CN212346548U - 脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,所述装置为头箍状,包括:方形采集盒、电路板、脑电电极、近红外发射探头、第一组近红外探测探头、第一、二带子、PC端;采集盒与佩戴者前额相对的面上设有方形凹槽,凹槽的底部设有孔洞A,在凹槽内,固定有与凹槽长宽相等的电路板,脑电电极、近红外发射探头、第一组近红外探测探头均设置在电路板上,且在脑电电极、近红外发射探头、第一组近红外探测探头相应的位置上设有孔洞,他们依次通过相应的孔洞、孔洞A与PC端连接;第一、二带子的一端分别与方形采集盒的左右两个侧面固定连接,另外一端分别与带扣的左右两端相互连接。本实用新型佩戴方便,易于便携,实现了同时同区信号采集。
Description
技术领域
本实用新型属于医学成像领域,尤其涉及一种脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置。
背景技术
脑电是由大脑神经细胞活动过程中的动作电位产生的,能够直接反映大脑神经的活动状态。现阶段脑电无创检测技术主要有两个发展方向:一种是基于多通道的脑电信号检测技术,采用标准64导脑电电极遍布整个大脑区域,采集到整个大脑各区域的脑电信号,可以更加全面的评估整个大脑的功能状态;一种是基于前额区脑电信号的检测技术,这种检测技术大多采集大脑前额区部位的脑电信号,使用的电极数目较少,避免了头发对信号干扰的同时,方便了电极的安放。
近红外光谱(Near-infrared Spectroscopy,NIRS)是一种无创光学成像技术,通过生物组织对近红外光的低吸收性和强散射型的特点进而实现对深度组织的血氧监测。利用大脑活动时皮质局部所伴随的氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧合血红蛋白(Hb)含量的变化来获得大脑功能信息。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外波段(650nm-950nm)的吸收很小,该特性使得近红外光能够穿透大脑头皮及颅骨进入头皮下深的大脑皮层皮质区域。当大脑皮层的局部区域活动增强时,血流量增加,引起氧合血红蛋白含量增加,脱氧血红蛋白含量减少。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有不同的光谱吸收特性,采用两种以上不同波长的近红外光从大脑头皮的某一点入射,从距离入射点几厘米以外(国际公认2cm-5cm为最佳距离)的位置检测出射光的变化,就可以反算出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的含量变化,进而判断大脑局部血流动力学变化。
检测脑组织血氧SO2采用的双光源双波长模型,双波长LED发出近红外光和红光。光透过皮肤、颅骨,进入脑组织,经过这些组织的吸收、散射之后,浅层组织的血氧变化信息由近端传感器检测到,相应的,较深层组织的血氧变化信息由远端传感器检测到。据此根据朗伯-比尔定律的吸光度表达式定量算出脑组织血氧SO2。
脑电与近红外光谱技术的融合是研究大脑意识活动的一个全新的方向,脑电具有较高的时间分别率,能从细节研究意识的变化;近红外光谱技术具有较高空间分辨率,能用于研究大脑局部的血流动力学变化,二者融合形成了良好的互补效应。
现有的近红外光谱与脑电联合采集装置脑电电极和近红外探头各自独立。脑电检测多数采用标准64导脑电电极,干扰太大、不够便携,并要求电极必须与受试者的皮肤紧密结合,否则影响脑电信号的采集,同时过多的脑电电极和近红外探头不能有效地同时排布在有限的头皮表面,无法实现同时同区信号采集。
实用新型内容
本实用新型的目的:为解决现有技术无法实现同时同区进行信号采集,本实用新型提供一种脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置。
本实用新型采用的技术方案为:本实用新型提供一种脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,该装置包括:调整模块、采集模块、PC端;所述采集模块包括方形采集盒、电路板、脑电电极、近红外探头;所述方形采集盒与脑前额相对的面上设有方形凹槽,凹槽的底部设有孔洞A,在凹槽内,且距离凹槽底部T处固定有与凹槽长宽相等的电路板,根据国际通用的10~20电极放置法,在电路板的位置B上固定设有脑电电极,该脑电电极的中心与电路板的顶端距离为y,与电路板左侧的距离为x;当使用者佩戴该采集装置时,该脑电电极与使用者的左前额紧密接触;位置B上设有孔洞A1,脑电电极依次穿过孔洞A1、孔洞A与PC端连接;
所述近红外探头包括:近红外发射探头和第一组近红外探测探头,所述第一组近红外探测探头包括第一、二近红外探测探头;所述近红外发射探头固定设置在电路板的位置B1上,近红外发射探头的中心与电路板的顶端距离为y1,y1>y,与电路板左右两侧的距离相等;在近红外发射探头的左侧的位置B2、B3处设有第一、二近红外探测探头,第一、二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第一近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;在位置B1~B3上分别设有孔洞A2~A4,近红外发射探头、第一、二近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;且近红外发射探头、第一、二近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,该红外发射探头、第一、二近红外探测探头均与使用者的前额紧密接触;
所述调整模块包括,带状结构的第一、第二带子和带扣;所述第一、二带子的一端分别与方形采集盒的左右两个侧面固定连接,第一、二带子的另外一端分别与带扣的左右两端相互连接。
