本发明专利技术公开了一种脑电信号放大器。本发明专利技术中植入式电极采得ECoG信号，经Headstage阻抗变换之后，进入炎化效应在线检测网络，然后进入交/直流放大模块，并在微处理器Atmega32的控制下，进行并行ECoG信号采集，采集所得数据通过SPI端口与主控芯片模块进行数据传输。微处理器Atmega48、Atmega64与Atmega32通过高速隔离光耦进行通信；采集放大的脑电信号在微处理器Atmega64处组成数据包之后，传输至USB2.0芯片；数据包经采集分析软件实现癫痫信息的提取/显示。本发明专利技术可实现多通道并行采集、放大功能，有效剔除、抑制高频干扰成分，能够完整提取、显示低频癫痫脑电生理信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种脑电信号放大装置，尤其涉及一种针对临床癫痫病人脑电ECoG信号，具备多通道并行采集、放大功能的放大装置。
技术介绍
癫痫，俗称羊癫疯，是一种神经系统疾病，通常是脑病变造成的脑细胞突然异常的过度放电所引发的脑功能失调。统计资料显示，我国癫痫患病率为O. 7%，据此估算我国现有癫痫患者约900万人，且以每年27万的速率增长。癫痫是严重危害人类健康的脑部常见病，它是一种慢性脑部疾患，其发作具有突然性、暂时性和反复性三大特点，以脑部神经元过度放电引起突然反复和短暂的中枢神经系统功能失常为特征。 治愈癫痫是世界性难题，而采集癫痫发作时的脑电信号则是探究治愈方法的必经之路。Neuroscan公司早在1992年成功推出SynAmps脑电信号放大器,至今已经广泛使用于世界众多研究机构，成为电生理信息放大装置领域的绝对权威。2000年该公司推出了SynAmps 2，其继续采用集成可编程软件，使数据的采集具有最大灵活性，保证进行高质量的数据采集。脑电ECoG信号包含大量的生理信息，对探索治愈癫痫具有重要意义。本装置主要针对ECoG信号，内置集成采集、放大功能，16个采集通道并行采集，可对采集数据进行空间数学运算，提供多样生理含义；针对癫痫脑电ECoG信号的生理特点，经过特定放大模块作用，完整提取癫痫生理信息，为探索治愈方法提供一种积极尝试。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有癫痫脑电信号研究领域的不足，提供一种基于癫痫脑电ECoG信号的放大器。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案来实现的脑电信号放大器，由炎化效应在线检测网络、接口模块、交/直流放大模块、并行采集模块、主控芯片模块、隔离电源模块、高速USB2. O传输模块、癫痫信息提取/显示模块组成。所述的炎化效应实时在线检测网络旨在通过检测电极一皮肤接触面的阻抗值，判断电极周边脑组织的炎化程度，指导调整电极的植入深度，以确保ECoG信号采集的真实、准确性。其包括正弦信号发生端、反应电压信号采集端、带通滤波器；在电极一皮肤接触面施加40nA的30Hz正弦交流电流，采集接触面的反应电压信号，经28Hz至30Hz的IIR带通滤波器，检测其幅值U，计算公式R=U/I得到接触阻抗值，从而实现在线实时炎化效应检测。所述的炎化效应实时在线检测网络在主控芯片模块的控制指令下，内置DA模块将设定数字信号转换成ImV的20Hz正弦交流电压信号，对炎化效应实时在线检测网络进行标准，有效的抑制零点漂移和温度漂移对系统的影响，保证ECoG信号采集的准确性。所述的接口模块包括模拟开关K1、K2，保护电阻R1、R2;在主控芯片模块发送的控制命令下，癫痫脑电信号采集/放大通道与反应性电刺激通道交替切换，由模拟开关切换的方式实现。当ECoG放大器癫痫脑电信号放大器工作时，K2断开，刺激电流回路不通；当要进行电刺激时，Kl断开，放大通路断开；刺激完成后，在规定时间间隔内快速闭合K1，切断K2，保障放大器不饱和。所述的交/直流放大模块包括Headstage阻抗变换级、差分放大级、缓冲级、交流放大级；Headstage传输的采集ECoG信号经第一级差分放大后,模块中的缓冲级和交流放大级对信号中的交流、直流成分分别进行放大提取，同时检测癫痫脑电宽带生理信号。