[发明专利]基于高性能电路与虚拟仪器的脑电信号采集系统

说明书

本发明公开了基于高性能电路与虚拟仪器的脑电信号采集系统，包括：EEG采集装置，其包括EEG提取硬件模块、EEG数据采集与处理软件模块，所述EEG数据采集与处理软件模块由EEG信号前端调理模块和EEG ADC采样模块组成；EEG信号前端调理模块由前置放大模块、级间高通、主放大电路、30Hz低通滤波电路、50Hz陷波器、第二级放大电路以及电平调节电路组成；电池供电的供电系统，其保持电源浮地，数字部分电源由总电源分压隔离得到，使得系统各模块工作于相对独立状态下，保持所述EEG采集装置的稳定性。主放大电路、第二级放大电路、30Hz低通滤波电路以及电平调节电路间的级间高通隔断各级间的直流成分，去除直流成分对运放工作点的影响。

技术领域

本发明涉及脑电信号采集系统技术领域，具体为基于高性能电路与虚拟仪器的脑电信号采集系统。

背景技术

脑部电信号则是人类探索大脑奥秘的一扇窗口。脑电信号即EEG，是来自人类最复杂系统——大脑的生理电信号，随机性很强，内含多种节律，包含着人体大量的信息。

自从1924年德国科学家Berger第一次获得脑电信号起，脑电信号的研究在许多领域发挥着关键的作用。作为一种无创的人体检测手段，EEG信息广泛用于神经类医学诊断和治疗，如神经生理学，心理学，病理生理学以及认知神经科学等等。长期以来，EEG信号的研究与各个应用领域有着紧密的关系，脑电在临床医学应的用主要集中于癫痫、脑外伤、脑血管疾病、颅内炎症、睡眠障碍等神经科疾病医学领域；在部分精神疾病领域包括精神分裂症、神经症和老年性精神病等起着辅助诊断的作用。到了21世纪，科学家更是尝试将脑电信号应用于人们的日常生活中，脑-机接口(BCI)研究就是其中之一，使得脑电研究进入了功能康复领域。随着人们对脑科学研究和应用的重视，脑电图检查室和脑电采集设备已经被广泛地建立在综合医院、大型EEG研究机构。使得脑电研究和临床应用都得到了长足的发展。

综合来说，脑电领域覆盖范围十分广泛，不同研究者对脑电信号有着不同的需求，需要获取脑电信号的实地环境也由于研究目的多样化而不尽相同。这些领域的研究和应用都需要便捷有效的脑电信号采集技术强有力的支撑，尤其是能适应有干扰环境下的EEG信号采集技术。但是，医疗设备的出口受到各国的限制，大幅提高了许多国内外EEG研究者的科研成本。而且，大部分商用设备过于庞大的体积给研究环境提出了很高的要求。另外，大型EEG 采集设备由于功能集中度高，通常要求工作于屏蔽环境下。这些都给EEG研究工作，尤其是初期和普通环境下的EEG研究带来了不小的阻碍。因此，设计出适应与常用环境下，较低成本又具备高性能的脑电信号采集装置是十分有益的。并且EEG数据获取手段的低成本化和简易化也符合了脑电应用面向大众的发展趋势。并以此推动EEG研究揭示更多EEG信息的奥秘。

EEG研究已经不仅限于疾病诊断方面，在功能康复领域也起到了一定的作用。这些BCI技术在康复工程和军事领域有重要的应用价值i，引起了全世界越来越多的关注和重视。在商用设备中，2003年后，世界上最大的健康监护设备生产商VIASYS Healhtcare Inc.开发出了基于PDA的便携式手持EEG监护仪”SNAP”。在采集性能方面，EEG采集系统注重提高采集设备在非屏蔽环境下的抗干扰能力。早在1995年，在W.J.Ross Dunseath的研究中，就关注了采集系统在非屏蔽环境下的EEG采集性能，不过其每个通道的CMRR在 60Hz(工频干扰)只有85到90dB。2008年Refet Firat Yazicioglu的研究中，电路的CMRR能达到120dB。2010年Naveen Verma的研究的EEG采集系统电流放大CMRR高于60dB，不过没有阐述关于系统在非屏蔽环境中的改善方法。因此，EEG采集装置的发展空间依然巨大，由于商用EEG采集装置通常价格高昂，并且可二次开发程度十分小，使得国内外的EEG研究者不断自行研制EEG采集装置。不同应用的EEG研究更是需要不同的采集系统与之配套。因此，研发能适应常用环境下的EEG采集设备有利于降低EEG研究的门槛。为此，新型的脑电采集装置由高性能元器件通过头皮电极，放大、滤波以及伪迹去除后进行计算机控制的数字化采样。使得计算机能够对脑电信号进行二次处理是EEG采集装置发展的必然要求。