本發(fā)明屬于腦電信號采集及應用領域，具體涉及一種腦機接口處理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

背景技術：

目前，腦電信號的采集、處理、存儲及顯示技術是腦電監(jiān)護的核心技術，該技術借助腦電監(jiān)護儀將所監(jiān)護病人的腦電信號實時地連續(xù)不斷顯示出來，供神經(jīng)科的醫(yī)生觀察該病人腦電圖的變化情況，以提供及時的搶救和治療。

而進行腦電監(jiān)護的對象主要是患有癲癇、顱腦感染、以及影響大腦生理代謝的疾病的病人，但是該類病情很多時候是間歇突發(fā)的，并不是一直都在發(fā)生的，同時醫(yī)用的腦電監(jiān)護儀設備價格貴、體積大，長時間的住院監(jiān)護，不僅會給病人帶來巨大的經(jīng)濟負擔，還會耗費巨大的醫(yī)療資源，同時由于電信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和協(xié)議以及網(wǎng)絡技術的變化，科研人員在調(diào)用使用者腦電信號時，需要頻繁更換各種不同軟件進行操作，從而加重了工作量，帶來了工作負擔。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠方便使用者攜帶腦電監(jiān)測設備，便利醫(yī)生、家屬對使用者的看護，并通過開放的API為科研人員調(diào)用使用者的腦電信息提供便利的腦機接口處理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供技術方案如下：

一方面，本發(fā)明提供一種腦機接口處理系統(tǒng)，包括腦機接口處理裝置和軟件應用平臺，所述腦機接口處理裝置包括依次連接的干電極、腦電信號采集及解析模塊、微處理器、無線通信模塊和具有無線通信功能的處理及顯示終端，所述軟件應用平臺包括腦電信號存儲模塊、腦電信號在線反饋模塊和開放的API接口，其中：

所述干電極用于與使用者的大腦連接，實時采集使用者的原始腦電信號信號；

所述腦電信號采集及解析模塊為ASIC芯片，用于對所述原始腦電信號信號的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及信號分析；

所述微處理器分別與無線通信模塊、腦電信號存儲模塊、腦電信號在線反饋模塊和開放的API接口進行信息交互；

所述無線通信模塊與處理及顯示終端進行信息交互。

進一步的，所述微處理器采用MSP430單片機，所述無線通信模塊為藍牙模塊，所述處理及顯示終端為移動電腦或手機。

進一步的，所述腦機接口處理裝置還包括報警模塊和電源模塊，所述報警模塊的信號輸入端與所述微處理器的報警信號輸出端連接，所述電源模塊用于為腦電信號采集及解析模塊、微處理器、無線通信模塊和報警模塊提供電源。

進一步的，所述報警模塊包括至少一個聲光報警器，所述處理及顯示終端具有自動撥號功能。

另一方面，本發(fā)明還提供一種上述腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括：

步驟1：將所述干電極與使用者的大腦連接，所述干電極實時采集使用者不同位置的原始腦電信號，并傳輸至所述腦電信號采集及解析模塊；

步驟2：所述腦電信號采集及解析模塊將所述原始腦電信號進行采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及信號分析，并將最終得到的腦電信號傳輸至所述微處理器；

步驟3：所述微處理器將所述腦電信號傳輸至所述無線通信模塊、腦電信號存儲模塊、腦電信號在線反饋模塊和開放的API接口；

步驟4：所述無線通信模塊將所述腦電信號傳輸至所述處理及顯示終端進行顯示，所述腦電信號在線反饋模塊判斷所述腦電信號是否正常，如果正常，則返回步驟1，如果不正常，則執(zhí)行步驟5；

步驟5：所述腦電信號在線反饋模塊通過微處理器將腦電信號不正常的信號傳輸至所述報警模塊和無線通信模塊，所述報警模塊發(fā)出報警信號，所述無線通信模塊將腦電信號不正常的信號傳輸至處理及顯示終端，所述處理及顯示終端啟用自動撥號功能通知醫(yī)生和家屬。

進一步的，步驟5之后還包括：

步驟6：科研人員通過所述軟件應用平臺調(diào)用采集到的腦電信號。

進一步的，所述開放的API接口采用基于API安全屬性隱藏的軟件保護方法進行保護，所述API安全屬性隱藏包括API安全屬性集、基礎模塊構(gòu)建和文件重構(gòu)，其中：

