一种消除信号收发延时的装置及方法与流程

本发明属于神经电生理领域，一种消除信号收发延时的装置及方法。

背景技术：

在诱发电位以及事件相关电位的使用中，发出刺激信号与采集脑电信号之间的延时是难以解决的问题。无论硬件、软件发展如何快速，刺激信号(即声音信号)从电脑发出到脑电信号采集回收之间总是有不可消除的延时发生，根据不同的软硬件结构，该延时可以从几十毫秒到几百毫秒。而对于诱发电位以及事件相关电位的脑电信号采集，这段时间的延时可能导致最终信号的整体位移，同时由于信号延时有一定的随机性，对于有叠加过程的信号采集，更加可能导致信号出现失真的情况。

技术实现要素：

为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种消除信号收发延时的装置及方法，不使用电脑记录的刺激发生时间为标记，而使用声音实际产生的时间作为标记，消除了信号收发的延时。

本发明消除信号收发延时的装置，包括计算机、分离线、信号处理单元、音频信号分压器以及耳机，计算机通过分离线分别与耳机、音频信号分压器连接，信号处理单元分别与耳机、音频信号分压器、计算机连接；音频信号分压器通过音频信号传输导线与信号处理单元连接，脑电信号经过脑电信号传输导线输入信号处理单元；在计算机的音频接口采集的音频信号经分离线分成两路，一路音频信号通过耳机输入人脑后产生脑电信号，另一路音频信号经音频信号分压器后与脑电信号在同一时间进入信号处理单元。

优选地，所述信号处理单元包括控制器、usb接口、两路运算放大器、两路模数转换器，运算放大器、模数转换器、控制器依次连接，控制器通过usb接口与计算机连接，一路运算放大器接收脑电信号，另一路运算放大器接收信号。

本发明消除信号收发延时的方法，基于上述消除信号收发延时的装置，包括以下步骤：

s1、在计算机的音频接口采集输出的音频信号；

s2、所采集的音频信号经分离线后分成两路，一路音频信号通过耳机输入人脑后产生脑电信号，另一路音频信号输入音频信号分压器；

s3、经过音频信号分压器的音频信号与脑电信号在同一时间输入信号处理单元；

s4、脑电信号及音频信号经信号处理单元处理后由计算机进行回收，计算机对回收的音频信号来确定刺激信号到达人耳的时间点。

优选地，步骤s3中，信号处理单元对音频信号和脑电信号的处理过程为：先进行放大处理，然后将放大的信号进行模数转换，将模拟信号转换成数字信号，最后控制器将转换后的数字信号通过usb接口传输至计算机。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：能够完美解决物理延时问题，不同于现有技术的刺激信号与脑电信号放大记录分离，由于不使用电脑记录的刺激发生时间为标记，而使用声音实际产生的时间作为标记，比现有技术更加准确；同时，也避免了刺激信号和脑电信号分别记录导致的延时。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2为信号处理单元的电路图；

图3是脑电信号图；

图4是声音信号图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明消除信号收发延时的装置包括计算机5、分离线1、信号处理单元3、音频信号分压器7以及耳机6，计算机5通过分离线1分别与耳机6、音频信号分压器7连接，信号处理单元3分别与耳机、音频信号分压器7、计算机5连接。音频信号分压器通过音频信号传输导线8与信号处理单元3连接，脑电信号经过脑电信号传输导线2输入信号处理单元3。

本发明通过使用简易的音频信号分压器，刺激信号(即经音频信号分压器处理的音频信号)在信号处理单元中经过了与脑电信号相同的信号处理过程，与脑电信号共同被记录，从而消除由于信号传输产生的延时问题。脑电信号及音频信号经信号处理单元处理后由计算机进行回收，计算机对回收的音频信号来确定刺激信号(即声音信号)到达人耳的时间点，同时由于声音信号和脑电信号在采集之后通过了相同的电路(即信号处理单元3)，其时间轴与脑电信号处于完全同步状态，所确定的时间点不会有物理延时。

如图2，信号处理单元包括控制器u5、usb接口、两路运算放大器(即运放u2)、两路模数转换器，运算放大器、模数转换器、控制器依次连接，usb接口与控制器连接，一路运算放大器接收脑电信号，另一路运算放大器接收声音信号。在信号处理单元中，脑电信号进入信号处理单元的运放u2(clc1200)进行放大，将uv级的信号放大到mv级；然后将放大的脑电信号进行模数转换u4(ads1258)，将模拟信号转换成数字信号，最后控制器u5(stm32f103rct6)将转换后的数字信号通过usb接口u6(ft245l)传输至计算机，将采集的脑电信号上传给上位机处理，最终在电脑端采集。由图可知，在计算机的音频接口采集的音频信号经分离线分成两路，一路音频信号通过耳机输入人脑后产生脑电信号；另一路音频信号经音频信号分压器后，与脑电信号在同一时间进入信号处理单元进行运算放大、模数转换，通过相同的处理过程，最后被电脑记录下来。

由于有声音信号输入和没有声音信号输入所采集的波形在波幅上具有明显差异，有声音信号的波幅会比没有信号时的噪音高出几十至上百倍，所以使用后面采用的判断逻辑可以很好的寻找出每一个声音信号发出的时间在脑电信号时间轴上的具体位置，并在相应位置的脑电信号图上打上标记点，并从标记点开始进行叠加，如图3、4所示，这样的方法可以解决延时导致的标记不准确，同时也让刺激方式具有更自由的变化空间。所述判断逻辑为：假设现采集的信号中，采集音频的导联，信号在波幅上存在明显差异，那么起始点就标记为1，其他点标记为0，如图4所示标记结果。在图3、4中，21为脑电信号波形，22为脑电信号数据，23为声音信号波形，24为标记点，25为叠加区间，26为声音信号数据。

本实施例选用matlab程序对信号进行标记识别，其过程如下：首先将所有数据点转换成正数，再计算平均值，超过平均值两倍的数取1，小于均值两倍的数取为0。当一个1数据的前500ms没有0且后面100ms有超过10个1时，认为这个点为刺激发生的时间，用记录点的数据作为脑电信号数据叠加平均的起始位置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种消除信号收发延时的装置及方法，其装置包括计算机、分离线、信号处理单元、音频信号分压器以及耳机，计算机通过分离线分别与耳机、音频信号分压器连接，信号处理单元分别与耳机、音频信号分压器、计算机连接；音频信号分压器通过音频信号传输导线与信号处理单元连接，脑电信号经过脑电信号传输导线输入信号处理单元；在计算机的音频接口采集的音频信号经分离线分成两路，一路音频信号通过耳机输入人脑后产生脑电信号，另一路音频信号经音频信号分压器后与脑电信号在同一时间进入信号处理单元。本发明不使用电脑记录的刺激发生时间为标记，而使用声音实际产生的时间作为标记，消除了信号收发的延时。

技术研发人员：杨杰
受保护的技术使用者：广州市润杰医疗器械有限公司
技术研发日：2017.09.21
技术公布日：2017.12.15