进一步的,所述脑电电极为非侵入式干电极,且在电极表面镀上Ag/Agcl。
进一步的,近红外探头还包括第二组近红外探测探头,所述第二组近红外探测探头包括第三、四近红外探测探头;该两个近红外探测探头分别设置在红外发射探头的右侧的位置B4、B5处,且第三、四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第三近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;位置B4、B5上也分别设有孔洞A5~A6,第三、四近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;第三、四近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,第三、四近红外探测探头与使用者的前额紧密接触。
进一步的,近红外发射探头采用的是735/850nm的双波长LED灯,近红外探测探头采用光电传感器。
进一步的,所述电路板上还设有若干个预留孔洞,该孔洞的与孔洞A1大小相同,且与A1在同一水平线上。
进一步的,所述第一、二带子的外侧表面上设有魔术贴。
进一步的,所述第一、二带子均采用弹性、不透光、透气的材料。
进一步的,所述第一、二带子的一端通过穿孔的形式分别与左右两个侧面连接。
进一步的,所述方形采集盒由硅胶材料填充而成。
进一步的,所述脑电电极与皮肤之间的压力至少为0.8SPI。
有益效果:
(1)本实用新型提供的近红外和脑电联合采集装置,同时兼容并固定近红外探头和脑电电极,电极、探头与皮肤紧密结合,能实现同时同区脑电和近红外信号采集,且佩戴方便,易于便携,满足不同研究和应用的需要。
(2)本实用新型提供的近红外和脑电联合采集装置,近红外探头和脑电电极为分体式,使用灵活,维修更换方便。更换时只需换掉出故障的电极或近红外探头,不必同时换掉脑电和近红外探头,节约维护成本。
(3)本实用新型提供的近红外和脑电联合采集装置,脑电电极采用干电极,无需注入导电胶,不会弄脏被测试者的头发,测试前后无需洗头由于无需注入导电胶和皮肤预处理,大大节约了测试准备时间,方便使用。
附图说明
图1是本实用新型佩戴于人体前额的示意图。
图2是本实用新型采集模块的示意图。
图3(a)是本实用新型的近红外探头的示意图,(b)是脑电电极的示意图。
图中:1、第一带子;2、采集模块;3、第二带子;4、带扣;5、近红外发射探头;6、第二近红外探测探头;7、脑电电极;8、预留孔洞。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1、2所示,本实施例提供一种脑电与近红外光谱联合采集装置,所述装置为头箍状;包括:调整模块、采集模块2、PC端,所述采集模块包括方形采集盒、电路板、脑电电极、近红外探头;所述方形采集盒由柔软的硅胶材料填充而成;所述方形采集盒与佩戴者脑前额相对的面上设有方形凹槽,凹槽的底部设有孔洞A,在凹槽内,且距离凹槽底部T处固定有与凹槽长宽相等的电路板,根据国际通用的10~20电极放置法,在电路板的位置B上固定设有脑电电极7,该脑电电极的中心与电路板的顶端距离为y,与电路板左侧的距离为x;当使用者佩戴该采集装置时,该脑电电极与使用者的左前额紧密接触;位置B上设有孔洞A1,脑电电极依次穿过孔洞A1、孔洞A与PC端连接;
脑电电极7和近红外探头在同一平面,构成一体式结构;所述近红外探头包括:近红外发射探头5和第一组近红外探测探头,所述第一组近红外探测探头包括第一红外探测探头和第二近红外探测探头6;所述近红外发射探头固定设置在电路板的位置B1上,近红外发射探头的中心与电路板的顶端距离为y1,y1>y,与电路板左右两侧的距离相等;在近红外发射探头的左侧的位置B2、B3处设有第一、二近红外探测探头,第一、二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第一近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;在位置B1~B3上分别设有孔洞A2~A4,近红外发射探头、第一、二近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;且近红外发射探头、第一、二近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,该红外发射探头、第一、二近红外探测探头均与使用者的前额紧密接触;
为防止第一组近红外探测探头出现故障或漏检的现象,本实施例中的近红外探头还包括第二组近红外探测探头,所述第二组近红外探测探头包括第三、四近红外探测探头;该两个近红外探测探头分别设置在红外发射探头的右侧的位置B4、B5处,且第三、四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第三近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;位置B4、B5上也分别设有孔洞A5~A6,第三、四近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;第三、四近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,第三、四近红外探测探头与使用者的前额紧密接触;本实施例中L=3cm。
本实施例中近红外发射探头采用的是735/850nm的双波长LED灯,本第一~四近红外探测探头采用光电传感器,所述光电传感器如图3(a)所示。
