，脑电参考电位单元设置在电极阵列固定装置上。

所述任一个脑电采集单元均包括：集成的脑电测量电极、脑电参考电极、第一电源、第一信号处理及无线射频发射模块、以及第一传感器安装槽，所述脑电测量电极和脑电参考电极构成了脑电采集单元的采集端，第一电源与第一信号处理及无线射频发射模块集成为一整体，并与第一传感器安装槽构成了脑电采集单元的固定端，其中：脑电测量电极与脑电参考电极相连接，所述脑电参考电极与脑电参考电位单元相连通，所述第一电源与第一信号处理及无线射频发射模块相连接，所述第一信号处理及无线射频发射模块与无线射频接收模块无线连接，所述集成的脑电测量电极、脑电参考电极、第一电源、第一信号处理及无线射频发射模块固定在第一传感器安装槽上；

所述任一个温度采集单元均包括：集成的温度采集芯片、第二电源、第二信号处理及无线射频发射模块、以及第二传感器安装槽，所述温度采集芯片构成了温度采集单元的采集端，第二电源与第二信号处理及无线射频发射模块集成为一整体，并与第二传感器安装槽构成了温度采集单元的固定端，其中：所述第二电源与第二信号处理及无线射频发射模块相连接，所述第二信号处理及无线射频发射模块与无线射频接收模块无线连接，所述集成的温度采集芯片、第二电源、第二信号处理及无线射频发射模块固定在第二传感器安装槽上。

所述脑电测量电极包括：导电材料，填充内胆和底衬，所述导电材料包裹在填充内胆的外部，并安装在底衬上，其中，所述导电材料为银纤维导电布或电镀银涂层，所述填充内胆为海绵或绝缘塑料，所述底衬为绝缘塑料，所述银纤维导电布包裹海绵内胆并粘贴在绝缘塑料底衬上构成脑电测量电极或电镀银涂层覆盖在绝缘塑料内胆上并粘贴在绝缘塑料底衬上构成脑电测量电极；

所述第一电源和第二电源均为可充电锂电池。

所述电极阵列固定装置整体为弹性头带结构，包括弹性绑带以及以阵列的形式嵌设在弹性绑带上的多个采集单元固定槽，所述多个采集单元固定槽的槽底通过柔性导线相互连接，并与脑电参考电位单元相连，所述采集单元固定槽与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配。

所述脑电参考电位单元整体为夹耳式结构，包括耳夹以及设置在耳夹上的参考电位采集电极，所述参考电位采集电极为两个，并分别与一侧耳垂的正反面直接接触。

所述无线射频接收模块，包括射频天线以及micro USB接口，其中，所述射频天线与脑电采集单元和温度采集单元相连接，所述micro USB接口与信息处理终端相连接；

所述射频天线为板载射频天线或外接2db-9db天线。

上述无固定接触式脑电采集系统，还包括采集单元充电座，所述采集单元充电座包括电路连接的充电槽和USB接口，所述USB接口与外部电源相连接，所述充电槽与与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配，并用于脑电采集单元和温度采集单元的使用前充电。

本实用新型的第一创新点在于将温度信号与传统的脑电采集分析系统结合，在睡眠深度监测、注意力分析等应用中提供了新的方案。

本实用新型的第二创新点在于将脑电信号、温度信号的采集，特征提取及无线射频发送均集成在由电池供电的采集单元阵列中，这一创新克服了现有脑电采集系统需要通过凝胶将电极粘贴于患处、信号干扰强、电极容易脱落、需要很长的传输电缆连接到脑电放大器等问题。

本实用新型的第三创新点在于可以将多个脑电采集单元组合使用，并根据测量需要动态增加或减少采集单元，一个脑电采集单元为一导联，不同导联均采用电极阵列固定装置上的脑电参考电位单元作为参考电极。

本实用新型的第四创新点在于使用脑电参考电位单元为脑电测量提供参考电位，这一创新使得脑电信号采集更加简便，采集的脑电信号特征更加明显。

本实用新型提供的无固定接触式脑电采集系统，具有以下特点：

(1)无固定接触式电极阵列由多个脑电采集单元和一个温度采集单元组成，可以同时采集多个脑电关键部位的信号以及体温信号；

(2)无固定接触式电极阵列、脑电采集单元采用无固定接触方式，采集生理信号时可以针对一般用户，可随意将电极与裸露头部皮肤接触；对于医生的专业用户，也可以按照前额脑电采集的标准位置放置，实现更精确、更快捷的获得信息；

