脑电信号处理装置、头戴结构、脑电帽和脑电处理系统

摘要

本公开提供了一种脑电信号处理装置、头戴结构、脑电帽和脑电处理系统，其中脑电信号处理装置包括：信号处理盒和脑电信号采集器，信号处理器包括盒体以及安装于盒体内的信号处理电路；脑电信号采集器包括作为子扣的第一电极和作为母扣的第二电极，第二电极与信号处理电路连接。本公开通过作为字母扣的第一电极和第二电极的设置提高了脑电信号处理装置的便携性；而头环的设置则方便了用户的佩戴，满足了对不同头围的佩戴用户的脑电信号的采集需求，同时降低了将传统安全帽的改造为智能安全帽的成本，而脑电帽、电子设备和服务端的联动，达到对脑电帽的佩戴用户的生理指标进行远程监控的目的，降低了佩戴用户发生危险的几率。

说明书

技术领域

本申请涉及脑机接口技术领域，具体而言，尤其涉及一种脑电信号处理装置、头戴结构、脑电帽和脑电处理系统。

背景技术

核工业、航天工业、建筑行业等领域的蓬勃发展，现场工作人员的安全问题受到了项目管理者的高度重视。相关的智能安全帽存在以下问题：采集信号的结构需要在帽体内设置导线，这种安全帽存在导线外露，不易维护且美观性差的问题；采集信号的结构仅适用于安全帽，适用的场景有限。

为了解决上述问题，智能安全帽的研发越来越成为热点，有必要提供一种智能安全帽以解决上述问题。

实用新型内容

本申请提供了一种脑电信号处理装置、头戴结构、脑电帽和脑电处理系统，可以解决上述至少一个问题。所述技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种脑电信号处理装置，该装置包括：信号处理盒，包括盒体，以及安装于盒体内的信号处理电路和为信号处理电路供电的电源电路；脑电信号采集器，包括作为子扣的第一电极和作为母扣的第二电极，第二电极与信号处理电路连接。

根据本申请的第一方面，第一电极包括平面部分，且平面部分的一侧设置有向上突起形成的突出部，第二电极上设置有向内凹陷形成的与突出部配合的安装孔，且安装孔内设置有用于紧固突出部的S型弹簧。

根据本申请的第一方面，平面部分的另一侧安装有电极阵列。

根据本申请的第一方面，电极阵列包括以下至少一种：针状电极阵列，包括若干针状电极；爪形电极阵列，包括设置在平面部分上的若干柔性电极爪；梳状电极阵列，包括设置在平面部分上的若干扇形电极。

根据本申请的第一方面，信号处理电路包括前端处理模块和数字处理模块，前端处理模块的输入端连接第二电极，前端处理模块的输出端连接数字处理模块的输入端。

根据本申请的第一方面，数字处理模块包括微处理单元MCU，微处理单元MCU连接无线传输芯片和存储器。

根据本申请的第一方面，盒体上安装有与数字处理模块连接的心率血氧传感器。

第二方面，本申请实施例提供了一种头戴结构，该头戴结构包括：

长度可调的头环，脑电信号处理装置安装在头环上。

根据本申请的第二方面，头环上设置有若干镂孔，以减轻头戴结构的重量。

根据本申请的第二方面，头环包括条形结构和长度调节器，条形结构的两端连接长度调节器。

根据本申请的第二方面，长度调节器包括锁紧件，条形结构两端端部设置有与锁紧件配合的插舌。

根据本申请的第二方面，长度调节器包括弹性带。

根据本申请的第二方面，头环的内表面设置有吸汗结构。

根据本申请的第二方面，吸汗结构包括固定粘贴层和移动式吸汗层，固定粘贴层的一面固定在头环头环的内表面上，另一面与移动式吸汗层粘贴连接。

根据本申请的第二方面，吸汗结构上可拆卸安装有吸汗条。

第三方面，本申请实施例提供了一种脑电帽，该脑电采集帽包括：上述脑电信号处理装置；头戴帽，脑电信号处理装置安装于头戴帽上。

根据本申请的第三方面，头戴帽包括头戴帽外壳和安装于头戴帽外壳内的帽体内衬，脑电信号处理装置安装于帽体内衬上。

根据本申请的第三方面，头戴帽包括安全帽或头盔。

第四方面，本申请实施例提供了一种脑电处理系统，该系统包括：上述脑电帽、上述头戴结构中至少一项；电子设备，电子设备分别与脑电帽、头戴结构连接；服务器，服务器与电子设备连接。

