便携式事件相关电位仪制造技术

本发明专利技术涉及一种便携式事件相关脑电位仪，包括脑电极、脑电信号放大器、Ａ／Ｄ转换器、同步控制器ＭＣＵ、笔记本电脑、体感刺激器；脑电极将信号检测到并传输到信号预放大器，信号再经过１６个嵌入式在系统采集器同步Ａ／Ｄ转换，初步滤波处理后经过数据总线ＤＢｕｓ输入到同步控制器ＭＣＵ；同步控制器ＭＣＵ读入所有的１６×８通道的数据后，采用ＵＳＢ接口模块上传笔记本电脑记录、分析和显示。它可以精确采集人体神经生物电信号，并进行滤波放大和实时记录。通过提取事件相关脑电ＥＲＰ信号并进行分析，可检测刺激事件在被试大脑中引起的真实客观反应。该仪器具有集成度高、增益可调、性价比高、携带方便、操作简单等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的一种关于脑成像技术方面研究用的ERP仪器，特别是涉及一种可以精确采集人体神经生物电信号，以用于脑神经科学、认知心理学、临床医学及犯罪心理学等方面的研究和应用的便携式事件相关脑电位仪。
技术介绍
人脑是一个多层次的复杂巨系统，其高级功能表现为知觉、注意、记忆、学习、语言、思维、情绪、意识、个性等各种心理活动。脑-认知-行为的关系是人类在认识自身的过程中必须解决的核心问题。人类一直希望揭示大脑活动的秘密，脑-认知-行为的关系成为人类在认识自身的过程中必须解决的核心问题。采用脑成像技术来研究人类高级功能和认知活动在脑科学中占有重要地位。由于无损伤脑成像技术方法(如ERP、EMG、PET和fMRI)的出现，已经使研究者可以在大脑进行高级功能活动时直接观察活动的时间、部位及特点。随着计算机在生物学中的应用，基于事件相关电位(Event-related potentials，简称ERP)技术进行的人脑的高级功能研究出现了一系列突破，硕果累累。由于事件相关脑电信号非常微弱(波幅仅有2～30uV)，且常常淹没在自发脑电信号中，有着微弱信号的共同特点，因此对提取的仪器和技术要求很高。一套可以精确采集人体神经生物电信号，并可以进行放大和记录的系统成为了必要。这种系统必需具有灵敏度高、分辨率强、抑制噪声和抗干扰能力好的特点。目前，事件相关脑电位仪ERP产品主要来自美国NeuroScan公司、荷兰ANT公司、德国Brain Products(BP)和美国Electrical Geodesics Inc(EGI)的32导-256导脑电/ERP系统，但普遍存在着价格昂贵、兼容性差、维修不便、携带不便、性能不能满足临床应用需要等问题。具体情况如下●在刺激系统方面需要专用的刺激发生装置，难以适应刺激的复杂性要求，特别是不能满足快速呈现和高时间分辨率要求；●在数据处理方面不能分导叠加，导致不应有的数据损失，在刺激量有限时，成为制约研究工作的瓶颈；而且，伪迹排除的自动化程度差；●系统结构上，采用的是非模块化设计，集成度低、容易损坏，维修不便，使用灵活性差，不能满足临床应用的需要；●价格相当昂贵，32导价格70万元人民币左右，128导价格180万元左右；●需要额外配置体感刺激装置，配套设备多、体积大而且沉重，不方便携带，难以适应跨学科研究的需要。另外，还有美国EGI公司的产品，与NeuroScan产品的性能和价格大致相同，需要苹果计算机支持，电极采用盐水侵注，在时间较长的实验中电极-皮肤间的阻抗将增加。而临床常用的美国Nicolet、丹麦Dantic、日本光电诱发电位仪等仪器，则性能过于简单，缺乏灵活性，价格也较贵，其8导诱发电位仪的价格为60-80万元人民币。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述脑电位仪难以适应目前脑刺激事件的复杂性要求，特别是在实际应用中不能满足快速呈现，和不能满足高时间分辨率要求的缺陷；和克服上述脑电位仪在数据处理方面不能分导叠加，导致不应有的数据损失，并且排除伪迹时自动化程度低的缺陷；从而提供一种可以精确采集人体神经生物电信号的，具有微型模块化的，并且设有与之配套的刺激发生装置的，性价比高的实用便携式脑电波事件相关电位的记录和分析仪器。