一种穿戴式脑电采集装置的制作方法

背景技术：

目前主流的基于干电极的脑电采集方式往往是通过采集前额与耳垂间电位差来获得脑电信号，这种方式能较为精确采集部分频段的脑电波形，但无法对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集操作，极大限制了脑电的应用范围。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种穿戴式脑电采集装置，通过采集前额和枕区的电位信号来获得精确脑电信号，佩戴方便，穿戴舒适，支持长时间穿戴，且枕区电位信号可用于对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集，极大拓展了脑电的应用范围。

本发明实施例提供了一种穿戴式脑电采集装置，包括前额传导模块、枕区爪式干电极、电源管理模块、数据处理模块、前额区和枕区无弹性绑带、左侧和右侧弹性绑带、左松紧调节机括、右松紧调节机括及耳垂电极；所述前额传导模块，用于采集前额区脑电信号；所述枕区爪式干电极，用于采集枕区脑电信号；所述电源管理模块，用于对所述数据处理模块的供电管理；所述数据处理模块，用于处理所述前额传导模块、所述枕区爪式干电极及所述耳垂电极采集到的脑电信号。

基于上述装置的另一个实施例中，所述前额传导模块，包括2个干电极，位于前额区无弹性绑带区域内与前额贴合。

可选地，所述枕区爪式干电极，包括立柱式电极和电极盘，位于枕区无弹性绑带区域内与大脑枕区贴合；其中，所述电极盘的引出导线与所述数据处理模块连接。

可选地，所述数据处理模块，包括信号传导电路、输入缓冲电路、差分放大电路、模数转换电路、阻抗检测电路、共模抑制电路、信号控制电路、蓝牙通讯电路以及电源接口，位于左侧弹性绑带区域内；

其中，所述信号传导电路的输入端连接采集脑电信号的电极，共模输入端连接所述共模抑制电路的输出端，输出端连接所述输入缓冲电路的输入端，阻抗输出端连接所述阻抗检测电路的输入端；

所述输入缓冲电路的输出端连接所述差分放大电路的输入端；

所述差分放大电路的输出端连接所述模块转换电路的输入端，共模输出端连接所述共模抑制放大电路的输入端；

所述模块转换电路的输出端连接所述信号控制电路的输入端；

所述信号控制电路的阻抗输入端连接所述阻抗检测电路的输出端，输出端连接所述蓝牙通讯电路的通讯输入端。

可选地，所述信号传导电路的输入端包括作用电极接口、参考电极接口、抑制电极接口；其中，所述作用电极接口连接所述前额传导模块，所述参考电极接口连接所述枕区爪式干电极，所述抑制电极接口连接所述耳垂电极。

可选地，所述电源管理模块，包括4.2v直流电池、电源开关、电源输出接口以及指示灯，位于右侧弹性绑带区域内。

可选地，所述电源开关的a端与所述4.2v直流电池的正极连接，b端分别与所述电源输出接口的正极、指示灯的正极连接；所述4.2v直流电池的负极分别与所述电源输出接口的负极、指示灯的负极连接；所述电源开关闭合后a端与b端导通；所述电源输出接口连接所述数据处理模块的电源接口。

可选地，所述前额传导模块位于前额区无弹性绑带区域内，所述前额区无弹性绑带的两端分别与左侧和右侧弹性绑带连接；所述枕区爪式干电极位于枕区无弹性绑带区域内，所述枕区无弹性绑带的两端分别与左侧和右侧弹性绑带连接。

可选地，所述左松紧调节机括，位于左侧弹性绑带区域内，并位于所述数据处理模块与枕区无弹性绑带的中间区域；所述右松紧调节机括，位于右侧弹性绑带区域内，并位于所述电源管理模块与枕区无弹性绑带的中间区域。