本申请实施例的有益效果为：

通过作为字母扣的第一电极和第二电极的设置方便了用户对盒体的安装，使脑电信号处理装置能够被安装至所需要的任意位置，扩大了脑电信号处理装置的应用场景，提高了脑电信号处理装置的便携性；而头环的设置则方便了用户的佩戴，满足了对不同头围的佩戴用户的脑电信号的采集需求，同时降低了将传统头戴帽的改造为智能安全帽的成本，方便了对信号采集部分的维护和更换，起到了脑电帽、头戴结构以及电子设备和服务端的联动，达到对佩戴安全帽用户的生理指标进行远程监控的目的，降低了佩戴用户发生危险的几率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的脑电信号处理装置一个实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的脑电信号处理装置一个实施例的框图结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的脑电信号处理装置中脑电信号采集器一个实施例的结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的脑电信号处理装置中脑电信号采集器另一个实施例的结构示意图；

图3c为本申请实施例提供的脑电信号处理装置中脑电信号采集器又一个实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的头戴结构一个实施例的爆炸结构示意图；

图5-6为本申请实施例提供的头戴结构另一个实施例的爆炸结构示意图；

图7为本申请实施例提供的头戴结构另一个实施例中吸附结构的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的脑电帽一个实施例的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的脑电帽另一个实施例的结构示意图；以及

图10为本申请实施例提供的脑电处理系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供了一种脑电信号处理装置，如图1-2所示，该脑电信号处理装置100 包括信号处理盒和脑电信号采集器。

其中，信号处理器包括盒体10，以及安装于盒体10内的信号处理电路11和为信号处理电路11供电的电源电路12；脑电信号采集器包括作为子扣的第一电极21和作为母扣的第二电极22，第二电极安装于盒体10上且与信号处理电路11连接。

在本申请实施例中，信号处理电路用于获取脑电信号采集器采集到的被测用户的脑电信号，并对该脑电信号进行处理。

由于采用子母扣形式的第一电极与第二电极，实现了脑电信号采集器与信号处理盒的分离式设置，方便了将本申请实施例提供的脑电信号处理装置与其他结构的可拆卸安装。

本申请实施例中设置了3个脑电信号采集器，分别起到采集电极、参考电极和接地电极的效果。具体应用时，还可以根据业务需要来设置脑电信号采集器的数量。

在一些实现方式中，如图1所示，第一电极21包括平面部分210，且平面部分的一侧设置有向上突起形成的突出部211，第二电极22上设置有向内凹陷形成的与突出部配合的安装孔220，且安装孔220内设置有用于紧固突出部211的S型弹簧(图中未示出)。本申请实施例通过这种第一电极上突出部、第二电极上安装孔和S型弹簧的设置，将第一电极与第二电极设置为了子母扣形式的脑电信号采集器。应用时，平面部分可以用于贴和被测用户的前额，以实现利用脑电信号采集器采集脑电信号的目的。

在一些实现方式中，如图3a所示，第一电极21包括平面部分210，且平面部分的一侧设置有向上突起形成的突出部211，平面部分的另一侧安装有如图2所示的电极阵列，第二电极22上设置有向内凹陷形成的与突出部配合的安装孔220，且安装孔220内设置有用于紧固电极柱211的S型弹簧(图中未示出)。应用时，利用平面部分一侧的突出部将第一电极与第二电极可拆卸安装后，利用平面部分另一侧的针状电极阵列来穿过被测用户的头发，以防止因被测用户的头发阻碍导致平面部分的另一侧无法偶直接接触到被测用户的皮肤或者导致平面部分的另一侧与被测用户的皮肤接触不良，导致无法采集到被测用户的脑电信号或者脑电信号的采集效率低的问题。

