一种便携式脑电信号采集分析装置及分析方法与流程

1.本发明涉及脑电信号采集技术领域，具体地说，是涉及一种便携式脑电信号采集分析装置及分析方法。


背景技术：

2.脑电波是一种使用电生理指标记录大脑活动的方法，大脑在活动时，由大量神经元同步发生突触后的电位总和形成的。
3.当前已存在大量的工作成果使得脑电信号的采集及分析更容易实现。采集电路可使用高度集成化并针对脑电信号采集进行优化的模数转换芯片。现有技术通过采集固定在大脑表皮的电极产生的微弱信号进行分析，采集系统通常使用pc通过无线或有线的方式连接采集电路，软件及交互均通过pc完成。这种脑电信号采集分析装置由于采用pc 采集系统的模式，不易便携使用，更难以用于脑电监测场景。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种便携式脑电信号采集分析装置及分析方法，主要解决现有头皮脑电信号分析采集装置不易便携使用，难以用于脑电监测场景的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种便携式脑电信号采集分析装置，包括用于进行人机交互与数据处理及数据传输的主控模块，与主控模块相连的信号采集电路和触摸屏，与主控模块无线连接的服务器，与信号采集电路相连的多路调理电路，以及与每路所述调理电路对应相连并放在头皮上用于采集模拟信号的多个电极片；所述主控模块包括采用基于linux内核的嵌入式操作系统的cpu，以及与cpu相连的内存模块、外部储存器、wifi芯片及4g或5g传输模块。
7.进一步地，所述调理电路由低通滤波电路、高阻抗电压跟随电路组成，用于降低环境噪声对于脑电信号的干扰；其中，低通滤波电路与电极片的输出端相连，高阻抗电压跟随电路的输出端与信号采集电路相连。
8.进一步地，所述信号采集电路包括微控制单元，以及与微控制单元相连a/d转换芯片；主要用于完成头皮脑电信号的采集与数据打包。
9.进一步地，所述低通滤波电路采用rc无源滤波电路。
10.进一步地，所述a/d转换芯片采用ads1299芯片，其内部集成前置放大与a/d转换功能。
11.进一步地，所述微控制单元采用pic32，用于驱动ads1299芯片工作，并将采集到的数字信号打包，通过串口传输至主控模块。
12.进一步地，多片所述ads1299芯片采用菊花链模式连接实现多通道采集。
13.本发明还提供了一种便携式脑电信号采集分析装置的分析方法，包括如下步骤：
14.(s1)布置在头皮上的多个电极片采集头皮脑电模拟信号；
15.(s2)采集的模拟信号经过调理电路初步处理后送到信号采集电路；
16.(s3)信号采集电路对调理电路的输出信号进行放大和模数转换后将采集数据进行数据打包，再通过串口发送到主控模块；
17.(s4)主控模块通过串口接收到采集数据后调用内置的分析算法，得到模型对应的输出参数；
18.(s5)输出参数通过gui显示到触摸屏，并通过wifi或4g传输模块将数据传输至服务器。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.(1)本发明通过放在头皮的电极采集模拟信号，经由连接线缆传输至调理电路进行处理，再传输至信号采集电路进行模数转换，之后经由串口传输至主控模块处理，经由预先设定的数据分析程序进行数据分析并生成显示结果，使用时无需连接pc，本机即可运行配套算法并显示结果，满足便携式需求，适用于多场景的脑电信号采集、分析。
21.(2)本发明使用ads1299进行信号放大与模数转换，增强系统集成性，减少元件占用面积，同时主控模块采用基于linux内核的嵌入式系统，可运行python、java、c、c 语言，方便实现本地深度神经网络算法的运行，便于实现完整的采集分析功能。
22.(3)本发明可还可通过wifi或4g或5g连接，实现设备与服务器的通信。方便实现远程算法更新、健康监测等功能。
附图说明
23.图1为本发明的整体结构原理框图。
24.图2为本发明中主控模块的原理框图。
25.图3为本发明中脑电信号采集分析流程图。
具体实施方式
26.下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
27.实施例
28.如图1、2所示，本发明公开的一种便携式脑电信号采集分析装置，包括用于进行人机交互与数据处理及数据传输的主控模块，与主控模块相连的信号采集电路和触摸屏，与主控模块无线连接的服务器，与信号采集电路相连的多路调理电路，以及与每路所述调理电路对应相连并放在头皮上用于采集模拟信号的多个电极片；所述主控模块包括采用嵌入式操作系统的cpu，以及与cpu相连的内存模块、外部储存器、wifi芯片及4g或5g传输模块。其中，cpu的操作系统可以采用linux系统。在本实施例中，优选树莓派4，其采用算法使用python语言编写的深度神经网络模型对采集的脑电信号进行计算。主控模块通过串口接收到采集数据后调用内置的分析算法，这里使用的事预先训练完成的深度神经网络模型进行数据分析，得到模型对应的输出参数。然后通过gui显示到触摸屏。最后根据设定，通过wifi或4g或5g将数据传输至服务器，其工作流程如图3所示。
29.本发明还可通过服务器对cpu进行远程算法更新，当检测到服务器算法文件更新后，装置自动下载算法文件，并将旧的算法文件替换为新的算法文件。
30.在本实施例中，所述调理电路由低通滤波电路、高阻抗电压跟随电路组成，用于降
低环境噪声对于脑电信号的干扰；其中，低通滤波电路采用常规的rc无源滤波电路，其输入端与电极片的输出端相连，高阻抗电压跟随电路的输出端与信号采集电路相连。
31.在本实施例中，所述信号采集电路包括微控制单元，以及与微控制单元相连的a/d转换芯片；主要用于完成脑电信号的采集与数据打包。其中，所述微控制单元采用pic32，用于驱动ads1299芯片工作，并将采集到的数字信号打包，通过串口传输至主控模块。
32.其中，所述电极片与调理电路数量不进行限制，信号采集电路中ad转换使用德州仪器公司的ads1299芯片，其集成8通道采集，ads1299芯片集成前置放大与a/d转换功能。信号采集电路使用ads1299的数量为电极数量除以8，若存在余数则应额外增加一片ads1299。为了便于获取多个ads1299的数据，ads1299采用菊花链连接方式，此方式支持在不增通讯io的前提下，轻松的读取多个ads1299的采集数据。
33.工作时，本发明通过放在头皮的电极采集模拟信号，经由连接线缆传输至调理电路进行处理，再传输至信号采集电路进行模数转换，之后经由串口传输至主控模块处理，经由预先设定的数据分析程序进行数据分析并生成显示结果通过触摸屏进行显示。
34.通过上述设计，本发明使用时无需连接pc，本机即可运行配套算法并显示结果，满足便携式需求，适用于多场景的脑电信号采集、分析。同时使用ads1299进行信号放大与模数转换，增强系统集成性，减少元件占用面积，同时主控模块采用基于linux内核的嵌入式系统，可运行python、java、c、c 语言，方便实现本地深度神经网络算法的运行，便于实现完整的采集分析功能。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
35.上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。