(3)信号的无线射频发送和接收：将经过预处理的脑电信号，通过IEEEll073定义的医疗设备互联通信标准和IEC80001医疗设备IT网络风险管理协议定义的装置，通过不同的通信通道，多对一发射到无线接收模块，安全性和可靠性都满足高质量医学检测仪器标准；

(4)信号采集与无线射频发送模块采用跳频的形式采集数据，可以减小数据的传输冲突可能，便于提高数据的实时性；

(5)电极阵列固定装置采用对人体无害且佩戴舒适的运动型头带，导电电极采用网状导电材料电极，并采用脑电采集单元获取所需参考电位，使用户拥有更好的使用体验；

(6)多个脑电采集单元可以组合使用，并根据测量需要动态增加或减少采集单元，一个脑电采集单元为一导联，不同导联均采用电极阵列固定装置上的耳夹电极作为参考。

(7)信号采集与无线射频发送模块和无线接收模块采用多对一发送接收的方式，可以方便用户同时使用多个设备，并实时将数据发送到上位机。

本实用新型克服了普通脑电采集系统不易操作、接触不熨帖导致的信号干扰、以及电极脱落和使用信号传输电缆引起的不便等问题，无需使用任何有机溶剂，能够使电极紧贴在人体皮肤上，准确采集脑电信号，实时提取特征信息并通过无线射频传输到无线接收端。本实用新型提供的无固定接触式脑电采集系统，使脑电采集产品具有佩戴或摘取操作简便、采集速度快、可随时随地增加或减少电极数量而无需对系统硬件和软件做任何修改等特点，具备较大的应用价值。

附图说明

图1为脑电采集单元的采集端；

图2为脑电采集单元的固定端；

图3为电极阵列固定装置；

图4为无线射频接收模块；

图5为电极充电座；

图中，1为脑电测量电极，3为锂电池，4为信号处理及无线射频发射模块，5为脑电脑电参考电位单元，6为电机阵列固定装置，7为采集单元固定槽，8为采集单元，9为射频天线，10为micro USB接口，ll为充电槽，12为温度采集单元，13为USB接口。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图3所示，本实施例提供了一种无固定接触式脑电采集系统，包括：采集单元阵列、电极阵列固定装置以及无线射频接收模块，其中：

-采集单元阵列可拆卸地安装在电极阵列固定装置上，所述采集单元阵列与无线射频接收模块无线连接；

-电极阵列固定装置，用于放置采集单元阵列，通过调节电极阵列固定装置使采集单元阵列与采集部位紧密接触，并为采集单元阵列提供参考电位的连接通路；

-无线射频接收模块，与采集单元阵列无线连接，用于接收采集单元阵列发送的脑电信号特征信息，并将脑电信号特征信息传送至信息处理终端；

所述采集单元阵列包括一个脑电参考电位单元、以及外观尺寸相同的多个脑电采集单元和若干温度采集单元，其中：

-多个脑电采集单元以阵列的形式设置在电极阵列固定装置上，用于采集脑电信号数据；

-温度采集单元设置在电极阵列固定装置上，用于采集温度信号数据；

-脑电参考电位单元设置在电极阵列固定装置上，用于向每一个脑电采集单元提供参考电位。

如图1和图2所示，所述任一个脑电采集单元均包括：集成的脑电测量电极、脑电参考电极、第一电源、第一信号处理及无线射频发射模块、以及第一传感器安装槽，所述脑电测量电极和脑电参考电极构成了脑电采集单元的采集端，第一电源与第一信号处理及无线射频发射模块集成为一整体，并与第一传感器安装槽构成了脑电采集单元的固定端，其中：

-脑电测量电极，用于采集脑电信号数据；

-脑电参考电极，与脑电参考电位单元相连通，用于向脑电测量电极提供脑电参考电位单元采集的参考电位。

-第一电源，用于向第一信号处理及无线射频发射模块供电；

-第一信号处理及无线射频发射模块，与无线射频接收模块无线连接，用于对脑电测量电极采集到的脑电信号进行放大、滤波和模式识别，将提取到的脑电信号特征信息发送至无线射频接收模块；

