一种脑电信号采集系统的制作方法

本实用新型实施例涉及脑电检测技术领域，具体涉及一种脑电信号采集系统。

背景技术：

脑机接口是目前的研究热点之一。其广泛应用于科学研究，军事，医疗，及生活辅助等各个方面。2016年，“脑科学和类脑研究”已被列入“十三五”规划纲要，未来将有广阔的发展空间。在脑机接口的诸多相关技术中，脑电信号采集是关键而基础的一项。它将脑电极所感应到的电信号捕捉并采集下来，转换成数字格式传给后级进行数据处理，因此脑电信号采集的优劣决定了脑机接口的性能。现有的脑电信号采集系统大多采用有线信号传输，只能适用于某些医疗、试验场所。

因此，如何提供一种脑电信号采集系统，能够适应更多的应用场合，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为此，本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统，能够适应更多的应用场合。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统，包括：

脑电极连接端口，用于与脑电极连接，接收脑电极获取的脑电信号；

模拟信号处理通道，其接收端与所述脑电极连接端口连接，用于将所述脑电极连接端口接收到的脑电信号进行预处理，得到脑电输出信号；

控制器，其输入端与所述模拟信号处理通道的输出端连接，用于接收所述模拟信号处理通道输出的脑电输出信号；

5g通信模块，与所述控制器连接，用于与外界设备通信连接；

所述控制器通过所述5g通信模块将所述模拟信号处理通道输出的脑电输出信号传输到外界设备。

优选地，所述模拟信号处理通道，包括：信号幅值控制模块；

所述信号幅值控制模块的输入端与所述脑电极连接端口连接；

所述信号幅值控制模块的控制端与所述控制器连接；

所述信号幅值控制模块，用于将接收到的脑电信号进行幅值调整，得到脑电幅值调整信号。

优选地，所述模拟信号处理通道，还包括：与所述信号幅值控制模块的输出端连接的滤波器；

所述滤波器，用于过滤所述脑电幅值调整信号中的干扰信号。

优选地，所述信号幅值控制模块，包括：串联的第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路；

第一级放大器为隔离放大器，用于前后级信号的电气隔离，以避免该系统后级电路电流回流到脑电极中，对测量或用户安全造成影响；

第二级放大器为低噪声固定增益放大器，用于对脑电信号的预放大；

第三级放大器为可控增益放大器；所述可控增益放大器的增益受控端与所述控制器连接，以对脑电信号进行可控的放大。

优选地，所述可控增益放大器为压控放大器；压控放大器的增益受控端通过数模转转器dac与所述控制器连接，以对脑电信号进行可控的放大；

或者，所述可控增益放大器为pga；所述pga的控制端与所述控制器连接。

优选地，所述模拟信号处理通道，还包括：信号采样模块；

所述信号采样模块为模拟数字转换器adc；所述模拟数字转换器adc的控制端与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下，将所述脑电幅值调整信号转换为数字信号，作为脑电输出信号，以便输出到所述控制器处理。

优选地，所述的控制器连接有存储器；

所述存储器包括：缓存器，数据存储介质；

所述缓存器为非永久记忆的存储器，设置于所述信号采样模块与所述控制器之间，用于对所述信号采样模块输出的数字信号进行缓存，以备所述控制器使用；

所述数据存储介质为永久记忆性存储器，用于对所述信号采样模块输出的数字信号进行存储。

优选地，所述控制器包括：arm芯片，或fpga芯片，或dsp芯片。

优选地，所述5g通信模块通信连接于具有5g收发模块的外界设备；

所述外界设备包括：连入5g网络的网络云设备和/或连入5g网络的脑电信号处理计算机；

所述网络云设备，用于对所述脑电输出信号进行即时存储；

所述脑电信号处理计算机，用于对所述脑电输出信号进行即时处理。

本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统，包括：脑电极连接端口，用于与脑电极连接，接收脑电极获取的脑电信号；模拟信号处理通道，其接收端与所述脑电极连接端口连接，用于将所述脑电极连接端口接收到的脑电信号进行预处理，得到脑电输出信号；控制器，其输入端与所述模拟信号处理通道的输出端连接，用于接收所述模拟信号处理通道输出的脑电输出信号；5g通信模块，与所述控制器连接，用于与外界设备通信连接；所述控制器通过所述5g通信模块将所述模拟信号处理通道输出的脑电输出信号传输到外界设备。本申请实用新型人在实际中发现，对于一些脑电信号，必须要在实际的生活中进行测取，才能够准确测取，而现有技术只有在实验室中才能测取，现有的脑电信号采集设备制约了脑电信号的采集准确性。本申请实用新型人为了使得脑电信号的测取更加准确，能够在人们的实际生活中进行脑电信号的获取，因而利用5g通信模块，制成能够在实际生活中进行应用的脑电信号采集系统，便于使用者携带，能够适应更多的应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的组成结构示意图；

