脑电信号检测器及用于检测脑电信号的方法

技术领域

本发明的实施例涉及脑电技术领域，具体涉及一种脑电信号检 测器及用于检测脑电信号的方法。

背景技术

人体组织细胞总是在自发不断地产生着很微弱的生物电活动。 脑电信号是大量脑神经细胞在高度相干状态下的电活动在大脑皮层 上的总体效应。如果利用在头皮上安放的电极采集脑电信号，经脑 电检测设备放大并记录在专用纸上，则能够得到具有一定波形、波 幅、频率和相位的图形、曲线，即脑电图。当脑组织发生病理或功 能改变时，脑电信号也发生相应的改变，从而为大脑研究、生理神 经研究、临床诊断与康复治疗提供依据。

针对上述大脑研究、生理神经研究、临床诊断与康复治疗等不 同用途，所需的检测精度往往是不同的。例如，对于大脑研究需要 64路脑电信号以实现高检测精度，而对于康复治疗仅需要16路脑电 信号以满足必要的检测精度。

但是，相关技术中的脑电信号检测器所具有的脑电信号通路的 数量都是固定的，即无法根据上述不同用途选择相应的脑电信号通 路的数量。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种脑电信号检测器及用于检测脑 电信号的方法，以解决相关技术中的脑电信号检测器无法根据不同 用途选择相应的脑电信号通路的数量的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种脑电信号检测器，包括： 第一脑电信号检测装置，用于检测第一数量的脑电信号通路的脑电 信号以及第二脑电信号检测装置，用于检测第二数量的脑电信号通 路的脑电信号。所述脑电信号检测器还包括脑电信号收集装置，用 于收集所述第一数量的脑电信号通路的脑电信号和所述第二数量的 脑电信号通路的脑电信号，以得到脑电信号检测结果。

根据本发明的一个实施例，所述第一数量等于所述第二数量。

根据本发明的又一个实施例，所述第一数量和所述第二数量等 于16。

根据本发明的再一个实施例，所述第一脑电信号检测装置和所 述第二脑电信号检测装置均通过串行光纤通信接口与所述脑电信号 收集装置相连接。

根据本发明的再一个实施例，所述第一脑电信号检测装置和所 述第二脑电信号检测装置均包括：脑电极，与头皮相接触，用于采 集大脑的电信号；滤波单元，用于过滤所述电信号中的干扰信号， 以得到脑电信号；放大单元，用于放大所述脑电信号；检测单元， 用于检测放大单元放大后的脑电信号。

根据本发明的再一个实施例，所述第一脑电信号检测装置和所 述第二脑电信号检测装置均还包括：控制器，用于控制所述滤波单 元的滤波时间常数。

根据本发明的再一个实施例，所述控制器还用于控制所述放大 单元的放大倍数。

根据本发明的再一个实施例，所述第一脑电信号检测装置和所 述第二脑电信号检测装置均还包括：脑电接触阻抗检测单元，用于 检测所述脑电极与所述头皮之间的脑电接触阻抗；所述控制器还用 于控制所述脑电接触阻抗检测器。

根据本发明的再一个实施例，所述脑电接触阻抗检测单元包括： 导联选择器，用于在多个脑电极中选择所述脑电极；所述控制器还 用于控制所述导联选择器的选择操作。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于检测脑电信号的方 法，包括：检测第一数量的脑电信号通路的脑电信号以及检测第二 数量的脑电信号通路的脑电信号。该方法还包括收集所述第一数量 的脑电信号通路的脑电信号和所述第二数量的脑电信号通路的脑电 信号，以得到所述脑电信号检测结果。

根据本发明的一个实施例，其中所述第一数量等于所述第二数 量。

根据本发明的又一个实施例，其中所述第一数量和所述第二数 量等于16。

根据本发明的再一个实施例，其中检测第一和第二数量的脑电 信号通路的脑电信号均包括：采集大脑的电信号；过滤所述电信号 中的干扰信号，以得到脑电信号；放大所述脑电信号；检测放大后 的脑电信号。

根据本发明的再一个实施例，其中检测第一和第二数量的脑电 信号通路的脑电信号还包括：控制用于过滤所述电信号中的干扰信 号的滤波单元的滤波时间常数。

根据本发明的再一个实施例，上述方法还包括：控制用于放大 所述脑电信号的放大单元的放大倍数。

根据本发明的再一个实施例，上述方法还包括：控制交流电流 信号通过用于采集大脑的电信号的脑电极；以及检测所述脑电极与 头皮之间的脑电接触阻抗。

根据本发明的再一个实施例，其中检测所述脑电极与头皮之间 的脑电接触阻抗包括：通过导联选择器在多个脑电极中选择其中一 个脑电极；以及通过控制器控制所述导联选择器的选择操作。