-第一传感器安装槽，用于固定脑电采集单元。

进一步地，所述脑电测量电极包括导电材料、填充内胆以及底衬，其中，所述导电材料包裹在填充内胆的外部，并安装在底衬上。所述导电材料可以为银纤维导电布或者电镀银涂层。所述填充内胆可以为海绵或者绝缘塑料。所述底衬为绝缘塑料。所述脑电测量电极可以为银纤维导电布包裹海绵内胆并粘贴在绝缘塑料底衬上，也可以为电镀银涂层覆盖在绝缘塑料内胆上并粘贴在绝缘塑料底衬上。

进一步地，所述导电材料为银纤维，所述填充内胆为海绵填充内胆。

进一步地，所述电源为可充电锂电池。

进一步地，脑电参考电极和脑电测量电极均可拆卸更换。

所述任一个温度采集单元均包括：集成的温度采集芯片、第二电源、第二信号处理及无线射频发射模块、以及第二传感器安装槽，所述温度采集芯片构成了温度采集单元的采集端，第二电源与第二信号处理及无线射频发射模块集成为一整体，并与第二传感器安装槽构成了温度采集单元的固定端，其中：

-温度采集芯片，用于采集温度信号数据；

-第二电源，用于向第二信号处理及无线射频发射模块供电；

-第二信号处理及无线射频发射模块，与无线射频接收模块无线连接，用于对温度采集芯片采集到的温度信号进行放大、滤波和模式识别，将提取到的温度信号特征信息发送至无线射频接收模块；

-第二传感器安装槽，用于固定温度采集单元。

进一步地，由于一个脑电采集系统通常只需要一路温度数据，所以本实施例中的温度采集单元优选为一个。

如图3所示，进一步地，所述电极阵列固定装置整体为弹性头带结构，包括弹性绑带以及以阵列的形式嵌设在弹性绑带上的多个采集单元固定槽，所述多个采集单元固定槽的槽底通过柔性导线相互连接，并与脑电参考电位单元相连，所述采集单元固定槽与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配。

进一步地，电极阵列固定装置采用可伸缩弹性材料，可供不同头围的人使用，其宽度为1．5cm，厚度为0．5cm。

进一步地，所述脑电参考电位单元整体为夹耳式结构，包括耳夹以及设置在耳夹上的参考电位采集电极，所述参考电位采集电极为两个，并分别与一侧耳垂的正反面直接接触。

如图4所示，进一步地，所述无线射频接收模块，包括射频天线以及micro USB接口，其中，所述射频天线用于接收脑电采集单元和温度采集单元发送的信号特征信息，所述micro USB接口用于与信息处理终端相连接；

进一步地，所述射频天线为板载射频天线或外接2db-9db天线。

如图5所示，上述无固定接触式脑电采集系统，还包括采集单元充电座，所述采集单元充电座包括充电槽和USB接口，所述USB接口用于与外部电源相连接，所述充电槽与与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配，并用于脑电采集单元和温度采集单元的使用前充电。

在本实施例中，脑电采集单元和温度采集单元安装在电极阵列固定装置上，并可在测量过程中动态增加或减少脑电采集单元的数量；电极阵列固定装置将脑电采集单元和温度采集单元紧贴人体皮肤表面，并提供各路脑电采集单元参考电位到脑电参考电位单元的连接通路；无线射频接收模块与多个脑电采集单元之间为一对多的信号传输关系，在测量过程中能够动态地增加或减少脑电采集单元的数量；电极充电座用于系统使用前给脑电采集单元和温度采集单元充电。

脑电采集单元和温度采集单元具有相同的外观尺寸，可安装电极阵列固定装置的任意一个采集单元固定槽上。脑电采集单元集成了脑电处理和无线线射频发射模块的嵌入式系统；温度采集单元集成了信号处理及无线射频发射模块的嵌入式系统。脑电采集单元能够对采集到的脑电信号进行放大，滤波，特征提取，无线射频发射；温度采集单元能够通过单元内的温度测试芯片提取测试点的温度信息。