可选地，所述前额区和枕区无弹性绑带均采用柔性透气皮革制作；所述左侧和右侧弹性绑带均采用柔性透气弹性材料制作。

上述技术方案的有益效果如下：本发明提供一种穿戴式脑电采集装置，解决了现有的脑电采集系统穿戴不便，枕区脑电信息无法采集，无法对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集，穿戴后左右松紧度无法调整，舒适性差，穿戴装置无法适应所有的头型，不能保证四个电极能和所有头型的头皮紧密贴合的问题；本发明实施例可以不采集耳垂信号，仅仅通过采集前额和枕区的电位信号就能获得精确脑电信号，佩戴方便，穿戴舒适，支持长时间穿戴，且枕区电位信号可用于对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集，极大拓展了脑电的应用范围。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的穿戴式脑电采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的枕区爪式干电极的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的数据处理模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的信号传导电路的输入端结构示意图。

图5为本发明实施例提供的电源管理模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的穿戴式脑电采集装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

针对目前脑电采集系统穿戴不便，枕区脑电信息采集无法采集，无法对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集，穿戴后左右松紧度无法调整，舒适性差，穿戴装置无法适应所有的头型，不能保证四个电极能和所有头型的头皮紧密贴合的问题，本发明实施例提供了一种穿戴式脑电采集装置。

图1为本发明实施例的穿戴式脑电采集装置的结构示意图。

本发明的一个具体实施例，公开了一种穿戴式脑电采集装置，如图1所示，包括前额传导模块1、枕区爪式干电极2、电源管理模块3、数据处理模块4、前额区5和枕区6无弹性绑带、左侧和右侧弹性绑带7、左松紧调节机括8、右松紧调节机括9及耳垂电极10；所述前额传导模块1，用于采集前额区脑电信号；所述枕区爪式干电极2，用于采集枕区脑电信号；所述电源管理模块3，用于对所述数据处理模块4的供电管理；所述数据处理模块4，用于处理所述前额传导模块1、所述枕区爪式干电极2及所述耳垂电极10采集到的脑电信号。与现有技术相比，本发明实施例的脑电采集装置穿戴方便，支持即穿即戴，能精确采集枕区脑电信息，穿戴后可灵活调节左右松紧程度，舒适性好，支持长时间佩戴，穿戴装置可适应所有的头型，并能保证四个电极能和所有头型的头皮紧密贴合。

本发明的一个具体实施例，参见图1，所述前额传导模块1，包括2个干电极，位于前额区无弹性绑带5区域内与前额贴合。

这里要说明的是，本发明实施例的前额传输模块采集前额区脑电信号，即2个电极负责采集前额区脑电信号，2个电极间距通常可采用为3-5cm，但在实际应用中，4cm是人体大脑的大小普遍适用的距离差，可保证佩戴舒适性，以及精确采集前额区脑电信号。

图2为本发明实施例的枕区爪式干电极的结构示意图。

本发明的一个具体实施例，如图2所示，所述枕区爪式干电极，包括立柱式电极201和电极盘202，位于枕区无弹性绑带区域内与大脑枕区贴合；其中，所述电极盘202的引出导线与所述数据处理模块连接。需要说明的是，立柱式电极201通常可以以3-8mm的半径间距均匀分布，但实际应用中以5mm的半径间距均匀分布在电极盘202上，电极密度保证了精确采集枕区脑电信号的同时保证了较低的成本。

图3为本发明实施例的数据处理模块的结构示意图。

本发明的一个具体实施例，如图3所示，所述数据处理模块，包括信号传导电路301、输入缓冲电路302、差分放大电路303、模数转换电路304、阻抗检测电路305、共模抑制电路306、信号控制电路307、蓝牙通讯电路308以及电源接口，位于左侧弹性绑带区域内；

其中，所述信号传导电路301的输入端连接采集脑电信号的电极，共模输入端连接所述共模抑制电路306的输出端，输出端连接所述输入缓冲电路302的输入端，阻抗输出端连接所述阻抗检测电路305的输入端；

所述输入缓冲电路302的输出端连接所述差分放大电路303的输入端；

所述差分放大电路303的输出端连接所述模块转换电路304的输入端，共模输出端连接所述共模抑制放大电路306的输入端；

所述模块转换电路304的输出端连接所述信号控制电路307的输入端；

所述信号控制电路307的阻抗输入端连接所述阻抗检测电路305的输出端，输出端连接所述蓝牙通讯电路308的通讯输入端。

需要说明是，所述数据处理模块的内部结构是由上述各电路的组合连接而成，具体的连接方式如图3所示，对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集后，所述数据处理模块短时间内就能精确地处理采集到的脑电信号。