本申请实施例中将电极阵列设置为如图3a所示的针状电极阵列212，该针状电极由若干针状电极组成。具体地，针状电极阵列包括的各个针状电极可以按照预定长度范围进行设置。例如，若预定长度范围为0-0.5厘米，那么可以将各个针状电极的长度设置为0.1厘米，这样针状电极既可以穿过头发，对用户头部的刺痛感又不会特强，满足了长时间对同一被测用户采集脑电信号的需求。

应用时，还可以将电极阵列设置为如图3b所示的爪形电极阵列213或如图3c所示的梳状电极阵列214。图示的爪形电极阵列213包括设置在平面部分上的若干柔性电极爪；梳状电极阵列包括设置在平面部分上的若干扇形电极。应用时，可以采用柔性电极材料制作爪形的电极，得到爪形电极阵列包括的各个柔性电极爪；或者采用柔性电极材料制作扇形的电极，得到梳状电极阵列包括的各个扇形电极。这种柔性电极爪能够有效穿过用户毛发区域，尤其是存在毛发多且密的区域，进而穿过毛发接触到用户皮肤，由于在穿过毛发区域时发生柔性形变，因此起到了减轻采集过程对用户皮肤的压力的效果；而扇形电极的设置增大了电极阵列与用户皮肤的接触面积，减轻了电极阵列对用户皮肤的压力，有助于提升用户的使用体验。

在上述实现方式中，信号处理电路包括前端处理模块和数字处理模块，前端处理模块的输入端连接第二电极，前端处理模块的输出端连接数字处理模块的输入端。具体地，前端处理模块用于对信号进行放大、滤波、模数转换等操作；数字处理模块用于对前端处理模块输出的信号进行分析、存储、传输等处理。

在一些实现方式中，信号处理电路包括前端处理模块和数字处理模块，前端处理模块的输入端连接第二电极，前端处理模块的输出端连接数字处理模块的输入端，数字处理模块包括微处理单元MCU，微处理单元MCU连接无线传输芯片和存储器。具体地，可以根据业务需要选择无线传输芯片的类型。例如，无线传输芯片包括蓝牙芯片、WiFi芯片、ZigBee芯片等中的至少一个。本申请实施例中，将无线传输芯片设置包括蓝牙模块和WiFi模块的芯片，从而实现本申请实施例提供的脑电信号处理装置的无线传输模块。

在一些实现方式中，信号处理电路包括前端处理模块和数字处理模块，前端处理模块的输入端连接第二电极，前端处理模块的输出端连接数字处理模块的输入端，数字处理模块包括微处理单元MCU，微处理单元MCU连接无线传输芯片和存储器，盒体上安装有与数字处理模块连接的心率血氧传感器。本申请实施例中，心率血氧传感器用于采集被测用户的心率和血氧数据。应用时，可以采用的MAX30102型号的心率血氧传感器。

本申请实施例提供了一种头戴结构，如图4所示，该头戴结构200包括：脑电信号处理装置100和长度可调的头环201，脑电信号处理装置100安装在头环201上。

具体地，头戴结构可以为头戴环或头戴帽(如时尚帽、安全帽、头盔)等直接佩戴于头部的结构，也可以为安装于佩戴于头部的结构(如安全帽、头盔等)内的内衬配件，如帽衬。

本申请实施例通过平面部分和由平面部分上的突出部的设置，将第一电极作为子扣，而第二电极则作为与子扣配合的母扣，起到了利用子母扣来达到使脑电信号处理装置与头环的可拆卸连接的效果，这种设置方便了用户对信号采集件的更换和维护，达到了通过更换信号脑电信号处理装置来解决因脑电信号处理装置故障导致的头环丧失信号采集功能的问题。

