便携式动态脑电监护仪及其控制方法技术

一种便携式动态脑电监护仪及其控制方法，属于医疗器械领域，该脑电仪由脑电信号采集单元、脑电信号分析存储单元、上位机组成，脑电信号采集单元的输入输出端连接脑电信号分析存储单元的第一输入输出端，脑电信号分析存储单元的第一数字信号输入输出端连接上位机的输入输出端；本发明专利技术便携式动态脑电监护仪，稳定性、可靠性高，能够实现对偶发、短暂、阵发或具有特征性的脑电活动的动态长期监测，且不影响患者的正常生活学习工作，由于可连续记录较长时间的脑电数据，因此对癫痫及脑血管疾病的诊断以及睡眠的研究和分析有重要的临床价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗器械领域，特别涉及一种。
技术介绍
通过采集人类脑部的生理信号来获取人的意图一直都是人类的梦想，特别是从 1929年Hans Berger第一次记录了脑电图以来，人们就推测它或许可以用于通信和控制， 使大脑不需要通常的媒介——外周神经和肢体的帮助而直接对外界作用。另外，在残疾人 康复领域、疾病诊断方面，脑电研究更加具有了实际的意义。自20世纪80年代以来，人类对大脑疾病的诊断方法产生了划时代的进展。CT、MRI 等数字显影设备的问世，大大简化了诊断的过程，提高了诊断的精确性，并且能够显示出大 脑结构形态改变的清晰影像，以供临床判断。但是它只能对大脑的器质性疾病显影，对大脑 的功能性疾病不显影，这也是它的缺陷。目前脑电波监护仪主要有以下几种一种是机电式脑电仪也称为热笔描记式脑电 仪，是根据机电原理，通过机械的方式，根据电压的变化将记录到的脑电波记录在纸上。一 种是数字化脑电仪，是集脑电放大、数模转换、数据保存为一体的微型脑电信号记录器，并 与计算机软件技术相结合的一种最新技术产品。此外，还有脑地形图仪、用于记录诱发脑电 的脑诱发电位仪、带有视频监视和记录功能的视频脑电图仪等。前一种脑电仪稳定性可靠性低，只能进行静态短时间的监测，但是我们知道脑电 波的异常活动并不一定连续出现，有些是瞬间变化的。因而对一些偶发、短暂、阵发的或具 有特征性的脑电活动，在监测的短时间监测有可能监测不到。并且数据保存和查询非常困 难。而后一种脑电仪一般将采集到的脑电信号经过A/D转换后，通过串口线或者无线串口 或者USB接口传输给上位机，借助上位机进行辅助分析处理、显示和存储，虽然这种较之上 一种保存和查询比较方便，但是这种也是只能到特定的医院去检查，并且必须实时传输给 上位机，会影响到患者的正常生活学习，这样会大大增加检查的时间。总结现有的脑电信号 采集系统，可以发现存在着以下几个缺点脑电信号采集系统体积大功耗大，不便于携带， 使用不灵活，伪迹消除能力差，滤波性能不良，现有滤波器高频衰减太慢，对脑电波信号选 择性不好，抗干扰能力差，随个体和环境的变化输出结果不稳定等方面还有较大差距。
技术实现思路
为弥补上述装置之不足，本专利技术提供一种， 本专利技术的技术方案是这样实现的该脑电仪由脑电信号采集单元、脑电信号分析存储单元、上位机组成，脑电信号采集单元的输入输出端连接脑电信号分析存储单元的第一输 入输出端，脑电信号分析存储单元的第一数字信号输入输出端连接上位机的输入输出端；脑电信号采集单元由模拟处理模块、模数转换电路、右腿驱动电路和脑电极组成，其 中，脑电极由第一脑电极、第二脑电级，……，第η脑电极组成，脑电极通过导联线连接模拟 处理模块的输入端，模拟处理模块的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端作为脑电信号采集单元的输出端，模拟处理模块的初级放大电路输出端连接右腿驱 动电路的输入端；所述的模拟处理模块由射频抑制电路、初级放大电路、工频焰波电路、后级放大滤波电 