技术领域
[0001] 本申请涉及医疗电子技术领域，进一步的涉及一种脑电信号处理系统、方法及设备。
相关背景技术
[0002] 目前，市面上的脑电采集设备和经颅电刺激设备的工作模式比较单一。例如，脑电采集设备仅用于监测脑电信号，经颅电刺激设备需要根据脑电采集设备采集的脑电信号输出微电流。这种通过两个设备分别实现脑电信号监测和输出微电流的方式，不仅操作费时，还会影响用户的使用体验。
具体实施方式
[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0027] 为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0028] 还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0029] 在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030] 另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0032] 脑电采集设备是一种用于记录大脑皮层或头皮表面的自发性生物电位变化的仪器。经颅电刺激设备是一种非侵入性脑功能调控技术，通过在头皮上放置电极传递电流来调节大脑皮层的神经活动。这种设备广泛应用于神经科学和精神科领域，用于治疗和研究多种疾病，如抑郁症、帕金森病、癫痫等。
[0033] 在实际应用过程中，脑电采集设备和经颅电刺激设备可以相互配合使用。例如，脑电采集设备用于对监测对象大脑电活动进行实时监测，并采集相应的脑电信号。对脑电信号进行分析处理生成相应的监测结果。经颅电刺激设备在根据监测结果，输出微电流(或称电刺激)。本申请实施例通过将脑电采集设备的功能和经颅电刺激设备的功能进行集成，可以实现以下至少一种有益效果：简化了操作流程，提高用户使用体验；或根据实时监测的脑电信号，可以即时调整电刺激参数，实现脑电信号监测和输出微电流的同步进行。
[0034] 下面结合附图进行阐述：
[0035] 参考附图1，其示出了本申请实施例提供的一种头戴环终端的结构示意图。如图1所示，戴环终端100包括第一偏置电极片(或称第一偏置电极脑电信号采集片)11、第一采集刺激电极片(或称第一脑电信号采集‑刺激电极片)12、参考电极片(或称参考电极脑电信号采集片)13、第二采集刺激电极片(或称第二脑电信号采集‑刺激电极片)14、第二偏置电极片(或称第二偏置电极脑电信号采集片)15、核心控制系统容纳仓16。其中，核心控制系统容纳仓16中包括脑电信号采集模块、数据处理模块、蓝牙传输模块与微电流刺激模块。头戴环终端100和上位机共同构成了本申请的脑电信号处理系统，其中上位机可以设置在头戴环终端100上，也可以设置在外部，通过蓝牙传输模块与头戴环终端100连接。
[0036] 第一偏置电极片11、第二偏置电极片15、参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14均为干性采集电极，分别固定于头戴环终端100的前方五路点位，通过直连导线连接至脑电信号采集模块。脑电信号采集模块用于和第一偏置电极片11、第二偏置电极片15、参考电极片13、第一采集刺激电极片12以及第二采集刺激电极片14，共同完成脑电信号的采集。脑电信号采集模块将采集到的脑电信号发送给数据处理模块进行处理。蓝牙传输模块用于将数据处理模块处理后的脑电信号发送给上位机，上位机对脑电信号进行处理分析并生成相应的刺激信号。刺激信号用于指示微电流刺激模块输出微电流(或称低强度微量电流)。
[0037] 本申请实施例将脑电信号监测和输出微电流等相关功能进行集成，通过电极片和脑电信号采集模块对脑电信号进行采集和监测，微电流刺激模块根据刺激信号输出微电流。简化了操作流程，提高了用户使用体验。并且，采用5路干性电极片相比32路湿电极片的脑电采集设备和经颅电刺激设备，进一步减少了电极片的数量，使用更为便捷。
[0038] 参考附图2，其示出了本申请实施例提供的一种脑电信号处理系统的结构框图。如图2所示，包括：多个电极片200、上位机240以及微电流刺激模块250。多个电极片200分别放置在监测对象的前额固定点位，用于采集脑电信号；上位机240用于计算脑电信号各频段的功率；上位机240还用于根据脑电信号各频段的功率、基于认知专注度算法(或称基于Pope提出的认知专注度算法)、基于不对称性算法(或称基于前额alpha功率的不对称性算法)以及基于分形维数算法(或称基于Higuchi的分形维数算法)，计算出监测对象的注意力指数、情绪指数和抑郁指数；上位机240还用于根据注意力指数、情绪指数和抑郁指数，生成刺激信号；微电流刺激模块250根据刺激信号，控制多个电极片输出微电流。