图2为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的信号幅值控制模块组成结构示意图；

图3为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的三级放大电路控制示意图；

图4为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统与外界设备交互示意图；

图5为本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统控制方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图4，图1为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的组成结构示意图；图2为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的信号幅值控制模块组成结构示意图；图3为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统的三级放大电路控制示意图；图4为本实用新型一种具体实施方式提供的一种脑电信号采集系统与外界设备交互示意图。

本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统，包括：脑电极连接端口110，用于与脑电极连接，接收脑电极获取的脑电信号；模拟信号处理通道120，其接收端与所述脑电极连接端口110连接，用于将所述脑电极连接端口110接收到的脑电信号进行预处理，得到脑电输出信号；控制器130，其输入端与所述模拟信号处理通道120的输出端连接，用于接收所述模拟信号处理通道120输出的脑电输出信号；5g通信模块140，与所述控制器130连接，用于与外界设备通信连接；所述控制器130通过所述5g通信模块140将所述模拟信号处理通道120输出的脑电输出信号传输到外界设备。

脑电极连接端口110负责将用户头戴的测量电极、参考电极或地电极信号馈入脑电信号采集系统的模拟接收通道。可选的，脑电极连接端口110可以具体包括干电极和/或湿电极，脑电极馈线，及电接口(如bnc接口)。

进一步地，由于脑电极连接端口110采集到的脑电信号比较微弱，为了进行后续的处理，可以对该脑电信号进行增大，具体地，可以在模拟信号处理通道120，设置：信号幅值控制模块121；所述信号幅值控制模块的输入端与所述脑电极连接端口110连接；所述信号幅值控制模块的控制端与所述控制器130连接；所述信号幅值控制模块，用于将接收到的脑电信号进行幅值调整，得到脑电幅值调整信号。为了对干扰信号进行过滤，可以在模拟信号处理通道120，还设置：与所述信号幅值控制模块的输出端连接的滤波器122；所述滤波器，用于过滤所述脑电幅值调整信号中的干扰信号。

具体地，信号幅值控制模块121，可以包括：串联的第一级放大电路1211、第二级放大电路1212、第三级放大电路1213；第一级放大器1211为隔离放大器，用于前后级信号的电气隔离，以避免该系统后级电路电流回流到脑电极中，对测量或用户安全造成影响；第二级放大器1212为低噪声固定增益放大器，用于对脑电信号的预放大；第三级放大器1213为可控增益放大器；所述可控增益放大器的增益受控端与所述控制器130连接，以对脑电信号进行可控的放大。可控增益放大器为压控放大器；压控放大器的增益受控端通过数模转换器dac1214与所述控制器130连接，以对脑电信号进行可控的放大。

当然，也可以采用其他的实施方式，例如，可以将可控增益放大器设置为pga，所述pga的控制端与所述控制器连接，可编程增益放大器(pga:pmgrammablegainamplifier)。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使a/d转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。所谓量程可控转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的可控调节，以满足后续电路和系统的要求。具体地，可以采用组合pga或集成pga；组合pga一般由运算放大器、仪器放大器或隔离型放电器再加上一些其他附加电路组成。其工作原理是通过程序调整多路转换开关接通的反馈电阻的数值，从而调整放大器的放大倍数。集成pga电路的种类很多，如美国微芯microchip公司生产的mcp6s21、mcp6s22、mcp6s26、mcp6s28系列，美国模拟仪器公司analogdevices生产的ad8321等，都属于可编程增益放大器。

在另一个实施例中，可控增益放大器可由压控增益放大器(vga)，数字模拟转换器dac和基准电压源共同实现。压控放大器可根据控制信号的电压，灵活的改变放大增益。所述数字模拟转换器dac与所述第三级放大器1213、基准电压源及控制器130电连接，用于在控制器130的控制下产生适当的输出电压，以控制压控放大器改变放大增益。基准电压源为dac提高参考电压。

