CN105997060B - 电磁辐射环境下使用的脑电分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，包括事件相关电位模块、脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电‑脉冲发射同步控制模块，并且通过控制事件相关电位模块两端的反向电压低于放大芯片的击穿电压、防辐射贴膜、电极排线方向平行于电场极化方向的方法进行事件相关电位模块的电磁兼容改造。通过脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电‑脉冲发射同步控制模块的协同作用精确控制脉冲微波发射和脑电记录的时间，实现脉冲微波照射和脑电记录分析的精确时间控制，即在电磁场模块停止电磁脉冲辐射的同时就开启事件相关电位模块中的定时装置，开通脑电记录功能。

Description

电磁辐射环境下使用的脑电分析系统
技术领域
本发明涉及科学实验装置领域，更具体地说涉及一种电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，特别涉及一种能够同步进行脉冲微波照射和脑电事件相关电位分析的实验系统。
背景技术
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。
电磁干扰是电子电器设备中使用中常见的问题，可能导致设备的功能受到干扰或丧失，因此，在脑电信号分析研究的实验过程中，尤其是由电磁辐射环境下进行的脑电分析中，实现时间上精确控制电磁脉冲的停止和脑电记录的开启成为一个瓶颈问题。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种电磁辐射环境下使用的脑电分析系统。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，包括事件相关电位模块、脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电-脉冲发射同步控制模块；
事件相关电位模块，利用电极采集待测试人员实时的事件相关电位，事件相关电位模块外侧设置有电磁场模块；
脑电记录开断时间控制模块，利用脑电记录开断时间控制模块中的函数WriteParam同步设置事件相关电位模块的参数；
脉冲启动控制模块，用于将电磁场模块的相关参数与事件相关电位模块的相关参数进行同步；
脑电-脉冲发射同步控制模块，用于更加精确的控制事件相关电位模块的记录与电磁场模块的电磁微波脉冲关闭的同步化，即电磁场模块以一定的脉冲数量在相等的脉冲发射时间间隔内发射脉冲，每隔一段相等的脉冲停止时间后，再以上述脉冲数量增加相等的脉冲数值后，控制电磁场模块在相等的脉冲发射时间间隔内再次发射脉冲，上述电磁场模块脉冲发射过程重复至脉冲数量达到预定脉冲数量后，即刻关断电磁场模块，同时触发事件相关电位模块内的定时装置，开通脑电记录功能。
所述事件相关电位模块采用中科新拓的NT9200增强型系列数字脑电图仪放大器，采样率为1000Hz。
所述电极采用氯化银(AgCl)盘状电极。
在所述事件相关电位模块的放大芯片两端加载有反向电压，所述反向电压为3-5V。
在所述事件相关电位模块外侧设置有防辐射贴膜，所述防辐射贴膜用于所述事件相关电位模块的安全使用并能够减少外界辐射对所述事件相关电位模块的干扰。
所述电极的排线方向为平行于所述电磁场模块的电场极化方向。
本发明的有益效果：通过脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电-脉冲发射同步控制模块的协同作用精确控制脉冲微波发射和脑电记录的时间，实现脉冲微波照射和脑电记录分析的精确时间控制，即在电磁场模块停止电磁脉冲辐射的同时就开启事件相关电位模块中的定时装置，开通脑电记录功能，并通过施加反向电压、防辐射贴膜和电极排线方向的作用达到了脑电记录过程中不受电磁场的影响，从而解决了由电磁辐射环境下进行的脑电分析，也能够在电磁辐射后及时进行脑电记录分析这一技术问题。
附图说明
图1是脑电采集设备的基本电路原理图，其中，Z1为高阻线阻抗，Z2为放大器设备内阻，Vi为加载在内部放大模块上的电压；
图2是待测试人员未佩戴和佩戴脑电极的模拟场景对比图，其中，A为未佩带脑电极，B为佩带脑电极；
图3是待测试人员未佩戴和佩戴脑电极的电场计算结果对比图，其中，A为未佩带脑电极，B为佩带脑电极；
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，包括事件相关电位模块、脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电-脉冲发射同步控制模块；
事件相关电位模块，利用电极采集待测试人员实时的事件相关电位，事件相关电位模块外侧设置有电磁场模块，
事件相关电位模块采用中科新拓的NT9200增强型系列数字脑电图仪放大器，采样率可达1000Hz，能满足进行ERP实验的采样要求，电极选用氯化银(AgCl)盘状电极；
