用于VR環(huán)境的低成本、無(wú)線腦電圖測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，用于測(cè)量研究和醫(yī)療環(huán)境中大腦活動(dòng)的系統(tǒng)和設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)。一個(gè)已被廣泛探索但尚未有效實(shí)現(xiàn)的概念是，在人們?yōu)g覽虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)環(huán)境時(shí)收集腦電圖（EEG）測(cè)量數(shù)據(jù)。

腦電圖測(cè)量是對(duì)大腦自發(fā)電子活動(dòng)的記錄，通常使用連接在頭皮上的小型電極進(jìn)行收集。這些記錄可以提供有關(guān)一個(gè)人大腦活動(dòng)的有趣信息，幫助醫(yī)生檢測(cè)各種疾病，包括睡眠障礙、癲癇、腦損傷和中風(fēng)。

將這些測(cè)量與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）體驗(yàn)相結(jié)合，神經(jīng)科學(xué)家就能更好地了解隨機(jī)個(gè)體或具有一系列特征的人群在不同虛擬環(huán)境中的大腦活動(dòng)是如何變化的。

特點(diǎn)：

低成本（60.07美元）、小型、無(wú)線、高精度、低功耗的4通道腦電測(cè)量系統(tǒng)（NeuroVista），用于額葉腦電測(cè)量，可與VR耳機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)腦電測(cè)量在 VR 環(huán)境中。

該系統(tǒng)的輸入?yún)⒖荚肼曅∮?.9480μVrms，共模抑制比大于96dB，測(cè)量分辨率小于0.1μV，帶寬0.5~45Hz，工作在250Hz采樣率。它還支持金屬干電極，并包括內(nèi)置模擬帶通濾波器、右腿驅(qū)動(dòng)電路，以及內(nèi)置數(shù)字低通濾波器和陷波濾波器，可以降低測(cè)量過(guò)程中的噪聲。研究人員可以根據(jù)需要重建電極系統(tǒng)來(lái)測(cè)量感興趣的區(qū)域。

可以看到是一個(gè)4電極系統(tǒng)，PCB是自己設(shè)計(jì)的，較為小巧。

它的意思是自己的系統(tǒng)小巧，給了很多維度

其實(shí)小巧的原因是來(lái)自于咱們坪山村兒的一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的小芯片，這個(gè)我寫(xiě)完文章就發(fā)出去打樣。

NeuroVista的腦電測(cè)量裝置能夠測(cè)量來(lái)自四個(gè)額通道的腦電信號(hào)，參考電極放置在耳垂處。此外，它還采用右腿驅(qū)動(dòng)電極來(lái)減少人體中的共模噪聲，該電極也放置在耳垂處。

右腿驅(qū)動(dòng)電路-看不懂也沒(méi)有辦法版，在這個(gè)左上角就是右腿驅(qū)動(dòng)，搞一個(gè)反向的信號(hào)懟回去。后面使用了比AFE還貴的ADC接收信號(hào)。

首先，電極系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，它直接接觸皮膚，采集人體表面的電位差。另外，電極系統(tǒng)負(fù)責(zé)將驅(qū)動(dòng)右腿電路輸出的反相共模噪聲加載到人體上，減少共模噪聲干擾。

該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸為 45 毫米 x 30 毫米 x 12 毫米，重量為 34 克，可以輕松連接到 VR 耳機(jī)。它由3.7 V鋰電池供電，集成電源管理模塊，可以使用USB type-c 5 V電源適配器方便地充電。該設(shè)備采用低功耗設(shè)計(jì)，功耗極低，250mAh鋰電池可連續(xù)使用2小時(shí)以上。

單通道腦電信號(hào)的傳輸路徑如圖所示。

它由三個(gè)組件組成：電極系統(tǒng)、KS1092 中的信號(hào)路徑以及信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸單元，其中包括 ADC（AD7682，Analog Devices, Inc.）、微控制器單元（MCU、STM32F103C8T6、STMicroElectronics NV）和低功耗藍(lán)牙模塊（BLE106，濟(jì)南優(yōu)斯物聯(lián)科技有限公司）。

KS1092輸出的信號(hào)由AD7682采集并轉(zhuǎn)換。ADC采用AD7682，它是16位、4通道逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)。

AD7682 具有可設(shè)置為 2.5 V 的內(nèi)部基準(zhǔn)電源。這樣就無(wú)需外部高精度基準(zhǔn)電壓源。

NeuroVista 集成了一個(gè)電池管理系統(tǒng) (BMS)，該系統(tǒng)圍繞德州儀器 (TI) 的 BMS 芯片 BQ24073 構(gòu)建。

