[发明专利]基于GMI效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统

说明书

本发明公开了一种基于GMI效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统，脑磁信号探头包括布置在同一个平面上且呈直条状的至少三组非晶丝，每一组非晶丝包括至少一根非晶丝，任意相邻两组非晶丝之间形成夹角，每一组非晶丝上套设有拾取线圈；脑磁信号传感器包括前述脑磁信号探头和传感器外围电路；脑磁信号采集系统包括脑磁信号接收模块、信号采集器和至少一个前述的脑磁信号传感器。本发明能实现“即插即用”和“随时可用”的大脑活动状态检测、提高脑机接口实用性，将脑机接口拓展到实际应用中，具有准备快速、使用简单、检测精度高、稳定可靠的优点。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术研究实验的脑磁信号采集装置，具体涉及一种基于GMI效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统。

背景技术

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)作为一种能将大脑思维意识直接转换成外部设备控制指令的新型人机交互技术，其潜在的应用价值在学术研究、康复医疗以及军事作战等领域内正得到越来越广泛的关注。目前，国内外相关研究团队已经开发出一些令人印象深刻的脑机接口演示系统(比如思维字符拼写、脑控轮椅等)，但这些系统的使用环境仍局限于实验室之中，且使用者在没有专业人士介入的情况下很难长期使用BCI系统。这其中一个重要原因是作为BCI系统信号源的脑电(EEG)信号检测手段仍采用传统的接触式测量方式，且需要一些辅助处理(比如涂抹导电膏)来提高信号采集质量。这类传统的检测手段存在实验准备时间长、电极帽舒适性差、抗干扰性能和维持性都达不到实用性要求的缺陷，还远远做不到实用脑机接口系统所期望的“即插即用”和“随时可用”的理想目标。采用脑磁信号替代脑电信号作为BCI中用于检测脑信号的重要手段，可以有效避免传统的EEG采集技术中必须采用接触式采集方式的缺点，大大提高信号的稳定性和长期使用性，并且可以真正实现“即插即用”和“随时可用”的目标。然而，传统的脑磁检测手段，如脑磁图(MEG)，虽然可以实现相比于脑电更为灵敏、安全，且可以非接触测量，但由于MEG设备通常庞大、昂贵，而且必须在磁屏蔽室中进行，使得目前脑磁信号仍然无法成为实用BCI设备的检测手段。

GMI效应，就是当软磁性材料(多为Co基非晶和Fe基纳米晶)的丝或条带通以交流电流I_ac时，材料两端感生的交流电压U_w随着丝纵向所加的外磁场H_ex的变化而灵敏变化的现象，其实质是非晶丝自身的阻抗随外加磁场的灵敏变化。通过信号采集线圈，我们可以将阻抗值转化为电压值，从而实现对外磁场H_ex的测量。GMI磁传感器能够在非磁屏蔽环境中对微弱磁场进行精确探测，从而基于GMI效应的非接触式脑磁信号检测技术，具有快速准备、使用简单和稳定可靠等特点，实现“即插即用”和“随时可用”的大脑活动状态检测，对于提高脑机接口的实用性，将脑机接口拓展到实际应用之中具有重要意义。

在现有非晶丝磁传感器，多数采用单根非晶丝或者相互平行的两根非晶丝放置方法，在磁场检测的过程中，只能够测量出空间磁感应强度矢量在沿非晶丝轴向上的磁场强度，即一维磁场强度。而如果要想获得一个空间点的三维磁感应强度矢量值，一维磁场测量传感器需要进行至少三次不同方向磁场测量。这个过程不仅需要传感器进行精确定轴转动，而且采集到的数据需要经过复杂的处理还原过程。在精度要求极高(pT级)的生物磁场探测中，将会引入极大的空间位移误差，对最终的测量结果产生较大的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能实现“即插即用”和“随时可用”的大脑活动状态检测、提高脑机接口实用性，将脑机接口拓展到实际应用中，准备快速、使用简单、检测精度高、稳定可靠的基于GMI效应的脑磁信号探头、传感器及采集系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于GMI效应的脑磁信号探头，包括布置在同一个平面上且呈直条状的至少三组非晶丝，每一组非晶丝包括至少一根非晶丝，任意相邻两组非晶丝之间形成夹角，每一组非晶丝上套设有拾取线圈。