[0039] 多个电极片200紧贴监测对象的前额固定点位(例如前额左侧，左前侧，中心，右前侧，右侧等)，采集监测对象的脑电信号，并将脑电信号发送给上位机240。上位机240对接收到的脑电信号进行单位级数转换、去基线处理和小波变换滤波，然后计算处理后的各个电极片对应的脑电信号的各频段的功率、绝对功率和相对功率。上位机240根据各个电极片对应的脑电信号的各频段的功率和基于Pope提出的认知专注度算法计算出注意力指数，根据各个电极片对应的脑电信号的各频段的功率和基于前额alpha功率的不对称性算法计算出情绪指数，根据根据各个电极片对应的脑电信号的各频段的功率和基于Higuchi分形维数算法计算出抑郁指数。上位机240根据监测对象的注意力指数、情绪指数和抑郁指数，生成结果指数和刺激信号(或称刺激控制信号指令)。其中，结果指数用于显示监测对象的状态，可以通过上位机240查看结果指数。微电流刺激模块250根据刺激信号生成微电流(微电流为人体能够承载的电流，一般小于0.2毫安)，并与多个电极片200相互配合将微电流输出。
[0040] 本申请实施例将脑电采集设备的功能和经颅电刺激设备的功能进行集成，通过多个电极片和脑电信号采集模块对脑电信号进行采集和监测，微电流刺激模块根据刺激信号输出微电流。简化了操作流程，提高了用户使用体验。
[0041] 在本申请的一些实施例中，多个电极片200分别为第一偏置电极片11、第二偏置电极片15、参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14；第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14，用于采集脑电信号或用于输出微电流；在微电流刺激模块250控制第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14输出微电流时，第一偏置电极片11、第二偏置电极片15和参考电极片13，持续采集脑电信号，并将脑电信号发送至上位机240进行处理。
[0042] 第一偏置电极片11、第二偏置电极片15和参考电极片13用于采集监测对象的脑电信号。第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14既可以采集监测对象的脑电信号，也可以配合微电流刺激模块250输出微电流。
[0043] 监测对象通过佩戴头戴环终端100，使得第一偏置电极片11、第二偏置电极片15、参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14；第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14紧贴监测对象前额的固定点位，进而采集监测对象的脑电信号。上位机240通过对脑电信号进行处理生成刺激信号。微电流刺激模块250根据刺激信号生成微电流，并通过参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14的相互配合(参考电极片13在此是为了提供参考电压，输出微电流的为第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14)，输出微电流。同时，在第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14输出微电流的过程中，第一偏置电极片11、第二偏置电极片15和参考电极片13持续采集脑电信号，将脑电信号发送至上位机240进行处理，并且上位机240可以根据实时采集的脑电信号，对微电流刺激模块250的输出电流进行相应的调节。
[0044] 本申请实施例中在微电流刺激模块控制第一采集刺激电极片和第二采集刺激电极片输出微电流时，第一偏置电极片、第二偏置电极片和参考电极片，持续采集脑电信号，实现了脑电信号监测和输出微电流的同步进行。并且上位机根据实时监测的脑电信号，可以即时调整电刺激参数，提高了用户体验。
[0045] 参考附图3，其示出了本申请实施例提供的一种微电流刺激模块的结构框图。如图3所示，包括：波形发生器251、恒压流转换器252和电流检测模块253。波形发生器251用于根据刺激信号生成微电流刺激源；电流检测模块253用于检测微电流刺激源的电流是否小于预设值；在微电流刺激源的电流小于预设值时，电流检测模块253控制微电流刺激源生成微电流。