脑电采集单元无需按照传统脑电电极位置放置，为无固定接触式结构。

所述脑电采集单元中的信号采集与无线射频发送模块与无线射频接收模块之间为多对一信号传输，并且能够随时增加或减少信号采集与发送装置数量。

本实施例提供的无固定接触式脑电采集系统，其信息采集方法，包括以下步骤：

步骤1，数据采集，包括：

-脑电采集单元以脑电参考电位单元为参考电位，通过脑电测量电极同时采集多个脑电关键部位的脑电信号；

-温度采集单元通过温度采集芯片测量温度信息；

步骤2，预处理，包括：

-脑电采集单元的第一信号处理及无线射频发射模块对脑电测量电极采集到的脑电信号进行滤波、放大，通过模式匹配的方式得到特征信息；

-温度采集单元的第二信号处理及无线射频发射模块对温度采集芯片采集到的温度信号进行滤波、放大，通过模式匹配的方式得到特征信息；

步骤3，无线射频发送，第一信号采集与无线射频发送模块和第二信号采集与无线射频发送模块将处理后的信号特征信息通过无线射频发送；

步骤4，无线射频接收：无线射频接收模块通过射频天线同时接收多路脑电信号及脑电信号特征信息以及若干温度信号及温度信号特征信息，并通过micro USB口转发给信息处理终端。

进一步地，所述步骤1中，用户可以随时增加信号采集与发送装置数量以获得更多脑电信息或者减少脑电导联数量以减小头带重量和体积；

进一步地，所述第一信号采集与无线射频发送模块采用跳频的形式采样数据，并采用动态组网的方式发射数据。

进一步地，所述第一信号采集与无线射频发送模块和第二信号采集与无线射频发送模块均采用智能中继多点无线医疗设备通信协议，包括：IEEEll073定义的医疗设备互联通信标准和IEC80001医疗设备IT网络风险管理协议。

进一步地，所述步骤2和步骤3中使用的信号处理及信号传输代码均在第一信号处理及无线射频发射模块或第二信号处理及无线射频发射模块的嵌入式系统中实现。

进一步地，所述脑电信号处理代码和脑电信号无线传输代码均在脑电采集单元的信号采集与无线射频发送模块的嵌入式系统中实现。滤波代码和脑电信号无线传输代码均使用Keil C51编写。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，包括：采集单元阵列、电极阵列固定装置以及无线射频接收模块，其中：采集单元阵列可拆卸地安装在电极阵列固定装置上，所述采集单元阵列与无线射频接收模块无线连接；

2.根据权利要求1所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述任一个脑电采集单元均包括：集成的脑电测量电极、脑电参考电极、第一电源、第一信号处理及无线射频发射模块、以及第一传感器安装槽，所述脑电测量电极和脑电参考电极构成了脑电采集单元的采集端，第一电源与第一信号处理及无线射频发射模块集成为一整体，并与第一传感器安装槽构成了脑电采集单元的固定端，其中：脑电测量电极与脑电参考电极相连接，所述脑电参考电极与脑电参考电位单元相连通，所述第一电源与第一信号处理及无线射频发射模块相连接，所述第一信号处理及无线射频发射模块与无线射频接收模块无线连接，所述集成的脑电测量电极、脑电参考电极、第一电源、第一信号处理及无线射频发射模块固定在第一传感器安装槽上；

3.根据权利要求2所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述脑电测量电极包括：导电材料，填充内胆和底衬，所述导电材料包裹在填充内胆的外部，并安装在底衬上，其中，所述导电材料为银纤维导电布或电镀银涂层，所述填充内胆为海绵或绝缘塑料，所述底衬为绝缘塑料，所述银纤维导电布包裹海绵内胆并粘贴在绝缘塑料底衬上构成脑电测量电极或电镀银涂层覆盖在绝缘塑料内胆上并粘贴在绝缘塑料底衬上构成脑电测量电极；

所述第一电源和第二电源均为可充电锂电池。

4.根据权利要求1所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述电极阵列固定装置整体为弹性头带结构，包括弹性绑带以及以阵列的形式嵌设在弹性绑带上的多个采集单元固定槽，所述多个采集单元固定槽的槽底通过柔性导线相互连接，并与脑电参考电位单元相连，所述采集单元固定槽与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配。

5.根据权利要求1所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述脑电参考电位单元整体为夹耳式结构，包括耳夹以及设置在耳夹上的参考电位采集电极，所述参考电位采集电极为两个，并分别与一侧耳垂的正反面直接接触。

6.根据权利要求1所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述无线射频接收模块，包括射频天线以及micro USB接口，其中，所述射频天线与脑电采集单元和温度采集单元相连接，所述micro USB接口与信息处理终端相连接。

7.根据权利要求6所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，所述射频天线为板载射频天线或外接2db-9db天线。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的无固定接触式脑电采集系统，其特征在于，还包括采集单元充电座，所述采集单元充电座包括电路连接的充电槽和USB接口，所述USB接口与外部电源相连接，所述充电槽与与脑电采集单元和温度采集单元的固定端的形状相适配。