用戶可以通過(guò)type-c端口使用USB適配器為設(shè)備充電。然而，值得注意的是，充電會(huì)給信號(hào)鏈帶來(lái)顯著的噪聲。因此，建議避免在設(shè)備充電時(shí)進(jìn)行腦電圖測(cè)量。

MCU的作用很簡(jiǎn)單，就是兩個(gè)SPI配置和傳輸，以及我不確定濾波是怎么搞的，一會(huì)兒看看文件包，最后就是串口控制BLE。

外設(shè)使用

樸實(shí)無(wú)華的控制

1.配置KS1092和AD7682的參數(shù)。

以固定的時(shí)間間隔讀取AD7682的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

3、對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，包括低通濾波和陷波濾波。

封裝腦電數(shù)據(jù)并通過(guò)UART發(fā)送至BLE模塊，BLE模塊再將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。

這個(gè)流程圖就寫(xiě)的很清楚了

可以看到，數(shù)據(jù)量較大，甚至使用了DMA在給串口輸出。

EEG 信號(hào)最初以 750 Hz 的速率進(jìn)行采樣，然后通過(guò) 50 Hz/60 Hz、帶寬為 8 Hz 的二階單陷波濾波器進(jìn)行處理，以消除信號(hào)中存在的電力線干擾。此后，信號(hào)經(jīng)過(guò)截止頻率為 50 Hz 的 10 階巴特沃斯低通濾波器，以消除高頻噪聲。

最后，信號(hào)被下采樣至 250 Hz。這個(gè)過(guò)程涉及最初以較高的速率采樣，然后進(jìn)行下采樣，主要是因?yàn)檩^高的采樣率在對(duì)抗混疊效應(yīng)方面更有效。

使用更高采樣率的濾波器可以實(shí)現(xiàn)更精確的信號(hào)處理。然而，由于MCU的處理速度限制以及BLE模塊的限制，以250Hz的速率傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)接近系統(tǒng)的極限。因此，信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后，被下采樣至250Hz。

這個(gè)就很有學(xué)習(xí)的必要了

這個(gè)ADC是7通道的，只能說(shuō)是富哥

這個(gè)BLE小小的

直接串口通訊

還可以一群

看參數(shù)其實(shí)也不咋省電

BLE的硬件構(gòu)建

因?yàn)橛?a target="_blank">射頻功能，所以這個(gè)模塊的擺放有說(shuō)道

BLE的話，就是AT控制，這篇文章不說(shuō)很多的代碼，就擺著一下

電路板有三塊

這個(gè)是主要的，主要的芯片在下面

主板PCB的制作要求為：4層結(jié)構(gòu)，F(xiàn)R4板型，外層銅厚1盎司，內(nèi)層銅厚0.5盎司，最小線寬≤0.2mm，最小線距≤0.2mm，最小線距≤0.2mm。過(guò)孔直徑≤0.3mm。

1.NeuroVista 的所有組件均使用表面貼裝技術(shù) (SMT) 安裝，建議聘請(qǐng) SMT 承包商進(jìn)行組件組裝。

2.屏蔽板：屏蔽板是一塊接地的銅箔，用于隔離外部電磁輻射，同時(shí)也是主板的底座。-這個(gè)翻譯有點(diǎn)奇怪，這個(gè)單詞我每次都有點(diǎn)不知所措，就這樣看吧。

疊在一起

螺栓和螺母：主板和屏蔽板通過(guò)螺柱和螺母緊固在一起。NeuroVista所有螺絲孔尺寸均為M2

4、銀織布電極：電極表面是一層銀織布材料，內(nèi)部填充聚酯纖維。這種結(jié)構(gòu)賦予了它極佳的彈性，讓用戶佩戴起來(lái)非常舒適。電極背面有一個(gè)帶扣，可以連接到 ECG 電極連接器上。

這種電極我沒(méi)有見(jiàn)過(guò)，但是看起來(lái)很舒服

安裝在內(nèi)測(cè)

5.電池：可充電鋰電池，容量250mAh，電壓3.7V。接口為2P接口，間距1.25mm。

電極線組 1：該組電極線包括參比電極、DRL 電極和通道 4 電極。參考電極和 DRL 電極安裝在固定在耳垂上的夾子上，由氯化銀制成。Channel-4 的電極線采用醫(yī)用心電圖電極線制成，頂部有一個(gè)凹槽，可以連接銀織布電極。電極線組1通過(guò)3.5毫米4P音頻插頭連接到主板。

電極線組 2：該組電極線包括通道 1、通道 2 和通道 3 的電極。電極線采用醫(yī)用心電電極線制成，頂端有凹槽，可容納銀布電極。電極線組2通過(guò)3.5毫米4P音頻插頭連接到主板。

就是這倆哥們兒了

在這里安裝，