TWI726821B - 具有多通道的腦機介面裝置 - Google Patents

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Abstract

具有多通道的腦機介面裝置包含:多個前置放大器分別用以放大生理訊號以分別輸出一放大訊號；多工器用以根據一控制訊號及一時脈訊號，分別輸出放大訊號；類比數位轉換器用以依據時脈訊號，將多工器的輸出轉換為一數位訊號，其中數位訊號包含多個數位值，時脈訊號包含多個時脈，數位值各別對應時脈，每個數位值包含多個位元值；記憶體用以儲存數位訊號；以及處理器用以依據時脈訊號，將每個數位值加上一標頭，其中標頭各別對應通道，並將對應同一通道之每一數位值中與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，以輸出一壓縮訊號。

Description

具有多通道的腦機介面裝置
本發明是有關於一種資料收發技術，尤其是一種用於多通道生理訊號的資料壓縮之腦機介面裝置。
近年來，醫療技術蓬勃發展，而用於醫療技術的電子裝置扮演了不可或缺的角色，例如生理訊號（腦波訊號、心電訊號、肌電訊號等）的收集與測量。其中，尤以腦波訊號會需要使用多訊號通道來收集，例如於腦部連接多個電極，而腦波訊號量測裝置透過該些電極取得多個腦波訊號。當使用多個訊號通道來收集生理訊號時，因為資料量較為龐大，因此通常以有線傳輸的方式來進行資料傳輸。然而，生理訊號量測裝置一般為穿戴於病人身上，因此若為有線的傳輸，會導致病人行動的不方便，且也會導致生理訊號量測裝置的體積增加，致使不易攜帶。
此外，一般的無線傳輸會有資料傳輸的頻寬限制，而無法大量的傳輸資料，因此若多通道的生理訊號量測裝置使用無線傳輸時，會無法一次傳輸大量不失真的資料，且為了最大限度的傳輸關聯於生理訊號的生理資料，會致使無線傳輸經常性處於最大的傳輸功耗，而造成多通道的生理訊號量測裝置的功耗上升，此外為了降低功耗上升所產生的熱能，也會增加內部的模組體積以供散熱。
鑒於上述，本發明提供一種具有多通道的腦機介面裝置，其適於處理生理訊號，並可產生不失真的壓縮訊號，因而透過該壓縮訊號而可在進行無線傳輸時一次性傳輸大量不失真的資料，並降低功耗及內部模組的體積。
依據一些實施例，具有多通道的腦機介面裝置適於處理多個生理訊號。具有多通道的腦機介面裝置包含多個前置放大器、一多工器、一類比數位轉換器、一記憶體以及一處理器。多個前置放大器分別用以放大該些生理訊號以分別輸出一放大訊號，其中每一前置放大器對應一通道。多工器用以根據一控制訊號及一時脈訊號，分別輸出該些放大訊號。類比數位轉換器用以依據時脈訊號，將多工器的輸出轉換為一數位訊號。數位訊號包含多個數位值。時脈訊號包含多個時脈。該些數位值各別對應該些時脈，每個數位值包含多個位元值。記憶體用以儲存數位訊號。處理器用以依據時脈訊號，將每個數位值加上一標頭，該些標頭各別對應該些通道；以及將對應同一通道之每一數位值中與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，以輸出一壓縮訊號。
綜上所述，依據一些實施例，經由每一通道接收生理訊號，並將生理訊號從類比訊號轉換為數位訊號，而藉由將對應同一通道中每一數位值與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，來產生壓縮訊號，而使壓縮訊號除了具有關聯於每一通道的生理訊號的數位值外，還可以最小的資料傳輸量涵蓋多筆關聯於該些生理訊號的數位值，以使外部的資料接收處理端（例如桌上型電腦、筆電等運算裝置）在對壓縮訊號解碼後，可以一次性獲得大量關聯於生理訊號的生理資料（例如腦電圖等）。因而，提升了資料傳輸的效率，並在進行無線傳輸時可一次性傳輸大量不失真的資料，且降低了具有多通道的腦機介面裝置的功耗及內部模組的體積。此外，具有多通道的腦機介面裝置還可透過比較器比較多工器的該輸出是否大於門檻值，以濾除非有效的生理訊號（例如雜訊）。
在本文中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。應以元件在功能上的差異來作為區分的準則，並不以名稱的差異來作為區分元件的方式。在本文中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