图4为本发明实施例的信号传导电路的输入端结构示意图。

本发明的一个具体实施例，如图4所示，所述信号传导电路的输入端400包括作用电极接口401、参考电极接口402、抑制电极接口403；结合图1可知，其中，所述作用电极接口401连接所述前额传导模块1，所述参考电极接口402连接所述枕区爪式干电极2，所述抑制电极接口403连接所述耳垂电极10。

需要说明的是，通过所述信号传导电路的输入端的电极接口的连接，所述数据处理模块同时接收前额传导模块、枕区爪式干电极、耳垂电极采集到的脑电信号，也即，对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集并实时处理，拓展了脑电的应用范围。

图5为本发明实施例的电源管理模块的结构示意图。

本发明的一个具体实施例，如图5所示，所述电源管理模块，包括4.2v直流电池501、电源开关502、电源输出接口503以及指示灯504，位于右侧弹性绑带区域内。

需要说明的是，所述电源管理模块采用一般佩戴装置的通用电压，所述电源开关控制脑电采集装置的工作状态，由指示灯显示该装置的工作状态。

本发明的一个具体实施例，参见图5，所述电源开关502的a端与所述4.2v直流电池501的正极连接，b端分别与所述电源输出接口503的正极、指示灯504的正极连接；所述4.2v直流电池501的负极分别与所述电源输出接口503的负极、指示灯504的负极连接；所述电源开关502闭合后a端与b端导通；所述电源输出接口503连接所述数据处理模块的电源接口。由此可以看到电源管理模块的内部结构及连接关系，通过电源管理模块控制所述数据处理模块的工作状态，继而控制该穿戴式脑电采集装置的工作状态。

本发明的一个具体实施例，参见图1，所述前额传导模块1位于前额区无弹性绑带5区域内，所述前额区无弹性绑带5的两端分别与左侧和右侧弹性绑带7连接；所述枕区爪式干电极2位于枕区无弹性绑带6区域内，所述枕区无弹性绑带6的两端分别与左侧和右侧弹性绑带7连接。通过本发明实施例使得穿戴式脑电采集装置能够采集前额区和枕区的电位信号，从而获得精确脑电信号。

本发明的一个具体实施例，参见图1，所述左松紧调节机括8，位于左侧弹性绑带区域内，并位于所述数据处理模块4与枕区无弹性绑带6的中间区域；所述右松紧调节机括9，位于右侧弹性绑带区域内，并位于所述电源管理模块3与枕区无弹性绑带6的中间区域。通过本发明实施例使得穿戴式脑电采集装置可灵活调节左右松紧程度，舒适性好，支持长时间佩戴，可适应所有的头型。

本发明的一个具体实施例，所述前额区和枕区无弹性绑带均采用柔性透气皮革制作；所述左侧和右侧弹性绑带均采用柔性透气弹性材料制作。通过本发明实施例使得穿戴式脑电采集装置可适应所有的头型，并能保证四个电极能和所有头型的头皮紧密贴合。

图6为本发明实施例的穿戴式脑电采集装置的工作流程图。

如图6所示，同时结合图1，以下对本发明实施例的穿戴式脑电采集装置的工作流程作出具体说明，该穿戴式脑电采集装置穿戴在人体头部，具体步骤如下：

s601，佩戴时保证前额传导模块1处于前额区，枕区爪式干电极2处于枕区；

s602，调节左松紧调节机括8和右松紧调节机括9来保证前额传导模块1与前额紧密贴合、枕区爪式干电极2与枕区紧密贴合，同时调节佩戴的舒适度；

s603，电源管理模块3为数据处理模块4提供工作无干扰的电源；

s604，前额传导模块1和枕区爪式干电极2一同完整的将脑电信号实时传送给数据处理模块4，并由数据处理模块4处理采集到的脑电信号。

通过以上步骤实现对脑电信号的精确实时采集与应用处理，也即通过采集前额区和枕区的电位信号就能获得精确脑电信号，佩戴方便，穿戴舒适，支持长时间穿戴，且枕区电位信号可用于对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集，极大拓展了脑电的应用范围。

