[发明专利]便携式脑功能生物反馈仪

说明书

技术领域

本发明涉及脑电信号检测及其生物反馈技术。

背景技术

注意力障碍多动综合症(ADHD)是学龄儿童最常见的现象或状态(甚至可以说是精神疾 病之一)，其主要表现为注意力不集中、多动及冲动并造成了学习困难等症状。大约有 5％～15％的儿童患有ADHD，而其中20％的人其症状一直伴随到成年。因此，有人提出需 要治疗，在治疗上主张多模式治疗，以中枢兴奋剂为主。但药物仅对部分病例有暂时效果 且副作用较大、依从性差。随着现代脑电生物反馈理论与技术的发展，用于人脑的检测和 反馈的工作站式的脑电生物反馈的系统在发达国家已有开发。但是，国际上的脑功能生物 反馈仪目前主要还是要借助于工作站或PC机，其价格昂贵，需要专业人员操作，在国内 难以推广普及。对生物电的测量可见CN200310106129.2提出的高输入阻抗、低噪声、高 共模抑制比以及宽频带多通道心电放大器

发明内容

本发明的目的是，提出一种脑电生物反馈系统及其检测方法，尤其是用于改善注意力障 碍多动综合症，即得到以及分辨起码两种状态的脑电波，可以改善注意力障碍多动综合症 (ADHD)状，无副作用和无痛苦，并可以持久保持效果，而且可以有效地改善与ADHD相 关的认知缺陷，从而成为ADHD多种干预方法和装置中有力的一种。

本发明目的是这样实现的：由输入传感器即接人体的脑电测量导联、放大与选频模块、 导联脱落自动检测模块、屏蔽驱动与右腿驱动模块、A/D采样与转换模块、电气隔离模块、 DSP构成的计算分析模块、触摸屏及扬声器构成的人机交互模块、SD卡构成的存储模块、 嵌入式ARM(如ARM9)微处理器构成的控制模块，构成并依次连接。其中，嵌入式微处 理器完成整个系统控制；放大与选频模块进行信号的预处理，包括高性能的前置放大器和 选频放大器；电气隔离模块实现过载保护并保证人体安全；A/D采样与转换模块实现信号 的模数转换；计算分析模块实现特征脑电成分如α波(频率8～13Hz)、β波(14～32Hz)、 θ波(4～8Hz)的提取以及特征参数(如不同特征成分功率比值)的计算，以对应不同的 脑电活动模式；人机交互模块一方面将结果以视觉或听觉的形式反馈给被测试者，另一方 面也接受用户对于各项功能与参数的选择与设定；存储模块实现数据与分析结果的保存。

硬件包括构成便携式脑功能生物反馈仪的所有芯片与电路连接，例如：输入传感器即 接人体的脑电测量导联、放大与选频模块、屏蔽驱动与右腿驱动电路模块、导联脱落自动 检查模块、电气隔离模块、A/D采样与转换模块、DSP及其外围电路、触摸屏、扬声器及 其外围电路、SD卡及其外围电路、ARM9微处理器及其外围电路。

输入传感器采用三个电极(银或镀银的电极)分别固定在头顶和两侧耳垂，两耳侧的其 中一极作为零电极(参考电极)，另外两个电极经过缓冲电路连接到脑电前置放大器的一 对差分输入端。放大与选频模块实现多档可调的脑电信号放大以及频带选择，其前置放大 器采用差分放大，可采用高输入阻抗、低噪声、高共模抑制比以及宽频带生物电放大器。 屏蔽与右腿驱动模块用来进一步消除共模工频干扰。导联脱落自动检查模块利用接触阻抗 的检测来实现。A/D采样与转换模块完成单路EEG信号的采样。电气隔离模块实现过载保 护并保证人体的安全。DSP实现脑电成分的实时提取与敏感参数的实时计算。触摸屏实现 人机交互。SD卡实现数据长期保存。ARM9微处理器完成整个系统的控制并实现反馈训 练。

从大脑皮层采集的脑电信号是微伏(μV)级的信号，主要能量包含在0.05～30Hz的频 段内，属于信噪比低的微弱信号，容易受到周围环境的影响，例如电力系统的工频干扰等。 因此放大选频模块要尽可能灵敏而真实的反映脑电信号，必须要具备高性能的指标。在检 测系统中的放大电路的指标：电路放大倍数最大20000，共模抑制比CMRR≥100dB，输 入电阻≥100M，短路噪声≤3μV_PP，频带带宽：0.25～75Hz。

AD转换的主要技术指标：单通道、12位分辨率，采样率1000Hz，工作方式中断。

软件从功能上分包括控制模块、数据采集模块、存储模块、显示模块、运算分析模块、 人机交互模块、数据管理模块、实时训练模块和分析报告模块。其中除运算分析模块在DSP 上完成，其它模块均在ARM9处理器上实现。