路组成，脑电极的输出端连接射频抑制电路的输入端，射频抑制电路的输出端连接初级放 大电路的输入端，初级放大电路的输出端连接工频焰波电路的输入端，工频焰波电路的输 出端连接后级放大滤波电路的输入端，后级放大滤波电路的输出端作为模拟处理模块的输 出端；脑电信号分析存储单元包括数字信号处理器、可编程逻辑器件、键盘、存储器、液晶 屏、实时时钟、USB，数字信号处理器的第一信号输入输出端作为脑电信号分析存储单元的 第一输入输出端，数字信号处理器的第二输入输出端连接存储器的输入输出端，数字信号 处理器的第三输入输出端连接液晶屏的输入输出端，数字信号处理器的第四输入输出端连 接实时时钟的输入输出端，数字信号处理器的第五输入输出端连接USB的输入输出端，数 字信号处理器的第六输入输出端作为脑电信号分析存储单元的第二数字信号输入输出端， 数字信号处理器的输出端连接可编程逻辑器件的输入端，可编程逻辑器件的第一输出端连 接键盘的输入端，可编程逻辑器件的第二输出端连接存储器的输入端，可编程逻辑器件的 第三输出端连接液晶屏的输入端，可编程逻辑器件的第四输出端连接实时时钟的输入端， 可编程逻辑器件的第五输出端连接USB的输入端，键盘的输出端连接数字信号处理器的输 入端；本专利技术的便携式动态脑电监护仪控制方法，包括以下步骤步骤1 采用低通滤波、高通滤波和均值滤波相结合的方法对采集到的信号进行数字 滤波步骤2 采用中值滤波的方法，对经步骤1处理的信号进行抑制基线漂移操作；步骤3 采用独立分量算法，对经步骤2处理过的信号进行伪迹消除操作。 步骤1所述的高通滤波包括以下步骤步骤1 根据过渡带宽度和阻带衰减确定窗函数为凯泽窗；步骤2:生成数字滤波器系数，采用MATLAB中的Signal Processing Toolbox 6. 2工 具自动生成数字低通滤波器、高通滤波器的系数；步骤3 通过卷积计算，实现滤波，公式如下 NAy{n) = Yh(i)x(n-i)，ν为滤波器系数个数，为滤1=0(O < < Ar-I)h(i) (i € N)波器系数，Φ- .、为原始脑电数据，为滤波后的脑电数据；步骤1所述的均值滤波包括以下步骤步骤1 确定均值滤波缓冲区的大小，本专利技术中缓冲区大小为4，即可存放4个脑电数 据，分别用3^、3^+1、3^+2、3--[+β (其中i e N)表示；步骤2 求缓冲区中 、ai+1、ai+2、ai+3的平均值b ；步骤3 比较 、ai+1、ai+2、ai+3,找出最大值与最小值；步骤4 若最大值与最小值之差大于2，用平均值b替代ai ；若最大值与最小值之差小 于2，用平均值b替代 、ai+1、^i+2、^i+3 >6步骤5 将缓冲区的4个数依次向右移动一位，此时b已移除缓冲区，同时新的脑电数 据ai+4进入缓冲区，转到步骤2;步骤1所述的低通滤波的指标包括采样频率为1000Hz ；低通滤波器截止频率为 IOOHz,阻带截止频率为150Hz ；高通滤波器截止频率为1. 5Hz ；通带纹波为0. 05，阻带纹波 为0. 01 ；滤波器的系数个数为45个；步骤2所述的中值滤波方法包括以下步骤步骤1 建立滤波缓冲区，本申请中滤波缓冲区大小为161 ；步骤2 对缓冲区中的脑电数据(该数据为数字滤波后的数据)按从小到大的顺序排列 获得中值；步骤3 基线校正，将缓冲区(排序前)中的末端脑电数据与步骤2获得的中值相减，抵 消漂移；步骤4:更新缓冲区，将缓冲区中的脑电数据依次向右移动一位，末端数据移出缓冲 区，同时新的脑电数据移入缓冲区，转到步骤2 ； 步骤3所述的独立分量算法，包括以下步骤步骤1 对经过数字滤波以及基线漂移抑制后的脑电数据χ进行中心化，使其均值为0 ；步骤2 对步骤1处理后的脑电数据进行白化处理得到测量数据 步骤3 选择要估计的独立分量的个数《 ,令已经分离的独立分量的个数P是1 ；步骤4:选择具有单位范数的初始化向量; 