CN110623664A - 一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法 - Google Patents

一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于脑波信号技术领域，公开了一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法。采传感器采集脑波信号，利用蓝牙传输到处理器中；当处理器接收到脑电波，进行分析，解析出睡眠脑电波，根据这个睡眠脑电波数据，对数据进行滤波等处理，蓝牙传输至客户端，客户端送到服务器，服务器对数据处理再经由客户端到处理器；处理器接收到蓝牙传输的数据，同时将数据转换为处理器的控制信号，控制IO端口输出脉冲宽度调制波控制电极贴片的微小驱动电流，对穴位形成一定的刺激，起到安神助眠之功效。本发明实现了脑波数据的自主采集、分析及控制反馈功能，便携、小型的结构设计免除了患者反复前往医疗机构的麻烦，有利于科研数据的自主收集。

Description

一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法
技术领域
本发明属于脑波信号技术领域，尤其涉及一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
传统的脑电采集处理***包括输入、放大、滤波、分析等组成部分，到目前为止，人体脑电信号采集处理主要有如下几种类型。
临床上，核磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)及临床脑电图法(EEG)被认为是稳定可靠的人体脑电波信号检查技术。MRI技术的原理是利用人体组织器官细胞内的氢原子核在磁场作用下发生共振，记录共振轨迹并重建数据。大脑神经细胞受到刺激时，相应脑区供血情况发生改变，同时该区域磁化率发生变化，从而获得区域大脑神经元的活动情况。PET技术的原理是通过检查核素正负电子对撞产生的高能光子，获取核素在人体组织截面的分布浓度，但实质上是对组织代谢过程的检测。EEG技术基于电磁学原理获得脑电成像图，通过头部神经元活动产生的磁场、电场改变，判断神经元是否正常活动，同时还可获得神经元的活动位置和活动强度。
商业领域，脑电信号采集处理的设备厂商主要有美国的Neuro scan公司、Emotive公司和德国的Brain Products公司、DWL公司等。其产品通常具有高等级通道、多通道电极接口信号放大***、高质量A/D转换芯片，同时还可利用主动降噪技术抑制噪声对脑电信号的干扰。另外，便携式产品也逐渐涌现，如eegoTMmylab全移动脑电记录分析***，ZeusTM高通量记录***，ApolloTM便携式记录***等产品。这些产品配备了高采样率放大器，采用主动屏蔽技术，轻巧、灵活，应用领域涵盖了脑科学、体育科学、神经康复、语言学、TMS/EEG、FMRI/EEG、脑机接口等各种领域。
脑电图是通过脑电图描记仪将脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图，以帮助诊断疾病的一种现代辅助检查方法。临床应用中一般使用耳垂、鼻尖或乳突部位作为身体上的零电位点，放在这个点上的电极与头皮上其他部位的电极之间的电位差就是记录的脑电信号。
在大脑处在不同的条件下(如激动、困倦、睡眠等)，脑电图波形具有极大的差别。脑电图波形主要根据其频率不同可划分为四种基本类型。
δ波：频率为每秒0.5～3.5次，幅度为20～200μv。正常成人在清醒状态下，几乎是没有δ波的，但在睡眠期间可出现δ波。一般认为，高幅度的慢波。
(δ波或θ波)可能是大脑皮层处于抑制状态时电活动的主要表现。
θ波：频率为每秒4～7次，幅度为20～150μv。θ波在成人困倦时可以出现。在幼儿时期，一般常见到θ波，到十岁后才出现明确的α波。
α波：频率为每秒8～13次，幅度为20～100μv。正常人在清醒、安静、闭目时，α波即可出现，其幅值呈现由小变大，然后由大变小，如此反复进行的周期性改变，形成α波的“梭形”。每一α波梭形持续约1～2秒。当被试者睁眼或接受其它激动性刺激时(如进行心算)，则α波立即消失并转为快波，称为“α波阻断”。因此认为，α波是大脑皮层处于清醒安静状态时电活动的主要表现。α波的频率、振幅和空域分布等因素是反映大脑机能状态的重要指标。
