CN218978888U - 一种双模态脑功能成像穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及脑功能检测技术领域，尤其涉及一种双模态脑功能成像穿戴设备。该设备包括穿戴件，穿戴件用于固定穿戴在人体头部；fNIRS装置，fNIRS装置包括多个fNIRS探头，多个fNIRS探头间隔固定设置在穿戴件上；EEG装置，EEG装置包括多个EEG探头，多个EEG探头分布设置于穿戴件上，EEG探头设置于两个相邻设置的fNIRS探头之间。工作时，该设备固定在人体头部上，进一步的通过fNIRS装置和EEG装置两种模态相结合的方式采集大脑数据，不仅采集精度高，结构紧凑，同时其体积小，使用便捷，能够有效的提高采集大脑数据作业的效率。

Description

一种双模态脑功能成像穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及脑功能检测技术领域，尤其涉及一种双模态脑功能成像穿戴设备。

背景技术

脑功能成像设备的布局对成像设备的数据质量是否符合标准至关重要。近年来，临床医学和科研领域更加倾向于使用多模态结合的脑功能成像设备，其可为研究者提供更多维的脑信号，从而获得更贴近大脑实际情况的数据。其中就包括有EEG(Electroencephalogram，EEG)脑电波记录图与fNIRS(functional near infraredspectroscopy，fNIRS)功能性近红外光谱结合的一种双模态脑功能成像技术，可解决由单独仪器所带来的时间或者空间分辨率不足的问题。然而目前市面上的EEG-fNIRS双模态脑功能成像仪器通常存在fNIRS信号空间密度低、设备体积大等问题，从而导致成像仪器采集大脑数据的过程不便捷，其采集精度也相对较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双模态脑功能成像穿戴设备，用以解决现有技术中采集大脑数据的精准度低和体积过大导致采集过程不便捷的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种双模态脑功能成像穿戴设备，包括：

穿戴件，所述穿戴件用于固定穿戴在人体头部；

fNIRS装置，所述fNIRS装置包括多个fNIRS探头，多个所述fNIRS探头间隔固定设置在所述穿戴件上；

EEG装置，所述EEG装置包括多个EEG探头，多个所述EEG探头分布设置于所述穿戴件上，所述EEG探头设置于两个相邻设置的所述fNIRS探头之间。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述fNIRS装置还包括多个fNIRS底座，多个所述fNIRS底座间隔布置在所述穿戴件上，所述fNIRS底座呈六边形结构设置，所述fNIRS底座的外缘设置有固定边条，所述固定边条的首尾位置形成开口。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述fNIRS探头还包括多个探测透镜、多个光源透镜、fNIRS排线和连接端子，所述fNIRS底座上开设有多个安装孔，所述探测透镜和所述光源透镜依序间隔固定设置于所述安装孔内，所述fNIRS排线的一端同时与所述探测透镜和所述光源透镜电性连接，所述fNIRS排线的另一端与所述连接端子电性连接，所述连接端子用于与信号接收器电性连接。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述EEG装置还包括多个EEG底座，所述EEG底座上设置有固定孔，所述固定孔用于安装所述EEG探头。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述EEG探头包括电极传感器、热缩套管和EEG排线，所述EEG排线的一端与所述电极传感器电性连接，所述EEG排线的另一端用于与信号接收器连接，所述热缩套管包裹所述EEG排线设置。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿戴设备还包括信号接收器，所述信号接收器同时与所述fNIRS装置和所述EEG装置电性连接，所述信号接收器用于将采集的数据输送到成像设备上。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿戴设备还包括卡扣，所述卡扣固定设置于所述穿戴件上，所述卡扣用于固定设置所述信号接收器。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿戴件还包括固定带，所述固定带用于调节所述穿戴件的松紧度。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿戴件还包括魔术贴，所述魔术贴设置于所述固定带上，所述魔术贴用于固定所述固定带。

在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿戴件上设置有前额区、感觉运动区和视觉区，所述fNIRS装置包括30个所述fNIRS探头，所述EEG装置包括18个所述EEG探头、接地电极探头和参考电极探头；

其中，7个所述fNIRS探头、6个所述EEG探头、所述接地电极探头和所述参考电极探头布置于前额区上，5个所述EEG探头和16个所述fNIRS探头布置于感觉运动区上，7个所述EEG探头和7个所述fNIRS探头布置于视觉区上，EEG探头的布置位置参考国际脑电图学会规定的10-20导联系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出一种双模态脑功能成像穿戴设备，该设备包括穿戴件，在穿戴件上设置有fNIRS装置和EEG装置，fNIRS装置包括多个fNIRS探头，EEG装置包括多个EEG探头，EEG探头设置于两个相邻的fNIRS探头之间，使用时，将穿戴件穿戴在人体头部，进一步的fNIRS探头和EEG探头共同对人体大脑的数据进行采集。该设备采用fNIRS装置和EEG装置双模态相结合的方式共同对大脑数据进行采集，不仅采集精度高，同时该设备的体积小，使用便捷，能够有效提高大脑数据采集作业的精度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了双模态脑功能成像穿戴设备穿戴于人体头部上时的整体结构示意图；