所述API安全屬性集包括API名字、API調(diào)用位置、API參數(shù)、API入口點和API返回值；

所述基礎模塊構(gòu)建包括變形傳參代碼塊、新入口代碼塊和返回值加密功能模塊，所述變形傳參代碼塊用于將所述API參數(shù)所指向的代碼用目標代碼混淆器進行混淆，所述新入口代碼塊用于將程序?qū)肽K動態(tài)轉(zhuǎn)儲到一個新的地址中，并將新地址處的API入口地址作為對應API的新入口點，所述返回值加密功能模塊用于采用偽隨機數(shù)生成器生成密鑰，并采用加密算法加密返回值；

所述文件重構(gòu)包括API名字清除、基礎模塊嵌入和陷阱指令插入，所述API名字清除用于將軟件應用平臺中所有被保護的文件中的API名字進行清除，所述基礎模塊嵌入用于嵌入到被保護的文件中，依次執(zhí)行所述變形傳參代碼塊、新入口代碼塊和返回值加密功能模塊，進而生成保護后的新文件，所述陷阱指令插入包含陷阱處理函數(shù)，用于解密所述返回值加密功能模塊，獲取解密密鑰。

進一步的，所述步驟6中，所述開放的API接口進行保護后，科員人員通過所述軟件應用平臺調(diào)用采集到的腦電信號時需進行安全認證，包括：

步驟61：所述開放的API接口接收并響應科員人員通過電腦服務器所發(fā)送的調(diào)用采集到的腦電信號的API請求，然后根據(jù)所述API請求提取出API調(diào)用位置，并得到所述API調(diào)用位置的API名字、API參數(shù)、API入口點和API返回值，然后進入所述基礎模塊構(gòu)建依次執(zhí)行變形傳參代碼塊、新入口代碼塊和返回值加密功能模塊，同時執(zhí)行所述API名字清除以清除所述API名字，進而生成保護后的文件，即實現(xiàn)應用平臺的安全保護；

步驟62：當執(zhí)行至所述API返回值時，預先設置的所述陷阱指令被觸發(fā)，跳入陷阱處理函數(shù)中解密所述返回值加密功能模塊，進而可判斷解密的返回值與程序中所存在的API解密返還值是否對應，若是，轉(zhuǎn)到步驟63，否則轉(zhuǎn)到步驟64；

步驟63：所述軟件應用平臺將API響應信息發(fā)送給電腦服務器，科研人員得到所需要的用戶腦電信息；

步驟64：所述軟件應用平臺將認證失敗信息發(fā)送給電腦服務器，停止API響應。

本發(fā)明具有以下有益效果：

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法使用干電極對使用者的腦電信號進行采集，并采用ASIC芯片作為腦電信號采集及解析模塊進行信號采集和處理，ASIC芯片集成了采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及腦電信號分析等功能，功能強大，體積小，重量輕，實現(xiàn)了腦機接口處理裝置的便攜性，同時本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)還具有腦電信號異常報警功能，可以在使用者犯病時發(fā)出報警信號；軟件應用平臺使用腦電信號存儲模塊可以存儲長時間腦電信號，使用無線通信模塊傳輸采集到的腦電信號，方便處理及顯示終端對腦電信號進行顯示監(jiān)控；本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)大大縮小了設備的體積，方便病人隨身攜帶使用，降低了監(jiān)護成本，同時存儲的數(shù)據(jù)有利于醫(yī)生事后對病情的診斷；本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法中的軟件應用平臺使用開放的API接口，為科研人員調(diào)用使用者腦電信號提供了方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)的基本系統(tǒng)框架示意圖；

圖2為本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法的軟件應用平臺安全認證的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

一方面，本發(fā)明提供一種腦機接口處理系統(tǒng)，如圖1所示，包括腦機接口處理裝置100和軟件應用平臺200，腦機接口處理裝置100包括依次連接的干電極101、腦電信號采集及解析模塊102、微處理器103、無線通信模塊104和具有無線通信功能的處理及顯示終端105，軟件應用平臺200包括腦電信號存儲模塊201、腦電信號在線反饋模塊202和開放的API接口203，其中：