脑电记录开断时间控制模块，利用脑电记录开断时间控制模块中的函数WriteParam同步设置事件相关电位模块的参数；
脉冲启动控制模块，用于将电磁场模块的相关参数与事件相关电位模块的相关参数进行同步，
通过该模块实现电磁场模块与事件相关电位模块同步，usb线将事件相关电位模块与电脑连接，电磁场模块通过RS422与电脑进行通信，实现识别电磁场模块并向其发送启动指令的功能；
脑电-脉冲发射同步控制模块，用于更加精确的控制事件相关电位模块的记录与电磁场模块的电磁微波脉冲关闭的同步化，
即根据脉冲总数进行定时，定义一个变量，每计数一次(脉冲发射一次)这个变量就加1，当达到预定设计的脉冲数量后，即刻关断电磁场模块，同时触发事件相关电位模块内的定时装置，开通脑电记录功能。
以人类或者是动物，例如：猕猴，进行脑电分析实验：
电磁场脉冲重复频率与脑电频率接近，强度高于脑电多个数量级。通过脉冲发射-脑电记录同步控制程序，可以避免脉冲微波对脑电记录的干扰，避免电磁场发射过程中同时检测脑电将导致脑电信号被淹没而不可辨识。
脑电采集设备处在电磁场环境中，在电极和参考电极间能够形成类似接收天线的结构，出现电势差。这就相当于在脑电放大器两端接入反向电压。当反向电压过大时，可导致对放大器的击穿。因此应该对于加在放大器两端的反向电压进行估算，并采取相应的防护措施。
脑电采集设备的基本电路原理如图1所示。通过对脑电设备进行简化，可以获得其简化电路图，测量电极和参考电极间形成一个电磁场接收电路，Z1为高阻线阻抗，Z2为放大器设备内阻，Vi为加载在内部放大模块上的电压，通过代入目前商用设备的参数，可通过实际分压计算施加在放大芯片上的反向电压。
根据计算，在空间可能形成1500V/m的峰值电场强度，加载在本实验使用设备放大芯片上的反向电压为3V，低于放大芯片的击穿电压5V。
研究表明，在电磁场中不恰当的高阻线排线方向能够在电极形成异常的电磁场能量吸收点，其结果是混淆效应；为此，电极排线方向需要平行于电场极化方向，在这种情况下，存在电极和不存在电极，对电磁场能量的吸收差异在10％之内，对于佩戴脑电极的模拟场景如图2所示，对于电场的计算结果如图3所示。
测试结果显示，本装置的金属脑电极的存在并未在电极贴敷部位产生异常的电磁场分布，即脑电记录未受电磁微波影响。表明该装置可应用于电磁微波照射环境下同步脑电波记录与分析。
通过脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电-脉冲发射同步控制模块的协同作用精确控制脉冲微波发射和脑电记录的时间，实现脉冲微波照射和脑电记录分析的精确时间控制，即在电磁场模块停止电磁脉冲辐射的同时就开启事件相关电位模块中的定时装置，开通脑电记录功能，并通过施加反向电压、防辐射贴膜和电极排线方向的作用达到了脑电记录过程中不受电磁场的影响，从而解决了由电磁辐射环境下进行的脑电分析，也能够在电磁辐射后及时进行脑电记录分析这一技术问题。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，其特征在于：包括事件相关电位模块、脑电记录开断时间控制模块、脉冲启动控制模块和脑电-脉冲发射同步控制模块；
事件相关电位模块，利用电极采集待测试人员实时的事件相关电位，事件相关电位模块外侧设置有电磁场模块；
脑电记录开断时间控制模块，利用脑电记录开断时间控制模块中的函数WriteParam同步设置事件相关电位模块的参数；
脉冲启动控制模块，用于将电磁场模块的相关参数与事件相关电位模块的相关参数进行同步；
脑电-脉冲发射同步控制模块，用于更加精确的控制事件相关电位模块的记录与电磁场模块的电磁微波脉冲关闭的同步化，即电磁场模块以一定的脉冲数量在相等的脉冲发射时间间隔内发射脉冲，每隔一段相等的脉冲停止时间后，再以上述脉冲数量增加相等的脉冲数值后，控制电磁场模块在相等的脉冲发射时间间隔内再次发射脉冲，上述电磁场模块脉冲发射过程重复至脉冲数量达到预定脉冲数量后，即刻关断电磁场模块，同时触发事件相关电位模块内的定时装置，开通脑电记录功能；
所述电极的排线方向为平行于所述电磁场模块的电场极化方向；
所述事件相关电位模块的放大芯片两端形成电势差，根据峰值电场强度，对加载在放大芯片上的反向电压进行估算，使放大芯片上的反向电压低于放大芯片的击穿电压。
2.根据权利要求1所述的电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，其特征在于：在所述事件相关电位模块外侧设置有防辐射贴膜，所述防辐射贴膜用于所述事件相关电位模块的安全使用并能够减少外界辐射对所述事件相关电位模块的干扰。
3.根据权利要求1所述的电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，其特征在于：所述事件相关电位模块采用NT9200增强型系列数字脑电图仪放大器，采样率为1000Hz。
4.根据权利要求1所述的电磁辐射环境下使用的脑电分析系统，其特征在于：所述电极采用氯化银盘状电极。
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