參照圖1，圖1繪示依據一些實施例之具有多通道的腦機介面裝置100之電路方塊示意圖。依據一些實施例，具有多通道的腦機介面裝置100適於處理多個生理訊號。所述生理訊號可為腦波訊號生物訊號。為了方便說明，本文於後將以腦波訊號作為生理訊號的示例，但本發明並不以此為限。具有多通道的腦機介面裝置100耦接連接腦部200的多個電極210A~210P，並經由耦接該些電極210A~210P而形成的多個通道110A~110P而分別接收來自腦部200的多個腦波訊號（即生理訊號）。所述通道110A~110P可為訊號通道。在此，為了方便說明，電極210A~210P及通道110A~110P的數量以16個為示例，但並不以此為限可為2個、4個、8個、32個、64個等。在一些實施例中，電極210A~210P及通道110A~110P的數量可為2的倍數。在一些實施例中，電極210A~210P可為侵入式電極或非侵入式電極。在一些實施例中，生理訊號為類比訊號。
具有多通道的腦機介面裝置100是具有用於處理多訊號輸入的電路之資料收發器，尤其是具有用於處理多個生理訊號輸入的電路的資料收發器。所述電路可為包含放大訊號電路、類比轉數位訊號電路及處理訊號電路的混合電路。所述資料收發器可由具有前述電路的一晶片來實現。
在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100包含多個前置放大器120A~120P、一多工器130、一類比數位轉換器140、一記憶體150以及一處理器160。該些前置放大器120A~120P分別一對一耦接該些電極210A~210P。多工器130耦接該些前置放大器120A~120P。類比數位轉換器140耦接多工器130。記憶體150耦接類比數位轉換器140。處理器160耦接記憶體150及多工器130。在一些實施例中，該些前置放大器120A~120P分別經由該些通道110A~110P耦接該些電極210A~210P，因此每一前置放大器120A~120P對應一通道110A~110P，且該些前置放大器120A~120P的數量相同於該些電極210A~210P及該些通道110A~110P的數量。
參照圖2，圖2繪示依據一些實施例之放大訊號E1~E16的波形示意圖。為了方便說明，圖2僅詳細繪示放大訊號E1、E2及E16的波形。前置放大器120A~120P分別用以放大自該些電極210A~210P所接收的該些生理訊號以分別輸出一放大訊號E1~E16至多工器130。例如，前置放大器120A~120P分別用以放大該些生理訊號的電壓振幅。由於生理訊號一般為微弱的訊號，例如僅有微弱的電壓變化。因此，藉由前置放大器120A~120P分別放大生理訊號而輸出放大訊號E1~E16，以供其他電路方便做處理。以腦波訊號為例，其電壓變化（電壓振幅變化）為10微伏特到100微伏特之間，若不將其訊號作放大會致使其他電路無法進行操作，或導致功能異常而使電路無法得到正確的結果。所述前置放大器120A~120P例如但不限於運算放大器、各類別功率放大器、差動放大器等。在一些實施例中，放大訊號E1~E16為類比訊號。
參照圖2及圖3。圖3繪示依據一些實施例之多工器130所輸出訊號W的示意圖。為了方便說明，圖3僅繪示多工器130所輸出的訊號W的電壓值作為示意，並未繪示實際的波形，且僅詳細繪示訊號W中對應於放大訊號E1、E2及E16的電壓值。多工器130用以根據一控制訊號及一時脈訊號CLK，分別輸出該些放大訊號E1~E16（即訊號W）。在一些實施例中，多工器130包含多個輸入端、一輸出端、一控制端及一時脈端。多工器130經由該些輸入端分別接收來自該些前置放大器120A~120P的放大訊號E1~E16。多工器130受來自控制端的控制訊號及來自時脈端的時脈訊號CLK控制，而分別將接收的該些放大訊號E1~E16輸出。具體來說，多工器130根據時脈訊號CLK的時脈Q的上升緣或下降緣及控制訊號的邏輯值，切換輸出端所輸出的放大訊號E1~E16。