采用双极性仪表放大器AD620实现差分放大，输出端连接至缓冲级的输入端，其输出的宽带生理信号由模拟开关芯片TS12A12511所控，保证放大的ECoG信号包含了完整的宽带生理信号；放大信号接缓冲级后，隔除直流分量之后再进入交流放大级，所述的交流放大级采用低功耗运算放大器TLC2272实现交流放大；直流、交流放大信号的输出由模拟开关芯片TS12A12511所控，根据主控芯片模块中的微处理器标志端口命令进行控制，所述的微处理器型号为Atmega32。所述的并行采集模块包括16个独立AD转换器，型号为ADS1298 ;能够对16路ECoG·脑电信号实时并行同步控制、采集，实现信号导联间的同步性，完成高速同步采集，进而可以实现对ECoG信号的空间数学运算处理。所述的主控芯片模块包括ATMEGA系列的微处理器芯片Atmega32、Atmega48、Atmega64 ；Atmega32向并行采集模块发送控制命令,根据标志位判断是否进入外部中断，进行数据读取。其中，Atmega32与Atmega48、Atmega64之间的数字传输经过隔离光I禹,供电电源部分采用医用隔离电源。隔离电源模块由光耦A2611N、A2631N及医用隔离电源DC/DC-5S5组成，隔离电压满足大于5kv,漏电流小于O. 05mA的设备安全隔离要求。所述的高速USB2. O传输模块包括USB2. O接口芯片CY7C68013 ；USB2. O接口芯片CY7C68013同步接收上升沿触发的8bit数字信号，与采集的脑电信号同步组包，传输到上位机。CY7C68013与主控芯片模块的连接方式采用Slave FIFOs方式，异步读写模式。所述的癫痫信息提取/显示模块包括上位机软件算法实现Butterworth滤波，使通频带内具有最平滑频率响应曲线，设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集脑电数据进行滤波，实现多频带、多种滤波器，加速进行16导ECoG信号处理能力，完成显示癫痫脑电ECoG信号的放大功能。本专利技术的有益效果是本专利技术旨在针对癫痫脑电ECoG信号，实现多通道并行采集、放大功能，有效剔除、抑制高频干扰成分，能够完整提取、显示低频癫痫脑电生理信息。附图说明图I为本专利技术脑电信号放大器的原理框 图2为接口模块原理 图3为交/直流放大模块的原理框 图4为交/直流放大模块中第一级差分放大部分电路原理 图5为交/直流放大模块中第二级交流放大部分电路原理 图6为并行采集模块芯片ADS1298接口双电源配置 图7为ADS1298与主控芯片模块芯片Atmega32接口配置示意 图8为主控芯片模块原理框图；图9为主控芯片与传输芯片CY7C68013的外围接口示意 图10为主控芯片与传输芯片CY7C68013连接异步模式写操作接口引脚示意 图11为主控芯片与传输芯片CY7C68013连接异步模式读操作接口引脚示意 图12为USB2. O传输芯片CY7C68013的固件程序设计框架 图13为本专利技术基于ECoG信息交/直流瞬时放大仿真测试效果示意 图14为本专利技术实际采集、放大癫痫脑电ECoG信号效果示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。 如图I所示，本专利技术脑电信号放大器包括炎化效应在线检测网络、接口模块、交/直流放大模块、并行采集模块、主控芯片模块、隔离电源模块、高速USB2. O传输模块、癫痫信息提取/显示模块；植入式电极采得ECoG信号，经Headstage阻抗变换(高阻变低阻)之后，进入炎化效应在线检测网络，可以根据检测电极周围脑组织的炎化程度来调整电极位置，以保证ECoG信号采集的真实性和准确性，ECoG信号进入交/直流放大模块，其中直流放大采用芯片AD620，交流放大采用芯片TLC2272 ;并行采集模块ADC选用芯片ADS1298，并在主控芯片模块AVR MCU中的微处理器Atmega32的控制下，进行16通道并行ECoG信号交/直流分本文档来自技高网...
