CN1141764A - 无硬件导联转换开关的多道脑电信号测量的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种无硬件导联转换开关的多道脑电信号测量方法与装置，由人体脑电极测量人体的脑电信号；将人体脑电极测量的信号输入到N道单级脑电放大器中；将由N道单极导联脑电放大器的输入信号输入A/D转换器；由N道采集系统将A/D转换器输出的信号采集到计算机中而同时得到多于N个通道的单、双极导联的脑电信号。利用本发明的方法与装置，则无需硬件导联转换开关，利用N通道放大器即可得到多于N个通道的脑电信号。

Description

无硬件导联转换开关的多道脑电信号测量的方法与装置

本发明涉及一种生物电信号采集、处理的方法与装置，特别是一种无需硬件导联转换开关就能够得到多个通道的单、双极导联的脑电信号的方法与装置。

传统的脑电图机中存在的问题是：用多个通道(N个)放大器只能得到简单的N个信号，不能同时得到多于个的单、双极导联脑电信号。而且，脑电测量导联切换时无法完全脱离硬件导联转换开关，不论是机械的或是电子开关。使用硬件数量大，成本高。

本发明正是为了解决上述不足，提供一种能够提供更多脑电信息且无需硬件导联开关的无硬件导联转换开关的多道脑电图电信号测量的方法和装置。

为了完成本发明，在本发明中将N通道的脑电图放大器设计成适合于单极导联的脑是测量，这些脑电信号经过A/D转换后由计算机采样，并利用相应的算法，在计算机中至少同时能够同时得到个单、双极导联的脑电信号。而且单极脑电放大器的噪声和共模抑制比能够完全达到脑电测量所要求的指标。

为完成本发明，在本发明的无硬件导联转换开关的多道脑电图电信号测量的装置中包括：N道单极脑电放大器，A/转换器，计算机数据采集接口，计算机，脑电信号输出设备。N道单极脑电被录入计算机后，经计算可同时得到

个通道的单极、双极和平均基准脑电信号，这些信号可通过输出设备打印出来。

图1表示已有技术的脑电图机结构；

图2是本发明的脑电图机的脑电测量模式图；

图3是本发明的脑电图机的通道数N＝16时的脑电测量模式图；

图4是本发明中脑电测量模式中的放大器的布置示意图；

图5是表示传统的脑电平均基准单极导联的测量方式；

图6是示本发明的脑电图机结构；

下面结合附图说明本发明。由图1中可知，已有技术中为了测量不同导联的人脑电信号，在人体脑电电极和N通道脑电放大器之间必须加有导联转换开关，而在图2所示的本发明中从人体脑电电极和本发明所使用的N通道单极导联脑电放大器之间不再使用导联转换开关。在图4所示的脑电测量模式图中，选用了适合于同时测量N个通道单极导联脑电图的信号放大器，这样的结构特征是在传统的N通道脑电差分放大器的前面增加了N＋1个缓冲器，保证了各路差分放大器差动输入路的阻抗较为相近并防止由于输入阻抗不匹配而引起的放大器共模抑制比下降；输入端的N＋1通道缓冲器被设计成具有很好的对称性和很低的噪声水平，使整个脑电放大器的共模抑制比不低于80db，噪声水平能够达到临床要求指标；这种新型测量模式的脑电放大器不仅仅适合于单极导联脑电测量，而且还可以有下面两种脑电测量形式：

(1)N通道放大器的所有正端(或负端)均连接在某一个共用脑电极上而另一端则分别与各个脑电电极相连接，在这种测量形式中，当共用脑电电极位于耳垂或其它近似于零电位点位置时，N通道放大器测量到的便是N通道单极导联脑电信号，而当共用电极位于其它脑位位置时，测量到的便是N通道双极导联脑电信号。

(2)N个通道放大器的各个输入端可按需要以任意的组合方式与脑电电极相联，以测量N通道单、双极脑电电极的信号。

单极和双极导联脑电图的计算方法如下：

(1)单极导联脑电信号

设U₀，U₁，U₂，……U_N－1，U_N为脑电电极上有信号，其中U₀为从耳垂或其它的较远部位电极上的信号，作为单极导联的公共参考点，U₁，U₂，……U_N－1，U_N为头皮上其它各个电极上的脑电信号。

如按本发明中的联接方法，从N通道放大器所输出的信号即为U₁-U₀，U₂-U₀，……U_N－1-U₀，U_N-U₀。这N通道即为单极导联脑电信号。

(2)双极导联脑电信号

双极导联脑电信号可以从N个通道单极导联脑电信号中任选两个，作减法运算即可得到如下所示公式：

(U_m-U₀)－(U₁－U₀)＝U_m－U_l

这里，m、l分别是由1到N之间的任意两个不同的数。按照该公式，N通道单极导联脑电图最多共有

种组合方式，因此可以获得这么多路的双极导联脑电信号。

以上述方法可以在同一时刻获得单、双极导联脑电信号，而在传统的使用硬件开关转换而得到不同导联的脑电信号只能是分时的，不可能在同一时刻得到这么多的脑电信号。

而且由本发明的测量模式测量的平均基准单极导联的脑电信号的准确性更高。在图5所示的传统的脑电平均基准单极导联的测量方法中，设图中U₁，U₂，……U_N－1，U_N为各测量电极对于绝对零点的电位，若共有N个测量电极，那么第i(i＝1，2…N)路U_0i平均基准单极导联脑电为：