[0046] 监测对象通过佩戴头戴环终端100，使得第一偏置电极片11、第二偏置电极片15、参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14；第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14紧贴监测对象前额的固定点位(本申请实施例中的电极片均为干性电极片)。此时，监测对象可以启动头戴环终端100进行脑电信号的采集。其中，第一偏置电极片11、第二偏置电极片15分别与脑电信号采集模块210中对应的偏置电极连接；参考电极片13与脑电信号采集模块210中对应的参考电极连接；第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14分别与脑电信号采集模块210中对应的采集刺激电极连接。各个电极片和脑电信号采集模块210中对应的电极共同完成脑电信号的采集，并将采集到的脑电信号通过电路输入至数据处理模块220进行处理。其中，参考附图4，第一偏置电极片11、第二偏置电极片15采集到的脑电信号，通过数据处理模块220中的偏置电极221和引脚BIAS输入至数模转换器(数模转换器可以为ADS1299数模转换器)224中；参考电极片13采集到的脑电信号，通过数据处理模块220中的参考电极223和引脚SRB2输入至数模转换器224中；第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14通过数据处理模块220中的采集刺激电极222和信号输入引脚输入至数模转换器224中。
[0047] 进一步的，脑电信号在数模转换器224中依次通过低噪声前端放大器进行放大、模拟滤波器去除高频噪声和低频干扰、Δ Σ模数转换器转换为高分辨率数字信号等操作，最终通过数模转换器224内置的数字滤波器进行滤波处理，并将处理后的脑电信号发送至微处理器225中进行存储。当蓝牙传输模块230已经与上位机240建立连接后，蓝牙传输模块230采用2.4GHz的频段收发数据实现和上位机240的双向通信。然后，蓝牙传输模块230将微处理器(MCU)225中的脑电信号发送至上位机240。
[0048] 上位机240在接收到脑电信号后，对脑电信号进行处理生成结果指数和刺激信号。上位机240通过蓝牙传输模块230将刺激信号发送至微电流刺激模块250。刺激信号经过波形发生器251生成微电流刺激源，微电流刺激源的波形可以为正弦波、三角波或方波等，在此不作限定。微电流刺激源通过恒压流转换器252进行相应的直交流转换处理。同时，电流检测模块253还会检测直交流转换处理后微电流刺激源的电流是否小于预设值(预设值可以为0.2毫安)。
[0049] 若小于预设值，则直交流转换处理后微电流刺激源的电流作为微电流，并通过参考电极片13、第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14的相互配合，输出微电流。同时在第一采集刺激电极片12和第二采集刺激电极片14输出微电流的过程中，脑电信号采集模块210和第一偏置电极片11、第二偏置电极片15和参考电极片13相互配合，持续采集脑电信号。然后将脑电信号依次通过数据处理模块220、蓝牙传输模块230发送至上位机240进行处理，并且上位机240可以根据实时采集的脑电信号，对微电流刺激模块250的输出电流进行相应的调节；若不小于预设值，则头戴环终端100会自动切断。
[0050] 本申请实施例通过5路干性电极片和脑电信号采集模块对脑电信号进行采集和监测，数据处理模块对脑电信号进行处理减少噪声，微电流刺激模块根据刺激信号输出微电流。进一步简化了操作流程，提高了用户使用体验。并且，采用5路干性电极片相比32路湿电极片的脑电采集设备和经颅电刺激设备，进一步减少了电极片的数量，使用更为便捷。
[0051] 本申请实施例还提供一种脑电信号处理方法，包括：通过多个电极片采集监测对象的脑电信号；通过上位机计算脑电信号各频段的功率；根据脑电信号各频段的功率、基于Pope提出的认知专注度算法、基于前额alpha功率的不对称性算法以及基于Higuchi的分形维数算法，通过上位机计算出监测对象的注意力指数、情绪指数和抑郁指数；根据注意力指数、情绪指数和抑郁指数，通过上位机生成刺激信号；根据刺激信号，通过微电流刺激模块控制多个电极片输出微电流。
[0052] 本申请实施例的详细内容已在前述脑电信号处理系统中进行描述，在此便不在进行赘述。
[0053] 在本申请的一些实施例中，多个电极片分别为第一偏置电极片、第二偏置电极片、参考电极片、第一采集刺激电极片和第二采集刺激电极片；第一采集刺激电极片和第二采集刺激电极片，用于采集脑电信号或用于输出微电流，还包括：在控制第一采集刺激电极片和第二采集刺激电极片输出微电流时，控制第一偏置电极片、第二偏置电极片和参考电极片，持续采集脑电信号，并将脑电信号发送至上位机进行处理。
[0054] 本申请实施例还提供一种脑电信号处理设备，用于和上位机配合使用，实现以上任一实施例所述的脑电信号处理方法的步骤。
[0055] 在本申请的一些实施例中，脑电信号处理设备为头戴环终端。
[0056] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
