[发明专利]基于硬件实现拉普拉斯技术的多功能脑电采集仪

说明书

技术领域

本发明属于生物信息技术领域，具体涉及一种基于硬件实现拉普拉斯技术的多功能脑电采集仪。

背景技术

脑电采集仪(EEG)是一种能够以高时间分辨率且无创性的获取大脑生理病理信息的重要基础技术，传统的脑电采集仪的空间分辨率比较低，失真较严重，很难确定所采集脑电信号的空间位置。为了提高脑电的空间分辨率，1975年Hjorth在脑电图的研究中提出了表面拉普拉斯值的概念，通过数学的方法来进行脑电数据处理。后来Nunez在“Neocortical dynamics and human EEG rhythms.New YorK：Oxford University Press,1995”中进一步改进拉普拉斯技术，提出利用样条插值法来进行表面拉普拉斯的估计，并应用于脑电图的研究中。虽然这两种方法从一定程度上提高了脑电信号的空间分辨率，但是这两种方法获得的信号含有较多的噪声，降低了信号的信噪比；而且都是通过数学的方法实现拉普拉斯技术在脑电采集仪中的应用，其数据计算量相当大，需要处理的数据十分复杂，导致处理速度慢，不利于实时检测。

李刚等在“脑电有源拉普拉斯电极设计、数据采集与处理，2006,21(4)”提出采用特殊的有源电极将拉普拉斯应用到脑电中，虽然这种方法可以提高脑电的空间分辨率，也减少了数据处理的复杂性，但是特殊电极的制作不仅增加了成本，而且电极本身质量也受制于制作工艺，同时这种电极也只在特定的条件下才能使用；

此外，传统的脑电采集仪由于测量脑电时偏移电压的存在也限制脑电采集仪的放大倍数，从而影响脑电采集仪的共模抑制比，使得采集到的信号所含噪声较大，不能够全面的反映脑电活动的内容。为解决这一问题，常规的做法是在后端加入陷波器，虽然它能够进一步的抑制共模信号，但是陷波器的加入不仅增加成本，并造成仪器体积增加，并增加功耗，更严重的是新加入的器件由于自身产生的噪声会叠加到有用信号，从而降低的信号的信噪比。

目前为止，针对拉普拉斯技术在脑电中的应用还没有通过常规的硬件方法实现，而且针对脑电采集仪前置放大器因偏移电压的存在限制了前置放大器的放大倍数，从而限制其共模抑制比提高的问题也没有有效的解决方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于硬件实现拉普拉斯技术的多功能高精度脑电采集仪,包括银/氯化银采集电极、基于拉普拉斯技术脑电采集模块、脑电采集模块、脑电检测功能开关、多通道高精密前置放大器、抗混叠滤波器、共模信号提取电路、直流偏移电压补偿电路、24位高速A/D、数字处理器、USB传输控制模块和上位机(数据接收、处理)。

所述银/氯化银采集电极为普通的氯化银电极；所述基于拉普拉斯技术脑电采集模块和脑电采集模块分别与脑电检测功能开关相连，所述脑电检测功能开关包括N选1电子开关、2输入4位多路选择器，用于根据实际的需要选择将来自基于拉普拉斯技术脑电采集模块或脑电采集模块的脑电信号输入到多通道高精密前置放大器；所述多通道高精密前置放大器包括运算放大器一、运算放大器二、前置放大器、可调电阻R1、可调电阻R2，用于放大由脑电检测功能开关选择的来自基于拉普拉斯技术脑电采集模块或常规脑电采集模块的脑电信号；所述多通道高精密前置放大器连接至抗混叠滤波器，脑电信号经过多通道高精密前置放大器放大后输入到抗混叠滤波器；所述抗混叠滤波器与24位高速A/D相连，将从抗混叠滤波器输出的脑电信号输入24位高速A/D，24位高速A/D在数字处理器的控制下将脑电模拟信号转换为脑电数字信号，更优的，可以通过数字处理器配置24位高速A/D实现500-5KHZ的采样频率，所述数字处理器与USB传输控制模块相连，脑电数字信号通过USB传输控制模块传输至上位机(数据接收、处理)。

所述直流偏移电压补偿电路提取多通道高精密前置放大器输出端所包含的直流偏移电压量，并反馈到多通道高精密前置放大器的参考端；所述共模信号提取电路通过提取多通道高精密前置放大器的共模信号并反馈到大脑的ＲＬ。