β波：频率为每秒14～30次，幅度为5～20μv。当被试者睁眼视物、进行思考活动时，β波即可出现。一般认为，β波使大脑皮层处在紧张激动状态时电活动的主要表现。
在睡眠过程中，脑电图发生各种不同变化，这些变化随着睡眠的深度而不同。根据脑电图的不同特征，可以将睡眠分为两种状态：非眼球快速运动睡眠(non-rapid eyemovement即NREM睡眠)和眼球快速运动睡眠(rapid eye movement即REM睡眠)两大类。
非眼球快速运动睡眠阶段，全身肌肉松弛，没有眼球运动，内脏副交感神经活动占优势。心率、呼吸均减慢，血压降低，胃肠蠕动增加，基础代谢率低，脑部温度较醒觉时稍降低，大脑总的血流量较醒觉时减少。非眼球快速运动睡眠以其脑电图特征分为四期，分别为入睡期、浅睡期、中度睡眠期、深度睡眠期。脑电第一期，波以θ波为主，不出现纺锤波或K综合波，实际上是由完全清醒到睡眠之间的过渡阶段，对外界刺激的反应减弱，精神活动进入飘浮境界，思维和现实脱节；第二期，脑电波为纺锤波与K综合波，δ波少于20％，实际上人已经进入了真正的睡眠；第三期，脑电波中δ波占据20％～50％，为中等深度睡眠；第四期，脑电波中δ波占据50％以上，进入深睡状态，这个时期人们不易被唤醒。3～4期睡眠为一般意义上的深睡眠，此时醒觉阈值最高。
眼球快速运动睡眠阶段，出现混合频率的去同步化的低波幅脑电波。眼球快速运动，面部及四肢肌肉有很多次发作性的小抽动，有时或出现嘴唇的吸吮动作，喉部发出短促声音，手足徐动，内脏活动高度不稳定，呼吸不规则，心率经常变动，胃酸分泌增加，脑血流及代谢增加、大部分区域脑神经元放电活动增加、脑组织温度升高，脑耗氧量也比醒觉时明显增加。眼球快速运动睡眠时的醒觉阈值较NREM1期睡眠高，介于NREM2～3期睡眠之间。
整夜睡眠中，REM睡眠与NREM睡眠大约90～100分钟的间歇交替出现，该变化周期称为睡眠周期。正常人睡眠首先进入NREM睡眠期，并迅速由1期依次进入2期，3期，4期并持续下去。在NREM睡眠期持续80-120分钟后出现第一次REM睡眠，持续几分钟后进入下一次NREM睡眠，形成NREM睡眠与REM睡眠循环周期，平均每90分钟出现一次REM睡眠，越接近睡眠后期REM睡眠持续时间逐渐延长。每次可持续10-30分钟。整个睡眠期间这种NREM-REM睡眠周期反复循环3-5次，每个周期的各期不一定齐全，但都是从1期开始，凌晨时每个周期中的睡眠深度变浅不再达到4期，从NREM睡眠与REM睡眠的循环转换可以看出，睡眠过程并非一入睡就由浅入深并持续到天明，而是深一阵，浅一阵，深浅睡眠不断交替。
除了对睡眠规律的研究之外，对大脑内部的一些神经递质和化学物质研究发现：大脑内部的神经递质，如：内源性***肽(或内啡肽)，5-HT(5羟色胺)，γ-氨基丁酸(GABA)等具有镇定、放松的作用，可以恢复大脑内部轻松愉悦的健康环境；神经元释放的兴奋质，如：脑内多巴胺、乙酰胆碱、血清素等，可以改善失眠引起的白天精神萎靡、注意力下降、思维减退等症状；大脑内部的应激激素，包括肾上腺素(ADR)、去甲肾上腺素(NE)、糖皮质激素(皮质醇、皮质酮)、血管紧张素I(Aug正)等，可以促使大脑处于紧张兴奋的状态，心跳加快，血管收缩等现象。
根据以上规律我们可以发现，一个人在处于深度睡眠的情况下，NREM3期和4期的持续时间较长，而REM期的持续时间较短。另外，当脑内促进人镇静、愉悦的成分增加，而让人感觉紧张、兴奋的成分受到抑制时，大脑可以得到很好的休息，更加有助于深度睡眠。对于失眠症的治疗，基本上都是基于这个睡眠原理而进行的。
正常人整晚睡眠中经历着几种相对稳定的状态，为更好地描述睡眠，Rechtschaffen和Kales根据睡眠时脑电图(Electroencephalogram，EEG)、眼电图(Electrooculogram，EOG)、肌电图(Electromyography，EMG)的表现，将睡眠分为6期(即R&K准则)：觉醒期(wakefulness，W)、快速眼动睡眠期(rapid eye movement，REM)和4个非快速眼动睡眠期(non-rapid eye movement，NREM)。其中NREM又分为睡眠1期(S1)、睡眠2期(S2)、睡眠3期(S3)和睡眠4期(S4)，睡眠1、2期为浅睡期(LS)，睡眠3、4期为深睡期(也叫慢波睡眠期(SWS))。目前，国际上普遍采用2007年美国睡眠医学会(AmericanAcademyofSleep Medicine，AASM)修正过的R&K睡眠分期标准，其将R&K准则中的S3、S4期合并为一期，并分别用W、R、N1、N2、N3来表示觉醒期、快速眼动睡眠期、浅睡一期、浅睡二期、深睡期。
