一种高密脑电图帽

本技术涉及医疗器械领域，具体地涉及可以用于同时采集头皮和脑内脑电信号的高密脑电图帽以及包括该高密脑电图帽的头皮和脑内脑电信号同步采集装置。

背景技术：

1、随着生物电子和计算机技术的发展，基于头皮、皮层脑电数据的应用研究取得了一些成果。例如基于脑电图的癫痫诊断，以及基于皮层脑电的想象运动等脑机接口应用。目前，脑电图帽仍然是脑电采集装置的重要组成部分，具有无创、便捷、通道多的优点，其关系到脑电数据的采集性能，将直接影响后续的分析处理。

2、为了在脑深部和皮层的环路进行脑疾病、脑科学研究，需要同步采集高密头皮脑电和脑深部信号，但是传统的电极帽无法兼顾脑深部信号的采集，此外给外挂期病人使用传统脑电图帽，会增加感染的风险。

3、因此，需要开发一种可以同时采集头皮和脑内脑电信号的高密脑电图帽以及包括该高密脑电图帽的头皮和脑内脑电信号同步采集装置。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本实用新型提供了一种高密脑电图帽以及包括该高密脑电图帽的头皮和脑内脑电信号同步采集装置。

2、本实用新型提供了一种高密脑电图帽，包括帽体、电极和固定带，电极按照高密脑电64导联布局布设在帽体的内表面；在帽体上设置有开窗，开窗被构造成仅暴露与高密脑电64导联的f1,fc1,c1导联和/或f2,fc2,c2导联对应的区域；

3、固定带固定连接到帽体的底部；

4、高密脑电图帽还包括拉链连接件，拉链连接件用于开放或遮蔽所述开窗；

5、其中所述开窗为长方形，所述开窗的长边为8-10cm，短边为2-3cm。

6、在第一个方面，本实用新型提供了一种高密脑电图帽，可以用于同时采集头皮和脑内脑电信号。所述高密脑电图帽包括帽体、电极和下颌托带。所述帽体用于佩戴在测试者的头部。所述电极按照高密脑电64导联布局布设在所述帽体的内表面。在所述帽体上设置有开窗，所述开窗被构造成仅暴露与高密脑电64导联的f1,fc1,c1导联和/或f2,fc2,c2导联对应的区域。所述下颌托带固定连接到所述帽体的底部，在使用时下颌托带承托于测试者的下颌以固定所述高密脑电图帽。所述高密脑电图帽还包括遮蔽部件，所述遮蔽部件用于开放或遮蔽所述开窗。

7、本实用新型中使用的高密脑电图帽帽体可以采用布料、皮革、橡胶、聚合物、无纺布等材质制成，优选采用轻薄透气的高分子复合材料或无纺布制成，也可以采用弹性材质编织制成。

8、在本实用新型中，脑电图帽中电极所采用的高密脑电64导联布局除了常规的脑电62导联电极以外还包括布置在对应两侧乳突处的电极a1和a2(可参见图1)，即包括62个脑电导联电极和两个乳突导联电极a1和a2。

9、在一个实施方案中，所述帽体上设置两个开窗，所述两个开窗分别沿所述帽体的矢状轴对称地布置在所述矢状轴的两侧，且所述高密脑电图帽包括两个遮蔽部件，每个遮蔽部件分别遮蔽一个开窗。

10、在本实用新型中，开窗的形状不受限制，只要它所暴露的区域仅包括高密脑电图64导联的f1,fc1,c1导联和/或f2,fc2,c2导联对应的区域即可，优选为长方形。具体来说，在为长方形形状的情况下，所述开窗的长边径一般可以设为8-10cm，短边为2-3cm。

11、在一个优选实施方案中，所述遮蔽部件可以是拉链连接件。具体来说，所述拉链连接件可以包括链牙、拉头和链带，所述链带与所述开窗的边缘连接从而固定连接在所述帽体上，所述链牙和所述拉头相互配合以开放或遮蔽所述开窗。

12、在本实用新型中，拉链连接件可以采用常见的各种拉链结构，优选链带是由棉纱、化纤或混合化纤织成的柔性带，例如尼龙拉链。链牙和拉头优选由塑料制成，更优选采用医用塑料制成，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在外挂期使用时，从颅顶切口引出的脑内脑电测量电极可以通过拉链连接件固定在拉链的任一侧。

13、在一个优选实施方案中，高密脑电图帽还包括两个固定部件，所述固定部件设置在所述帽体的外表面上，并且邻近每个开窗的一侧设置。要理解的是，所述固定部件设置的目的是进一步稳固由拉链连接件固定的脑内脑电测量电极，以防止其受过度牵拉而发生轴向移动。在本实用新型中，固定部件可以采用常用的固定线缆或电极的结构，例如，卡扣，束线带，鱼骨绕线器等。

14、在第二个方面，本实用新型提供了一种头皮和脑内脑电信号同步采集装置，所述装置包括本实用新型的高密脑电图帽、一个或多个脑内脑电测量电极和信号处理装置，其中所述高密脑电图帽的电极和所述脑内脑电测量电极与所述信号处理装置电连接。