为了方便脑电信号处理装置在头环上的安装，可以参照图4在头环上预先开设有突出部贯穿孔202。应用时，将图1所示的脑电信号处理装置100放置于该头环的外侧，而脑电信号处理装置100的第一电极则放置于该头环的内侧，这样使得图1中脑电信号处理装置100 的第一电极的突出部通过突出部贯穿孔202延伸出头环的外侧，进而将第一电极的突出部安装于脑电信号处理装置100上的第二电极的安装孔220内，实现利用作为子母扣的第一电极和第二电极，将脑电信号处理装置100安装于头环200上的目的。由于安装完成后的头环，第一电极的平面部分位于头环的内侧，能够与佩戴该头戴结构的用户的前额接触，这样就完成了利用图1所示的脑电信号处理装置包括的脑电信号采集器对佩戴该头戴结构的用户的前额进行脑电信号采集的目的。应用时，还可以在头环上增设若干镂孔，以减轻该头戴结构的重量。该镂孔可以按照一定的形状及顺序在头环上进行设置，以保证头戴结构的整体美观性。

具体地，在信号处理电路包括前端处理模块和数字处理模块，前端处理模块的输入端连接第二电极，前端处理模块的输出端连接数字处理模块的输入端，数字处理模块包括微处理单元MCU，微处理单元MCU连接无线传输芯片和存储器，盒体上安装有与数字处理模块连接的心率血氧传感器的实施例中，还可以在头环201上增设通孔203，以使心率血氧传感器通过该通孔203延伸至头环内侧，从而实现利用心率血氧传感器采集佩戴头环200的用户的心率血氧数据的目的。

在一些实现方式中，头环包括条形结构和长度调节器，条形结构的两端通过长度调节器连接。本申请实施例通过长度调节器的设置使头环达到了适配不同头围的用户的目的，同时还提升了用户的佩戴舒适性。

在一些实现方式中，可以将长度调节器设置为锁紧件，条形结构两端端部设置有与锁紧件配合的插舌。

在一些实现方式中，将长度调节器设置为弹性带，通过弹性带的设置，使头环能够与不同头围的用户配合，避免因头环的头围太大或太小，影响用户的佩戴体验。

在一些实现方式中，如图5-6所示，头环的内表面设置有吸汗结构204。具体地，吸汗结构一般为棉、麻、海绵等吸汗效果好的结构；更具体地，吸汗结构可以仅设置在头环头环的前额部分，也可以全覆盖于整个头环的内表面。应用时，可以预先在吸汗结构上开设挂钩孔，并在头环上开设用于固定吸附件的若干挂钩结构，这样直接将吸汗结构通过挂钩孔固定到挂钩结构上，即可将吸汗结构固定至头环的内表面，以使佩戴本申请实施例提供的头戴结构的用户的额头直接与吸汗结构接触，起到吸汗作用。更进一步，吸汗结构包括固定粘贴层和移动式吸汗层，固定粘贴层的一面固定在头环的内表面上，另一面与移动式吸汗层粘贴连接。

在一些实施例中，可以参照图7将图5和图6所示的吸汗结构设置为固定粘贴层2041 和移动式吸汗层2042，固定粘贴层的一面固定在头环头环的内表面上，另一面与移动式吸汗层粘贴连接。由于吸汗结构存在因长时间吸汗存在影响用户佩戴体验的问题，为了解决这个问题，本申请实施例通过将吸汗结构设置为相互可拆卸的固定粘贴结构和移动式吸汗结构，起到了通过更换移动式吸汗结构，来解决汗渍对用户的佩戴体验问题。应用时，可以在固定粘贴层121和移动式吸汗层122上预先开设用于穿过第一导电结构的孔，这样既可以起到更换移动式吸汗结构的效果，又实现了重复使用第一电极的目的，降低了本申请实施例提供的头戴结构的成本。在一些实现方式中，可以在吸汗结构上增设可拆卸安装有吸汗条。具体地，吸汗条可以通过魔术贴可拆卸安装在吸汗结构上。应用时，吸汗条可以参照吸附件上安装第一电极的位置预先留孔，以使安装于吸附件上的第一电极穿过吸汗条上预留的孔，直接与佩戴本申请实施例提供的头戴结构的用户的皮肤接触，完成对该用户的脑电信号的采集任务，防止因在吸附件上增设的吸汗条遮挡用户的皮肤，导致的接触不良甚至无法采集的问题。