續，舉例來說，以上升緣及16個通道為例，多工器130被時脈Q（於此稱為第一時脈）的上升緣觸發，而根據來自處理器160的控制訊號的邏輯值，切換輸出端輸出來自前置放大器120A的放大訊號E1，並在下一個時脈Q（於此稱為第二時脈）的上升緣來臨時，根據控制訊號的邏輯值，切換輸出端輸出來自前置放大器120B的放大訊號E2，並依序進行，直至根據第十六時脈的上升緣及控制訊號的邏輯值，而切換輸出端輸出來自前置放大器120P的放大訊號E16後（即，多工器130已分別輸出每個放大訊號E1~E16對應於同一時間點（例如時間點D1或時間點D5）的電壓值後），並在下一個時脈Q的上升緣來臨時，根據控制訊號的邏輯值，切換輸出端輸出來自前置放大器120A的放大訊號E1，並重複前述程序，以持續依序切換輸出端所輸出的放大訊號E1~E16（即持續依序輸出每個放大訊號E1~E16對應於後續時間點（例如時間點D2,D3,D4或時間點D6,D7,D8）的電壓值）。在一些實施例中，控制訊號為一邏輯訊號，且該控制訊號的邏輯值根據時脈Q而改變，以使處理器160經由控制訊號控制多工器130依序切換輸出端所輸出的放大訊號E1~E16。在一些實施例中，當多工器130將接收的對應於同一時點的每個放大訊號E1~E16皆經由輸出端輸出後，會再依照先前的輸出順序繼續於輸出端輸出每個放大訊號E1~E16。
再續，舉另一例來說明，多工器130可以根據控制訊號而以特定順序切換輸出端所輸出的放大訊號E1~E16。例如，多工器130在第一時脈至第八時脈的上升緣來臨時，根據控制訊號而分別於輸出端輸出來自前置放大器120B,120D,120F,120H,120J,120L,120N,120P的放大訊號E2,E4,E6,E8,E10,E12,E14,E16，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，多工器可由為多對一的多工器電路來實現。
復參照圖1。類比數位轉換器140（Analog-to-digital converter，ADC）用以依據時脈訊號CLK，將多工器130的輸出（訊號W）轉換為一數位訊號Y。時脈訊號CLK包含多個時脈Q。具體來說，類比數位轉換器140依據時脈訊號CLK的時脈Q作動，而將於不同時脈Q時所接收到來自多工器130的放大訊號E1~E16數位化，而產生數位訊號Y。數位訊號Y包含多個數位值。所述數位值可為一邏輯值。該些數位值各別對應該些時脈Q。每個數位值對應於在其對應的時脈Q時，類比數位轉換器140所接收到的放大訊號E1~E16。換言之，類比數位轉換器將放大訊號E1~E16的電壓值數位化後所產生的邏輯值即為數位值。每個數位值包含多個位元值。所述位元值的數量即為該數位值的位元數，亦即類比數位轉換器140的解析度。在一些實施例中，每個數位值的位元值的數量可為14個，即類比數位轉換器140具有14位解析度，但並不以此為限。在一些實施例中，類比數位轉換器140例如但不限於直接轉換類比數位轉換器、積分類比數位轉換器等各式類比數位轉換器。
記憶體150用以儲存數位訊號Y。具體來說，記憶體150儲存數位訊號Y的數位值。在一些實施例中，記憶體150例如但不限於靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM)、指令暫存器(register)、位址暫存器、一般用途暫存器、旗標暫存器、及快取記憶體中任一種或其任何組合。
處理器160用以發出控制訊號以控制多工器130，並依據時脈訊號CLK，將每個數位值加上一標頭H，該些標頭H各別對應該些通道110A~110P。舉例來說，處理器依據時脈訊號CLK的時脈Q來讀取記憶體150中的數位訊號Y，並根據時脈訊號CLK的時脈Q判斷每個數位值所對應的放大訊號E1~E16，以判斷該放大訊號E1~E16所對應的前置放大器120A~120P，並進而判斷每個數位值所對應的通道110A~110P，以將該些通道110A~110P各別對應的標頭H加入於每個數位值中。所述標頭H可為一預設位元長度的邏輯值（例如兩位元的邏輯值），以供處理器160或外部的資料接收處理裝置300辨識每個數位值為對應於哪一通道110A~110P。
處理器160將對應同一通道110A~110P之每一數位值中與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，以輸出一壓縮訊號Z。資料接收處理裝置接收壓縮訊號Z並進行解碼程序，以不失真的獲得關聯於該些生理訊號的生理資料（容後詳述）。舉例來說，以每個數位值的位元值的數量為14個位元為例，在對應於同一通道110A~110P的該些數位值中，當一數位值（於此稱為第二數位值）的該些位元值組合成的邏輯值為「10101000111010」，而其前一數位值（於此稱為第一數位值）的該些位元值組合成的邏輯值為「10101010101010」，則將第二數位值與第一數位值相同之較高位元之位元值刪除，例如刪除最高有效位元（Most significant bit）往最低有效位元（Least significant bit）計算的六個位元值，亦即刪除第二數位值的較高位元之位元值「101010」而使第二數位值僅剩「00111010」（即僅剩八個位元值）。處理器160讀取記憶體150而對數位訊號Y進行前述程序，以輸出經壓縮後（減少數位值中的位元值的數量後）的壓縮訊號Z。