干電極101用于與使用者的大腦連接，實時采集使用者的原始腦電信號信號；

腦電信號采集及解析模塊102為ASIC芯片，用于對原始腦電信號信號的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及信號分析；

微處理器103分別與無線通信模塊104、腦電信號存儲模塊201、腦電信號在線反饋模塊202和開放的API接口203進行信息交互；

無線通信模塊104與處理及顯示終端105進行信息交互。

本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)使用干電極101對使用者的腦電信號進行采集，并采用ASIC芯片作為腦電信號采集及解析模塊102進行信號采集和處理，ASIC芯片集成了采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及腦電信號分析等功能，功能強大，體積小，重量輕，實現(xiàn)了腦機接口處理裝置的便攜性，同時本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)還具有腦電信號異常報警功能，可以在使用者犯病時發(fā)出報警信號；軟件應用平臺200使用腦電信號存儲模塊201可以存儲長時間腦電信號，使用無線通信模塊104傳輸采集到的腦電信號，方便處理及顯示終端105對腦電信號進行顯示和監(jiān)控；本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)大大縮小了設備的體積，方便病人隨身攜帶使用，降低了監(jiān)護成本，同時存儲的數(shù)據(jù)有利于醫(yī)生事后對病情的診斷；本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)中的軟件應用平臺200使用開放的API接口203，為科研人員調(diào)用使用者腦電信號提供了方便。

優(yōu)選的，微處理器可以采用MSP430單片機，無線通信模塊104為藍牙模塊，處理及顯示終端為移動電腦或手機。MSP430單片機體積小、功耗低，藍牙模塊具備高速穩(wěn)定安全的信號傳輸特點，可實現(xiàn)固定設備、移動設備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換，移動電腦或手機可以隨身攜帶，方便醫(yī)生或使用者家屬隨時了解使用者的病情。

進一步的，腦機接口處理裝置100還可以包括報警模塊107和電源模塊106，報警模塊107的信號輸入端與微處理器103的報警信號輸出端連接，電源模塊106用于為腦電信號采集及解析模塊102、微處理器103、無線通信模塊104和報警模塊107提供電源。電源模塊優(yōu)選采用3.7V聚合物鋰電池，體積小，供電時間長。

優(yōu)選的，報警模塊107包括至少一個聲光報警器，處理及顯示終端105具有自動撥號功能。當使用者的腦電信號發(fā)生異常是，聲光報警器在接收到報警信號時能夠同時發(fā)出聲、光兩種報警信號，并且處理及顯示終端105啟動自動撥號功能通知醫(yī)生和使用者家屬。

另一方面，本發(fā)明還提供一種上述腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，如圖2至圖3所示，包括：

步驟S1：將干電極101與使用者的大腦連接，干電極101實時采集使用者不同位置的原始腦電信號，并傳輸至腦電信號采集及解析模塊102；

步驟S2：腦電信號采集及解析模塊102將接原始腦電信號進行采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及信號分析，并將最終得到的腦電信號傳輸至微處理器103；

步驟S3：微處理器103將腦電信號傳輸至無線通信模塊104、腦電信號存儲模塊201、腦電信號在線反饋模塊202和開放的API接口203；

步驟S4：無線通信模塊104將腦電信號傳輸至處理及顯示終端105進行顯示，腦電信號在線反饋模塊202判斷腦電信號是否正常，如果正常，則返回步驟S1，如果不正常，則執(zhí)行步驟S5；

步驟S5：腦電信號在線反饋模塊202通過微處理器103將腦電信號不正常的信號傳輸至報警模塊107和無線通信模塊104，報警模塊107發(fā)出報警信號，無線通信模塊104將腦電信號不正常的信號傳輸至處理及顯示終端105，處理及顯示終端105啟用自動撥號功能通知醫(yī)生和家屬。

本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法使用干電極101對使用者的腦電信號進行采集，并采用ASIC芯片作為腦電信號采集及解析模塊102進行信號采集和處理，同時本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)還具有腦電信號異常報警功能，可以在使用者犯病時發(fā)出報警信號；軟件應用平臺200使用腦電信號存儲模塊201可以存儲長時間腦電信號，使用無線通信模塊104傳輸采集到的腦電信號，方便處理及顯示終端105對腦電信號進行顯示和監(jiān)控；本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法使得存儲的數(shù)據(jù)有利于醫(yī)生事后對病情的診斷。

