CN203138491U - 带阻抗检测功能的脑电图仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带阻抗检测功能的脑电图仪；包括脑电信号检测电路和头皮阻抗检测电路，所述脑电信号检测电路设有至少一组通过导联线连接多个接触头皮的被测电极和一个参考电极的接口；其中，所述头皮阻抗检测电路设有独立于脑电信号检测电路连接所述多个被测电极和一个参考电极的接口。本实用新型将脑电信号的检测电路和头皮阻抗的检测电路分成两路进行测量，不仅提高了头皮阻抗检测的精准度，同时还不会影响脑电信号的采集处理；使大信息量的脑电信号能够得到最精确、头皮阻抗信息得到最及时的处理，使产品的性能更优。
Description
技术领域
本实用新型属于医疗仪器领域，特别涉及一种带阻抗检测功能的脑电图仪。
背景技术
随着科学技术的进步与发展，人民生活水平的不断提高，对医疗检测水平的要求也越来越高。脑电系统作为一种检测脑部疾病的重要医疗器械在临床诊断中发挥着重要的作用。但是目前的脑电产品存储容量小、采集导联数少、抗干扰能力差、稳定性也较差，有些脑电检测设备不具备检测电极连接情况的功能，具备这一功能的不能同时测量脑电及电极与头皮间的阻抗。随着生物控制论方法研究脑功能成为大脑研究的重要方面，脑电信息处理的重要性也越来越明显。在基础医学方面，由于脑电综合地反映了神经系统的活动，因而它的研究有助于生理和病理活动中神经机理的深入探讨。在临床医学方面，脑电信息处理不但为某些脑疾病的诊断提供了客观依据，而且为某些脑疾病提供了有效的治疗手段。在心理学、精神病学、认知科学的研究中，脑电信息处理具有重要的学术价值和广阔的应用前景。因此，推进脑电检测类医疗设备向高尖纵深发展，才能满足前沿医疗应用的需求。
由于脑电信号本身十分微弱，在测量过程中会受到各种影响，产生伪差，进而影响脑电信号的质量。而影响脑电信号质量的主要因素有：交流工频干扰、电极和头皮接触不良引入的干扰以及放大通道引入的噪声等。
公开号为CN2610843的中国专利，公开了一种《脑头皮阻抗检测装置》，专利中提出一种脑电的阻抗检测电路，该电路的脑电的检测信号及头皮阻抗的测试信号夹杂在一起，通过普通的脑电放大电路进行放大，然后通过高通和低通滤波后将两种信号分别提取出来，得到相应的脑电信息和阻抗信息。脑电信号为0-30Hz的低频信号，传统的脑电放大电路是针对低频信号进行设计的，对调制阻抗信息的高频信号的衰变会比较严重，从而使得出的阻抗信息不够准确。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种带阻抗检测功能的脑电图仪，针对调制信号的高频特点，采用人体阻抗接近于纯电阻特性的频率作为激励，选用高增益带宽积的放大器，对阻抗信息区分于脑电信号进行处理，从而提高了阻抗信息的准确度。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：带阻抗检测功能的脑电图仪：包括脑电信号检测电路和头皮阻抗检测电路，所述脑电信号检测电路设有至少一组通过导联线连接多个接触头皮的被测电极和一个参考电极的脑电信号接口；其特征在于，所述头皮阻抗检测电路设有独立于脑电信号检测电路连接所述多个被测电极和一个参考电极的接口。
进一步，所述头皮阻抗检测电路包括高频激励回路和头皮阻抗获取电路；所述高频激励回路包括占空比为1：1的60KHz至70KHz方波发生器和多路阻容充放电电路，所述阻容充放电电路由第一电阻和第一电容串联组成，所述方波发生器输出连接一个反相器，反相器的输出连接一路阻容充放电电路电阻端，其余阻容充放电电路电阻端并联后与方波发生器输出连接，所述并联的阻容串连电路电容端分别与被测电极连接，所述一路阻容充放电电路电容端与参考电极连接；被测电极和参考电极同时连接头皮阻抗获取电路的输入，头皮阻抗获取电路的输出将头皮电阻抗信号传递至微处理器。
进一步，所述方波发生器是占空比为1：1的64KHz方波发生器。
进一步，所述第一电阻为1兆欧姆，所述第一电容为4.7纳法拉。
进一步，所述阻抗获取电路顺序连接包括选频电路、差分放大电路、解调放大电路和AD转换电路；所述选频电路包括多路阻容电路，阻容电路由第二电容串接第二电阻组成，第二电阻的一端连接模拟电源负极，所述参考电极与一路阻容电路串接，所述多个被测电极分别与其余的阻容电路串接，第二电容和第二电阻的连接点作为输出连接一个跟随电路，所述与多个被测电极连接的多个跟随电路连接一个多路选一模拟开关，多路选一模拟开关的输出连同与参考电极连接的跟随电路输出连接差分放大电路的差分输入。
