[发明专利]一种基于高频激励的实时脑电阻抗检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脑电阻抗检测方法，尤其涉及一种基于高频激励的实时脑电阻抗检测方法。

背景技术

脑电信号是由人脑皮层下神经元细胞电活动产生的电生理信号经脑组织传导至头皮表面再由置于其上的电极采集得到。生理状态下的脑电具有一定的规律，当脑发生异常或病变时，正常规律发生变化，在科学研究和临床医学中，检查脑电，对多数脑部疾病的诊断和治疗提供依据，具有重要价值。

脑电信号非常微弱，电压值在微伏级，易受伪迹和各种外界因素影响，主要包括工频干扰、放大器固有噪声、电极与头皮接触阻抗。前两者由放大电路的性能决定，电极接触阻抗则有必要用一个子系统进行实时监测。脑电电极与头皮接触阻抗的好坏一般用电极-头皮接触阻抗值来衡量，阻抗越小，表示接触越良好，得到脑电波形质量越高、越稳定。若阻抗异常升高提示电极脱落，同期记录的脑电可判为伪迹，避免对科研和临床产生误导。科研脑电生理学研究的指导性建议一般会要求实验前后保证所有通道的阻抗均小于5kΩ。电极-头皮阻抗可等效为如图1所示的阻容模型。其中Rd、Cd代表表皮层的等效阻抗元件，Ehc代表电极与导电胶的界面处形成双层电荷，由电荷形成的极化电压，Rs代表电解质电阻与电极导线电阻之和。由于Cd的存在，等效阻抗会随着频率而降低，在脑电信号频段（0.3~30Hz）比较平坦，高频段下降较快。

脑电检测系统希望能够实时获得在脑电信号频段的阻抗。传统的脑电检测设备不具有监测电极连接的功能，一些设备只能在需要检查连接的时候暂停脑电采集进行阻抗测量。少数可以实时测量电极-头皮阻抗的设备存在无法多导同时策略、结构复杂等问题，效果不甚理想。

发明内容

本发明为了解决现有脑电检测系统不能实时测量电极-头皮阻抗的问题，提出了一种用包含两种高频成分的电流激励测量阻抗的方法和电路，直接获得的高频带的阻抗通过本发明算法能够反算出脑电信号频段的阻抗。本发明能够在测量脑电信号的同时测量电极-头皮阻抗。

解决上述问题的技术方案为：一种基于高频激励的实时脑电阻抗检测方法，包括激励单元、阻抗网络、模拟信号处理单元、脑电放大单元、数字信号处理单元，步骤如下：

S1：所述激励单元为电流源，产生包括两个高频f₁和f₂正弦成分的激励电流I；

S2：所述激励电流作用于所述阻抗网络，产生电压信号U，由所述模拟信号处理单元和所述脑电放大单元分别进行处理；

S3：所述模拟信号处理单元最终将所述电压信号U进行放大、滤波和AD转换，送入所述数字信号处理单元；

S4：所述数字信号处理单元利用采集到的电压U和已知的激励电流I计算出脑电信号频段的电极接触阻抗。

所述阻抗网络包括：信号电极的接触阻抗Z₁，参考电极的接触阻抗Zref，接地电极的接触阻抗Zgnd，所述信号电极的接触阻抗Z₁，为一包括实部和虚部的阻抗。

所述激励单元包括数字编程产生的电压源和负载组，产生包括两个高频f₁和f₂正弦成分的激励电流I，f₁和f₂远高于脑电频段。

所述脑电放大单元为脑电放大器，包括前置放大器、滤波电路、二次放大电路。

所述脑电放大单元的滤波器频带上限低于100Hz，能够滤除所述激励单元与所述阻抗网络产生的电压U，不影响对正常脑电信号的采集。

所述模拟信号处理单元包括前置放大器、滤波放大电路和AD转换器，所述前置放大器对采集到的电压信号进行初步的放大A₁倍，所述滤波放大电路频段覆盖激励单元的频段f₁、f₂，并远离脑电信号的频段，以确保去除低频脑电信号的干扰和保留所述电压信号U，并进行二级放大A₂倍，所述AD转换器将电压U×A₁×A₂转换为数字信号，送入所述数字信号处理单元。

所述数字信号处理单元利用采集和处理过的电压U×A₁×A₂和所述激励电流I反算出脑电信号频段的电极接触阻抗。