一种集成视觉监控的多模式无线脑机交互装置

1.一种集成视觉监控的微型多模式无线双向脑机交互装置，其特征在于： 该多模式无线双向脑机交互装置采用SoC芯片设计，为基于无线双向传输的神经信息采集及刺激系统；具有多种刺激模式，并且可以实现远距离无线遥控； 该多模式无线双向脑机交互装置包括： 一个CCD摄像机，用于对被跟踪动物图像的采集，CCD摄像机固定在观测区域的上方，并将采集的图像信息送入图像采集卡中；图像采集卡是基于PCI总线，采用PAL制式，分辨率为768×576×24位，采集速率为30帧/秒；它位于计算机测控及分析系统中； 一微推电极，用于外部电信号与脑电信号之间的转换，进行外部电刺激及脑电信号的采集，其中微推电极包括微电极(1)、定位套管(2)、接插件(3)、柔性屏蔽线(4)、滚珠笔头(5)、注射器(6)、螺母(7)和螺杆(8)；微电极(1)安装在定位套管(2)内，并设置于注射器(6)的最下端，接插件(3)通过微电极(1)上连接的柔性屏蔽线(4)从注射器(6)的侧壁上引出，注射器(6)上端固定有螺母(7)，螺母(7)上有螺杆(8)，螺杆的下部安装有滚珠笔头(5)，由螺杆(8)推进螺母(7)旋转带动微电极(1)向下推进； 一采集放大及无线传输电路，用于使微推电极产生刺激信号及对采集的脑电活动信号进行放大，并能够与计算机测控及分析系统之间进行交互，所述采集放大及无线传输电路包括信号滤波放大电路及采集前端的无线数字通讯处理模块，其中无线数字通讯处理模块中嵌入有控制器，控制器上有串口、数据端口、PWM端口及模数转换端口，PWM端口驱动扬声器发出不同特性的声音； 一计算机测控及分析系统，用于和采集放大电路进行交互并对CCD摄像机采集的图像进行分析与处理，该系统包括图像采集卡、微型计算机和基于串口的无线传输模块，其中微型计算机内设有支持神经电信息的采集、外部刺激参数设置、图像跟踪，及分析上述数据相互之间关系的微型计算机软件，基于串口的无线传输模块中同样嵌入有控制器能够和采集放大及无线传输电路进行交互；视觉跟踪算法采用基于颜色的方法，即首先通过把背景涂成与动物颜色有明显区分的色彩；在图像界面上设定及编辑不同迷宫或感兴趣区域，设定实验参数；首先对被跟踪动物图像的颜色灰度信息进行分析，以得到上下阈值(Tlow，Thigh)；然后对图像内感兴趣区域的象素Tlow≤I(i，j)≤Thigh进行分割，其中i、j为像素I坐标，滤去干扰噪声之后，对物体的质心进行实时跟踪；然后进一步计算出动物运动的速度、加速度、运动距离、运动时间长度、进入感兴趣区域的次数及停留的时间，以及处于不同区域时的动作电位的放电频率、放电时间等特性并对其进行分析； 各种刺激模式或参数及通讯控制均通过微型计算机上人机界面软件设定，经与微型计算机相连的基于串口的无线传输模块发送到远端电路；远端电路上的控制器对命令正确解码后，依据指令驱动数字端口产生刺激脉冲作用于微推电极或由PWM端口驱动扬声器发出不同频率特性的声音，并通过数字端口驱动不同的LED发光管进行同步指示；同时动物的脑电信息由微推电极采集，经放大、滤波及数模转换后以无线方式传输到微型计算机中，同时动物的行为也由视觉图像采集部分采集并同步记录到微型计算机中。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的CCD摄像机的分辨 率为480线，观察视角360度。
3. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的微电极（1)采用外 径10um的外涂特富龙的金属丝，并且在微电极（1)的尖端镀金。
4. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的无线数字通讯处理模 块和基于串口的无线传输模块均选用nRF24El芯片，采用表面贴封装。
5. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的微推电极为埋置式。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的外部刺激参数包括 可调的声音及电子刺激模式，即电刺激强度、刺激频率、刺激脉冲宽度、串 内脉冲个数、刺激串个数、刺激极性可任意设置；声音频率强弱可调。
7. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，计算机测控及分析系统完成 如下功能：1) 施加给动物的外部剌激模式的设置及控制；2) 脑电信息的采集及动物行为图像的采集控制及结果记录；3) 外部刺激、动物行为及脑电记录等系统间的同步控制及通讯控制；4) 外部刺激、动物脑电信息及行为特性的结果分析。

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