脑电信号放大系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种脑电信号放大系统，更具体地说，本实用新型涉及一种应用于直流精神分裂症的具备40通道并行采集、放大的脑电信号放大系统。
【背景技术】
[0002]脑电图(EEG)是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。脑电信号中包含了大量的生理与疾病信息，在临床医学方面，脑电信号处理不仅可为某些脑疾病提供诊断依据，而且还为某些脑疾病提供了有效的治疗手段。在工程应用方面，人们也尝试利用脑电信号实现脑-计算机接口(BCI)，利用人对不同的感觉、运动或认知活动的脑电的不同，通过对脑电信号的有效的提取和分类达到某种控制目的。但由于脑电信号是不具备各态历经性的非平稳随机信号，而且其背景噪声也很强，因此脑电信号的分析和处理一直是非常吸引人但又是具有相当难度的研究课题。本实用新型提供了高效的脑电信号放大方案，旨在为人脑生物电的监测与分析技术提供新的方法。精神分裂症是一组病因未明的重性精神病，多在青壮年缓慢或亚急性起病，临床上往往表现为症状各异的综合征，涉及感知觉、思维、情感和行为等多方面的障碍以及精神活动的不协调。患者一般意识清楚，智能基本正常，但部分患者在疾病过程中会出现认知功能的损害。病程一般迀延，呈反复发作、加重或恶化，部分患者最终出现衰退和精神残疾，但有的患者经过治疗后可保持痊愈或基本痊愈状态。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供后面将说明的优点。
[0004]本实用新型还有一个目的是提供一种脑电信号放大系统，通过设置40个40个脑电极，能够进一步提高脑电信号的采集范围，更细致观测脑区。
[0005]本实用新型还有一个目的是通过设置36个单极性放大器和4个双极性放大器，由于双电极的距离应在3-6cm以上才能保证信号不被抵消，因此电极帽上电极之间距离不能太短，又因为电极帽上的电极是左右对称设计的，放大器的个数必须为偶数，综合考虑选择36个单极性放大器和4个双极性放大器的设计是最优的。
[0006]本实用新型还有一个目的是通过在主控模块的第一微处理器和第二微处理器之间设置磁耦隔离器，磁隔离不仅比光隔离速度更快，还具有电路设计更加简洁，集成度高，低功耗等特点。
[0007]为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种脑电信号放大系统，包括脑电极帽、脑电信号放大模块以及并行采集模块:
[0008]所述脑电极帽设置在头皮上，其设置40个脑电极，任意一个所述脑电极接收脑皮层的脑电，并输出脑电模拟信号；
[0009]所述脑电信号放大模块将接收到的脑电模拟信号差分放大，其包括36个单极性信号放大器和4个双极性信号放大器，所述任意一个单极性信号放大器或双极性信号放大器与所述40个脑电极对应；
[0010]所述并行采集模块包括40个AD转换器，任意一个所述AD转换器与且只与一个单极性信号放大器或双极性信号放大器导联，对40路放大后的脑电模拟信号实时并行采集，并转换成脑电数字信号。
[0011]优选地，所述脑电信号放大系统还包括在线阻抗检测网络，其通过给所述脑电极帽施加交流电流，调节电极-皮肤接触面反应的电压，使阻抗达到5-80毫欧。
[0012]优选地，所述脑电信号放大系统还包括主控模块，其包括第一微处理器以及第二微处理器，其中所述第一微处理器向并行采集模块发送控制命令，根据阻抗值判断是否从所述并行采集模块接收脑电数字信号，随后将接收的40路脑电数字信号经磁耦隔离器传输至所述第二微处理器。
[0013]优选地，所述脑电信号放大系统还包括USB2.0数据传输模块和Butterworth滤波处理模块，所述USB2.0数据传输模块同步接收所述第二微处理器输出的脑电数字信号，并向所述Butterworth滤波处理模块传输，所述Butterworth滤波处理模块设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集脑电信号数据进行滤波，完成显示脑电信号的放大功能。
[0014]优选地，所述脑电信号放大系统还包括设置在头皮上的刺激模块，所述刺激模块包括均匀粘贴于头部各处的电极，优选为头部的穴位上，用仿生物电自颅外无创伤地穿透颅骨屏障刺激大脑，所述刺激模块与所述主控模块相连，在所述主控模块发出的刺激命令下，所述刺激模块对头皮进行脑电仿生电刺激；
[0015]其中，所述主控模块还包括第三微处理器，其对头皮进行分区，并对所述刺激模块发出特定区域的刺激命令，同时对大脑皮层经过电刺激后发出的脑电信号进行对比，记录发出最强脑电信号和最弱脑电信号的反应区域。
[0016]优选地，所述单极性信号放大器的输入端为对二极管，输出端为精密皮安级输入电流的运算放大器。
[0017]优选地，所述双极性信号放大器的电流为1.3mA，输入失调为50uV，输入偏置电流为InA，CMRR为100dB，输入噪声为0.28uV。
[0018]优选地，所述AD转换器的分辨率为22bit，动态范围为105dB，非线性为±0.003% ο
[0019]优选地，所述并行采集模块的接口为SPI总线接口。