图2示出了fNIRS装置的整体结构示意图；

图3示出了fNIRS底座的整体结构示意图；

图4示出了fNIRS探头的整体结构示意图；

图5示出了EEG装置的整体结构示意图；

图6示出了EEG装置爆炸结构示意图；

图7示出了一种优选实施例中穿戴设备的整体结构示意图。

主要元件符号说明：

100-穿戴件；110-固定带；200-fNIRS装置；210-fNIRS探头；211-探测透镜；212-光源透镜；213-fNIRS排线；214-连接端子；220-fNIRS底座；221-固定边条；222-安装孔；300-EEG装置；310-EEG探头；311-电极传感器；312-热缩套管；313-EEG排线；320-EEG底座；321-固定孔；400-信号接收器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本实用新型提供一种双模态脑功能成像穿戴设备(以下简称穿戴设备)，该穿戴设备包括穿戴件100、fNIRS装置200和EEG装置300，穿戴件100用于穿戴在人体头部，fNIRS装置200和EEG装置300设置在穿戴件100上。

具体的，fNIRS装置200包括多个fNIRS探头210，EEG装置300包括多个EEG探头310，多个fNIRS探头210间隔固定设置在穿戴件100上，同时多个EEG探头310也设置于穿戴件100上，并且EEG探头310设置于两个相邻的fNIRS探头210之间。

可以理解的是，使用时，将穿戴件100穿戴在人体头部，进一步的多个fNIRS探头210和多个EEG探头310共同对人体的大脑进行数据采集，通过两种不同的探头对大脑数据采集后能够得到EEG脑电图和大脑活动时氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化情况，采用双模态的方式不仅有效提升对大脑采集数据的精度，同时该穿戴设备体积小、结构紧凑，因此在使用时相当便捷，能够有效提高采集作业的效率。

需要解释的是，穿戴件100可以采用穿戴头套，当然还可以采用穿戴式头盔、穿戴式头巾等。

优选的，fNIRS装置200和EEG装置300可拆卸固定扣接于穿戴件100上，同时还可以对不同的探头进行拆卸和更换。

需要解释的是，该穿戴设备中fNIRS装置200的工作是基于神经血管耦合原理，大脑通过血液的新陈代谢为神经元活动提供所需的氧，而氧的消耗又刺激大脑局部血管的舒张，促使毛细血管血流量增加，导致局部脑血流和脑血容增加，表现为大脑血氧含量的迅速提高。

在这个机制的作用下，在大脑认知活动过程中，参与认知活动的大脑神经元激活程度提高，活动区域脑血流所携带的氧含量将提高，而氧气通过血液中的血红蛋白进行传输，因此大脑在进行认知活动过程中，脑活动区域的血液中氧合血红蛋白含量(HbO)增加，脱氧血红蛋白(HbR)下降。

EEG装置300的工作原理是从头皮上将脑补的大脑皮层的自发性生物电位加以放大记录而获得的图形，是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。这种电活动是以电位作为纵轴，时间为横轴，从而记录下来的电位与时间相互关系的平面图。脑电波的频率(周期)、波幅和相位构成了脑电图的基本特征。

请参阅图2、图3和图4，在上述方案的基础上，fNIRS装置200还包括多个fNIRS底座220，多个fNIRS底座220间隔布置在穿戴件100上，fNIRS底座220用于固定fNIRS探头210。

fNIRS探头210包括多个探测透镜211、多个光源透镜212、fNIRS排线213和连接端子214。

具体的，fNIRS底座220呈六边形结构设置，并且在fNIRS底座220的外缘上设置有固定边条221，固定边条221的首端和尾端形成开口，并且固定边条221围合成用于安装fNIRS探头210的区间。

在fNIRS底座220上开设有多个安装孔222，多个安装孔222用于安装探测透镜211和光源透镜212。

可以理解的是，探测透镜211和光源透镜212依序间隔固定设置于安装孔222内，fNIRS排线213的一端同时与多个探测透镜211和多个光源透镜212电性连接，fNIRS排线213的另一端与连接端子214电性连接，连接端子214用于与信号接收器400电性连接。

优选的，fNIRS排线213穿过固定边条221形成开口设置。

在上述结构的设置中，fNIRS底座220上安装孔222和固定边条221的设置能够让fNIRS探头210更加稳定，进而使穿戴设备更加紧凑，能够有效保证穿戴设备在采集数据时的稳定性。

请参阅图5和图6，EEG装置300包括多个EEG探头310和多个用于安装EEG探头310的EEG底座320。

具体的，EEG底座320上开设有固定孔321，EEG探头310包括电极传感器311、热缩套管312和EEG排线313，EEG排线313的一端与电极传感器311电性连接，EEG排线313的另一端用于与信号接收器400连接，热缩套管312包裹EEG排线313设置。