本发明的实施例通过在脑电信号检测器仅包括第一脑电信号检 测装置的情况下收集第一脑电信号检测装置检测的脑电信号，在脑 电信号检测器还包括第二脑电信号检测装置的情况下收集第一脑电 信号检测装置和第二脑电信号检测装置检测的脑电信号，从而实现 脑电信号检测器可以根据不同用途对其所具有的脑电信号通路进行 模块化地自由增减。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并 不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的脑电信号检测器的结构框图；

图2是根据本发明实施例的脑电信号检测器的示意图；

图3是根据本发明实施例的脑电信号模拟放大装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的脑电接触阻抗检测的示意图；

图5是根据本发明实施例的脑电信号数据采集处理装置的示意 图；

图6是根据本发明实施例的多通道可扩展数据收集装置的示意 图；以及

图7是根据本发明实施例的用于检测脑电信号的方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施 例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说 明本发明。

图1是根据本发明实施例的脑电信号检测器的结构框图，如图1 所示，包括第一脑电信号检测装置11、第二脑电信号检测装置13和 脑电信号收集装置15。其中，第一脑电信号检测装置11用于检测第 一数量的脑电信号通路的脑电信号；第二脑电信号检测装置13用于 检测第二数量的脑电信号通路的脑电信号；脑电信号收集装置15， 连接至第一脑电信号检测装置11和第二脑电信号检测装置13，用于 收集该第一脑电信号检测装置检测的第一数量的脑电信号通路的脑 电信号和该第二脑电信号检测装置检测的第二数量的脑电信号通路 的脑电信号，以得到上述脑电信号检测结果。

相关技术中，脑电信号检测器所具有的脑电信号通路的数量都 是固定的，无法根据不同用途选择相应的脑电信号通路的数量。本 发明实施例中，在脑电信号检测器仅包括第一脑电信号检测装置的 情况下收集第一脑电信号检测装置检测的脑电信号，在脑电信号检 测器还包括第二脑电信号检测装置的情况下，收集第一脑电信号检 测装置和第二脑电信号检测装置检测的脑电信号，从而实现脑电信 号检测器可以根据不同用途对其所具有的脑电信号通路进行模块化 地自由增减。

根据本发明的一个实施例，为了实现第一脑电信号检测装置和 第二脑电信号检测装置可以根据不同用途任意的替换和/或扩展，本 发明实施例的第一数量可以等于第二数量。进而，其可以都等于16， 从而实现脑电信号检测器根据不同用途以16脑电信号通路为单位进 行模块化地自由增减，从而充分满足脑电信号检测器针对不同用途 的需要。需要说明的是，该16脑电信号通路仅仅是一种举例，实际 应用中，第一数量根据不同用途还可能等于32、64、128、256或512， 甚至可能等于100、300，其均应当纳入本发明实施例的保护范围。

另外，该第一脑电信号检测装置和该第二脑电信号检测装置均 可以通过串行光纤通信接口与该脑电信号收集装置相连接，以便脑 电信号快速、准确地发送。

下面结合图1进一步说明根据本发明实施例的脑电信号检测器。

图2是根据本发明实施例的脑电信号检测器的示意图，如图2 所示，脑电信号模拟放大装置21和脑电信号数据采集处理装置23 连接在一起组成单独的16通道的脑电信号采集系统(对应于上述第 一脑电信号检测装置11或第二脑电信号检测装置13)，以模块化的 方式与多通道可扩展数据收集装置25(对应于上述脑电信号收集装 置15)通过串行光纤通信接日连接。这样，可以根据需要以16通道 为单位扩展所需的采集通道。

下文还针对脑电信号模拟放大装置21、脑电信号数据采集处理 装置23和多通道可扩展数据收集装置25的具体结构进行了详细描 述。

一、脑电信号模拟放大装置21

图3是根据本发明实施例的脑电信号模拟放大装置的示意图。 脑电信号模拟放大装置21用于对脑电极输出的微弱信号进行预处 理。

如图3所示，脑电信号模拟放大装置21主要包括组合导联选择 211、脑电极输入阻抗匹配212、共模屏蔽驱动213、共模驱动214、 两级恒定放大215、程控高通滤波216、50Hz工频限波217、低通滤 波218、程控放大219和脑电接触阻抗检测220等单元。下面分别对 其进行详细说明。