睡眠过程中，NREM和REM交替进行，形成4-6次的NREM-REM睡眠周期，每个睡眠周期持续90-120分钟。正常成人睡眠过程中，睡眠各期规则地按顺序出现，即从W-N1-N2-N3-N2-REM，接着再重复N2-N3-N2-REM，如此互相连接，周而复始。其中REM期约100分钟，占总睡眠时间的20％-25％。助睡眠仪器，通过检测人的脑电波的变化曲线，利用芯片调整电子脉冲参数强度和持续时间刺激头部百会、安眠，神门等穴位。
睡眠时脑电波的标准：
四种基本脑波是：δ波(DELTA/δwave)，θ波(THETA/θwave)，α波(ALPHA/αwave)和β波(BETA/βwave)。这四种脑波构成脑电图(EEG)。脑电图是脑内电波的显示，但脑内电波的电压很小，只有百万分之几伏特。
(1)清醒睁眼，大脑活动紧张时β波。
(2)清醒，安静，闭眼时α波；。
(3)疲惫恍惚时θ波。
(4)入睡后δ波。
(5)睡眠有慢波睡眠和快波睡眠。
(6)慢波时Ⅰ期为入睡期，α波逐渐减少，低幅θ波和β波G、不规则地混杂在一起，脑电波呈平坦趋势。
(7)Ⅱ期为浅睡期，出现σ波，并有少量δ波。
(8)Ⅲ期为中度睡眠期，出现高幅δ波，或κ波(δ波与σ波的复合波)。
(9)Ⅳ期为深度睡眠期，出现δ波。
(10)快波睡眠表现为不规则的β波。
睡眠分期表
根据美国睡眠医学会2007年的标准，睡眠分期的脑电标准如下：
根据脑电图的研究，可以将睡眠分为四个阶段。2007年，美国睡眠医学学会把第三阶段和第四阶段合并为一个阶段，即第三阶段。因此，也可以说睡眠阶段包括三个阶段。
第一阶段
第一阶段(约10分钟)：轻度睡眠阶段。这是一种过渡性的睡眠，这时在放松而觉醒状态下所见到α波开始变得不规则并逐渐消失，而眼睛缓慢地旋转。此时逐渐出现θ波，频率较低4-7cps。睡眠者的身体慢慢放松，呼吸变慢，但很容易被外部的刺激惊醒。
第二阶段
第二阶段(约20分钟)：睡眠变得深一些，其EEG出现偶发性的8-14Hz震荡，即“睡眠锭”(sleep spindle)，这是一种短暂爆发的、频率高、波幅大的脑电波。在此阶段，睡眠者很难被唤醒。
第三阶段
第三阶段(约40分钟)：此时出现高幅而缓慢的δ波，眼睛和躯体运动消失，有时也有“睡眠锭”。
第四阶段
第四阶段(约20分钟)：深度睡眠阶段，出现小于或等于2Hz的宽大的EEG节律，可能出现梦游、梦呓、尿床等现象。
快速眼动睡眠阶段
前四个阶段的睡眠大约经过60-90分钟，之后似乎进入了第一阶段的睡眠，但这是并不是重复以上的过程，而是进入了一个全新的阶段——快速眼动睡眠(rapid eyemovement sleep,REM)阶段。
在REM睡眠阶段，脑的电生理活动迅速改变，δ波消失，出现高频、低幅的脑电波。睡眠者的眼球开始快速做左右上下运动，并伴随着做梦。心律和血压变得不规则，呼吸变得急促，但肌肉依然放松。
第1次REM睡眠一般持续5-10分钟，再经过4个阶段的睡眠，会有第2次REM睡眠，持续时间变长。最后一次REM睡眠长达1个小时。
周期性循环的特点
每个周期一般持续90分钟，每晚重复4-6次。深度睡眠的时间在前半夜远多于后半夜。当黎明临近时，第三阶段和第四阶段的睡眠会逐渐消失。
声音：双声拍(BB)
对于大脑进行刺激的最简单方式就是声音，然而足以有效刺激大脑的声音频率很低，人们无法听见。这就需要采用一种特殊的技术，它就是双声拍技术(BinauralBeatTechnology，缩写BBT)。
同时给左耳500Hz右耳510Hz稳定的声波刺激，2种相近但不相同的音调会在大脑得到整合，10Hz的频率差(所谓的第三种声音)会被大脑感应到，同时非常有效地对大脑电波实施加载，从而使EEG也向10Hz的α模式转变。当使用立体声耳机时，左右声道的声音只是到了大脑才实现整合。这种频率差在被大脑感知时，被称为双声拍(BB)。