所述前一數位值是在對應同一該通道110A~110P的該些數位值中，若第一數位值所對應的時脈Q的時序（於此稱為第一時序）較先於第二數位值所對應的時脈Q的時序（於此稱為第二時序），且第一時序相較於其他同樣先於第二時序的該些數位值所對應的時序，而更為鄰近第二時序時，則第一數位值為第二數位值的前一個數位值。舉例來說，如圖2及圖3所示，時間點D1的放大訊號E1所對應的數位值即為時間點D2的放大訊號E1所對應的數位值的前一個數位值。
在一些實施例中，處理器160例如但不限於中央處理器、微處理器、特定應用積體電路（ASIC，Application-specific Integrated Circuit）、或系統單晶片（SOC，System on a Chip）等運算電路。
參照圖4，圖4繪示依據一些實施例之具有多通道的腦機介面裝置100之電路方塊示意圖。在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100更包含一比較器170。比較器170耦接多工器130及類比數位轉換器140。比較器170用以依據時脈訊號CLK、多工器130之輸出的訊號W及一門檻值，而獲得一比較結果X。具體來說，比較器170依據時脈訊號CLK作動，而根據多工器130之輸出的訊號W及一門檻值，獲得比較結果X。在一些實施例中，比較器170例如但不限於運算放電比較器、專用電壓比較器等。在一些實施例中，比較結果X可為一類比訊號。
參照圖5，圖5繪示依據一些實施例之比較器170的比較結果X之示意圖。為了方便說明，圖5僅繪示比較結果X於每個時脈Q的電壓值作為示意，並未繪示實際的波形，且僅詳細繪示比較結果X中對應於放大訊號E1、E2及E16的電壓值。比較器170於多工器130的輸出訊號的電壓值大於門檻值時，將多工器130所輸出的訊號W作為比較結果X，比較器170於多工器130所輸出的訊號的電壓值不大於門檻值時，將一預定位準作為比較結果X。所述預定位準可為一低位準資料或一低類比位準，例如0伏特的電壓值。以腦波訊號為例，一般腦部在未活動時，其腦波訊號的電壓位準較低，例如低於0.1伏特，或是當雜訊發生時，其產生的電壓位準也較低。因而可以將門檻值設定為0.1伏特以濾除非有效的腦波訊號（例如濾除雜訊或腦部未活動時所量測到的訊號）。舉例來說，比較器170將門檻值與多工器130所輸出的每個放大訊號E1~E16的電壓值進行比較，並在電壓值大於門檻值時，保留多工器130所輸出的放大訊號E1~E16的電壓值以作為比較結果X；並在電壓值不大於門檻值時，將預定位準作為比較結果X（換言之，即將多工器130所輸出的放大訊號E1~E16的不大於門檻值的電壓值以預定位準取代）。
復參照圖4。在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100另包含一數位轉類比器180（Digital to analog converter，DAC）。數位轉類比器180耦接比較器170。數位轉類比器180用以將一設定值轉換為門檻值。具體來說，數位轉類比器180將設定值類比化而產生門檻值。比較器170為自數位轉類比器180取得門檻值。所述設定值可為邏輯值。所述設定值及門檻值可依據生理訊號的特性來設定，例如腦部在未活動時，其腦波訊號的電壓位準較低，例如低於0.1伏特，因而設定值可以設定對應0.1伏特的邏輯值，以經由數位轉類比器180轉換後產生門檻值。所述門檻值可為一類比位準。在一些實施例中，設定值可儲存於數位轉類比器180的一暫存器中。在一些實施例中，設定值可為在具有多通道的腦機介面裝置100出廠前或維修時，而被儲存於數位轉類比器180的暫存器中。
參照圖6A及圖6B，圖6A繪示依據一些實施例之比較結果X所轉換的數位訊號Y之示意圖。圖6B繪示對應圖6A中的數位訊號Y的數位值。為了方便說明，圖6B僅詳細繪示數位訊號Y中對應於放大訊號E1、E2及E16的數位值。在一些實施例中，類比數位轉換器140用以依據時脈訊號CLK，將比較結果X轉換為數位訊號Y。
