一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法，包括以下步驟：步驟S1、從人耳耳道采集耳電波信號；步驟S2、對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理；步驟S3、對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號；步驟S4、將所述耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。本發(fā)明的從人耳耳道采集腦電波信號的方法通過一個設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)采集電極獲取人體的腦電波信號，能夠在多種環(huán)境下實現(xiàn)腦電波的采集；操作方便，適于長期舒適穿戴。
【專利說明】
_種從人耳耳道采集腦電波信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物信息的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在醫(yī)療上，采集人體的腦電波可作為腦疾的診斷手段，也可以作為大腦或心理疾病治療康復期間的長期輔助或者用于殘疾人自助控制假肢。在軍事上，采集人體的腦電波可以實時分析士兵在戰(zhàn)場中的大腦精神狀態(tài)，為戰(zhàn)場指揮提供預警等輔助信息。另外，在兒童腦力訓練、運動員訓練、特定崗位人員疲勞監(jiān)測、電子游戲、設(shè)備控制等各方面，腦電波也有很廣泛的應用。因此，如何采集腦電波成為一個重要的課題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，進行腦電波采集時，基本上都是直接從頭皮上采集信號。由于頭皮角質(zhì)層導致電極接入阻抗非常大，加上腦電信號非常微弱，只有幾十微安量級且受到很大的工頻共模干擾，所以需要對信號進行放大(一般為20000到60000倍)和濾波(除去工頻干擾)處理，使得信號可以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，能夠在進一步處理后獲得腦電波信號。
[0004]因此，現(xiàn)有的腦電波采集方法具有以下缺陷:
[0005](1)操作非常復雜，需要用導電凝膠把眾多電極固定在頭皮上，電極的擺放、電極阻抗的檢查都需要經(jīng)過訓練的專業(yè)人員進行；
[0006](2)導電凝膠容易干燥失去導電能力，使得長時間采集變得不易；
[0007](3)每次采集前后都需要清潔頭部，帶來很多不便；
[0008](4)分離式器件搭建的前端電路使得現(xiàn)有的腦電波采集設(shè)備大都體積笨重，接入電極的導線極長，不易攜帶；
[0009](5)腦電波的采集被限制在特定的環(huán)境下，比如住院病人的監(jiān)測或者實驗室研究。
[0010]另外，目前也有一些簡易的腦電波采集方法出現(xiàn)，都是通過使用干電極并減少電極數(shù)量來實現(xiàn)。然而，上述便攜式腦電波采集方法仍然直接在頭皮上采集信號，基本原理與傳統(tǒng)腦電波采集方法相同，同樣存在不適合長期舒適穿戴、不美觀的缺陷，且由于日常行動會使得電極移動導致接入阻抗變化，使得測量不夠準確。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法，采用在人耳耳內(nèi)采集腦電波信號的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直接在在頭皮上采集腦電波信號的方式，在滿足腦電波信號相關(guān)應用需要的前提下，適用于多種環(huán)境。
[0012]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法，包括以下步驟:步驟S1、從人耳耳道采集耳電波信號；步驟S2、對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理；步驟S3、對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號；步驟S4、將所述耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。
[0013]根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述步驟S1中，通過設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)米集電極米集耳電波彳目號。
[0014]進一步地，根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述耳內(nèi)采集電極包括三個電極，其中兩個電極用來提取差分生理電信號，另一個電極作為參考電極用于后續(xù)去除共模干擾。
[0015]根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述步驟S2中，通過預處理電路對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理；所述預處理電路包括相連的二階無源低通濾波器和限幅電路。
[0016]根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述步驟S3中，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換放大電路對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號。
[0017]根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述步驟S4中，通過處理器將所述耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。
[0018]進一步地，根據(jù)上述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其中:所述處理器采用 DSP〇
[0019] 如上所述，本發(fā)明的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，具有以下有益效果:
[0020](1)通過一個設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)采集電極獲取人體的腦電波信號，能夠在多種環(huán)境下實現(xiàn)腦電波的采集；
[0021](2)操作方便，適于長期舒適穿戴?！靖綀D說明】
[0022]圖1顯示為本發(fā)明的從人耳耳道采集腦電波信號的方法的流程圖。【具體實施方式】
[0023]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0024]需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想， 遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0025] 參照圖1，本發(fā)明的從人耳耳道采集腦電波信號的方法包括以下步驟:
