CN214965701U - 一种基于fnirs-eeg的癫痫监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于FNIRS‑EEG的癫痫监测系统，包括上位机、单片机、电源模块、脑电信号采集模块和功能近红外光谱采集模块，所述的脑电信号采集模块包括数个脑电电极传感器和第一A/D转换模块，所述的功能近红外光谱采集模块包括光源模块和探测器模块，所述光源模块包括驱动电路和数个光源，所述探测器模块包括数个光电探测器组件和第二A/D转换模块，所述的光电探测器组件内包括光电探测器和信号调理模块。本实用新型结构简明，操作方便，数据采集更快速、更准确，结合FNIRS和EEG对受试者进行癫痫监测，利用机器学习算法实现癫痫的发作检测与癫痫病灶区的定位，可以辅助神经科医生对癫痫进行发作检测，对癫痫的研究具有非常重要的意义。

Description

一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种癫痫监测系统，特别涉及一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统。

背景技术

随着科技的发展，进入21世纪以来，计算机辅助脑部疾病的诊断的快速发展推动了癫痫自动监测的进步。癫痫是一种因为大脑神经元突发性异常放电导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性神经系统疾病，其特点是经常发作且不可控，严重影响患者的正常生活与工作。目前，全世界的癫痫患病人数超过5000万，在中国，总体患病率高达0.7％，且患病率呈上升的趋势。目前在临床上，常用的癫痫监测手段是医生通过长时间对患者的脑电图进行监测与临床经验结合实现癫痫的检测，但是神经科医生长时间的对脑电图进行监测，是一件相当繁琐的且很大程度上不准确的任务。因此，需要一种自动癫痫监测系统，辅助癫痫的诊断与治疗方案的确定，同时能够减轻神经科医生的负担，降低检查成本。

脑电信号(Electroencephalography,EEG)是记录人类或动物头皮上电位变化的一种信号，具有随机性强、节律种类多等特点，临床上，常用于诊断神经系统脑疾病。癫痫在发作时，癫痫患者的脑电波在频率、波幅和波形的复杂情况上都有不同程度的改变，通过检测癫痫患者的脑电波变化情况可以实现癫痫发作的检测。功能近红外光谱(functionalNear-infrared Spectroscopy，fNIRS)具有非侵入式、便携、高时间分辨率和空间分辨率等优势，近年来，逐步发展成了新兴的脑功能检测技术，利用近红外光谱血流动力学参数层析分析，可以实现癫痫病灶区的定位。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，包括上位机、单片机、电源模块、脑电信号采集模块和功能近红外光谱采集模块，其中，所述的上位机与单片机双向连接，电源模块与单片机相连；所述的脑电信号采集模块和功能近红外光谱采集模块均与单片机双向连接。其中，所述的脑电信号采集模块包括数个脑电电极传感器和第一A/D转换模块，每个脑电电极传感器的输出端分别与第一A/D转换模块相连，第一A/D转换模块与单片机双向连接；所述的功能近红外光谱采集模块包括光源模块和探测器模块，所述光源模块包括驱动电路和数个光源，每个光源分别通过驱动电路与单片机相连；所述探测器模块包括数个光电探测器组件和第二A/D转换模块，所述的光电探测器组件内包括光电探测器和信号调理模块，光电探测器与信号调理模块集成设置，光电探测器通过信号调理模块与第二A/D转换模块相连，第二A/D转换模块与单片机双向连接。

所述的单片机和电源模块以及脑电信号采集模块中的第一A/D转换模块、功能近红外光谱采集模块中的驱动电路和第二A/D转换模块分别设在主机内，所述的脑电电极传感器、光源和光电探测器组件均布在采集帽的定位孔中；所述的光源和光电探测器组件数量相同，光源与光电探测器组件间隔排布，两者相隔2-5cm；脑电电极传感器与光源和光电探测器组件穿插间隔排布。

所述的采集帽包括数排定位孔，每排定位孔沿采集帽横向排布。

采集帽上的定位孔设有内螺纹，脑电电极传感器、光源和光电探测器组件外表面设有外螺纹，通过外螺纹旋进定位孔中。

所述的数个脑电电极传感器包括脑电记录电极和参考电极；所述的光源为三波段光源。

所述的信号调理模块包括信号放大电路和滤波电路，信号放大电路和滤波电路依次相连。

本实用新型的工作原理：

按照需求，选择所需数量的脑电电极传感器、光源和光电探测器组件，将脑电电极传感器、光源和光电探测器组件插设在采集帽的定位孔中，光源与光电探测器组件间隔排布，两者相隔2-5cm，脑电电极传感器与光源和光电探测器组件穿插间隔排布。