U_0i＝U_i×(1－1/N)≈U_i

从上式可以看出传统测量方法所得到的U_0i与U_i之间有一定误差，引起测量结果的误差较大。而且传统测量方法中的另一处缺陷是电阻网络造成脑电放大器的输入阻抗不对称，会造成共模干扰。

而利用本发明中的测量模式，可以得到一种更好的得到平均基准单极脑电信号的方法。利用N通道单极脑电放大器，可以测量到N路单极导联的脑电信号：

U₁-U₀，U₂-U₀，……U_N－1-U₀，U_N-U₀。其中U₀为参考电极的电位，现令 $U_c=\left[\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(U_n-U_0)\right]/N=[\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_n\right)/N]-U_0$

在此，将U_c称为“参考电站”。将各路单极脑电信号与参考电站相减：

U_0i＝(U_i－U₀)－U_c $=(U_1-U_0)-\left[\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(U_n-U_0)\right]/N$ $=U_i-\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_n\right)/N$

由生物电容积导体的理论，上式中的

近似为零，于是就可得到U_0i＝U_i。

这样，就可以得到N通道单极导联脑电信号，并利用它们得到比传统测量方法更为准确的N通道平均基准的单极脑电信号。而且在测量时不用电阻网络，防止了共模干扰的产生。

在下面的表中列出了当N为8、16时得到的单、双极导联数：

因此，使用本发明的方法与装置，可以在同时得到比已有技术多很多的脑电测量信号，省掉了硬件导联开关，既降低了成本，又提高了测量的准确性。不但适合于测量单极脑电信号，也适合于同时得到

个双极导联的脑电信号，噪声水平和共模抑制比完全能够满足脑电测量中对噪声的规定要求。而且能够准确地得到N道平均基准的单极导联的脑电信号。

Claims (7)

1.一种无硬件导联转换开关的多道脑电信号测量的方法，其特征在于：

a.由人体脑电极测量人体的脑电信号；

b.将由人体脑电极测量的人体的脑电信号输入到N道单极导联脑电故大器中；

c.将由N道单极导联脑电放大器放大的信号输入A/D转换器中；

d.由N道数据采集系统将A/D转换器输入出的信号采集到计算机中而同时得到个通道的的单、双极导联的脑电信号。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：可以使N道放大器的所有正端或所有的负端均连接在某一共用脑电极上而另一端则分别与各个脑电电极相连，以当共用脑电电极位于耳垂或其他近似于零电位占的位置时，N道放大器测量到N道单极导联脑电信号；而当共用电极位于其它位置时，测量N道双极脑电导联信号。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于N道放大器的各个输入端可按需要以任意组合方式与脑电电极相联，以测量单、双道脑电信号。

4.如权利要求1、2和3所述方法中，计算单极导联脑电信号的方法是：设U₀、U₁，U₂，……U_N－1，U_N为脑电电极上的信号，其中U₀为从耳垂或其他的较远部位电极上的信号，作为单极导联的公共参考点，U₁，U₂，……U_N－1，U_N为头皮其它各电极上的脑电信号，则从N道放大器所输出的信号即为U₁-U₀，U₂-U₀，……U_N－1-U₀，U_N-U₀，也就是单极导联的脑电信号。

5.如权利要求1、2和3所述方法中，计算双极导联脑电信号的方法是：由N道单极导联电信号中任选两道，作减法运算即阿得到(U_m－U₀)－(U_l－U₀)＝U_m－U_l

这里，m、l分别是由1到N之间的任意两个不同的数。按照该公式，N通道单极导联脑电图最多共有

种组合方式，因此可以获得这么多路的双极导联脑电信号。

6.如权利要求1所述方法，其特征由下述方法：设N道单极脑电放大器测量到N路单极导联脑电信号为U₁-U₀，U₂-U₀，……U_N－1-U₀，U_N-U₀。其中U₀为参考电极的电位，U₀、U₁，U₂，……U_N－1，U_N为各测量电极上的电位，现令参考电站 $U_c=\left[\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(U_n-U_0)\right]/N$ $=$ $[$ $\left(\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_n\right)/N$ $]-$ $U_0$ 将各路单极脑电信号与参考电站相减：

U_0i＝(U_i-U₀)－U_c $=(U_i-U_0)-\left[\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(U_n-U_0)\right]/N$ $=U_{\mathrm{pi}}-\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_n\right)/N$ 而得到N道平均基准的单极导联脑电信号。

7.一种无硬件导联转换开关的多道脑电信号测量的装置，其中包括：人体脑电电极，其特征在于还包括：放大由所述人体脑电电极测量出的脑电信号的N道单极导联脑电放大器、将放大器输出的信号转换成数字信号的N道A/D转换器、包括有脑电信号采集接口的采集N道A/D转换器输出的信号的N道数据采集系统，对所采集的信号进行数据处理的计算机，脑电信号输出设备。

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