腦電采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種腦電采集裝置，具體包括：N通道腦電采集電極、腦電信號采集器、傳輸模塊和數(shù)據(jù)接收模塊，本發(fā)明的腦電采集裝置采用N通道腦電采集電極將獲取到的腦電信號送入高阻抗前置緩沖級，然后腦電信號經(jīng)高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并被送入數(shù)字信號處理器，再根據(jù)具體需要將處理后的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊。本發(fā)明具體使用24位高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片直接獲取腦部相關(guān)位置的信號，并將與所對應(yīng)通道轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號相減，消除了共模干擾、器件噪聲以及其它相關(guān)的背景噪聲，得到的信號基本為純凈的腦電信號。
【專利說明】腦電采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種腦電采集裝置的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]腦電放大器是一種通過無創(chuàng)方式獲取大腦信號的采集裝置，但是由于腦電信號淹沒在環(huán)境噪聲中，而采用模擬電路去除噪聲時，模擬電路經(jīng)常因偏移電壓等的限制無法提高共模抑制比，而且模擬器件的增加也會增加器件噪聲，所以常規(guī)腦電放大器采集到的信號不僅頻帶范圍受到限制，而且采集到的信號還會包含一些噪聲干擾，不僅加大了后續(xù)處理的難度而且會影響醫(yī)療和科研的進(jìn)展。
[0003]在CN201220428883.2、CN201120111758.4 以及 CN201210308665.X 中所公開的腦
電采集裝置雖然可以采集腦電信號，但是它們都采用傳統(tǒng)的信號調(diào)理模塊如前置放大器、模擬陷波器等來實(shí)現(xiàn)信號的分離采集，這種設(shè)置很難以很高的共模抑制比來獲取高精度的腦電信號，它們不僅共模抑制比較低，而且模擬器件的增多不僅增加電路的體積和成本，同時器件本身的噪聲也會影響到腦電信號的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有的腦電采集裝置容易受到噪聲干擾，無法獲取高精度腦電信號的問題，提出一種 高精度的腦電信號采集裝置。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種腦電采集裝置，具體包括:N通道腦電采集電極、腦電信號采集器、傳輸模塊和數(shù)據(jù)接收模塊，其中，所述腦電信號采集器包括第一 N通道的高阻抗前置緩沖級、第二 N通道的高阻抗前置緩沖級、第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊、第二N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理器，N通道腦電采集電極分別與第
一N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，與N通道腦電采集電極相對應(yīng)的N個腦電參考信號分別與第二 N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，第一 N通道的高阻抗前置緩沖級的輸出端分別與第一N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，第二N通道的高阻抗前置緩沖級輸出端分別與第二N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和第二 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別與數(shù)字信號處理器的兩個數(shù)字信號輸入端相連接，數(shù)字信號處理器的輸出信號通過所述的傳輸模塊傳輸至所述的數(shù)據(jù)接收模塊。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的腦電采集裝置采用N通道腦電采集電極將獲取到的腦電信號送入高阻抗前置緩沖級，然后腦電信號經(jīng)高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并被送入數(shù)字信號處理器，再根據(jù)具體需要將處理后的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收模塊。本發(fā)明具體使用24位高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片直接獲取腦部相關(guān)位置的信號，并將與所對應(yīng)通道轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號相減，消除了共模干擾、器件噪聲以及其它相關(guān)的背景噪聲，得到的信號基本為純凈的腦電信號?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的腦電采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是本發(fā)明中腦電信號采集器的結(jié)構(gòu)示意圖 。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。
[0010]本發(fā)明的腦電采集裝置，具體包括:N通道腦電采集電極、腦電信號采集器、傳輸模塊和數(shù)據(jù)接收模塊，其中，所述腦電信號采集器包括第一N通道的高阻抗前置緩沖級、第
