[发明专利]脑电信号放大器

摘要

本发明公开了一种脑电信号放大器。本发明中植入式电极采得ECoG信号，经Headstage阻抗变换之后，进入炎化效应在线检测网络，然后进入交/直流放大模块，并在微处理器Atmega32的控制下，进行并行ECoG信号采集，采集所得数据通过SPI端口与主控芯片模块进行数据传输。微处理器Atmega48、Atmega64与Atmega32通过高速隔离光耦进行通信；采集放大的脑电信号在微处理器Atmega64处组成数据包之后，传输至USB2.0芯片；数据包经采集分析软件实现癫痫信息的提取/显示。本发明可实现多通道并行采集、放大功能，有效剔除、抑制高频干扰成分，能够完整提取、显示低频癫痫脑电生理信息。

主权项

脑电信号放大器，由炎化效应在线检测网络、接口模块、交/直流放大模块、并行采集模块、主控芯片模块、隔离电源模块、高速USB2.0传输模块、癫痫信息提取/显示模块组成，其特征在于：所述的炎化效应实时在线检测网络旨在通过检测电极—皮肤接触面的阻抗值，判断电极周边脑组织的炎化程度，指导调整电极的植入深度，以确保ECoG信号采集的真实、准确性；其包括正弦信号发生端、反应电压信号采集端、带通滤波器；在电极—皮肤接触面施加40nA的30Hz正弦交流电流，采集接触面的反应电压信号，经28Hz至30Hz的IIR带通滤波器，检测其幅值U，计算公式R=U/I得到接触阻抗值，从而实现在线实时炎化效应检测；所述的炎化效应实时在线检测网络在主控芯片模块的控制指令下，内置DA模块将设定数字信号转换成1mV的20Hz正弦交流电压信号，对炎化效应实时在线检测网络进行标准，有效的抑制零点漂移和温度漂移对系统的影响，保证ECoG信号采集的准确性；所述的接口模块包括模拟开关K1、K2，保护电阻R1、R2；在主控芯片模块发送的控制命令下，癫痫脑电信号采集/放大通道与反应性电刺激通道交替切换，由模拟开关切换的方式实现；当ECoG放大器癫痫脑电信号放大器工作时，K2断开，刺激电流回路不通；当要进行电刺激时，K1断开，放大通路断开；刺激完成后，在规定时间间隔内快速闭合K1，切断K2，保障放大器不饱和；所述的交/直流放大模块包括Headstage阻抗变换级、差分放大级、缓冲级、交流放大级；Headstage传输的采集ECoG信号经第一级差分放大后，模块中的缓冲级和交流放大级对信号中的交流、直流成分分别进行放大提取，同时检测癫痫脑电宽带生理信号；采用双极性仪表放大器AD620实现差分放大，输出端连接至缓冲级的输入端，其输出的宽带生理信号由模拟开关芯片TS12A12511所控，保证放大的ECoG信号包含了完整的宽带生理信号；放大信号接缓冲级后，隔除直流分量之后再进入交流放大级，所述的交流放大级采用低功耗运算放大器TLC2272实现交流放大；直流、交流放大信号的输出由模拟开关芯片TS12A12511所控，根据主控芯片模块中的微处理器标志端口命令进行控制，所述的微处理器型号为Atmega32；所述的并行采集模块包括16个独立AD转换器，型号为ADS1298；能够对16路ECoG脑电信号实时并行同步控制、采集，实现信号导联间的同步性，完成高速同步采集，进而可以实现对ECoG信号的空间数学运算处理；所述的主控芯片模块包括ATMEGA系列的微处理器芯片Atmega32、Atmega48、Atmega64；Atmega32向并行采集模块发送控制命令，根据标志位判断是否进入外部中断，进行数据读取；其中，Atmega32与Atmega48、Atmega64之间的数字传输经过隔离光耦，供电电源部分采用医用隔离电源；隔离电源模块由光耦A2611N、A2631N及医用隔离电源DC/DC‑5S5组成，隔离电压满足大于5kv，漏电流小于0.05mA的设备安全隔离要求；所述的高速USB2.0传输模块包括USB2.0接口芯片CY7C68013；USB2.0接口芯片CY7C68013同步接收上升沿触发的8bit数字信号，与采集的脑电信号同步组包，传输到上位机；CY7C68013与主控芯片模块的连接方式采用Slave FIFOs方式，异步读写模式；所述的癫痫信息提取/显示模块包括上位机软件算法实现Butterworth滤波，使通频带内具有最平滑频率响应曲线，设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集脑电数据进行滤波，实现多频带、多种滤波器，加速进行16导ECoG信号处理能力，完成显示癫痫脑电ECoG信号的放大功能。