進一步的，步驟S5之后還包括：

步驟S6：科研人員通過軟件應用平臺調(diào)用采集到的腦電信號。本發(fā)明的腦機接口處理系統(tǒng)中的軟件應用平臺200使用開放的API接口203，為科研人員調(diào)用使用者腦電信號提供了方便。

優(yōu)選的，開放的API接口203采用基于API安全屬性隱藏的軟件保護方法進行保護，API安全屬性隱藏包括API安全屬性集300、基礎模塊構(gòu)建400和文件重構(gòu)500，其中：

API安全屬性集300包括API名字301、API調(diào)用位置302、API參數(shù)303、API入口點304和API返回值305；

基礎模塊構(gòu)建400包括變形傳參代碼塊401、新入口代碼塊402和返回值加密功能模塊403，變形傳參代碼塊401用于將API參數(shù)所指向的代碼用目標代碼混淆器進行混淆，新入口代碼塊402用于將程序?qū)肽K動態(tài)轉(zhuǎn)儲到一個新的地址中，并將新地址處的API入口地址作為對應API的新入口點，返回值加密功能模塊403用于采用偽隨機數(shù)生成器生成密鑰，并采用加密算法加密返回值；

文件重構(gòu)500包括API名字清除501、基礎模塊嵌入502和陷阱指令插入503，API名字清除501用于將軟件應用平臺中所有被保護的文件中的API名字301進行清除，基礎模塊嵌入502用于嵌入到被保護的文件中，依次執(zhí)行變形傳參代碼塊401、新入口代碼塊402和返回值加密功能模塊403，進而生成保護后的新文件，陷阱指令插入503包含陷阱處理函數(shù)，用于解密返回值加密功能模塊403，獲取解密密鑰。

本發(fā)明的軟件應用平臺200中的API接口203由于是開放式的，容易受到攻擊，盜取使用者的信息。當攻擊者攻擊軟件應用平臺時，需要獲取API的安全屬性有：API名字、API參數(shù)和返回值，因此需對軟件應用平臺200進行保護，本發(fā)明采用基于API安全屬性隱藏的軟件保護方法，對API安全屬性進行隱藏，攻擊者不能提取出API名字、API參數(shù)和返回值鎮(zhèn)邪內(nèi)容，并且由于隱藏后，程序使用的是新的入口點，并對返回值進行加密處理，攻擊者及時篡改了返回值，也不能使程序按照預期的流程來執(zhí)行，本發(fā)明采用基于API安全屬性隱藏的軟件保護方法在一定程度上能夠阻止API安全屬性的獲取。

作為本發(fā)明的另一種改進，步驟S6中，開放的API接口203進行保護后，科員人員可以通過軟件應用平臺200調(diào)用采集到的腦電信號時需進行安全認證，包括：

步驟S61：開放的API接口203接收并響應科員人員通過電腦服務器所發(fā)送的調(diào)用采集到的腦電信號的API請求，然后根據(jù)API請求提取出API調(diào)用位置302，并得到API調(diào)用位置302的API名字301、API參數(shù)303、API入口點304和API返回值305，然后進入基礎模塊構(gòu)建400依次執(zhí)行變形傳參代碼塊401、新入口代碼塊402和返回值加密功能模塊403，同時執(zhí)行API名字清除501以清除API名字301，進而生成保護后的文件，即實現(xiàn)應用平臺的安全保護；

步驟S62：當執(zhí)行至API返回值305時，預先設置的陷阱指令503被觸發(fā)，隨后跳入陷阱處理函數(shù)中解密返回值加密功能模塊403，進而可判斷解密的返回值與程序中所存在的API解密返還值是否對應，若是，轉(zhuǎn)到步驟S63，否則轉(zhuǎn)到步驟S64；

步驟S63：軟件應用平臺200將API響應信息發(fā)送給電腦服務器，科研人員得到所需要的用戶腦電信息；

步驟S64：軟件應用平臺200將認證失敗信息發(fā)送給電腦服務器，停止API響應。

科員人員通過軟件應用平臺200調(diào)用采集到的腦電信號時進行需安全認證的方法，既方便科研人員對腦電信號的提取，又能防止攻擊者竊取使用者的健康信息，保證了使用者健康信息的安全性。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。