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的便携式事件相关脑电位仪，包括(如图1所示)带有脑电极的脑电帽、刺激发生装置、脑电信号放大器、A/D转换器；其特征在于，还包括同步控制器MCU和一台笔记本电脑；所述的A/D转换器是由16个嵌入式A/D转换器组成，其工作时序受控于同步控制器MCU；脑电极按照国际10-20标准，由脑电帽固定在被试的头部位；脑电极将检测到的信号直接输入到脑电信号放大器，进行信号滤波放大处理后，然后再由嵌入式A/D转换器进行实时同步信号采集；所述的同步控制器MCU，由通用单片机或DSP控制芯片构成，同步控制器MCU与16个嵌入式A/D转换器通过中断握手协议进行通讯，传输途径为8位数据总线DBus所述的同步控制器MCU，还对16个嵌入式A/D转换器的工作时序进行同步控制，数据信息经过USB总线传输给笔记本电脑，同时控制体感刺激器15的工作方式；笔记本电脑通过USB总线接口实时读入脑电波信号，以供进一步处理分析；笔记本电脑采用分时驱动两个显示器，分别输出控制端实时显示图像和被试视觉刺激信号内容。所述的脑电信号放大器14(如图2所示)，脑部电极1、脑电匹配输入电路2、信号预放大电路3、工频陷波器电路4、信号带通滤波放大电路5、A/D转换电路6和同步控制器MCU7；其特征在于，还包括一个用于电极-头皮接触阻抗检测的接触电阻检测电路8和用于提高放大器抗干扰能力的基线跟随驱动电路9；其中脑电极1将信号检测到并经脑电匹配输入电路2，传输到信号预放大电路3，输入到工频陷波器电路4，经信号带通滤波放大电路5放大处理后，信号再输入16个嵌入式采集器同步A/D转换6，初步滤波处理后经过数据总线DBus输入到同步控制器MCU 7；同步控制器7读入所有的16×8通道的数据后，经过上述信号预放大、工频陷波、带通滤波放大和极性转换等环节构成，完成对微弱脑电信号的放大和提取；最后，同步控制器MCU读入所有的16×8通道的数据后，采用USB接口模块上传笔记本电脑记录、分析和显示。所述的信号预放大电路3选用仪表放大器INA118，并有在线屏蔽跟随电路，采用差动浮地放大方式，(如图3所示)。信号预放大电路采用运算放大器U5、U6、电阻R9、R10、R11、R12和仪表用放大器INA118构成，其中运算放大器U5、U6的负输入端与输出端直接相连，构成信号跟随器电路；运算放大器U5的输出端与电阻R11相连，然后再连接精密仪表用放大器INA118的正输入端；运算放大器U6的输出端与电阻R12相连，然后再连接仪表用放大器INA118的负输入端；增益电阻R9、R10中间相连，另外两端分别接仪表用放大器INA118的RG+、RG一端；还包含一个由运算放大器U0、电阻R0构成的在线屏蔽跟随电路，其中运算放大器U0的负输入端直接与输出端相连，然后经过电阻R0接屏蔽地，运算放大器U0的正输入端接在增益电阻R9、R10之间。以提高系统的噪声抑制能力和输入阻抗，使得放大器的噪声抑制能力＞120dB。所述的在线屏蔽跟随电路由运算放大器U0和电阻R0构成，其中运算放大器U0的负输入端直接与输出端相连，然后经过电阻R0接屏蔽地，运算放大器U0的正输入端接在增益电阻R9、R10之间，以克服由于屏蔽线电位的变化引起的放大器性能波动。所述的基线跟随驱动电路9由电阻R7、R8、运算放大器U7、U8、电容C7构成，运算放大器U7正输入端接电源地，其负输入端接电阻R8和电容C7，其输出端接电阻R7；电阻R8另一端接运算放大器U8的输出端相连，电容C7的另一端与电阻R7相连，再与参考地电极GND相连。所述的接触电阻检测电路8用于实时监测电极-头皮的接触阻抗大小；它由正电压源VGP、负电压源VGM、电阻R13、R14以及高速切换开关SW1、SW2构成，其中正电压源VGP经过电阻R13与高速切换开关SW1相连，高速切换开关SW1相连另一端接电阻R11；负电压源VGM经过电阻R14与高速切换开关SW2相连，高速切换开关SW2相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式事件相关脑电位仪，包括：带有脑电极（１）的脑电帽、刺激发生装置（１２）、脑电信号放大器（１４）、Ａ／Ｄ转换器（６）；其特征在于，还包括同步控制器ＭＣＵ（７）和一台笔记本电脑（１３）；所述的Ａ／Ｄ转换器（６）是由１６个嵌入式Ａ／Ｄ转换器组成，其工作时序受