[發明專利]基于阻抗自適應的腦電信號采集系統及方法

有效

• 申請號: 201210391812.4
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102871657A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 胡德文;周宗潭;姜俊;劉亞東;印二威
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及腦機接口技術，尤其涉及基于阻抗自適應的腦電信號采集系統及方法。

背景技術

腦機接口（Brain-Computer?Interface，BCI）是一種不依賴于正常的由外周神經和肌肉組成的輸出通路的通訊系統。它通過一定手段檢測大腦活動信號，再利用信號處理和模式識別等方法從中辨別出人的意圖，從而把人的思維活動轉換為計算機指令，實現對外部設備的控制或與外界進行信息交流。由于腦機接口不需要人的肢體動作或者語言表達直接參與，這項技術既可以為傷殘人群提供更加有效的醫療康復和生活輔助設備，也可以作為一種新型人機一體化系統實現方式，從而在醫療、工業、交通等眾多領域具有重要的應用前景。

腦電信號的檢測是腦機接口技術的基礎，現有的檢測方法主要包括侵入式和非侵入式兩類。侵入式信號檢測方法將電極安置于大腦皮層表面或植入到大腦皮層之中，直接采集神經活動產生的生物電信號。這種檢測方法得到的信號噪聲小，時空分辨率較高，但需要進行專業的外科手術，操作復雜且對被試損害較大，因此難以找到合適的實驗對象，應用范圍較窄；而非侵入式信號檢測方法則是將電極安置在大腦頭皮表面，操作簡單且不會對人體產生損傷，成為目前腦機接口技術研究中廣泛采用的信號檢測方法。然而，受到頭發、頭皮分泌物以及電極與頭皮接觸狀態等眾多因素的影響，頭皮與電極之間往往具有較大阻抗，使得這種檢測方法所得到的信號噪聲較大，波形失真嚴重。如何降低頭皮與電極之間的阻抗，并長期保持這兩者之間穩定的阻抗值，研制出精確、可靠，操作簡單且能夠長時間連續使用的腦電信號采集系統，一直是腦機接口技術研究中的難題。

目前，降低電極與頭皮之間阻抗常用的方法有兩類，一種是電極與大腦頭皮不直接接觸，通過在兩者之間加入液態或者糊狀的導電介質，實現電極與頭皮之間的低阻抗接觸，這類電極也常被稱為濕電極。另一種則不需要導電介質，而是通過對電極結構進行專門設計，直接將電極末端和頭皮接觸以降低電極阻抗，這類電極相應的被稱為干電極。采用濕電極在準備良好的情況下能夠有效的降低電極阻抗，所采集得到的腦電數據信噪比較高，但也存在兩個難以克服的缺點：一是實驗準備過程復雜，在實驗操作者需要花費較多的時間和精力對每個采集位置涂抹導電膏，或者將電極放入導電液中浸泡，這一過程一般要花費幾十分鐘到一、二個小時不等，且實驗效果對操作者的技術和經驗依賴性較大；二是導電介質會在實驗過程中發生變化，比如導電膏的流動性會導致電極與頭皮接觸不良，甚至會發生相鄰電極的導電膏接觸，引起信號串擾，而導電液（如生理鹽水）則會受人體體溫的影響，在實驗過程中不斷蒸發。這些因素都會使電極阻抗隨著實驗的不斷進行而逐步增大，影響實驗數據的穩定性，降低單次實驗的有效進行時間。相比之下，干電極由于不需要導電介質，能有效降低實驗準備過程的復雜度，大大縮短實驗準備時間，比如利用針狀電極陣列設計的腦電圖電極帽直接佩戴即可使用。干電極的這一優點使其越來越受到眾多研究者的青睞，然而實驗表明，這種電極的阻抗值一般情況下大于濕電極，采集得到的腦電數據信噪比較高；同時，實驗過程中頭皮分泌的油脂等因素也會影響電極與頭皮之間的接觸，使得電極阻抗也會逐漸增大，影響實驗數據的穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種操作簡單、使用方便、能長時間保持低電極阻抗、腦電數據能夠保持高信噪比和高穩定性的基于阻抗自適應的腦電信號采集系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于阻抗自適應的腦電信號采集系統，包括電極帽，所述電極帽上設有多個電極，還包括用于檢測所述電極的阻抗值的阻抗檢測裝置以及用于為所述電極補充導電液的導電液加注裝置，所述導電液加注裝置包括與各電極相連的加液執行機構和與阻抗檢測裝置相連的控制器，所述控制器根據阻抗檢測裝置測得的各電極的實時阻抗值控制加液執行機構對實時阻抗值在加液閥值范圍內的電極加液。

所述電極包括殼體、電極片、與所述阻抗檢測裝置相連的銀絲導線、與所述加液執行機構相連的加液導管以及多個觸針，所述多個觸針呈陣列狀與電極片固接，所述電極片固定于殼體下端并與殼體圍成一腔體，所述殼體上設有與所述腔體相通的導線孔和加液孔，所述銀絲導線穿過導線孔與電極片連接，所述加液導管插設于加液孔內并與所述腔體相通。

所述觸針與所述腔體相通，所述觸針下部開設有補液小孔。

所述加液執行機構包括儲液罐和電子閥，所述電子閥一端與儲液罐連通，另一端與各電極的加液導管連通，電子閥與控制器電連接，并由控制器控制電子閥與各電極的加液導管之間的通斷。