[发明专利]便携式无线脑电数据实时采集系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医学工程，具体涉及一种便携式无线脑电数据实时采集系统及其运行方法。

背景技术

EEG常用于脑部疾病的医疗诊断、脑-机接口（Brain-computer interface，BCI）、游戏系统应用方面，在疲劳驾驶方面也有较多应用。对医学研究的发展和人类生活水平的提高起着非常重要的推动作用。

由于脑电采集设备在前端信号调理电路的设计、数据传输形式的选择有很多种方案，并且在转换精度与功耗等技术上差异，因此现今市面上脑电信号采集装置层出不穷。大部分实用化的脑电采集装置在设计上仍存在一些不足：

1）在采集电极的使用上，传统的采集电极使用的是表面湿电极，它需要配合导电膏使用，导电膏的缺失或蒸干将导致电极的信噪比变差甚至失效，同时还存在着电极准备时间长、连续使用时间短、长期使用损害皮肤等缺点；

2）传统的前端设计都是由分离元器件搭建的，这样一般会带来体积相对较大、功耗比较高不便于携带等缺点；

3）在数据传输形式上，大部分脑电采集系统都采用有线的方式，由于有大量的连接线使得被测人员在进行脑电采集时必须处于处理器旁（手持终端或者PC机），这样会大大的降低脑电采集的灵活性并且会增加系统的总体体积；

4）尽管出现了少数的采集装置具有较小的体积和无线传输特点，但是在数据传输速率、功耗和实时性方面不够好。

发明内容

本发明提供一种便携式无线脑电数据实时采集系统及其运行方法，采用干电极代替传统的表面湿电极，在满足脑电信号相关应用的需要前提下简化脑电信号采集系统的整体结构，减小系统体积和尺寸，在数据传输形式上采用无线传输形式，提高系统数据采集与传输的实时性又保证系统具有极低的功耗。

为实现上述目的，本发明提供一种便携式无线脑电数据实时采集系统，其特点是，该系统包含：

采集电极，其对应设置于被测目标的脑部位置，采集脑电数据；

预处理模块，其输入端电路连接采集电极的输出端；

采集前端模块，其输入端电路连接预处理模块的输出端；

控制发射模块，其输入端电路连接采集前端模块的输出端，其对采集前端模块进行采集控制，并通过无线通信输出采集数据；

电源电路，其电路连接采集前端模块和控制发射模块；

上位机，其无线连接控制发射模块，发送控制命令并接收脑电采集数据。

上述采集电极采用微针式干电极，其包含：

金属电极，其电极尖端接触被测目标脑部对应处的皮肤或直接穿透皮肤角质层；

金属寸板，金属电极并列分布在金属寸板上；

接线端子，其电路连接金属寸板，金属寸板通过接线端子连接后续的系统模块；

上述金属电极与金属寸板外包覆有绝缘聚合物，金属电极的电极尖端伸出绝缘聚合物；

上述金属寸板与接线端子之间的连接部分包覆有固定绝缘硅胶。

上述预处理模块包含二阶无源滤波器，该二阶无源滤波器输出端还通过正接的二极管连接至模拟正工作电压，还通过反接的二极管连接至模拟负工作电压。

上述采集前端模块包含接其输入端的模数转换模块，连接模数转换模块输出端的放大模块，放大模块接采集前端模块输出端。

上述采集前端模块还连接有偏置驱动模块，该偏置驱动模块组成闭环反馈回路。

上述采集前端模块与控制发射模块通过SPI接口通信连接。

上述控制发射模块通过wifi无线访问接入点连接上位机；上位机还通过以太网连接远程主机。

一种上述的便携式无线脑电数据实时采集系统的运行方法，其特点是，该运行方法包含：

采集系统冷启动并完成系统初始化配置后进入应用程序任务；

应用程序任务为进行脑电数据的采集处理与发送；

任务完成后采集系统进入待机状态。

上述脑电数据的采集处理与发送包含：

数据采集线程入口启动，SPI接口初始化，配置采集前端模块；

控制发射模块读取采集前端模块采集的脑电数据；

判断脑电数据有效后对数据进行打包；

通过无线通信发送脑电数据。

在待机状态过程中，通过人工干预再次热启动或系统定时自动进行热启动。

本发明便携式无线脑电数据实时采集系统及其运行方法和现有技术相比，其优点在于，本发明选择使用易于穿戴的干电极，选择干电极作为采集帽，舒适安全：采用干电极不依赖于导电介质，操作方便，对人体不会造成感染和损伤；