[0020]优选地，所述脑电仿生电刺激频率为0.5Hz，刺激电流强度为20-400 μ A。本实用新型至少包括以下有益效果:
[0021]1、通过设置40个40个脑电极，能够进一步提高脑电信号的采集范围，更细致观测脑区。
[0022]2、通过设置36个单极性放大器和4个双极性放大器，由于双电极的距离应在3-6cm以上才能保证信号不被抵消，因此电极帽上电极之间距离不能太短，又因为电极帽上的电极是左右对称设计的，放大器的个数必须为偶数，综合考虑选择36个单极性放大器和4个双极性放大器的设计是最优的。
[0023]3、通过在主控模块的第一微处理器和第二微处理器之间设置磁耦隔离器，磁隔离不仅比光隔离速度更快，还具有电路设计更加简洁，集成度高，低功耗等特点。
[0024]本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型中实施例1的系统框图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0027]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0028]—种脑电信号放大系统，包括脑电极帽、脑电信号放大模块以及并行采集模块:
[0029]所述脑电极帽设置在头皮上，其设置40个脑电极，任意一个所述脑电极接收脑皮层的脑电，并输出脑电模拟信号；
[0030]所述脑电信号放大模块将接收到的脑电模拟信号差分放大，其包括36个单极性信号放大器和4个双极性信号放大器，所述任意一个单极性信号放大器或双极性信号放大器与所述40个脑电极对应；
[0031 ] 所述并行采集模块包括40个AD转换器，任意一个所述AD转换器与且只与一个单极性信号放大器或双极性信号放大器导联，对40路放大后的脑电模拟信号实时并行采集，并转换成脑电数字信号。
[0032]所述脑电信号放大系统还包括在线阻抗检测网络，其通过给所述脑电极帽施加交流电流，调节电极-皮肤接触面反应的电压，使阻抗达到5-80毫欧。
[0033]所述脑电信号放大系统还包括主控模块，其包括第一微处理器以及第二微处理器，其中所述第一微处理器向并行采集模块发送控制命令，根据阻抗值判断是否从所述并行采集模块接收脑电数字信号，随后将接收的40路脑电数字信号经磁耦隔离器传输至所述第二微处理器。
[0034]所述脑电信号放大系统还包括USB2.0数据传输模块和Butterworth滤波处理模块，所述USB2.0数据传输模块同步接收所述第二微处理器输出的脑电数字信号，并向所述Butterworth滤波处理模块传输，所述Butterworth滤波处理模块设置一阶高通、二阶低通两种滤波器对所采集脑电信号数据进行滤波，完成显示脑电信号的放大功能。
[0035]所述单极性信号放大器的输入端为对二极管，输出端为精密皮安级输入电流的运算放大器。
[0036]所述双极性信号放大器的电流为1.3mA，输入失调为50uV，输入偏置电流为InA，CMRR为100dB，输入噪声为0.28uV。
[0037]所述AD转换器的分辨率为22bit，动态范围为105dB，非线性为±0.003%。
[0038]所述并行采集模块的接口为SPI总线接口。
[0039]所述脑电仿生电刺激频率为0.5Hz，刺激电流强度为20-400 μ Α，有效输出电流量小，对皮肤刺激小，使用者的接受程度高，并且由于是对头皮进行刺激，不需要植入脑内，增强使用者的满意度。
[0040]如图1所示，一种脑电信号放大系统由在线阻抗检测网络、直流放大模块、并行采集模块、隔离电路、USB2.0传输模块、Triger电路、数字Butterworth滤波处理显示模块，共7部分组成；
[0041]在线阻抗检测网络:
[0042]电极-皮肤接触阻抗的大小影响着脑电、心电等生理信号的质量，过大容易引入50Hz干扰，生理信号的幅度也减小。在线阻抗检测是通过给电极一皮肤接触面施加交流电流，检测电极一皮肤接触面反应的电压信号，计算R = U/I。在植入过程中如果阻抗过大，就要调整处理，以减小接触电阻。在线阻抗检测网络能实现实时的显示电极帽和头皮层接触的阻抗值大小。
[0043]直流放大模块:
[0044]直流放大，反应了更宽的生理信号可以记录，能够更真实地反应信号的成份。EEG生理电信号一般通过金属拾取，在与脑膜接触时会产生极化直流电位，一般在百mV以上，而模数转换范围±2.5V，因而采用低倍率放大。低倍率放大，放大系统的稳定性高，反应快，没有AC放大时间常数。
[0045]本实用新型直流放大模块包括单极性信号放大器和双极性放大信号放大器。总通道数为40，其中单极性通道数为36，双极型通道数为4。单极性放大采用同相放大结构，本结构具有高的输入阻抗。结构简单，易于参数一致性，易于进行软件差分，提高共模抑制比。输入端采取了对二极管，可以有效对抗静电，保护精密皮安级输入电流放大器件不被静电损毁，放大倍数能达到19倍。双极性放大采用经典的仪表放大器，电路经典，AD芯片，易于实现。AD芯片的特点:低功耗:1.3mA、输入失调:50uV、输入偏置电流:InA、CMRR:100dB。输入噪声:0.28uV，放大倍数能达到10倍。
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