【技术保护点】
脑电信号放大器，由炎化效应在线检测网络、接口模块、交/直流放大模块、并行采集模块、主控芯片模块、隔离电源模块、高速USB2.0传输模块、癫痫信息提取/显示模块组成，其特征在于：所述的炎化效应实时在线检测网络旨在通过检测电极—皮肤接触面的阻抗值，判断电极周边脑组织的炎化程度，指导调整电极的植入深度，以确保ECoG信号采集的真实、准确性；其包括正弦信号发生端、反应电压信号采集端、带通滤波器；在电极—皮肤接触面施加40nA的30Hz正弦交流电流，采集接触面的反应电压信号，经28Hz至30Hz的IIR带通滤波器，检测其幅值U，计算公式R=U/I得到接触阻抗值，从而实现在线实时炎化效应检测；所述的炎化效应实时在线检测网络在主控芯片模块的控制指令下，内置DA模块将设定数字信号转换成1mV的20Hz正弦交流电压信号，对炎化效应实时在线检测网络进行标准，有效的抑制零点漂移和温度漂移对系统的影响，保证ECoG信号采集的准确性；所述的接口模块包括模拟开关K1、K2，保护电阻R1、R2；在主控芯片模块发送的控制命令下，癫痫脑电信号采集/放大通道与反应性电刺激通道交替切换，由模拟开关切换的方式实现；当ECoG放大器癫痫脑电信号放大器工作时，K2断开，刺激电流回路不通；当要进行电刺激时，K1断开，放大通路断开；刺激完成后，在规定时间间隔内快速闭合K1，切断K2，保障放大器不饱和；所述的交/直流放大模块包括Headstage阻抗变换级、差分放大级、缓冲级、交流放大级；Headstage传输的采集ECoG信号经第一级差分放大后，模块中的缓冲级和交流放大级对信号中的交流、直流成分分别进行放大提取，同时检测癫痫脑电宽带生理信号；采用双极性仪表放大器AD620实现差分放大，输出端连接至缓冲级的输入端，其输出的宽带生理信号由模拟开关芯片TS12A12511所控，保证放大的ECoG信号包含了完整的宽带生理信号；放大信号接缓冲级后，隔除直流分量之后再进入交流放大级，所述的交流放大级采用低功耗运算放大器TLC2272实现交流放大；直流、交流放大信号的输出由模拟开关芯片TS12A12511所控，根据主控芯片模块中的微处理器标志端口命令进行控制，所述的微处理器型号为Atmega32；所述的并行采集模块包括16个独立AD转换器，型号为ADS1298；能够对16路ECoG脑电信号实时并行同步控制、采集，实现信号导联间的同步性，完成高速同步采集，进而可以实现对ECoG信号的空间数学运算处理；所述的主控芯片模块包括ATMEGA系列的微处理器芯片Atmega32、Atmega48、Atmega64；Atmega32向并行采集模块发送控制命令，根据标志位判断是否进入外部中断，进行数据读取；其中，Atmega32与Atmega48、Atmega64之间的数字传输经过隔离光耦，供电电源部分采用医用隔离电源；隔离电源模块由光耦A2611N、A2631N及医用隔离电源DC/DC？5S5组成，隔离电压满足大于5kv，漏电流小于0.05mA的设备安全隔离要求；所述的高速USB2.0传输模块包括USB2.0接口芯片CY7C68013；USB2.0接口芯片CY7C68013同步接收上升沿触发的8bit数字信号，与采集的脑电信号同步组包，传输到上位机；CY7C68013与主控芯片模块的连接方式采用Slave？FIFOs方式，异步读写模式；所述的癫痫信息提取/显示模块包括上位机软件算法实现Butterworth滤波，使通频带内具有最平滑频率响应曲线，设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集脑电数据进行滤波，实现多频带、多种滤波器，加速进行16导ECoG信号处理能力，完成显示癫痫脑电ECoG信号的放大功能。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王跃明，胡裕轩，郭建平，郑筱祥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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