穴位：百会穴
百会穴位于人体最高点，是督脉、足太阳膀胱经、足少阳胆经、手少阳三焦经和足厥阴肝经的会穴，各经上传的阳气都交会于此，故又名“三阳五会”。因此百会穴可通达阴阳脉络，连贯周身经穴；针百会一穴，经气可通全身，对调节机体的阴阳平衡起到重要的作用。
有研究表明从神经生理学角度证明针刺百会穴对于失眠症状具有治疗作用。现代研究也表明，针刺百会穴具有增加脑部血供、修复神经元、增强脑内乙酰胆碱酯酶活性、调节5-羟吲噪乙酸(5-HIAA)含量等作用，可从多个角度调节失眠患者的机体状态。
脑机接口BCI(BrainComputerInterface)是一种新型的人机交互方式，它基于脑电信号EEG(Electroencephalogram)实现人脑与计算机或其他电子设备的交互脱离了对人体外周神经和肌肉组织的依赖。因此，该技术在医疗、游戏以及工业控制等诸多领域表现出很好的发展。在计算机领域，脑机接口技术被广泛应用在通讯和控制技术等方面。脑波治疗技术也被日益推进。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)PET、MRI、临床EEG等设备虽然可以稳定可靠地检测人体的脑电波信号，但设备规模通常比较庞大、结构复杂、功耗较高，操作人员还需要具备一定的专业技能，普通用户不能自主操作，限制了该类设备的进一步推广。且PET对人体进行扫描时核素会对人体产生放射损伤，MRI工作时产生的强磁场，都属于对人体有一定损伤的检测方法。
(2)随着我国在科研领域的快速发展，脑电采集处理技术也取得了长足进步，但受到许多来自国际上的专利限制。国外企业在脑电采集处理领域起步较早，已经推出了较多的商业化产品，率先掌握了技术体系，这些技术多被大公司垄断，因而导致这些设备价格昂贵。价格高企的采集***自然不利于脑电技术的发展，而且技术上的垄断性使得第三方的二次开发和技术上的改动显得相当困难。
(3)无论是价格昂贵的成套设备还是便携式采集仪，基本功能都主要集中在原始信号采集、信号处理、结果分析等环节，对于脑电信号异常的患者不能做出实时响应，不能在采集到异常信号时及时做出调整和干预，错过了对患者进行治疗和调理的最佳时段。
解决上述技术问题的难度：
PET、MRI和EEG等临床设备已通过大量的临床实验和验证，确保其拥有稳定的性能，较强的数据处理能力，虽然存在应用场地受限、需配备专业技术人员、费用较高及放射损伤风险，但毕竟作为医疗数据的典型采集手段，这些设备和相应脑电信息采集方法仍然是业界遵循的典型标准。与断层扫描(CT)和普通X线成像相比，其辐射剂量相对较少，对人体并不会造成不可逆的损伤，所以要在医疗领域完全替代这些方法并不现实。
便携式商用脑电采集处理产品灵活、易用，在满足大型设备功能的前提下又能保证基本精度，越来越受到人们青睐。但是严格的技术限制和垄断经营使得要在这些产品上进行产品消化和改进则相当困难，所以设计出独立的便携式、低功耗、可扩展的脑电信息采集处理控制***是非常必要的。
解决上述技术问题的意义：
21世纪被公认为“大脑研究世纪”，美国总统奥巴马率先提出“人脑开发计划”，世界各主要强国高度重视，纷纷投入大量人力、财力和物力。我国在2013年正式启动了重大科技项目“中国脑计划”，号召在大脑科学研究方面紧跟潮流，不断创新。如上所述，设计出独立的便携式、低功耗、可扩展的脑电信息采集处理控制***，不但可以弥补专业医疗设备受场地、价格、时间影响的问题，还可以自主掌握整个***的体系结构，能够根据特定使用环境下的具体要求对***进行改进。本***可根据解析出的睡眠脑电波数据自动判断用户的睡眠分期情况，进而控制IO端口通过PWM控制贴片电极输出微小驱动电流，刺激穴位达到安神助眠之功效。这样以来，不但免除了患者为了解自身睡眠状况频繁往返诊疗机构的麻烦，还可在发现睡眠质量出现问题时积极干预，实时介入，及时做出反馈并为患者提供辅助治疗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法。
本发明是这样实现的，一种集脑波信号接收和处理的控制***，所述集脑波信号接收和处理的控制***包括：
额头耳部电极；
额头耳部电极通过Neurosky TGAM模块、蓝牙传输数据与处理器连接；
Neurosky TGAM模块，用于采集脑波信号；
