在线与闭环分析系统
在线分析系统是NNSR的重要组成部分，专门用于实时处理来自DBS设备的电生理数据。该系统支持实时特征提取、在线信号处理和基于特征的反馈控制，为闭环脑机接口研究提供技术支撑。
系统概述
核心功能
- 实时数据采集：与DBS设备通过安全协议通信以获取LFP数据
- 在线信号处理：快速的实时信号处理
- 特征实时提取：支持多种特征的在线计算
- 反馈控制：基于特征的实时反馈和控制
技术特点
- 低延迟安全传输层：在蓝牙传输基础上，平均延迟增量仅1.32±0.37ms
- 安全通信协议：加密数据传输确保患者安全
- 多模态并行：支持多通道与多模态数据同时处理
- 可扩展架构：支持自定义算法集成
设备连接与配置
连接设置
串口连接配置
- 串口查询：自动检测可用串口
- 串口选择：选择对应的通信端口
- 连接建立：打开串口并建立通信
蓝牙连接配置（需要专用转发server，请联系作者获取）
- 蓝牙模块初始化：初始化PC端蓝牙适配器
- 设备配对：输入设备地址进行配对
- 连接验证：连接稳定性
采集参数设置
基本采集参数
- 采样频率：250Hz、500Hz、1000Hz、同步采集等可选
- 采集时间：设置单次采集的时长
- 通道选择：选择参与采集的电极通道
- 采集模式：单极或双极差分模式
实时数据采集
数据获取流程
采集初始化
- 参数确认：向设备发送采集参数
- 开始采集：发送采集开始指令
- 实时监控：监控数据传输状态
数据流管理
- 流式接收：连续接收实时数据流
- 缓冲管理：智能缓冲区管理避免数据丢失
- 质量监控：实时监控数据质量和完整性
实时显示
时域波形显示
- 多通道显示：同时显示多个通道的实时波形
- 自动缩放：根据信号幅度自动调整显示范围
- 滚动显示：实时滚动更新的波形显示
数据质量指标
- 噪声水平：监控背景噪声水平
- 连接状态：设备连接状态实时指示
在线信号处理
实时滤波
实时滤波器
- 带通滤波：实时去除带外噪声
- 陷波滤波：去除工频干扰
- 自适应滤波：根据信号特性自适应调整
滤波器配置
- 滤波器类型：IIR、FIR滤波器选择
- 截止频率：可调节的滤波器参数
- 实时响应：零相位延迟的实时滤波
在线伪迹处理
刺激伪迹实时去除
- 模板检测：实时检测刺激脉冲
- 自适应减除：基于模板的实时减除
- 参数调整：根据刺激参数动态调整
实时特征提取
时域特征
统计特征
- 均值方差：滑动窗口统计特征
- 峰值检测：实时峰值检测和计数
- 过零率：信号过零率的实时计算
- 自定义接口：自定接口以适配各类特征统计
频域特征
功率谱分析
- 实时PSD：基于滑动窗口的功率谱估计
- 频段能量：特定频段功率的实时计算
- 主频检测：信号主频的实时识别
频段比值
- β/γ比值：帕金森病相关的频段比值
- 相对功率：各频段相对功率计算
- 频谱重心：功率谱重心频率
时频特征
短时傅里叶变换
- 实时STFT：滑动窗口的时频分析
- 时频图更新：实时更新时频能量分布
- 特征频段追踪：特定频段能量的时间演化
反馈控制系统
β频段能量反馈
实时β能量计算
- 频段定义：13-30Hz β频段功率计算
- 归一化处理：相对于总功率的归一化
- 平滑滤波：减少瞬时波动的影响
反馈显示
- 能量条：β频段能量的实时条形图显示
- 趋势图：β能量随时间的变化趋势
- 阈值指示：可设置的阈值线显示
外部设备控制
同步触发
- 触发信号输出：向外部设备发送同步信号
- 事件标记：在数据流中标记特定事件
闭环控制接口
- 控制信号输出：基于特征的控制信号生成
- 参数调制：实时调整刺激参数
- 安全机制：多重安全检查确保患者安全
数据记录与存储
实时数据记录
连续记录
- 自动存储：采集数据的自动存储
- 文件管理：按时间自动创建数据文件
- 格式选择：多种存储格式可选
事件记录
- 手动标记：手动添加事件标记
- 自动标记：基于算法的自动事件检测
- 同步记录：事件与数据的精确时间同步
扩展接口
同步扩展
多设备同步
- 时间同步：多设备间的时间同步
- 数据对齐：不同数据流的时间对齐（基于获取时刻与先验补偿）
- 同步验证：同步精度的实时验证
外部设备接口
- 串口通信：与外部设备的串口通信或内部虚拟串口
- TCP/IP接口：网络设备的数据交换
可视化扩展
基准屏显示
- 全屏显示：专用显示屏的全屏反馈
- 自定义界面：可定制的反馈界面
- 实时更新：反馈信息的实时更新
第三方集成
- 数据流输出：向第三方软件输出数据流
- 插件系统：支持第三方插件集成
在线分析系统为DBS闭环控制和实时脑机接口研究提供了强大的技术平台，确保了研究的安全性、实时性和可靠性。