步骤5:更新Wp，公式为wp Zgiwlτ￡)]- ^tgf(WjrZ)IWi, (1 彡 i 彡 p，i e N)式中，E[]是求期望运算，g(X)=tanh(X) =(ex-e(-x))/(e2+e(-x)),g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式动态脑电监护仪，其特征在于：该装置由脑电信号采集单元、脑电信号分析存储单元、上位机组成，脑电信号采集单元的输入输出端连接脑电信号分析存储单元的第一输入输出端，脑电信号分析存储单元的第一数字信号输入输出端连接上位机的输入输出端。

【技术特征摘要】
一种便携式动态脑电监护仪，其特征在于该装置由脑电信号采集单元、脑电信号分析存储单元、上位机组成，脑电信号采集单元的输入输出端连接脑电信号分析存储单元的第一输入输出端，脑电信号分析存储单元的第一数字信号输入输出端连接上位机的输入输出端。2.根据权利要求1所述的便携式动态脑电监护仪，其特征在于所述的脑电信号采集 单元由模拟处理模块、模数转换电路、右腿驱动电路和脑电极组成，其中，脑电极由第一脑 电极、第二脑电级，……，第η脑电极组成，脑电极的输出端通过导联线连接模拟处理模块 的输入端，模拟处理模块的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端作 为脑电信号采集单元的输出端，模数处理模块的初级放大电路输出端连接右腿驱动电路的 输入端。3.根据权利要求2所述的便携式动态脑电监护仪，其特征在于所述的模拟处理模块 由射频抑制电路、初级放大电路、工频焰波电路、后级放大滤波电路组成，脑电极的输出端 连接射频抑制电路的输入端，射频抑制电路的输出端连接初级放大电路的输入端，初级放 大电路的输出端连接工频焰波电路的输入端，工频焰波电路的输出端连接后级放大滤波电 路的输入端，后级放大滤波电路的输出端作为模拟处理模块的输出端。4.根据权利要求1所述的便携式动态脑电监护仪，其特征在于所述的脑电信号分析 存储单元包括数字信号处理器、可编程逻辑器件、键盘、存储器、液晶屏、实时时钟、USB接 口，数字信号处理器的第一信号输入输出端作为脑电信号分析存储单元的第一输入输出 端，数字信号处理器的第二输入输出端连接存储器的输入输出端，数字信号处理器的第三 输入输出端连接液晶屏的输入输出端，数字信号处理器的第四输入输出端连接实时时钟的 输入输出端，数字信号处理器的第五输入输出端连接USB的输入输出端，数字信号处理器 的第六输入输出端作为脑电信号分析存储单元的第二数字信号输入输出端，数字信号处理 器的输出端连接可编程逻辑器件的输入端，可编程逻辑器件的第一输出端连接键盘的输入 端，可编程逻辑器件的第二输出端连接存储器的输入端，可编程逻辑器件的第三输出端连 接液晶屏的输入端，可编程逻辑器件的第四输出端连接实时时钟的输入端，可编程逻辑器 件的第五输出端连接USB的输入端，键盘的输出端连接数字信号处理器的输入端。5.权利要求1所述的便携式动态脑电监护仪的控制方法，其特征在于该方法包括以 下步骤步骤1 采用低通滤波、高通滤波和均值滤波相结合的方法对采集到的信号进行数字 滤波步骤2 采用中值滤波的方法，对经步骤1处理的信号进行抑制基线漂移操作；步骤3 采用独立分量算法，对经步骤2处理过的信号进行伪迹消除操作。6.根据权利要求5所述的便携式动态脑电监护仪的控制方法，其特征在于步骤1所 述的高通滤波包括以下步骤步骤1 根据过渡带宽度和阻带衰...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明全，慈国辉，代继成，牟超，王子敬，朱万里，金晶，刘世昌，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]