通过发射电路与大脑连接，通过蓝牙数据传输与客户端、服务器连接；处理器对蓝牙传输的数据进行处理，控制发射电路操作；
发射电路，通过处理器控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，对大脑的穴位形成刺激；
客户端，用于传输处理器与服务器之间的信号；
服务器，用于对数据处理再经由客户端到处理器产生控制信号对发射电路操作。
进一步，所述TGAM半导体芯片进行模数转换，检测接触不良的异常状态，集成了脑电信号的采集、滤波、放大、A/D转换和数据处理及分析功能；在TGAM模块的处理下，将繁杂的脑电波转化为放松度、专注度、眨眼、脑波数据信号；
Neurosky TGAM芯片将采集电极帖在大脑左前额处，两个参考电极放置在左耳乳突出和右耳乳突出，通过计算参考电势消除干扰。
进一步，所述蓝牙模块选用HC-06串口模块。
进一步，处理器作为数据处理控制器，通过串口接收来自蓝牙模块传输过来的所述信号滤波放大处理模块的原始数包，编写程序利用软件方法提取有效数据，再通过串口将解析到的有效数据传输给主控***。
进一步，所述单穴位电极由圆形皮肤贴片和2个圆形电极构成；皮肤贴片由无纺布或聚氯乙烯材质制成，直径为12～15mm，厚度为0.5～2mm，皮肤面涂有医用不干胶；正电极为圆环型，材料为导电硅橡胶，直径较皮肤贴片小5mm，宽度为3mm，厚度为1mm，与皮肤贴片呈同心圆状组合，紧贴于其皮肤面，通过正极导线与电刺激发生器的正极连接；负电极为圆片状，直径为3mm，材料和厚度与正电极相似，通过负极导线与电刺激发生器的负极连接；
贴片电极接收32处理器IO口发送的PWM脉冲对皮肤表面产生刺激。
本发明的另一目的在于提供一种执行所述集脑波信号接收和处理的控制***的集脑波信号接收和处理的控制方法，所述集脑波信号接收和处理的控制方法为：正确佩戴额头耳部电极，连接TGAM模块，模块中ASIC芯片集中完成脑电信号的滤波、放大及A/D转换等功能。选用HC-06型串口蓝牙模块并将其设置为自动连接模式，将TGAM端的蓝牙从机模块和STM32 F407ZGT6处理器端的蓝牙主机模块配对，设置为相同波特率并开启传输，原始脑电数据进入处理器中；当处理器接收到原始脑电波数据，进行分析，TGAM每秒钟发送512个小包数据和1个大包数据。利用ThinkGear数据解析器API库函数将小包数据解析为包头、原始数据和校验和，大包数据解析为同步信号、信号总长度、信号质量、关注度、放松度、脑电原始数据及校验和，进一步根据服务器端模型特点提取出原始数据中的各种波形。同时，将处理器端的另一组蓝牙从机模块与PC端或移动客户端的蓝牙适配器配对，将睡眠脑波数据上传至服务器，服务器端应用程序经最小二乘支持向量机(LS-SVM)机器学习模型对脑波数据实施自动分期，随后将睡眠脑电分期结论传送至客户端。客户端经蓝牙模块将分期结论下发至处理器，处理器接收到数据后，根据用户睡眠脑电分期结论进行判断，如果存在失眠状况，则将数据转换为处理器的控制信号，控制处理器IO端口输出50％占空比PWM波，通过发射电路控制电极贴片的微小驱动电流，从而对穴位形成一定的刺激，起到安神助眠之功效。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述集脑波信号接收和处理的控制***的脑电图描记仪。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：公开了一种集脑波信号接收和处理的控制***及方法，通过传感器采集脑波信号，滤波后送至服务器对睡眠状况进行自动分期，反馈结果至客户端，利用PWM控制处理器输出微小驱动电流，刺激人体穴位。本控制***实现了脑波数据的自主采集、分析及控制反馈功能，便携、小型的结构设计免除了患者反复前往医疗机构的麻烦，避免了大型设备的放射侵害，有利于科研数据的自主收集。独立的结构设计有益于扩展功能和结构，降低设备使用成本。独特的电刺激模块可根据睡眠数据分期情况，实时启动电针，按摩人体穴位，改善微循环，在大脑皮层、皮层下结构引起扩散性抑制作用，使皮层对网状结构发生主动性抑制而导致睡眠，从而达到安神助眠的效果。