15、在本实用新型中，所述脑电测量电极被配置成被布置在脑内用于采集脑内脑电信号，其中所述脑内脑电信号包括大脑皮层或深部核团的脑电信号。

16、在一个实施方案中，所述信号处理装置包括：

17、1)接收模块，所述接收模块被配置成接收由所述高密脑电图帽的电极采集的原始头皮脑电信号；

18、2)头皮信号补偿模块，所述头皮信号补偿模块被配置成获取从所述接收模块接收到的原始头皮脑电信号，根据所述高密脑电图帽的电极采集的原始头皮脑电信号重建f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号作为所述f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的补偿信号，

19、3)头皮信号合并模块，所述信号合并模块被配置成将原始头皮脑电信号和由所述头皮信号补偿模块重建的所述补偿信号合并作为经补偿的完整头皮脑电信号输出，

20、4)输出模块，所述输出模块被配置成接收由所述信号合并模块输出的经补偿的完整头皮脑电信号和所述脑内脑电信号，并一同发送至脑电分析系统。

21、在一个实施方案中，所述高密脑电图帽的电极采集的原始头皮脑电信号是58个电极采集的头皮脑电信号。要注意的是，由于本实用新型的高密脑电帽缺少了与f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联对应的电极，因此采集的原始头皮脑电信号不包括f1,fc1,c1，f2,fc2,c2电极所采集的信号，而是其他56个电极加上乳突电极a1和a2所采集的原始头皮脑电信号，而最终经补偿的完整头皮脑电信号则包含对应64导联的头皮脑电信号。

22、在一个优选实施方案中，所述头皮信号重建模块重建f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号可以采取如下步骤来实现：首先提取不包括乳突电极的56个电极所采集的原始头皮脑电信号，根据所述56电极的分布坐标重建62个脑电导联的信号，然后从中获得对应f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号作为f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的补偿信号。优选地，所述根据56个电极的分布坐标重建部分电极信号的方法可以采用球面曲面法和脑正电模型来计算。在此情况下，所述重建信号步骤可以借助eeglab,mne，fieldtrip脑电工作包中的内置函数工具来完成。

23、在另一个优选实施方案中，在不需要精确信号的情况下，所述头皮信号补偿模块重建f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号可以采用平均法实现，即利用f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联中各个导联周围的2个或者4个导联的信号的平均值作为这些导联各自的信号值。例如，对应f1导联的脑电信号可以用从f3和fz电极采集的原始信号平均获得；对应fc1导联的脑电信号可以用从fc3和fcz电极采集的原始信号平均获得；对应c1导联的信号可以用从c3和cz电极采集的原始信号平均获得；对应f2导联的脑电信号可以用从f4和fz电极采集的原始信号平均获得；对应fc2导联的脑电信号可以用从fc4和fcz电极采集的原始信号平均获得；对应c2导联的脑电信号可以用从c4和cz采集的原始信号平均获得。

24、在一个优选实施方案中，所述信号处理装置还可以包括脑电信号放大模块和脑电信号预处理模块，所述脑电信号放大模块和脑电信号预处理模块被配置成对脑电信号分别进行放大和预处理从而获得经放大和预处理的脑电信号，其中所述预处理包括滤波、降噪和去除伪迹等。所述脑电信号可以包括头皮脑电信号和/或脑内脑电信号，但由于脑电信号相对弱且噪声大，优选对脑内脑电信号进行放大和预处理的脑电信号。因此，在一个优选的具体实施方案中，所述输出模块接收的所述脑内脑电信号是经放大和预处理的脑内脑电信号。

25、在第三个方面，本实用新型提供了一种头皮和脑内脑电信号同步采集方法，包括以下步骤：

26、1.接收由高密脑电图帽的电极采集的原始头皮脑电信号和由脑内脑电测量电极采集的脑内脑电信号；

27、2.根据所述高密脑电图帽电极采集的原始头皮脑电信号重建f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号作为所述f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的补偿信号；

28、3.将所述原始头皮脑电信号和重建的所述补偿信号合并作为经补偿的完整头皮脑电信号输出，

29、4.将所述经补偿的完整头皮脑电信号作为头皮脑电信号和脑内脑电信号一起发送至脑电分析系统进行后续分析。

30、在具体实施方案中，步骤2中的信号重建可以按照上所述的任一重建方法进行。

31、在一个实施方案中，所述头皮脑电信号和/或脑内脑电信号可以经放大和预处理，所述预处理包括滤波、降噪和去除伪迹等。

32、有益效果

33、由于脑深部电刺激手术切口通常较为固定，发明人经过测量发现该手术切口与f1、fc1、c1以及右侧的f2、fc2、c2导联位置重叠。基于此发现，发明人设计了一款可以用于同步采集头皮和脑内脑电信号的高密脑电图帽，并基于该高密脑电图帽开发了头皮和脑内脑电信号同步采集装置。

34、本实用新型具有以下优点：

35、1.在传统高密脑电帽的导联f1,fc1,c1，f2,fc2,c2的位置不设置电极，设置开窗，并在开窗上设置双侧拉链。这样的设计不仅方便外挂电极线的引出；还减少对于下方切口的压迫，避免了脑深部电刺激术外挂期高密脑电图记录时对患者切口带来的潜在感染风险和不适；此外，拉链拉上后整个脑电图帽存在适度的张力，电极位置保持较好，无移位。

36、2.通过对f1,fc1,c1，f2,fc2,c2导联的信号重建来补偿缺少的这些导联的脑电信号，从而获得完整的头皮脑电信号。

37、3.能够在脑深部电刺激术外挂期同步地采集到头皮脑电信号和脑内脑电信号，这是现有常规高密脑电图帽无法实现的。