參照圖7A及圖7B。圖7A繪示依據一些實施例之處理器160對比較結果X所轉換的數位訊號Y進行刪除位元值的程序，而產生的壓縮訊號Z之示意圖。圖7B繪示對應圖7A中的壓縮訊號Z的數位值。為了方便說明，圖7B僅詳細繪示壓縮訊號Z中對應於放大訊號E1、E2及E16的數位值。於此將每個通道110A~110P所對應的標頭H以具有兩個位元的邏輯值0來表示（即下表及圖7B中的畫底線處），但本發明並不以此為限。處理器160用以將對應同一通道110A~110P之每一數位值中與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，其中較高位元不含最低位元（即最低有效位元）；以及將對應預定位準之該些數位值中的該些位元值刪除，以輸出壓縮訊號Z。具體來說，每一數位值中除了最低有效位元的位元值外，其餘的位元值可被處理器160依據條件而選擇性地刪除。由圖6A至圖7B及下表可見，處理器160藉由刪除數位值中相同之較高位元之位元值，以對數位訊號Y進行壓縮，而使所輸出的壓縮訊號Z可一次性容納多筆數位值，以提升具有多通道的腦機介面裝置100的壓縮訊號Z之一次性所輸出的資料量上限。
下表為數位訊號Y及壓縮訊號Z的數位值之比較表。
時間點 對應的放大訊號E1~E16 數位訊號Y的數位值 壓縮訊號Z的數位值
D1 E1 01111111111111 0001111111111111
E2 00000000000000 00
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D2 E1 01111111100100 0000100
E2 00000000000000 00
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D3 E1 10000000011011 0010000000011011
E2 00000000000000 00
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D4 E1 01111111111111 000111111111111
E2 00000000000000 00
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D5 E1 10101010101010 0010101010101010
E2 01011101110111 0001011101110111
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D6 E1 10101010001110 00001110
E2 01011101011100 00011100
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D7 E1 10101011000101 001000101
E2 01011110010010 0010010010
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
D8 E1 10101010101010 000101010
E2 01011101110111 0001110111
⋮ ⋮ ⋮
E16 00000000000000 00
復參照圖4。在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100另包含多個濾波電路190A~190P。該些濾波電路190A~190P分別耦接該些前置放大器120A~120P及多工器130。該些濾波電路190A~190P分別用以對該些放大訊號E1~E16進行濾波，並分別輸出一濾波訊號。多工器130用以根據控制訊號及時脈訊號CLK，分別輸出該些濾波訊號（即訊號W）。舉例來說，濾波電路190A~190P將來自前置放大器120A~120P進行高頻及低頻的濾波，以分別輸出濾波訊號（即濾波後的放大訊號），多工器130受控制訊號及時脈訊號CLK的控制而分別輸出該些濾波訊號。在一些實施例中，濾波電路190A~190P例如但不限於高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶拒濾波器等。