数据采集及处理作用表列举了部分用于脑电采集及处理的方法，对其工作特点、不利影响、助眠形式及可扩展性进行了对比。如下表所示，本发明可由操作者自主采集并分析数据，择优改进数据处理方法，无副作用。适合于根据应用场景修改***结构的情形，而且本发明配备有电针助眠装置，可根据脑电波分析结果判断是否开展穴位按摩。
表1数据采集及处理作用表
附图说明
图1是本发明实施例提供的集脑波信号接收和处理的控制***整体框图。
图2是本发明实施例提供的TGAM半导体芯片与蓝牙模块的电路连图。
图3是本发明实施例提供的单穴位电极的结构及贴合方法示意图。
图4是本发明实施例提供的集脑波信号接收和处理的***控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的集脑波信号接收和处理的控制***包括：额头耳部电极1、Neurosky TGAM模块2、蓝牙传输数据3、处理器4、发射电路5、大脑6、蓝牙数据传输7、客户端8、服务器9。
额头耳部电极1通过Neurosky TGAM模块2、蓝牙传输数据3与处理器4连接；
处理器4通过发射电路5与大脑6连接；
处理器4通过蓝牙数据传输7与客户端8、服务器9连接。
进一步，所述额头耳部电极1，用于连接人体与Neurosky TGAM模块2；
所述Neurosky TGAM模块2采用NeuroSky公司推出的NeuroSkyTGAM意念传感器，用于采集脑波信号；
所述蓝牙传输数据3与蓝牙数据传输7，用于传输数据；
所述处理器4采用STM32 F407ZGT6处理器，对蓝牙传输的数据进行处理，控制发射电路操作；
所述发射电路5，通过处理器4控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，对大脑6的穴位形成一定的刺激；
所述客户端8，用于传输处理器4与服务器9之间的信号；
所述服务器9，用于对数据处理再经由客户端8到处理器4产生控制信号对发射电路5操作。
进一步，所述TGAM半导体芯片是一个高度集成的单一芯片脑电传感器，可以进行模数转换，检测接触不良的异常状态，它集成了脑电信号的采集、滤波、放大、A/D转换和数据处理及分析等功能。在TGAM模块的处理下，可以将繁杂的脑电波转化为放松度、专注度、眨眼、脑波等数据信号。
Neurosky TGAM芯片将采集电极帖在大脑左前额处，两个参考电极放置在左耳乳突出和右耳乳突出，通过计算参考电势来消除干扰，帮助降噪。
进一步，所述蓝牙模块选用HC-06串口模块。
进一步，所述STM32 F407ZGT6是采用USB接口的核心电路板，具有64路数字输人输出，适合需要大量IO接口的设计。采用STM32 F407ZGT6处理器作为数据处理控制器，通过串口接收来自蓝牙模块传输过来的所述信号滤波放大处理模块的原始数包，编写程序利用软件方法提取有效数据，再通过串口将解析到的有效数据传输给主控***。
进一步，所述单穴位电极尽可能减小电极导电面积，以便能够对神门穴进行精准刺激。单穴位电极由圆形皮肤贴片和2个圆形电极构成。皮肤贴片由无纺布或聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)等材质制成，直径为12～15mm,厚度为0.5～2mm,皮肤面涂有医用不干胶。正电极为圆环型,材料为导电硅橡胶,直径较皮肤贴片小5mm,宽度为3mm,厚度为1mm,与皮肤贴片呈同心圆状组合,紧贴于其皮肤面，通过正极导线与电刺激发生器的正极连接。负电极为圆片状，直径为3mm,材料和厚度与正电极相似，通过负极导线与电刺激发生器的负极连接。
贴片电极接收32处理器IO口发送的PWM脉冲对皮肤表面产生刺激。PWM波是一种利用简单的数字脉冲，应用者的***只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节电机的速度。PWM优点在于调节范围大，只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