将采集帽佩戴在患者头部，脑电电极传感器、光源和光电探测器组件中的光电探测器紧贴头皮，操作人员通过上位机输入控制指令，单片机收到上位机下发的开始采集信号后，控制脑电电极传感器开始采集脑电信号，同时单片机通过驱动电路驱动光源发出光信号，并由光电探测器采集近红外光谱信号。脑电电极传感器采集的脑电信号经过第一A/D转换模块传至单片机，光电探测器采集的近红外光谱信号依次经过信号调理模块和第二A/D转换模块传至单片机，单片机对脑电信号和近红外光谱信息编码并上传至上位机，上位机解码单片机传输的数据并处理，利用机器学习算法实现癫痫的发作检测与癫痫病灶区的定位，用于实现癫痫的实时监测。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简明，操作方便，数据采集更快速、更准确，结合FNIRS和EEG对受试者进行癫痫监测，采集头皮脑电信号和近红外光谱信号，利用机器学习算法实现癫痫的发作检测与癫痫病灶区的定位，可以辅助神经科医生对癫痫进行发作检测，提供可能的癫痫病灶区，减轻医护人员的工作强度，为癫痫的诊断与治疗方案的确定提供了有益的参考，对癫痫的研究具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为脑电信号采集和功能近红外光谱信号采集的流程示意图；

图4为驱动光源的流程示意图；

图5为本实用新型脑电电极传感器、光源和光电探测器组件位置分布示意图。

1、上位机 2、单片机 3、电源模块 4、脑电信号采集模块

5、功能近红外光谱采集模块 6、脑电电极传感器 7、第一A/D转换模块

8、光源模块 9、探测器模块 10、驱动电路 11、光源

12、光电探测器组件 13、第二A/D转换模块 14、信号调理模块

15、光电探测器 16、主机 17、采集帽 18、定位孔。

具体实施方式

请参阅图1-5所示：

本实用新型提供一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，包括上位机1、单片机2、电源模块3、脑电信号采集模块4和功能近红外光谱采集模块5，其中，所述的上位机1与单片机2双向连接，电源模块3与单片机2相连，为整个系统供电；所述的脑电信号采集模块4和功能近红外光谱采集模块5均与单片机2双向连接。所述的脑电信号采集模块4包括数个脑电电极传感器6和第一A/D转换模块7，每个脑电电极传感器6的输出端分别与第一A/D转换模块7相连，第一A/D转换模块7与单片机2双向连接；所述的功能近红外光谱采集模块5包括光源模块8和探测器模块9，所述光源模块8包括驱动电路10和数个光源11，每个光源11分别通过驱动电路10与单片机2相连；所述探测器模块9包括数个光电探测器组件12和第二A/D转换模块13，所述的光电探测器组件12内包括信号调理模块14和光电探测器15，信号调理模块14与光电探测器15集成设置，光电探测器15通过信号调理模块14与第二A/D转换模块13相连，第二A/D转换模块13与单片机2双向连接。所述的单片机2为STM32F405RGT6型号，驱动电路10为MBI5168型号，电源模块3分为模拟电路电源与数字电路电源，均为3.3V。

所述的单片机2和电源模块3以及脑电信号采集模块4中的第一A/D转换模块7、功能近红外光谱采集模块5中的驱动电路10和第二A/D转换模块13分别设在主机16内，所述的脑电电极传感器6、光源11和光电探测器组件12均布在采集帽17的定位孔18中；所述的光源11和光电探测器组件12数量相同，光源11与光电探测器组件12间隔排布，两者相隔2-5cm；脑电电极传感器6与光源11和光电探测器组件12穿插间隔排布。

所述的第一A/D转换模块7采用3片ADS1299完成头皮脑电信号的采集和传输；光源11为SMW760/810/840三波段光源；光电探测器15型号为VBPW34S，第二A/D转换模块13采用2片ADS1298完成近红外光谱信号的采集和传输。

