[發明專利]便攜式腦電采集設備及其在SSVEP和運動想象中的應用

在審

• 申請號: 201810168228.X
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108433722A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 高忠科;黨偉東
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476;A61B5/00;G06F3/01;G06K9/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種便攜式腦電采集設備，其特征在于，包括，系統供電電路(1)、腦電極帽轉接線(2)、PGA放大電路(3)、AD轉換器(4)、STM32處理器(5)和WIFI模塊(6)，其中，所述腦電極帽轉接線(2)的輸入端連接腦電極帽用于采集腦電信號，輸出端依次連接PGA放大電路(3)、AD轉換器(4)和STM32處理器(5)，所述STM32處理器(5)分別連接PGA放大電路(3)和AD轉換器(4)用于對PGA放大電路(3)和AD轉換器(4)的工作狀態進行控制，所述WIFI模塊(6)連接STM32處理器(5)用于通過無線局域網使STM32處理器(5)與上位機進行通信，所述系統供電電路(1)分別連接PGA放大電路(3)、AD轉換器(4)、STM32處理器(5)和WIFI模塊(6)用于提供電源。

2.根據權利要求1所述的便攜式腦電采集設備，其特征在于，其中，

所述的系統供電電路(1)提供3.3伏和5伏兩種直流電源；

所述的電極帽轉接線(2)采用國際標準1.5mm孔式插口；

所述的PGA放大電路(3)采用可編程增益放大器，能通過程序調節放大倍數，提高測量精度；

所述的AD轉換器(4)的轉換精度為24位；

所述的STM32處理器(5)采用STM32F407ZET6芯片，STM32處理器(5)一方面接收AD轉換器發送的數字信號，一方面對AD轉換器的工作狀態進行控制；

所述的WIFI模塊(6)最大傳輸速率為40Mbps。

3.根據權利要求1所述的便攜式腦電采集設備，其特征在于，所述的STM32處理器(5)基于數據壓縮感知理論將接收到的腦電信號μ進行壓縮，得到觀測信號將觀測信號通過WIFI模塊(6)上傳至上位機，然后上位機基于正交匹配追蹤算法確定稀疏系數的估計，進而重構腦電信號估計作為實際應用中的腦電信號。

4.根據權利要求3所述的便攜式腦電采集設備，其特征在于，所述STM32處理器(5)基于數據壓縮感知理論將接收到的腦電信號μ進行壓縮，包括：

(1)選用一組稀疏基B為選稀疏集的個數，對長度為J的腦電信號μ進行稀疏表示：系數向量η滿足該系數向量η中非零元素個數遠小于B，其中稀疏基選用正弦基、余弦基、小波基和curvelet基中的一種；

(2)取用大小為M×J的高斯觀測矩陣矩陣中任意元素均服從高斯分布N(0,1/M)，觀測信號表示為：其中是大小為M×B的傳感矩陣，M是得到的觀測信號的維數，滿足觀測矩陣和稀疏矩陣必須滿足不相關性的要求。

5.根據權利要求3所述的便攜式腦電采集設備，其特征在于，所述上位機基于正交匹配追蹤算法確定稀疏系數的估計，進而重構腦電信號估計包括：

(1)以觀測信號以及傳感矩陣G為輸入，并設定稀疏度初始化殘差構建索引集初始化迭代次數q＝1；

(2)分別計算殘差r_q-1和傳感矩陣G_q-1的所有列g_j,j∈[1,B]的內積，G₀＝G，確定內積中最大值對應的角標λ_q∈[1,B]，即

(3)更新索引集Λ_q＝Λ_q-1∪{λ_q}，記錄傳感矩陣G_q-1中的重建原子集合即每一次迭代將使得傳感矩陣增多一列；

(4)確定重構腦電信號估計并更新殘差q＝q+1；

(5)判斷迭代次數是否滿足若滿足，則停止迭代；若不滿足，返回第(2)步。