[发明专利]一种可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置及定位方法

权利要求书

1.一种可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，包括：采集电极、脑电采集芯片、调理电路、微控制器、蓝牙发射模块和蓝牙接收模块，这六部分集成在一个帽子里；采集电极采集到的脑电信号传输到脑电采集芯片和调理电路，对脑电信号进行预处理，将预处理后的脑电信号传输到微控制器，通过蓝牙对脑电信号传输到手机APP并显示。

2.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，采集电极采用圆锥形电极，电极共有16个记录电极和2个参考电极组成。

3.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，脑电采集芯片选用INTAN RHA2116生物采集芯片，通过16个采集通道完成对信号的采集；生物采集芯片与微控制器的SPI口相连，配合微控制器其他的I/O口实现相应端口的功能即可完成对生物采集芯片的控制；基于INTANRHA2116的生物采集芯片，主要完成对模拟的生物电信号放大，后由AD7980模数转换器将放大后的脑电信号发送给微控制器。

4.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，调理电路对采集到的脑电信号进行放大和滤波，选取前置放大器。

5.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，微控制器选用三星S3C6410控制芯片；芯片组端口与脑电采集芯片相连，脑电采集芯片通过微控制器的SPI口控制。

6.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，蓝牙发射模块发射来自微控制器的人体脑电信号。

7.如权利要求1所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位装置，其特征在于，蓝牙接收模块接收蓝牙发射模块发射的人体脑电信号，再将数据发送给安卓APP信号存储显示模块进行实时显示并上传到云端。

8.一种可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)脑电采集芯片通过16个采集通道对信号进行采集，将采集到的信号发送给调理电路；

(2)调理电路对采集到的脑电信号进行放大和滤波处理，将处理过的信号发送给微处理器；

(3)采用蓝牙技术，将数据同步发送给手机APP进行实时显示，并传输到云端；

(4)上位机终端从云端下载到患者各个通道的脑电信号，使用特征识别算法对收到的脑电数据进行特征提取，识别异常的癫痫波，并进行地形图显示。

9.如权利要求8所述的可穿戴的癫痫脑电发作脑区定位方法，其特征在于，步骤(4)中，特征识别算法的具体步骤为：

(a)小波变换；提取特征之前利用移动窗口技术对电脑数据进行分段，应用小波变换对每一段脑电信号进行时频分析；

设为小波变换的核函数，若核函数满足容许性条件：

则称该函数为基小波；

一维信号f(t)∈L²(R)的连续小波变换可定义为：

与连续小波变换相对应的是离散小波变换，其一般形式为：

其中为小波基，a₀、b₀为两个常量且a₀>0；

(b)特征提取；将得到的脑电信号的时频分布计算其扩散距离；

对于两个分布D₁(X)和D₂(X)，D₁(X)和D₂(X)之间的扩散距离定义为：

$\hat{K}(D_1,D_2)={\∫}_0^{T}k\left(\right|T\left(X,t\right)\left|\right)dt$

T是一个正的常数，k(·)表示一种范数，T(X,t)为两个分布之间的差异d(X)＝D₁(X)-D₂(X)；可看成一个温度场的大小，当t＝0时，T(X,0)＝d(X)；

(c)贝叶斯线性判别分析BLDA；对于一个测试样本根据后验分布与似然函数可以得到它的预测分布：

$p\left(\hat{y}\right|\mathrm{\β},\mathrm{\α},\hat{X},D)=\∫p\left(\hat{y}\right|\mathrm{\β},\hat{X},w)p\left(w\right|\mathrm{\β},\mathrm{\α},D)dw$

预测分布是服从高斯分布的，其均值为：

$\hat{y}=m^T\hat{X}$

利用该均值可以完成测试样本的判决分类，式被称为BLDA的线性判别方程，采用BLDA算法作为分类器对脑电信号进行分类识别；

(d)分类后处理：分类后处理程序包括平滑滤波和阈值判断；

使用一个线性的移动平滑平均滤波器对BLDA输出结果进行平滑滤波，其定义如式所示：

$x_k=\frac{1}{2N+1}\underset{i=-N}{\overset{N}{\Σ}}{\hat{x}}_{k+i}$

其中，为输入信号，即BLDA分类器的输入值，2N+1表示滤波器的平均长度，x_k为平滑后的输出信号；

然后，将经过平滑处理的决策变量与设定的阈值th进行比较，得到二元判决结果；假设一脑电数据的平滑输出值为x，当x>th时，标记为“1”，表明该段脑电信号属于间歇期脑电；当x<th时，标记为“0”，表明该段脑电信号属于发作期脑电。