综上所述，本发明实施例公开了一种穿戴式脑电采集装置，该装置包括前额传导模块、枕区爪式干电极、电源管理模块、数据处理模块、前额区和枕区无弹性绑带、左侧和右侧弹性绑带、左松紧调节机括、右松紧调节机括及耳垂电极；所述前额传导模块，用于采集前额区脑电信号；所述枕区爪式干电极，用于采集枕区脑电信号；所述电源管理模块，用于对所述数据处理模块的供电管理；所述数据处理模块，用于处理所述前额传导模块、所述枕区爪式干电极及所述耳垂电极采集到的脑电信号。

基于上述装置的一实施例，所述前额传导模块，包括2个干电极，位于前额区无弹性绑带区域内与前额贴合。所述枕区爪式干电极，包括立柱式电极和电极盘，位于枕区无弹性绑带区域内与大脑枕区贴合；其中，所述电极盘的引出导线与所述数据处理模块连接。所述数据处理模块，包括信号传导电路、输入缓冲电路、差分放大电路、模数转换电路、阻抗检测电路、共模抑制电路、信号控制电路、蓝牙通讯电路以及电源接口，位于左侧弹性绑带区域内；其中，所述信号传导电路的输入端连接采集脑电信号的电极，共模输入端连接所述共模抑制电路的输出端，输出端连接所述输入缓冲电路的输入端，阻抗输出端连接所述阻抗检测电路的输入端；所述输入缓冲电路的输出端连接所述差分放大电路的输入端；所述差分放大电路的输出端连接所述模块转换电路的输入端，共模输出端连接所述共模抑制放大电路的输入端；所述模块转换电路的输出端连接所述信号控制电路的输入端；所述信号控制电路的阻抗输入端连接所述阻抗检测电路的输出端，输出端连接所述蓝牙通讯电路的通讯输入端。所述信号传导电路的输入端包括作用电极接口、参考电极接口、抑制电极接口；其中，所述作用电极接口连接所述前额传导模块，所述参考电极接口连接所述枕区爪式干电极，所述抑制电极接口连接所述耳垂电极。所述电源管理模块，包括4.2v直流电池、电源开关、电源输出接口以及指示灯，位于右侧弹性绑带区域内。所述电源开关的a端与所述4.2v直流电池的正极连接，b端分别与所述电源输出接口的正极、指示灯的正极连接；所述4.2v直流电池的负极分别与所述电源输出接口的负极、指示灯的负极连接；所述电源开关闭合后a端与b端导通；所述电源输出接口连接所述数据处理模块的电源接口。与现有技术相比，本发明实施例的穿戴式脑电采集装置通过采集前额区和枕区的电位信号就能获得精确脑电信号，且枕区电位信号可用于对外界固定频率视觉刺激信号的脑电反应信号进行精确采集。

基于上述装置的另一实施例，所述前额传导模块位于前额区无弹性绑带区域内，所述前额区无弹性绑带的两端分别与左侧和右侧弹性绑带连接；所述枕区爪式干电极位于枕区无弹性绑带区域内，所述枕区无弹性绑带的两端分别与左侧和右侧弹性绑带连接。所述左松紧调节机括，位于左侧弹性绑带区域内，并位于所述数据处理模块与枕区无弹性绑带的中间区域；所述右松紧调节机括，位于右侧弹性绑带区域内，并位于所述电源管理模块与枕区无弹性绑带的中间区域。所述前额区和枕区无弹性绑带均采用柔性透气皮革制作；所述左侧和右侧弹性绑带均采用柔性透气弹性材料制作。与现有技术相比，本实施例使得脑电采集装置佩戴方便，穿戴舒适，可灵活调节左右松紧程度，舒适性好，支持长时间佩戴，可适应所有的头型，并能保证四个电极能和所有头型的头皮紧密贴合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。