可以理解的是，EEG底座320的设置能够使EEG探头310的安装更加稳固，进而能够有效保证EEG探头310作业时的工作稳定性。

请继续参阅图1，在上述方案的基础上，穿戴设备还包括信号接收器400，信号接收器400固定设置在穿戴件100上。

具体的，信号接收器400用于接收fNIRS装置200和EEG装置300采集的数据，当然信号接收器400如何接收数据不属于本实用新型改进的方向，因此对此不作过多的赘述。

穿戴件100还包括卡扣，卡扣用于将信号接收器400进行固定安装，优选的，信号接收器400安装于穿戴件100与人体后脑接触的位置上，当然本方案不对信号接收器400的安装位置以及安装方式进行限定。

在上述方案的基础上，穿戴件100还包括固定带110，固定带110与穿戴件100一体成型，并且固定带110能够将穿戴件100固定到人体头部上。

具体的，固定带110为断开式连接方式，并且在固定带110断开的两端上设置有魔术贴，同时固定带110为具有一定弹性的材料(橡胶、弹性绳等)。

可以理解的是，通过固定带110能够调节穿戴件100在人体头部上的松紧度，进而能够有效提高穿戴设备的适配性能，能够适应不同体型人群的头部结构。

请参阅图7，在上述方案的基础上，本实用新型提出一种优选的实施方式，具体如下：

在穿戴件100上设置有前额区、感觉运动区和视觉区，并且fNIRS装置200包括30个fNIRS探头210，EEG装置300包括18个EEG探头310、接地电极探头和参考电极探头；

其中，7个fNIRS探头210、6个EEG探头310、接地电极探头和参考电极探头布置于前额区上，5个EEG探头310和16个fNIRS探头210布置于感觉运动区上，7个EEG探头310和7个fNIRS探头210布置于视觉区上，EEG探头310的布置位置参考国际脑电图学会规定的10-20导联系统。

通过上述的设计能够有效提高fNIRS装置200和EEG装置300设置在穿戴件100上的布置密度，进而使穿戴设备的结构更加紧凑。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，包括：

穿戴件，所述穿戴件用于固定穿戴在人体头部；

fNIRS装置，所述fNIRS装置包括多个fNIRS探头，多个所述fNIRS探头间隔固定设置在所述穿戴件上；

EEG装置，所述EEG装置包括多个EEG探头，多个所述EEG探头分布设置于所述穿戴件上，所述EEG探头设置于两个相邻设置的所述fNIRS探头之间；

所述fNIRS装置还包括多个fNIRS底座，多个所述fNIRS底座间隔布置在所述穿戴件上，所述fNIRS底座呈六边形结构设置，所述fNIRS底座的外缘设置有固定边条，所述固定边条的首尾位置形成开口。

2.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述fNIRS探头还包括多个探测透镜、多个光源透镜、fNIRS排线和连接端子，所述fNIRS底座上开设有多个安装孔，所述探测透镜和所述光源透镜依序间隔固定设置于所述安装孔内，所述fNIRS排线的一端同时与所述探测透镜和所述光源透镜电性连接，所述fNIRS排线的另一端与所述连接端子电性连接，所述连接端子用于与信号接收器电性连接。

3.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述EEG装置还包括多个EEG底座，所述EEG底座上设置有固定孔，所述固定孔用于安装所述EEG探头。

4.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述EEG探头包括电极传感器、热缩套管和EEG排线，所述EEG排线的一端与所述电极传感器电性连接，所述EEG排线的另一端用于与信号接收器连接，所述热缩套管包裹所述EEG排线设置。

5.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备还包括信号接收器，所述信号接收器同时与所述fNIRS装置和所述EEG装置电性连接，所述信号接收器用于将采集的数据输送到成像设备上。

6.根据权利要求5所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备还包括卡扣，所述卡扣固定设置于所述穿戴件上，所述卡扣用于固定设置所述信号接收器。

7.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述穿戴件还包括固定带，所述固定带用于调节所述穿戴件的松紧度。

8.根据权利要求7所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述穿戴件还包括魔术贴，所述魔术贴设置于所述固定带上，所述魔术贴用于固定所述固定带。

9.根据权利要求1所述的双模态脑功能成像穿戴设备，其特征在于，所述穿戴件上设置有前额区、感觉运动区和视觉区，所述fNIRS装置包括30个所述fNIRS探头，所述EEG装置包括18个所述EEG探头、接地电极探头和参考电极探头；

其中，7个所述fNIRS探头、6个所述EEG探头、所述接地电极探头和所述参考电极探头布置于前额区上，5个所述EEG探头和16个所述fNIRS探头布置于感觉运动区上，7个所述EEG探头和7个所述fNIRS探头布置于视觉区上。

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