在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100另包含一無線通訊電路195。無線通訊電路195耦接處理器160。無線通訊電路195用以發送該壓縮訊號Z。具體來說，無線通訊電路195受處理器160控制而將來自處理器160的壓縮訊號Z發送至外部，以供資料接收處理裝置300接收並處理該壓縮訊號Z（例如進行解碼程序），以獲得關聯於生理訊號的生理資料。
在一些實施例中，無線通訊電路195為一無線相容認證（Wi-Fi）電路、藍牙電路、或無線射頻電路。在一些較佳的實施例中，為了在降低傳輸功耗的同時仍可傳輸大量的資料，而可選用無線射頻電路作為無線通訊電路195。
在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100另包含一時脈電路196。時脈電路196耦接多工器130、類比數位轉換器140、處理器160及比較器170。時脈電路196用以發出時脈訊號CLK以供多工器130、類比數位轉換器140、處理器160及比較器170使用。在一些實施例中，時脈訊號CLK之一頻率高於一萬五千赫茲，優選係三萬赫茲。在一些實施例中，時脈訊號CLK之頻率可以根據欲量測的生物部位所發出的生理訊號的頻率來做調整。例如若欲量測的生物部位為小腦，而由於小腦所發生的生理訊號的頻率較高（例如為七千五百赫茲），因而時脈訊號CLK之頻率可設置為高於一萬五千赫茲，優選係三萬赫茲，以獲取小腦所發出的多個生理訊號。在一些實施例中，具有多通道的腦機介面裝置100根據時脈訊號CLK的頻率、放大訊號E1~E16的樣本大小以及通道110A~110P的數量計算自身的一取樣容量。例如，具有多通道的腦機介面裝置100的處理器160讀取記憶體150以獲得時脈訊號CLK的頻率值、樣本大小及通道110A~110P的數量值，並將時脈訊號CLK的頻率值乘以樣本大小及通道110A~110P的數量值以計算得取樣容量。舉例來說，以樣本大小為14位元、時脈訊號CLK的頻率為一萬五千赫茲及通道110A~110P的數量為16個為例，則取樣容量為每秒三百三十六萬位元，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，樣本大小為16位元。
在一些實施例中，資料接收處理裝置300包含一無線通訊模組、一儲存模組及一處理模組。無線通訊模組用以接收壓縮訊號Z。儲存模組耦接無線通訊模組。儲存模組儲存來自無線通訊模組的壓縮訊號Z、多個程式及時序資料。處理模組耦接無線通訊模組及儲存模組。處理模組用以讀取儲存模組中的程式，並對壓縮訊號Z進行解碼程序。舉例來說，處理模組根據時序資料及壓縮訊號Z中每個數位值的標頭H，而對壓縮訊號Z進行補全位元值的動作。例如若預設的數位值之位元值總數為14個，則若數位值中僅有標頭H時，以一預設補全資料對數位值進行補全，例如以14個邏輯值為零的位元值來補全該數位值。若數位值中的位元值數量不足14個時，則比對與其對應同一通道110A~110P的前一個數位值，以將被刪除的相同之較高位元之位元值補全，以使每個數位值皆具備14個位元值（即使每個數位值皆具有完整的預設位元值總數），而能不失真的獲得關聯於生理訊號（例如腦波訊號）的生理資料（例如腦電圖）。
在一些實施例中，資料接收處理裝置300例如但不限於伺服器、筆電、桌上型電腦等。無線通訊模組例如但不限於通訊介面。儲存模組例如但不限於電子抹除式可複寫唯讀記憶體、快閃記憶體等。在一些實施例中，無線通訊模組可與無線通訊電路195匹配，亦即若無線通訊電路195為選用無線射頻電路，則無線通訊模組可選用無線射頻模組。
在一些實施例中，資料接收處理裝置300可以與多個具有多通道的腦機介面裝置100協同運作，一資料接收處理裝置300對應多個具有多通道的腦機介面裝置100，每個具有多通道的腦機介面裝置100對應一量測生物部位。具有多通道的腦機介面裝置100可依一預定頻率自動回傳壓縮訊號Z，資料接收處理裝置300除可即時獲取壓縮訊號Z並解碼壓縮訊號Z以獲得生理資料外，資料接收處理裝置300亦可在收集足夠的生理資料數量時，對一特定生物部位（例如小腦）之生理資料做分析，以獲得該生物部位之短期或長期的健康或活動狀態。