进一步，本发明实施例提供的集脑波信号接收和处理的控制方法为：采用NeuroSky公司推出的NeuroSkyTGAM意念传感器采集脑波信号，利用蓝牙传输到STM32F407ZGT6处理器中；当STM32 F407ZGT6处理器接收到脑电波，进行分析，解析出睡眠脑电波，根据这个睡眠脑电波数据，对数据进行滤波等处理，蓝牙传输至客户端，客户端送到服务器，服务器对数据处理再经由客户端到处理器；STM32 F407ZGT6处理器接收到蓝牙传输的数据，同时将数据转换为STM32F407ZGT6处理器的控制信号，控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，从而对穴位形成一定的刺激，起到安神助眠之功效。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本实施例中，利用美国NeuroSky神念科技有限公司推出的NeuroSky TGAM意念传感器，能够实时监测额叶的脑波获得原始数据信号。客户的睡眠情况不同，数据也会随之改变，利用所采集的数据，通过蓝牙传输至STM32F407ZGT6处理器，利用ThinkGear数据解析器API函数库，通过两个简单的函数，实现了抽象出数据的功能。取数据流，放入分析器中，然后定义自己需要的程序变量值。从而获取睡眠脑电波，由于意念传感器是一直发送数据，因此脑电波的数据是实时与客户的睡眠状况相关，当客户进入相应的睡眠阶段时，蓝牙返回对应的脑电波。
本***针对控制***结构复杂，不易操作等问题，开发了一款集脑波信号的接收、处理及对硬件的控制***。该***采用NeuroSky公司推出的NeuroSkyTGAM意念传感器采集脑波信号，利用蓝牙传输到STM32 F407ZGT6处理器中；***的框图如图1所示。当STM32F407ZGT6处理器接收到脑电波，进行分析，解析出睡眠脑电波，根据这个睡眠脑电波数据，对数据进行滤波等处理，蓝牙传输至客户端，客户端送到服务器，服务器对数据处理再经由客户端到处理器；STM32 F407ZGT6处理器接收到蓝牙传输的数据，同时将数据转换为STM32F407ZGT6处理器的控制信号，控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流；从而对穴位形成一定的刺激，起到安神助眠之功效。
NeuroSky(神念科技)的技术包括噪音过滤。信号放大让原始脑波信号更加的清晰。噪音过滤技术可以去除掉肌肉，脉搏和电气设备发出的噪音。滤波器可以过滤掉来自电网中50-60Hz之间的干扰噪音。
(a)数据采集单元
TGAM半导体芯片是一个高度集成的单一芯片脑电传感器，可以进行模数转换，检测接触不良的异常状态，它集成了脑电信号的采集、滤波、放大、A/D转换和数据处理及分析等功能。在TGAM模块的处理下，已经可以将繁杂的脑电波转化为放松度、专注度、眨眼、脑波，等数据信号。
Neurosky TGAM芯片将采集电极帖在大脑左前额处，两个参考电极放置在左耳乳突出和右耳乳突出，通过计算参考电势来消除干扰，帮助降噪。在不连接参考电极时进行脑电采集，波形具有较大的干扰以致脑电波完全处在噪声当中无法识别。通过设置双面电极耳夹，通过耳部的人体接触电极设计，为夹持在耳朵内外的内外耳廓结构，整体体积小巧，调整和操作极为方便，人在行走或作各种动作时基本不受影响，直接真实地反应人体上的数据。
蓝牙模块选用HC-06串口模块，脑电传感器和蓝牙模块都支持标准串口协议，可以很方便地连接起来，当助眠仪在工作状态时，蓝牙发射模块和蓝牙接收模块同时工作，接收来自外部佩戴采集装置传来的数据包，实现助眠智能化。
(b)数据处理单元
STM32 F407ZGT6是采用USB接口的核心电路板，具有64路数字输人输出，适合需要大量IO接口的设计。采用STM32 F407ZGT6处理器作为数据处理控制器，通过串口接收来自蓝牙模块传输过来的所述信号滤波放大处理模块的原始数包，编写程序利用软件方法提取有效数据，再通过串口将解析到的有效数据传输给主控***，如图2所示。
(c)发送模块
单穴位电极尽可能减小电极导电面积，以便能够对神门穴进行精准刺激。单穴位电极由圆形皮肤贴片和2个圆形电极构成，如图3所示。皮肤贴片由无纺布或聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC)等材质制成，直径为12～15mm，厚度为0.5～2mm，皮肤面涂有医用不干胶。正电极为圆环型，材料为导电硅橡胶，直径较皮肤贴片小5mm，宽度为3mm，厚度为1mm，与皮肤贴片呈同心圆状组合，紧贴于其皮肤面，通过正极导线与电刺激发生器的正极连接。负电极为圆片状，直径为3mm，材料和厚度与正电极相似，通过负极导线与电刺激发生器的负极连接。单穴位电极的结构及贴合方法如图3所示。