所述的采集帽17包括数排定位孔18，每排定位孔18沿采集帽17横向排布。

采集帽17上的定位孔18设有内螺纹，脑电电极传感器6、光源11和光电探测器组件12外表面设有外螺纹，通过外螺纹旋进定位孔中，可以调节旋进的深度进而改变脑电电极传感器6、光源11和光电探测器组件12与头皮接触的程度，可以根据不同头型进行调整，以保证紧贴头皮。

所述的信号调理模块14包括信号放大电路和低通滤波电路，信号放大电路和低通滤波电路依次相连。

本实用新型的工作原理：

如图5所示，按照需求，选择19个脑电记录电极和2个参考电极、12个SMW760/810/840三波段光源11和12个带有型号为VBPW34S光电探测器15的光电探测器组件12，间隔插设在采集帽17的定位孔18中，光源11与光电探测器组件12两者相隔2-5cm，脑电电极传感器6与光源11和光电探测器组件12穿插间隔排布。

将采集帽17佩戴在患者头部，脑电电极传感器6、光源11和光电探测器组件12中的光电探测器15紧贴头皮，操作人员通过上位机1输入控制指令，单片机2收到上位机1下发的开始采集信号后，控制脑电电极传感器6开始采集脑电信号，同时单片机2通过驱动电路10驱动三波段光源11发出光信号，并由光电探测器15采集近红外光谱信号，三波段光源的驱动采用时分多址的光源调制方式。脑电电极传感器6采集的脑电信号经过第一A/D转换模块7传至单片机2，光电探测器15采集的近红外光谱信号依次经过信号调理模块14放大滤波和第二A/D转换模块13传至单片机2，单片机2对脑电信号和近红外光谱信息编码并上传至上位机1，上位机1解码单片机2传输的数据并处理，利用机器学习算法实现癫痫的发作检测与癫痫病灶区的定位，用于实现癫痫的实时监测。

图5中，L0-L11为光源，D0-D11为光电探测器，Fp1、Fp2、Fpz、Fz、F3、F4、F7、F8、T3、T4、T5、T6、C3、C4、Cz、01、02、P3、Pz为脑电记录电极，M1、M2为参考电极。

Claims (6)

1.一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：包括上位机、单片机、电源模块、脑电信号采集模块和功能近红外光谱采集模块，其中，所述的上位机与单片机双向连接，电源模块与单片机相连；所述的脑电信号采集模块和功能近红外光谱采集模块均与单片机双向连接，其中，所述的脑电信号采集模块包括数个脑电电极传感器和第一A/D转换模块，每个脑电电极传感器的输出端分别与第一A/D转换模块相连，第一A/D转换模块与单片机双向连接；所述的功能近红外光谱采集模块包括光源模块和探测器模块，所述光源模块包括驱动电路和数个光源，每个光源分别通过驱动电路与单片机相连；所述探测器模块包括数个光电探测器组件和第二A/D转换模块，所述的光电探测器组件内包括光电探测器和信号调理模块，光电探测器与信号调理模块集成设置，光电探测器通过信号调理模块与第二A/D转换模块相连，第二A/D转换模块与单片机双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：所述的单片机和电源模块以及脑电信号采集模块中的第一A/D转换模块、功能近红外光谱采集模块中的驱动电路和第二A/D转换模块分别设在主机内，所述的脑电电极传感器、光源和光电探测器组件均布在采集帽的定位孔中；所述的光源和光电探测器组件数量相同，光源与光电探测器组件间隔排布，两者相隔2-5cm；脑电电极传感器与光源和光电探测器组件穿插间隔排布。

3.根据权利要求2所述的一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：所述的采集帽包括数排定位孔，每排定位孔沿采集帽横向排布。

4.根据权利要求3所述的一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：采集帽上的定位孔设有内螺纹，脑电电极传感器、光源和光电探测器组件外表面设有外螺纹，通过外螺纹旋进定位孔中。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：所述的脑电电极传感器包括脑电记录电极和参考电极；所述的光源为三波段光源。

6.根据权利要求1所述的一种基于FNIRS-EEG的癫痫监测系统，其特征在于：所述的信号调理模块包括信号放大电路和滤波电路，信号放大电路和滤波电路依次相连。

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