值得一提的是，为了便于脑电信号的传输，可以将脑电信号由模拟信号转换为数字信号，具体地可以在模拟信号处理通道120，设置：信号采样模块；所述信号采样模块为模拟数字转换器adc；所述模拟数字转换器adc的控制端与所述控制器130连接，用于在所述控制器130的控制下，将所述脑电幅值调整信号转换为数字信号，作为脑电输出信号，以便输出到所述控制器130处理。具体地，在具体实施时，信号采集模块具体包括：高精度模拟数字转换器(analogtodigitalconverter，简称adc)以及缓冲器；高精度模拟数字转换器用于将第三级放大器1213输出的放大后的信号转换为数字信号；缓冲器用于对数字信号进行缓冲后输入至控制器130。当然，模拟数字转换器adc具体需要在控制器130的控制下，对模拟信号进行高精度ad转换。

经模数转换后的信号输出到控制器130中，由控制器130将数据缓存入存储器150中。然后按一定的队列顺序通过5g无线收发模块高速发送到同样接有5g无线收发模块的计算机或远端控制器，由计算机或远端控制器运行上位机软件及相应的算法，分析脑电信号，画出脑电图或执行相应的控制操作。在一个具体实施例中，控制器130可由arm芯片，或fpga芯片，或dsp芯片等实现。

实际上，系统启动后，上位机可以将默认的参数写入控制器130中的相应寄存器位置，以初始化脑电采集系统。之后可以根据应用的需要，自动或由用户手动调整幅度控制模块及模数转换模块的参数，然后将采集到的数据传回上位机。

在上述具体实施方式的基础上，本具体实施方式中，为了防止控制器130或外界设备处理脑电信号数据不够及时，而造成数据丢失，可以在所述的控制器130连接有存储器150；所述存储器150包括：缓存器，数据存储介质；所述缓存器为非永久记忆的存储器，设置于所述信号采样模块与所述控制器130之间，用于对所述信号采样模块输出的数字信号进行缓存，以备所述控制器使用；所述数据存储介质为永久记忆性存储器，用于对所述信号采样模块输出的数字信号进行存储。也就是说，可以对脑电信号数据进行临时存储和永久存储，从而当该脑电信号采集系统不联网工作时，也能够对脑电信号数据进行采集和存储，便于后期利用。

在具体对控制器130进行实现时，可以具体地应用arm芯片，或fpga芯片，或dsp芯片等芯片，并且进行编程控制。5g通信模块140通信连接于具有5g收发模块的外界设备；所述外界设备包括：连入5g网络的网络云设备和/或连入5g网络的脑电信号处理计算机；所述网络云设备，用于对所述脑电输出信号进行即时存储；所述脑电信号处理计算机，用于对所述脑电输出信号进行即时处理。当然，外界设备与该脑电信号采集系统通信连接后，也可以通过鉴定外界设备的权限，并且外界设备能够调整控制器130的控制参数，例如可以调节控制器130控制信号幅值控制模块121的幅值增加倍数，也可以调节信号采集模块中对模拟信号的采样率，当然，也可以调节其他的控制器130能够控制的参数。

本申请实用新型人在实际中发现，对于一些脑电信号，必须要在实际的生活中进行测取，才能够准确测取，而现有技术只有在实验室中才能测取，现有的脑电信号采集设备制约了脑电信号的采集准确性。本申请实用新型人为了使得脑电信号的测取更加准确，能够在人们的实际生活中进行脑电信号的获取，因而利用5g通信模块140，制成能够在实际生活中进行应用的脑电信号采集系统，便于使用者携带，能够适应更多的应用场合。

而本实用新型实施例增加了脑电采集系统的便携性。采用无线信号传输的脑电采集系统尚存在通信速度慢的缺陷。为此，本实用新型实施例提出一种基于5g无线通信的脑电信号采集系统，并且我国正式颁发5g运营牌照，这意味着我国正式进入5g时代。未来5g通信会在我国广泛应用，相应的配套软硬件支撑设施会快速完善。5g通信具有超可靠低时延，宽带宽，高速度的特点，借助5g通信强大的性能，可以实现脑电信号快速通信，并且在相同时间内可以传输更多的脑电数据，而无需像以往那样进行数据精简。因此本实用新型实施例将全面改善脑电信号采集的实时性，准确性和便携性。

请参考图5，图5为本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统控制方法的流程图。

本实用新型实施例提供一种脑电信号采集系统控制方法，应用于上述任一种实施方式中所述的脑电信号采集系统，包括：

步骤s51：接收模拟信号处理通道输出的脑电输出信号；

步骤s52：将所述模拟信号处理通道输出的脑电输出信号传输到外界设备。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。