具体地，可以将本申请实施例提供的头戴结构设置为帽衬。在本申请实施例提供的头戴结构为帽衬的实现方式中，还可以增设帽衬外壳，以将该帽衬安装于该帽衬外壳内，从而通过帽衬外壳的设置来达到保护帽衬的目的；同时还可以达到满足用户对帽衬美观性的要求。为了提高该具有脑电采集功能的帽衬与帽体的稳定性，还可以在预先在帽衬外壳上增设与这些通孔中的一个或几个配合的卡舌，这样在将具有脑电采集功能的帽衬固定至帽衬外壳后，还可以利用这些通孔与具有脑电采集功能的帽衬上的卡舌，来加强二者的固定。

本申请实施例提供了一种脑电帽，如图8所示，该脑电帽300包括脑电信号处理装置100 和头戴帽301，脑电信号处理装置安装于头戴帽301上。应用时，可以参照图8在头戴帽301 上预留帽孔302，以使脑电信号处理装置100的第一电极从头戴帽301内部穿出，并安装与预留在头戴帽外侧的脑电信号处理装置100的第二电极上，完成二者的安装；由于第一电极位于头戴帽内部，这样使得脑电信号处理装置100的第一电极与佩戴用户的皮肤接触，从而实现对佩戴用户的脑电信号的采集目的。

本申请实施例中，将头戴帽设置为太阳帽，应用时，将具体地，头戴帽可以为太阳帽、鸭舌帽、毛线帽等时尚帽，也可以头盔、安全帽等对头部具有保护作用的帽子。

在一些实现方式中，脑电帽300如图9所示，包括脑电信号处理装置100和头戴帽301，其中，头戴帽包括头戴帽外壳3011和安装于头戴帽外壳内的帽体内衬3012，脑电信号处理装置100安装于帽体内衬3012上。

本申请实施例中，将头戴帽设置为安全帽。应用时，还可以将头戴帽设置为具有头戴帽外壳和安装于头戴帽外壳内的帽体内衬的其他对头部进行保护的结构，如头盔。

本申请实施例通过脑电信号处理装置、头戴帽外壳、帽体内衬相互分离式的设置，降低了将传统安全帽改造为具有信号采集功能的智能安全帽的成本；同时降低了对安全帽中脑电信号处理装置的维护成本。

具体地，帽体内衬可以采用塑料、PVC等材质，以形成环状的头环形式安装于头戴帽外壳内。应用时，该环状头环的帽体内衬可以固定安装于头戴帽外壳内，也可以可拆卸的安装于头戴帽外壳内。帽体内衬上安装的脑电信号处理装置用于对采集到的信号进行处理，如放大、滤波、模数转换等。本申请实施例提供的脑电信号处理装置包括由3个脑电信号采集器，即包括3个电极组，各电极组分别包括第一电极和第二电极。这3个电极组分别为信号采集电极组、参考电极组和接地电极组。安装时，将第一电极的突出部从头环的内表面一侧贯穿至外表面，并滑入第二电极的安装孔，从而使第一电极的平面部分能够直接接触用户的前额皮肤，从而达到了对用户的脑电信号进行采集的目的，进而使第一电极采集到的信号通过第二电极传输至信号处理电路。通过信号处理电路中前端电路的信号进行放大、滤波处理，如过滤信号中频率高于45Hz，低于0.5Hz的部分；再通过数字电路进行处理。

本申请实施例提供了一种脑电信号的采集及处理系统，如图10所示，该系统包括：脑电帽301、头戴结构200、电子设备400和服务器500，其中，电子设备与脑电帽301、头戴结构200连接，服务器与电子设备连接。本申请实施例中将电子设备设置为了PC机401和手机402。应用前，脑电帽300、头戴结构200利用脑电信号处理装置100与PC机401或手机402进行蓝牙连接，这样脑电帽300、头戴结构200向PC机401和手机402发送信号，再由PC机401和手机402将从脑电帽300、头戴结构200获取到的信号发送至服务器500，实现远程监控佩戴该脑电帽300、头戴结构200的用户的生物电信号(如脑电信号和心率血氧数据)的目的。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。