控于同步控制器ＭＣＵ（７）；脑电极（１）将检测到的信号直接输入到脑电信号放大器（１４），进行信号滤波放大处理后，然后再由嵌入式Ａ／Ｄ转换器（６）进行实时同步信号采集；所述的同步控制器ＭＣＵ（７），由通用单片机或ＤＳＰ控制芯片构成，同步控制器ＭＣＵ（７）与１６个嵌入式Ａ／Ｄ转换器（６）通过中断握手协议进行通讯，传输途径为８位数据总线ＤＢｕｓ；所述的同步控制器ＭＣＵ（７），还对１６个嵌入式Ａ／Ｄ转换器（６）的工作时序进行同步控制，数据信息经过ＵＳＢ总线传输给笔记本电脑（１３），同时控制体感刺激器（１５）的工作方式；笔记本电脑（１３）通过ＵＳＢ总线接口实时读入脑电波信号；笔记本电脑（１３）采用分时驱动两个显示器，分别输出控制端实时显示图像和被试视觉刺激信号内容。

【技术特征摘要】
1.一种便携式事件相关脑电位仪，包括带有脑电极(1)的脑电帽、刺激发生装置(12)、脑电信号放大器(14)、A/D转换器(6)；其特征在于，还包括同步控制器MCU(7)和一台笔记本电脑(13)；所述的A/D转换器(6)是由16个嵌入式A/D转换器组成，其工作时序受控于同步控制器MCU(7)；脑电极(1)将检测到的信号直接输入到脑电信号放大器(14)，进行信号滤波放大处理后，然后再由嵌入式A/D转换器(6)进行实时同步信号采集；所述的同步控制器MCU(7)，由通用单片机或DSP控制芯片构成，同步控制器MCU(7)与16个嵌入式A/D转换器(6)通过中断握手协议进行通讯，传输途径为8位数据总线DBus；所述的同步控制器MCU(7)，还对16个嵌入式A/D转换器(6)的工作时序进行同步控制，数据信息经过USB总线传输给笔记本电脑(13)，同时控制体感刺激器(15)的工作方式；笔记本电脑(13)通过USB总线接口实时读入脑电波信号；笔记本电脑(13)采用分时驱动两个显示器，分别输出控制端实时显示图像和被试视觉刺激信号内容。2.按权利要求1所述的便携式事件相关脑电位仪，其特征在于，所述的脑电信号放大器(14)，包括脑部电极(1)、脑电匹配输入电路(2)、信号预放大电路(3)、工频陷波器电路(4)、信号带通滤波放大电路(5)、A/D转换电路(6)和同步控制器MCU(7)；其特征在于，还包括一个用于电极—头皮接触阻抗检测的接触电阻检测电路(8)和用于提高放大器抗干扰能力的基线跟随驱动电路(9)；其中脑电极(1)将信号检测到并经脑电匹配输入电路(2)，传输到信号预放大电路(3)，输入到工频陷波器电路(4)，经信号带通滤波放大电路(5)放大处理后，信号再输入16个嵌入式采集器同步A/D转换(6)，初步滤波处理后经过数据总线DBus输入到同步控制器(7)；同步控制器(7)读入所有的16×8通道的数据后，完成对微弱脑电信号的放大和提取；最后，同步控制器MCU读入所有的16×8通道的数据后，采用USB接口模块上传笔记本电脑记录，所述的笔记本电脑通过USB总线接口实时读入脑电波信号，并实时显示脑电波信号；同时还提供视觉刺激信号、听觉刺激信号。3.按权利要求2所述的便携式事件相关脑电位仪，其特征在于，所述的信号预放大电路(3)由运算放大器U5、U6、电阻R9、R10、R11、R12和仪表用放大器INA118构成，其中运算放大器U5、U6的负输入端与输出端直接相连，构成信号跟随器电路；运算放大器U5的输出端与电阻R11相连，再连接仪表用放大器INA118的正输入端；运算放大器U6的输出端与电阻R12相连，然后再连接仪表用放大器INA118的负输入端；增益电阻R9、R10中间相连，另外两端分别接仪表用放大器INA118的RG+、RG-端；还包含一个由运算放大器U0、电阻R0构成的在线屏蔽跟随电路(10)，其中运算放大器UO的负输入端直接与输出端相连，然后经过电阻RO接屏蔽地，运算放大器U0的正输入端接在增益电阻R9、R10之间。4.按权利要求2所述的便携式事件相关脑电位仪，其特征在于，所述的接触电阻检测电路(8)用于实时监测电极与头皮...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗跃嘉，罗本成，
申请(专利权)人：中国科学院心理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]