调整模块包括,带状结构的第一带子1、带状结构的第二带子3和带扣4;所述第一、二带子的一端分别与方形采集盒的左右两个侧面固定连接,第一、二带子的另外一端分别与带扣的左右两端相互连接。所述第一、二带子的一端通过穿孔的形式分别与左右两个侧面连接,实现带子的固定和一体化。第一、二带子的外侧表面上设有魔术贴;扣带4可以固定在后脑勺部位,并且能够通过调节扣带和魔术贴的位置来调整松紧。第一、二带子由弹性、不透光但、透气的布料或具有相同性质的材料制成,以实现与头部较好的贴合,屏蔽外界光源保证数据采集的准确性,并且透气性的材料也保证采集过程更加舒适。
如图3(b)所示脑电电极采7采用非侵入式干电极,在电极表面镀上Ag/Agcl增加电导率,在保证信号质量的同时,避免了传统湿电极需涂抹导电膏的繁琐,佩戴简单、舒适、安全。
参照国际通用的10~20电极放置法,装置将脑电采集电极7放置于左前额处,参考电极放置于耳垂或者耳背。
为了降低皮肤油脂带来的噪声影响,采集前可先在被测试者的左前额的信号采集点处涂抹适量酒精,同时为保证电极与皮肤接触良好,避免滑动,电极与皮肤的压力至少0.8SPI。
采集模块2上有多个预留孔洞8,根据预留孔洞的个数增加脑电电极,从而实现多通道采集脑电信号。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释,其并不是对本实用新型的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,包括:调整模块、采集模块、PC端;所述采集模块包括方形采集盒、电路板、脑电电极、近红外探头;所述方形采集盒与佩戴者脑前额相对的面上设有方形凹槽,凹槽的底部设有孔洞A,在凹槽内,且距离凹槽底部T处固定有与凹槽长宽相等的电路板,根据国际通用的10~20电极放置法,在电路板的位置B上固定设有脑电电极,该脑电电极的中心与电路板的顶端距离为y,与电路板左侧的距离为x;当使用者佩戴该采集装置时,该脑电电极与使用者的左前额紧密接触;位置B上设有孔洞A1,脑电电极依次穿过孔洞A1、孔洞A与PC端连接;
所述近红外探头包括:近红外发射探头和第一组近红外探测探头,所述第一组近红外探测探头包括第一、二近红外探测探头;所述近红外发射探头固定设置在电路板的位置B1上,近红外发射探头的中心与电路板的顶端距离为y1,y1>y,与电路板左右两侧的距离相等;在近红外发射探头的左侧的位置B2、B3处设有第一、二近红外探测探头,第一、二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第一近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第二近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;在位置B1~B3上分别设有孔洞A2~A4,近红外发射探头、第一、二近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;且近红外发射探头、第一、二近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,该红外发射探头、第一、二近红外探测探头均与使用者的前额紧密接触;
所述调整模块包括:带状结构的第一、第二带子和带扣;所述第一、二带子的一端分别与方形采集盒的左右两个侧面固定连接,第一、二带子的另外一端分别与带扣的左右两端相互连接。
2.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述脑电电极为非侵入式干电极,且在电极表面镀上Ag/Agcl。
3.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,近红外探头还包括第二组近红外探测探头,所述第二组近红外探测探头包括第三、四近红外探测探头;该两个近红外探测探头分别设置在红外发射探头的右侧的位置B4、B5处,且第三、四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心在同一水平线上,第三近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L,第四近红外探测探头的中心与近红外发射探头的中心的水平距离为L+1cm;位置B4、B5上也分别设有孔洞A5~A6,第三、四近红外探测探头通过相应位置上的孔洞和孔洞A与PC端连接;第三、四近红外探测探头的探测面均与脑电电极的探测面齐平,当使用者佩戴该采集装置时,第三、四近红外探测探头与使用者的前额紧密接触。
4.根据权利要求1或权利要求3任意一项所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,近红外发射探头采用的是735/850nm的双波长LED灯,近红外探测探头采用光电传感器。
5.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述电路板上还设有若干个预留孔洞,该孔洞的与孔洞A1大小相同,且与A1在同一水平线上。
6.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述第一、二带子的外侧表面上设有魔术贴。
7.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述第一、二带子均采用弹性、不透光、透气的材料。
8.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述第一、二带子的一端通过穿孔的形式分别与左右两个侧面连接。
9.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述方形采集盒由硅胶材料填充而成。
10.根据权利要求1所述的脑电信号和近红外光谱信号联合采集装置,其特征在于,所述脑电电极与皮肤之间的压力至少为0.8SPI。
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