腦電采集裝置制造方法
【專利摘要】本發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、傳輸模塊和數據接收模塊，本發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，然后腦電信號經高精度腦電采集轉換模塊轉換為數字信號，并被送入數字信號處理器，再根據具體需要將處理后的信號傳輸到數據接收模塊。本發明具體使用24位高精度的模數轉換芯片直接獲取腦部相關位置的信號，并將與所對應通道轉換的數字信號相減，消除了共模干擾、器件噪聲以及其它相關的背景噪聲，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
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫學【技術領域】，具體涉及一種腦電采集裝置的設計。
【背景技術】
[0002]腦電放大器是一種通過無創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境噪聲中，而采用模擬電路去除噪聲時，模擬電路經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，不僅加大了后續處理的難度而且會影響醫療和科研的進展。
[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的信號調理模塊如前置放大器、模擬陷波器等來實現信號的分離采集，這種設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量。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就是針對現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]本發明的技術方案為: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、傳輸模塊和數據接收模塊，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換模塊、第二N通道的高精度腦電采集轉換模塊和數字信號處理器，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換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉換模塊和第二 N通道的高精度腦電采集轉換模塊的輸出端分別與數字信號處理器的兩個數字信號輸入端相連接，數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據接收模塊。
[0006]本發明的有益效果:本發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，然后腦電信號經高精度腦電采集轉換模塊轉換為數字信號，并被送入數字信號處理器，再根據具體需要將處理后的信號傳輸到數據接收模塊。本發明具體使用24位高精度的模數轉換芯片直接獲取腦部相關位置的信號，并將與所對應通道轉換的數字信號相減，消除了共模干擾、器件噪聲以及其它相關的背景噪聲，得到的信號基本為純凈的腦電信號。【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明實施例的腦電采集裝置的結構示意圖；
[0008]圖2是本發明中腦電信號采集器的結構示意圖 。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明的實施例做進一步的說明。
[0010]本發明的腦電采集裝置，具體包括:N通道腦電采集電極、腦電信號采集器、傳輸模塊和數據接收模塊，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換模塊、第二 N通道的高精度腦電采集轉換模塊和數字信號處理器，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換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉換模塊和第二N通道的高精度腦電采集轉換模塊的輸出端分別與數字信號處理器的兩個數字信號輸入端相連接，數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據接收模塊。具體結構簡圖如圖1所示。
[0011]本發明的腦電采集裝置具體實現過程如下: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，然后腦電信號經高精度腦電采集轉換模塊103轉換為數字信號，并被送入數字信號處理器104，再根據具體需要將腦電數據通過藍牙模塊105或者USB傳輸模塊106送到數據接收模塊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構成的電壓跟隨器，高精度腦電采集轉換模塊103為N通道高精度模數轉換芯片如AD7731，數字信號處理器104作用為控制模數轉換并將讀取到的模數轉換芯片中的數字信號傳送到傳輸模塊，這里的傳輸模塊具體為藍牙模塊105或者USB傳輸模塊106，藍牙模塊105為標準的藍牙傳輸模塊，USB傳輸模塊106為標準USB2.0傳輸模塊，數據接收模塊107為上位機接收系統。
[0012]圖2為第N通道的腦電信號采集器的具體實施過程: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，然后兩路信號經過高阻前置緩沖級201、202構成的電壓跟隨器分別到的模數轉換芯片203的CHl接口和模數轉換芯片204的CH2接口。數字信號處理器205 (即是圖1中的數字信號處理器104)的IO 口將模數轉換芯片203的引腳CSl和模數轉換芯片204的引腳CS2拉為高電平分別選中這個芯片，接著數字信號處理器205的IO 口通過DINl和DIN2分別向模數轉換芯片203和模數轉換芯片204寫初始化程序，然后數字信號處理器205的IO同時將模數轉換芯片203的引腳SYNCl和模數轉換芯片204的引腳SYNC2拉高，同步啟動模數轉換芯片203和模數轉換芯片204，并將轉換后的數據通過DOUTl和D0UT2送到數字信號處理器205，在數字信號處理器205中將DOUTl和D0UT2的數據相減就得到純凈的腦電信號。
[0013]本發明的具體實現原理說明如下:
[0014]為了最大程度的減小噪聲，獲取高質量的腦電信號，本發明使用24位高精度的模數轉換芯片直接獲取腦部相關位置的信號，并將與所對應通道轉換的數字信號相減，從而獲得純凈的腦電信號。
[0015]假設圖2中第一模數轉換芯片203的輸入通道CHl的信號SI是大腦采集點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相對應的第二模數轉換芯片204的輸入通道CH2的信號S2是大腦參考點的信號，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，則數字信號處理器的輸出信號具體為兩個通道數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]由于本發明實施例中所選用的24位高精度模數轉換芯片是同一種芯片，因此兩個芯片的性能基本完全相同，所以模數轉換芯片203和模數轉換芯片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的背景噪聲，得到的信號基本為純凈的腦電信號；此外本發明采集裝置中不包含高通濾波器，而是直接采用高精度24位模數轉換器采用腦電信號，因此所采集到的信號與常規腦電放大器相比包含了 0-0.5HZ的信號，而且根據公式(4)的奈奎斯特采樣定理設置模數轉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，所以本實施例的采集裝置不僅保證了很高的腦電信號的質量而且獲得了完整的腦電信號，為醫療和腦認知等相關研究提供更豐富的數據。
[0026]fs max ≥ 2fmax (4)
[0027]其中，fs.max為模數轉換器的采樣頻率，fs為被采集信號的最高頻率。
[0028]本發明采用以上技術方案具有如下的優點:
[0029]1.采用本發明的腦電采集裝置可以獲得無限高的共模抑制比(>120dB)，與常規腦電采集裝置相比，本發明在降低設備費用以及減小設備體積的基礎上提高了共模抑制t匕，獲得的腦電信號質量更高。具體計算為:參照國家提出的計算標準得出(The people’sRepublic of China National Metrology Verification Regulation, JJG954, 2000),共模抑制比計算公式為:
【權利要求】
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、傳輸模塊和數據接收模塊，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換模塊、第二 N通道的高精度腦電采集轉換模塊和數字信號處理器，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換模塊的輸入端相連接；第一 N通道的高精度腦電采集轉換模塊和第二N通道的高精度腦電采集轉換模塊的輸出端分別與數字信號處理器的兩個數字信號輸入端相連接，數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據接收模塊。
2.根據權利要求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牙模塊或者USB傳輸模塊。
3.根據權利要求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換模塊具體通過模數轉換芯片AD7731實現。
4.根據權利要求3所述的腦電采集裝置，其特征在于，所述第一模數轉換芯片的輸入通道CHl的信號SI是大腦采集點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相對應的第二模數轉換芯片的輸入通道CH2的信號S2是大腦參考點的信號，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，則數字信號處理器的輸出信號具體為兩個通道數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 優先權日:2013年10月28日
【發明者】郜東瑞, 劉鐵軍, 堯德中, 劉志煊, 曾昭龍 申請人:電子科技大學