(1)导联选择211由两个16*8的程控模拟开关阵列组成。

(2)脑电极输入阻抗匹配212由射极跟随器组成。

(3)共模屏蔽驱动213由所有电极导联线的共模输入信号通过 射极跟随器与其屏蔽层连接。

(4)共模驱动214由所有导联线的共模输入信号通过负反馈依 次通过射极跟随器和限流电阻与人体脑部相连。

(5)两级恒定放大215依次由高输出阻抗、低噪音的前置仪表 放大251和由高输入阻抗、低噪音的运算放大器组成的同相比例放 大252组成。在放大倍数设计过程中，应尽可能提高前置仪表的放 大倍数。

(6)程控高通滤波216通过控制四选一模拟开关接通不同的电 阻选择四种不同截至频率。

(7)50Hz工频限波217是双T型频限波。

(8)低通滤波218是四阶巴特沃思滤波器。

(9)程控放大器219由可通过控制放大倍数的专用程控放大芯 片组成。

(10)脑电接触阻抗检测220，用于监测各个电极与头皮接触阻 抗的大小。

图4是根据本发明实施例的脑电接触阻抗检测的示意图，如图4 所示，其工作方式是，信号源2201产生50Hz的正弦波，通过电阻 R1限流分压，经导联选择2202由待测电极流向参考电极，参考电 极接地并通过差动发大器2203检测这两电极之间的电压，然后通过 低通滤波器2204转化成直流电压，最后通过比较器2205与标准参 考电压Vref进行比较，比较器2205输出的高低电平控制显示单元 2206的亮灭。其中，信号源2201由可编程信号发生器组成；导联选 择2202由十六选一模拟开关控制，用于逐一选通检测每个电极的接 触电阻；差动放大器2203由高输入阻抗的仪表放大器组成；低通滤 波器2204为RC滤波器；比较器2205由专用比较器集成芯片组成。

二、脑电信号数据采集处理装置23

图5是根据本发明实施例的脑电信号数据采集处理装置的示意 图，如图5所示，主要包括多通道A/D同步转换器231、CPLD控制 器232、数据存储器233、DSP数据处理器234、串行光纤通信接口 235组成。每个独立脑电信号数据采集处理装置23的A/D同步采集 通道个数为16。下面分别对其进行详细说明。

(1)多通道A/D同步转换器231由两个八通道A/D同步转换器 组成。

(2)CPLD控制器232主要用于控制脑电信号模拟放大装置中 的程控放大器219、程控高通滤波216和脑电接触阻抗检测220，以 及用于控制脑电信号数据采集处理装置23中的多通道A/D同步转换 器231、数据存储器233和串行光纤通信接口235。其工作方式是， CPLD控制器232从多通道A/D同步转换器231获取数据并存在数 据存储器233中，接下来DSP数据处理器234对采集到数据进行处 理，然后由CPLD控制器232将处理过的数据通过串行光纤通信接 口传输出去。

(3)DSP数据处理器234主要实时完成脑电信号的数字滤波、 分类、ERP检测等预处理。

三、多通道可扩展数据收集装置25

图6是根据本发明实施例的多通道可扩展数据收集装置的示意 图，如图6所示，主要包括多个串行光纤通信接口251、FPGA控制 器252和千兆网接口253。其工作方式是，通过FPGA控制器252 控制多个串行光纤通信同步收集所有脑电信号数据采集处理装置23 输出的脑电数据，并通过千兆网接口253输出给上位计算机。

图7是根据本发明实施例的用于检测脑电信号的方法的流程图， 如图7所示，包括如下的步骤S702至步骤S706。

步骤S702，检测第一数量的脑电信号通路的脑电信号。

步骤S704，检测第二数量的脑电信号通路的脑电信号。

步骤S706，收集所述第一数量的脑电信号通路的脑电信号和所 述第二数量的脑电信号通路的脑电信号，以得到所述脑电信号检测 结果。

相关技术中，脑电信号检测器所具有的脑电信号通路的数量都 是固定的，无法根据不同用途选择相应的脑电信号通路的数量。本 发明实施例中，在仅检测第一数量的脑电信号通路的脑电信号的情 况下收集所述第一数量的脑电信号通路的脑电信号，在还检测第二 数量的脑电信号通路的脑电信号的情况下，收集所述第一数量的脑 电信号通路的脑电信号和所述第二数量的脑电信号通路的脑电信 号，从而实现脑电信号检测器可以根据不同用途对其所具有的脑电 信号通路进行模块化地自由增减。

综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种脑电信号检 测器及用于检测脑电信号的方法。本发明实施例可以实现根据不同 用途对脑电信号检测器所具有的脑电信号通路进行模块化地自由增 减。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各装置或 各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算 装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们 可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在 存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电 路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块 来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。