[0026]步驟S1、從人耳耳道采集耳電波信號。
[0027] 具體地，通過設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)采集電極采集耳電波信號。耳內(nèi)采集電極包括三個電極，其中兩個電極用來提取差分生理電信號，另一個電極作為參考電極用于后續(xù)去除共模干擾。在可能的情況下，應使得三個電極的距離盡量大，這樣可以采集到更好的耳電波信號。
[0028]步驟S2、對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理。
[0029] 具體地，通過預處理電路對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理。預處理電路包括相連的二階無源低通濾波器和限幅電路，分別完成對耳電波信號的低通濾波及限幅處理。由于生理電信號的頻率在10到30Hz之間，所以低通濾波器的截止頻率可以設(shè)計為稍大于30Hz。經(jīng)過預處理電路后，信號被濾除高頻成分，是耳電波信號和共模干擾的混合信號。
[0030]步驟S3、對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號。
[0031]具體地，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換放大電路對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號。信號的放大、去共模干擾以及模數(shù)轉(zhuǎn)換都可以基于一塊專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片ADS1299完成。ADS1299在采樣頻率不超過8kHz時模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度達到24位，再結(jié)合其集成的具有高共模抑制比的差分輸入可編程增益放大器，在參考電壓為4.5V的情況下分辨率最小可以達到〇.0536微安；搭配其內(nèi)置的偏置驅(qū)動放大器只要外接簡單的電路就可以完成連接參考電極的的偏置驅(qū)動電路，可以有效去除共模干擾。經(jīng)過ADS1299處理之后輸出的是沒有噪聲或噪聲很小的耳電波的數(shù)字信號。
[0032]步驟S4、將耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。
[0033]腦電波是由所有大腦神經(jīng)元放電產(chǎn)生的一種總的生理電現(xiàn)象。事實上，即使是傳統(tǒng)的在頭皮上采集信號的電極采集到的信號相互之間也是不一樣的，遵循的基本關(guān)系是， 兩個電極之間的距離越遠那么采集到的信號一致性越差。這是因為大腦產(chǎn)生的電信號經(jīng)過體液、皮膚傳導的過程中一直在衰減同時也收到其它干擾。研究發(fā)現(xiàn)人耳道采集到的電信號與從人頭部顳區(qū)采集的電信號極其相似，可以通過算法完成兩種信號之間的轉(zhuǎn)換。只是由于衰減的路徑比較長，所以耳電波的幅度比大部分頭皮電極采集到的信號要小不少?；谏鲜銮闆r，首先采用數(shù)字陷波器去掉工頻干擾。然后，檢測腦電波中是否存在棘波。由于耳電波衰減比較嚴重，信號幅度小，棘波沒有頭皮上采集到的信號那么明顯，需要選擇合適的閾值針對特定的功能要求對耳電波的幅度和頻率進行修改處理，把棘波明顯的體現(xiàn)出來。比如如果考慮耳電波的衰減之后，發(fā)現(xiàn)其幅度在一段時間內(nèi)多次達到棘波的級別，就可以預測棘波是存在的，可以對耳電波修改處理。
[0034]本發(fā)明中，根據(jù)上述原理，通過處理器將耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。優(yōu)選地，處理器采用處理速度更快的DSP。DSP連接在ADS1299的SPI接口輸出端，將耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。需要說明的是，處理器最后輸出的是腦電波信號可以是數(shù)字信號，也可以是模擬信號。
[0035]綜上所述，本發(fā)明的從人耳耳道采集腦電波信號的方法通過一個設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)采集電極獲取人體的腦電波信號，能夠在多種環(huán)境下實現(xiàn)腦電波的采集；操作方便，適于長期舒適穿戴。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0036]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:包括以下步驟:步驟S1、從人耳耳道采集耳電波信號；步驟S2、對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理；步驟S3、對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字信號；步驟S4、將所述耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述步驟 S1中，通過設(shè)置在耳內(nèi)的耳內(nèi)采集電極采集耳電波信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述耳內(nèi) 采集電極包括三個電極，其中兩個電極用來提取差分生理電信號，另一個電極作為參考電 極用于后續(xù)去除共模干擾。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述步驟 S2中，通過預處理電路對采集到的耳電波信號進行低通濾波和限幅處理；所述預處理電路 包括相連的二階無源低通濾波器和限幅電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述步驟 S3中，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換放大電路對處理后的信號進行放大、去共模處理，并轉(zhuǎn)換為耳電波數(shù)字 信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述步驟 S4中，通過處理器將所述耳電波數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為腦電波信號。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從人耳耳道采集腦電波信號的方法，其特征在于:所述處理 器采用DSP。
【文檔編號】A61B5/0476GK105982665SQ201510075994
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發(fā)明人】魏建明, 戚攀, 李彥海, 馬皛源, 張富平, 李丹
【申請人】中國科學院上海高等研究院