二N通道的高阻抗前置緩沖級、第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊、第二 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理器，N通道腦電采集電極分別與第一N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，與N通道腦電采集電極相對應(yīng)的N個腦電參考信號分別與第二 N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，第一 N通道的高阻抗前置緩沖級的輸出端分別與第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，第二 N通道的高阻抗前置緩沖級輸出端分別與第二 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和第二N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別與數(shù)字信號處理器的兩個數(shù)字信號輸入端相連接，數(shù)字信號處理器的輸出信號通過所述的傳輸模塊傳輸至所述的數(shù)據(jù)接收模塊。具體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。
[0011]本發(fā)明的腦電采集裝置具體實(shí)現(xiàn)過程如下:圖1中的N通道腦電采集電極101將獲取到的腦電信號送入高阻抗前置緩沖級102，然后腦電信號經(jīng)高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊103轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并被送入數(shù)字信號處理器104，再根據(jù)具體需要將腦電數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙模塊105或者USB傳輸模塊106送到數(shù)據(jù)接收模塊107中。其中，高阻抗前置緩沖級102具體采用高精度、低噪聲、低溫漂的放大器芯片如AD8639構(gòu)成的電壓跟隨器，高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊103為N通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片如AD7731，數(shù)字信號處理器104作用為控制模數(shù)轉(zhuǎn)換并將讀取到的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中的數(shù)字信號傳送到傳輸模塊，這里的傳輸模塊具體為藍(lán)牙模塊105或者USB傳輸模塊106，藍(lán)牙模塊105為標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙傳輸模塊，USB傳輸模塊106為標(biāo)準(zhǔn)USB2.0傳輸模塊，數(shù)據(jù)接收模塊107為上位機(jī)接收系統(tǒng)。
[0012]圖2為第N通道的腦電信號采集器的具體實(shí)施過程:第N通道電極將腦電信號送入高阻前置緩沖級201的同相輸入端，參考信號送入高阻前置緩沖級202的同相輸入端，然后兩路信號經(jīng)過高阻前置緩沖級201、202構(gòu)成的電壓跟隨器分別到的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203的CHl接口和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204的CH2接口。數(shù)字信號處理器205 (即是圖1中的數(shù)字信號處理器104)的IO 口將模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203的引腳CSl和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204的引腳CS2拉為高電平分別選中這個芯片，接著數(shù)字信號處理器205的IO 口通過DINl和DIN2分別向模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204寫初始化程序，然后數(shù)字信號處理器205的IO同時將模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203的引腳SYNCl和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204的引腳SYNC2拉高，同步啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過DOUTl和D0UT2送到數(shù)字信號處理器205，在數(shù)字信號處理器205中將DOUTl和D0UT2的數(shù)據(jù)相減就得到純凈的腦電信號。
[0013]本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)原理說明如下:
[0014]為了最大程度的減小噪聲，獲取高質(zhì)量的腦電信號，本發(fā)明使用24位高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片直接獲取腦部相關(guān)位置的信號，并將與所對應(yīng)通道轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號相減，從而獲得純凈的腦電信號。
[0015]假設(shè)圖2中第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203的輸入通道CHl的信號SI是大腦采集點(diǎn)N的信號，它具體包括:腦電信號Sdl、共模信號Vranl、器件噪聲Vdll以及其它背景噪聲VN1，與輸入通道CHl的信號SI相對應(yīng)的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204的輸入通道CH2的信號S2是大腦參考點(diǎn)的信號，具體包括:腦電信號Sd2、共模信號Vm2、器件噪聲Vdl2以及其它背景噪聲VN2，則數(shù)字信號處理器的輸出信號具體為兩個通道數(shù)字信號相減的到的信號S為:
[0016]S=S1-S2
[0017]= (Sdl+Vcml+vchl+vN1) - (sd2+Vcm2+Vch2+VN2) (I)
[0018]= (Sdl-Sdl) + (Vcml-Vcm2) + (Vchl-Vch2) + (Vn1-Vn2)
[0019]由于本發(fā)明實(shí)施例中所選用的24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是同一種芯片，因此兩個芯片的性能基本完全相同，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片203和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片204中所包含的噪聲信號基本相同，即:
[0020]Vcml ^ Vcm2, Vchl ^ Vch2, Vni ^ Vn2 (2)
[0021]所以得到的信號S:
[0022]S=S1-S2
[0023](3)
[0024]^ (Sdl-Sdl)
[0025]從公式(3)中可以得出:本發(fā)明腦電采集裝置所采集的信號消除了共模干擾、器件噪聲以及其它相關(guān)的背景噪聲，得到的信號基本為純凈的腦電信號；此外本發(fā)明采集裝置中不包含高通濾波器，而是直接采用高精度24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用腦電信號，因此所采集到的信號與常規(guī)腦電放大器相比包含了 0-0.5HZ的信號，而且根據(jù)公式(4)的奈奎斯特采樣定理設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器不同的采樣頻率fs.max，可以獲得OHZ以上不同帶寬的腦電信號，所以本實(shí)施例的采集裝置不僅保證了很高的腦電信號的質(zhì)量而且獲得了完整的腦電信號，為醫(yī)療和腦認(rèn)知等相關(guān)研究提供更豐富的數(shù)據(jù)。
[0026]fs max ≥ 2fmax (4)
[0027]其中，fs.max為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，fs為被采集信號的最高頻率。
[0028]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0029]1.采用本發(fā)明的腦電采集裝置可以獲得無限高的共模抑制比(>120dB)，與常規(guī)腦電采集裝置相比，本發(fā)明在降低設(shè)備費(fèi)用以及減小設(shè)備體積的基礎(chǔ)上提高了共模抑制t匕，獲得的腦電信號質(zhì)量更高。具體計算為:參照國家提出的計算標(biāo)準(zhǔn)得出(The people’sRepublic of China National Metrology Verification Regulation, JJG954, 2000),共模抑制比計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種腦電采集裝置，具體包括:N通道腦電采集電極、腦電信號采集器、傳輸模塊和數(shù)據(jù)接收模塊，其中，所述腦電信號采集器包括第一 N通道的高阻抗前置緩沖級、第二 N通道的高阻抗前置緩沖級、第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊、第二 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理器，N通道腦電采集電極分別與第一N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，與N通道腦電采集電極相對應(yīng)的N個腦電參考信號分別與第二 N通道的高阻抗前置緩沖級的同相輸入端相連接，第一 N通道的高阻抗前置緩沖級的輸出端分別與第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，第二 N通道的高阻抗前置緩沖級輸出端分別與第二 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊和第二N通道的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別與數(shù)字信號處理器的兩個數(shù)字信號輸入端相連接，數(shù)字信號處理器的輸出信號通過所述的傳輸模塊傳輸至所述的數(shù)據(jù)接收模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦電采集裝置，其特征在于，所述的傳輸模塊具體為藍(lán)牙模塊或者USB傳輸模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的腦電采集裝置，其特征在于，所述的高精度腦電采集轉(zhuǎn)換模塊具體通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7731實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腦電采集裝置，其特征在于，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入通道CHl的信號SI是大腦采集點(diǎn)N的信號，具體包括:腦電信號Sdl、共模信號Vcffll、器件噪聲Vdll以及其它背景噪聲VN1，與輸入通道CHl的信號SI相對應(yīng)的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入通道CH2的信號S2是大腦參考點(diǎn)的信號，具體包括:腦電信號Sd2、共模信號Vcffl2、器件噪聲Vdl2以及其它背景噪聲\2，則數(shù)字信號處理器的輸出信號具體為兩個通道數(shù)字信號相減的到的信號S:

【文檔編號】A61B5/0476GK103519807SQ201310513699
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】郜東瑞, 劉鐵軍, 堯德中, 劉志煊, 曾昭龍 申請人:電子科技大學(xué)