贴片电极接收32处理器IO口发送的PWM脉冲对皮肤表面产生刺激。PWM波是一种利用简单的数字脉冲，应用者的***只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节电机的速度。PWM优点在于调节范围大，只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
本脑波信号接收和处理控制***的控制流程如图4所示，通过额头耳部电极采集脑电信号，经TGAM芯片滤波、放大、A/D转换后，将繁杂的脑波信号转化为适合后期处理的数据。经蓝牙模块传送至服务器后，对脑电数据进行睡眠分期，根据分期结论判断是否启动电针穴位刺激。在“失眠”状态下，客户端接收服务器数据，通过处理器控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，对大脑的穴位形成刺激，从而起到助眠安神的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集脑波信号接收和处理的控制***，其特征在于，所述集脑波信号接收和处理的控制***包括：
额头耳部电极；
额头耳部电极通过Neurosky TGAM模块、蓝牙传输数据与处理器连接；
Neurosky TGAM模块，用于采集脑波信号；
通过发射电路与大脑连接，通过蓝牙数据传输与客户端、服务器连接；处理器对蓝牙传输的数据进行处理，控制发射电路操作；
发射电路，通过处理器控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，对大脑的穴位形成刺激；
客户端，用于传输处理器与服务器之间的信号；
服务器，用于对数据处理再经由客户端到处理器产生控制信号对发射电路操作。
2.如权利要求1所述集脑波信号接收和处理的控制***，其特征在于，所述TGAM半导体芯片进行模数转换，检测接触不良的异常状态，它集成了脑电信号的采集、滤波、放大、A/D转换和数据处理及分析功能；在TGAM模块的处理下，将繁杂的脑电波转化为放松度、专注度、眨眼、脑波数据信号；
Neurosky TGAM芯片将采集电极帖在大脑左前额处，两个参考电极放置在左耳乳突出和右耳乳突出，通过计算参考电势消除干扰。
3.如权利要求1所述的集脑波信号接收和处理的控制***，其特征在于，所述蓝牙模块选用HC-06串口模块。
4.如权利要求1所述集脑波信号接收和处理的控制***，其特征在于，处理器作为数据处理控制器，通过串口接收来自蓝牙模块传输过来的所述信号滤波放大处理模块的原始数据包，编写程序利用软件方法提取有效数据，再通过串口将解析到的有效数据传输给主控***。
5.如权利要求1所述集脑波信号接收和处理的控制***，其特征在于，所述单穴位电极由圆形皮肤贴片和2个圆形电极构成；皮肤贴片由无纺布或聚氯乙烯材质制成，直径为12～15mm，厚度为0.5～2mm，皮肤面涂有医用不干胶；正电极为圆环型，材料为导电硅橡胶，直径较皮肤贴片小5mm，宽度为3mm，厚度为1mm，与皮肤贴片呈同心圆状组合，紧贴于其皮肤面，通过正极导线与电刺激发生器的正极连接；负电极为圆片状，直径为3mm，材料和厚度与正电极相似，通过负极导线与电刺激发生器的负极连接；
贴片电极接收32处理器IO口发送的PWM脉冲对皮肤表面产生刺激。
6.一种执行权利要求1所述集脑波信号接收和处理的控制***的集脑波信号接收和处理的控制方法，其特征在于，所述集脑波信号接收和处理的控制方法为：采传感器采集脑波信号，利用蓝牙传输到处理器中；当处理器接收到脑电波，进行分析，解析出睡眠脑电波，根据这个睡眠脑电波数据，对数据进行滤波等处理，蓝牙传输至客户端，客户端送到服务器，服务器对数据处理再经由客户端到处理器；处理器接收到蓝牙传输的数据，同时将数据转换为处理器的控制信号，控制IO端口输出PWM波控制电极贴片的微小驱动电流，从而对穴位形成一定的刺激，起到安神助眠之功效。
7.一种应用权利要求1～5任意一项上述集脑波信号接收和处理的控制***的脑电图描记仪。
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