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专利号: 2021101759014
申请人: 江苏集萃脑机融合智能技术研究所有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:包括电源管理模块,用以给整个脑机接口系统提供稳定的电源;

光源模块,用以向大脑皮层输出稳定的光信号,然后接收经大脑皮层反射之后的光信号,并将其转化成电信号;

模拟前端模块,用以接收转化成的电信号,放大处理后将其转化成数字信号,四相移间接飞行时间运算单元,用以对模拟前端模块中的模拟电信号或数字电信号通过间接测量飞行时间技术进行运算;

处理器模块,用以控制光源模块的发射接收、模拟前端模块对电信号的接收以及处理计算分析输出;

用户输出显示模块,用以显示通过模拟前端模块对光信号处理计算分析之后检测到的大脑的活动状态;

以及通讯模块,通过其向外部受控设备传输信号用以控制外部受控设备的行为。

2.根据权利要求1所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述电源管理模块包括用以对3.7V标准电压进行升压至5.4V的开关电源芯片以及与其连接的用以为整个脑机接口系统提供AVDD模拟电源、DVDD数字电源和REF参考电压的线性稳压芯片。

3.根据权利要求1所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述光源模块包括发光装置以及光电传感器,所述发光装置包括产生600‑900nm的LED发光二极管或LD激光二级管,所述光电传感器包括APD雪崩光电二极管、SiPIN光电二极管或PMT光电倍增管,用以接收经大脑皮层反射之后的光信号并将转换成的电信号传输给模拟前端模块,所述光电传感器上还设置有用以避免日光干扰的光学带通滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述模拟前端模块包括

光源驱动器,用以驱动光源模块激发光信号至大脑皮层,跨阻放大器,用以将光电传感器传输过来的微弱电信号转换成小电压信号,增益调节器,用以将经跨阻放大器转换后的小电压信号进行放大,带通滤波器,用以对放大后的电压信号进行滤波,模数转化模块,用以对模拟电信号进行采样并转化成数字信号,直流校正模块,用以对光源驱动器、跨阻放大器、增益调节器进行校正以降低整个脑机接口系统的噪声以及排除日光的干扰。

5.根据权利要求4所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述四相移间接飞行时间运算单元可以集成在模拟前端模块上,按照间接测量飞行时间技术的原理对滤波后的电压信号进行四次移相运算,计算得到相位差和幅度信息,或者可以集成在处理器模块上,按照间接测量飞行时间技术的原理对模数转化后的数字信号进行四次相移运算,计算得到相位差和幅度信息。

6.根据权利要求1所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述处理器模块还用以完成整个脑机接口系统中仪器噪声、生理噪声的去噪算法和朗伯‑比尔定律的转换。

7.根据权利要求5所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述处理器模块由FPGA或微功耗单片机控制,所有算法均在片上实现。

8.根据权利要求1所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统,其特征在于:所述通讯模块包括Bluetooth、Zigbee、WiFi的无线传输方式以及Ethernet以太网、RS232、USB有线接口。

9.一种基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统的实现方法,其特征在于:具体包括以下步骤,

a、光源模块在处理器模块的控制下,向大脑皮层发射光信号,所述光信号为600‑900nm的红外光,经大脑皮层反射之后的光信号经光电传感器接收转化后,将电信号传输给模拟前端模块,并四相移间接飞行时间运算单元通过四步相移法对光信号进行处理计算分析之后,将检测到的大脑活动状态显示到用户输出显示模块上,b、通过步骤a中的四步相移法的处理计算分析之后,计算出光信号在大脑皮层中飞行的距离,并同时利用间接测量飞行时间技术测量大脑不同深度血氧值的相对变化量,而飞行的距离以及不同深度的血氧值以模拟前端模块输出的数字信号的方式对应体现,并通过通讯模块,将对应的数字信号输出给外部受控设备,从而实现脑机接口。

10.根据权利要求8所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统的实现方法,其特征在于:所述步骤a中模拟前端模块通过四步相移法对光信号进行处理计算分析过程具体包括以下步骤,

i.跨阻放大器将接收到的微弱电信号转换成小电压信号,然后经增益调节器将小电压信号进行放大,再通过带通滤波器对放大后的电压信号进行滤波,ii.四相移间接飞行时间运算单元按照间接测量飞行时间技术的原理对滤波后的电压信号进行四次移相运算,四次移相后的模拟信号输入到模数转化模块进行采样并转化成数字信号,

iii.在步骤i和ii过程中,直流校正模块对光源驱动器、跨阻放大器、增益调节器进行校正以降低整个脑机接口系统的噪声以及排除日光的干扰。

11.根据权利要求10所述的基于间接测量飞行时间技术的脑机接口系统的实现方法,其特征在于:所述步骤ii还可以是,ii.模数转化模块直接对滤波后的电压信号进行模数转化成数字信号,然后四相移间接飞行时间运算单元按照间接测量飞行时间技术的原理对数字信号进行四次移相、运算。