[发明专利]一种便携式无线脑电采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种脑电采集装置，具体涉及一种便携式无线脑电采集装置。

背景技术

脑电图一直是临床神经疾病诊断和认知生理和心理学研究的一种重要手段。脑电信号采集装置的性能会直接影响到系统的可靠性以及治疗的有效性，现有的脑电采集和处理系统大都通过线缆将信号传输至上位机。

脑电电极是高阻抗的信号源，前置放大器使用了具有高输入阻抗(超过10兆欧)的，高共模抑制比的仪表放大器。在脑电信号进入ADC之前，必须进行放大，这样可以充分利用ADC的输出动态范围。典型的ADC的量程范围是2.5V，这就要求脑电采集系统的增益要达到几万倍。通过分级放大，将整体增益分配到多个放大器。前置放大的增益不会很大，这样对于前置放大的仪表放大器，就不会因为电极的直流偏移量而达到饱和，因而也不会导致有用的脑电信号被淹没。仪表放大器的实际增益常常取决于它的供电电压。目前的5V供电的仪表放大器的增益范围是5到10倍。在前置放大之后，必须将信号中的直流成分去除掉，需要一个截止频率为0.1Hz的高通滤波器。一旦直流成分被滤除后，信号重新被放大。二级放大器的固有噪声必需很小，从而这些噪声不会在后级放大时对系统产生过大的干扰。另外，这些放大器的功耗必须很小，必须在使用电池供电的情况下维持较长时间的工作。但是，低噪声低功耗的放大器，价格昂贵。在二级放大之后需要一个低通反混叠滤波器。在低通滤波过后，还需要一个第三级放大器。为了提高系统的安全性，同时也为了降低数字电路对模拟电路的干扰，还需使用模数隔离器件(在上图所示的系统中使用了光电隔离器)将信号送入ADC。

虽然这样的方式有较好的可靠性和准确度，但体积十分庞大，便携性不足，这在很大程度上限制了其使用范围。另外，在反馈治疗及家庭保健中，采用有线的方式采集自由活动的受试者脑电活动信号是很不方便的。这种方式不仅限制受试者的自由活动，无法反映受试者在正常情况下的脑电活动，而且可能会给受试者带来心理负担，影响测量结果。因此，针对脑电采集装置移动性应用的要求，脑电采集装置正向无线传输便携式发展。

目前，国外在脑电采集装置的便携化方面已经有了丰硕的成果。比如美国NeuroSky公司基于其自主研发的ThinkGear技术所制造的“意念耳机”。此耳机可以对脑电波数据进行实时采集和分析，并将当前的注意力水平、放松度水平等思维活动参数以量化数值的形式无线发送到电脑、手机等智能设备上，从而可以方便地解读当前的精神状态，也使得意念控制成为可能。2008年，欧洲微电子研究中心基于一款低功耗8通道脑电采集ASIC(application-specific integrated circuits，专一用途集成电路)芯片研发出可佩戴式脑电采集装置。该装置芯片内部集成了普通脑电采集装置所需的放大器和滤波器，脑电信号经过模拟域的信号处理后，传送至微控制器。上述两种采集装置的核心都是ASIC芯片，尽管这种设计方案可以大幅缩减采集装置的体积，但是要研发这样的集成芯片会耗费大量的人力、物力和财力，以目前国内的微电子研发制造水平，制造这样的芯片很困难的。

而国内的脑电采集装置还停留在使用大量的运算放大器，仪表放大器和AD转换器来搭建电路的水平。这样的采集装置很难做到小型化，尤其是当采集通道的数量增加时，装置的体积会大幅增加。这种设计方法很难实现系统的小型化和便携化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小，便携式无线脑电采集装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括多个用于脑电信号采集的头皮电极、脑电信号提取模块、脑电信号处理模块、无线传输模块、后端显示模块及用于对脑电信号提取模块和脑电信号处理模块供电的电源模块，脑电信号经头皮电极采集后送入脑电信号提取模块进行脑电信号的提取之后进入脑电信号处理模块，对采集到的脑电信号进行实时处理，并通过无线方式发送到脑电信号接收端，无线脑电接收端通过USB方式将脑电信号传输到计算机中进行显示。

设置采样频率为128Hz或256Hz，采用所述的头皮电极对脑电信号进行采集并送入脑电信号提取模块。

所述的脑电信号提取模块包括依次相连的用于脑电信号的提取和放大的前置放大电路，用于滤波和选频的RC高低通滤波电路和ADC高精度模数转换模块，其中前置放大电路与头皮电极相连，ADC高精度模数转换模块与脑电信号处理模块相连。