綜上所述，依據一些實施例，經由每一通道接收生理訊號，並將生理訊號從類比訊號轉換為數位訊號，而藉由將對應同一通道中每一數位值與前一個數位值相同之較高位元之位元值刪除，來產生壓縮訊號，而使壓縮訊號除了具有關聯於每一通道的生理訊號的數位值外，還可以最小的資料傳輸量涵蓋多筆關聯於該些生理訊號的數位值，以使外部的資料接收處理端（例如桌上型電腦、筆電等運算裝置）在對壓縮訊號解碼後，可以一次性獲得大量關聯於生理訊號的生理資料（例如腦電圖等）。因而，提升了資料傳輸的效率，並在進行無線傳輸時可一次性傳輸大量不失真的資料，且降低了具有多通道的腦機介面裝置的功耗及內部模組的體積。此外，具有多通道的腦機介面裝置還可透過比較器比較多工器的該輸出是否大於門檻值，以濾除非有效的生理訊號（例如雜訊）。
100:具有多通道的腦機介面裝置 110A~110P:通道 120A~120P:前置放大器 130:多工器 140:類比數位轉換器 150:記憶體 160:處理器 170:比較器 180:數位轉類比器 190A~190P:濾波電路 195:無線通訊電路 196:時脈電路 200:腦部 210A~210P:電極 300:資料接收處理裝置 E1~E16:放大訊號 CLK:時脈訊號 D1~D8:時間點 W:訊號 X:比較結果 Y:數位訊號 Z:壓縮訊號 H:標頭 Q:時脈
[圖1]繪示依據一些實施例之具有多通道的腦機介面裝置之電路方塊示意圖。 [圖2]繪示依據一些實施例之放大訊號的波形示意圖。 [圖3]繪示依據一些實施例之多工器所輸出訊號的示意圖。 [圖4]繪示依據一些實施例之具有多通道的腦機介面裝置之電路方塊示意圖。 [圖5]繪示依據一些實施例之比較器的比較結果之示意圖。 [圖6A]繪示依據一些實施例之比較結果所轉換的數位訊號之示意圖。 [圖6B]繪示對應圖6A中的數位訊號的數位值。 [圖7A]繪示依據一些實施例之處理器對比較結果所轉換的數位訊號進行刪除位元值的程序，而產生的壓縮訊號之示意圖。 [圖7B]繪示對應圖7A中的壓縮訊號的數位值。
100:具有多通道的腦機介面裝置
110A~110P:通道
120A~120P:前置放大器
130:多工器
140:類比數位轉換器
150:記憶體
160:處理器
196:時脈電路
200:腦部
210A~210P:電極
300:資料接收處理裝置
E1~E16:放大訊號
CLK:時脈訊號
W:訊號
Y:數位訊號
Z:壓縮訊號

Claims (7)

  1. 一種具有多通道的腦機介面裝置，適於處理多個生理訊號包含：多個前置放大器，分別用以放大該些生理訊號以分別輸出一放大訊號，每一該前置放大器對應一通道；一多工器，用以根據一控制訊號及一時脈訊號，分別輸出該些放大訊號；一類比數位轉換器，用以依據該時脈訊號，將該多工器的該輸出轉換為一數位訊號，該數位訊號包含多個數位值，該時脈訊號包含多個時脈，該些數位值各別對應該些時脈，每個該數位值包含多個位元值；以及一記憶體，耦接該類比數位轉換器，用以儲存該數位訊號；以及一處理器，耦接該記憶體及該多工器，用以依據該時脈訊號，將每個該數位值加上一標頭，該些標頭各別對應該些通道；以及將對應同一該通道之每一該數位值中與前一個該數位值相同之較高位元之位元值刪除，以輸出一壓縮訊號。
  2. 如請求項1所述之具有多通道的腦機介面裝置，更包含：一比較器，用以依據該時脈訊號、該多工器之該輸出及一門檻值，而獲得一比較結果，該比較器於該多工器的該輸出大於該門檻值時，將該輸出做為該比較結果，該比較器於該輸出不大於該門檻值時，將一預定位準作為該比較結果； 其中，該類比數位轉換器用以依據該時脈訊號，將該比較結果轉換為該數位訊號；及該處理器用以將對應同一該通道之每一該數位值中與前一個該數位值相同之較高位元之位元值刪除，該較高位元不含最低位元；以及將對應該預定位準之該些數位值中的該些位元值刪除，以輸出該壓縮訊號。
  3. 如請求項2所述之具有多通道的腦機介面裝置，另包含一數位轉類比器，用以將一設定值轉換為該門檻值。
  4. 如請求項3所述之具有多通道的腦機介面裝置，另包含多個濾波電路，分別用以對該些放大訊號進行濾波，並分別輸出一濾波訊號，該多工器用以根據該控制訊號及該時脈訊號，分別輸出該些濾波訊號。
  5. 如請求項1至4中任一所述之具有多通道的腦機介面裝置，另包含一無線通訊電路，用以發送該壓縮訊號。
  6. 如請求項5所述之具有多通道的腦機介面裝置，其中，無線通訊電路為一WiFi電路、藍牙電路、或無線射頻電路。
  7. 如請求項5所述之具有多通道的腦機介面裝置，其中該時脈訊號之一頻率高於一萬五千赫茲。
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