进一步，所述解调放大电路包括解调电路和信号放大电路，所述解调电路包括第三电阻、第三电容、第四电阻、第五电阻、第四电容；所述第三电阻与第三电容一端连接，第三电容另一端分别连接第四电阻和第五电阻一端，第五电阻另一端连接第四电容一端，第四电阻和第四电容另一端连接模拟电源负极，第五电阻与第四电容的连接端连接信号放大电路的输入。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：将脑电信号的检测电路和头皮阻抗的检测电路分成两路进行测量，不仅提高了头皮阻抗检测的精准度，同时还不会影响脑电信号的采集处理；脑电信号采用高精度低速的Σ-ΔADC、头皮阻抗检测使用高速低精度的逐次逼近型ADC，使大信息量的脑电信号能够得到最精确、头皮阻抗信息得到最及时的处理，使产品的性能更优；上位机采用FIR数字滤波网络技术将采集的数字脑电信号及数字头皮阻抗信息进行优化处理，以不同的标识方式显示出来，从而为病理分析提供更有力的判断依据。
这样，在测量脑电信号的同时及时得到电极的接触阻抗，便能够为去除脑电伪差提供最有力、最及时的依据。
下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。
附图说明
图1是本实用新型电路结构示意图；
图2是本实用新型高频激励等效电路；
图3是图2各点波形图；
图4是选频电路、差分放大电路示意图；
图5是本实用新型解调放大电路示意图。
具体实施方式
一种带阻抗检测功能的脑电图仪实施例：参见图1，所述脑电图仪包括脑电信号检测电路1和头皮阻抗检测电路2，所述脑电信号检测电路设有至少一组通过导联线连接多个接触头皮的被测电极3和一个参考电极4的脑电信号接口，根据实际的需要可以设置两到三组或多组，本实施例为两组；其中，所述头皮阻抗检测电路设有独立于脑电信号检测电路连接所述多个被测电极和一个参考电极的接口。即头皮阻抗检测电路的模拟地与脑电信号检测电路模拟地相互分开，所述头皮阻抗检测电路的头皮阻抗信号输入端分别与脑电信号检测电路的被测电极接口和参考电极接口连接。脑电信号检测电路为公知使用的通用电路，该电路将采集的脑电信号经过前级滤波电路1-1、放大电路1-2、低速高精度的A/D转换ADC 1-3后，再经过微处理器5的信号处理后，上传给上位机进行显示分析。
实施例中，如图1所示，所述头皮阻抗检测电路包括高频激励回路2-1和阻抗获取电路2-2；如图2所示，所述高频激励回路包括占空比为1：1的60KHz至70KHz方波发生器2-1-1和多路阻容充放电电路2-1-2，所述阻容充放电电路由第一电阻R1和第一电容串C1联组成，所述方波发生器输出连接一个反相器2-1-3，反相器的输出连接一路阻容充放电电路电阻端，其余阻容充放电电路电阻端并联后与方波发生器输出连接，所述并联的阻容串连电路电容端分别与被测电极连接，所述一路阻容充放电电路电容端与参考电极连接；被测电极和参考电极同时连接阻抗获取电路的输入，阻抗获取电路的输出将头皮电阻抗信号传递至微处理器。图2是一个等效电路，实际的电路如图1所示，方波是由高频激励方波发生器经限流电阻、积分网络和隔直电路产生，图中的反相器放在了频激励方波发生器之后与图2中是等效的。
《测控技术》2012年第32卷第4期中“多频多段人体生物电阻抗测量系统”的研究报告中表明，人体的阻抗在激励频率在50KHz至100KHz时相位误差较小，即接近是纯电阻的特性，实施例中，由于在64KHz频带附近，人体阻抗呈近似纯电阻特性，约1-10KΩ量级，因此方波发生器参数的的优选是，所述方波发生器是占空比为1：1的64KHz方波发生器。
实施例中，又由于在64KHz频带附近，人体阻抗呈近似纯电阻特性，约1-10KΩ量级，因此将接入电极间的阻抗等效为纯电阻r。在方波的每个周期中，两个C1通过头皮接入阻抗即r及两个R1固定电阻进行充放电。取R1为1MΩ、两个C1各为4.7nF。这样电路的时间常数为约4700μs，而方波的周期T为16μs，固每次充放电都不完全，电容上电压波形呈近似三角波的形状，因此，参数的的优选是，所述第一电阻为1兆欧姆，所述第一电容为4.7纳法拉,各点的波形如图3所示，头皮阻抗的信息已经包含在B1和B2电电位波形的幅值中了。
实施例中，参见图4，所述阻抗获取电路顺序连接包括选频电路、差分放大电路2-2-2、解调放大电路2-2-4和AD转换电路2-2-5；所述选频电路包括多路阻容电路，阻容电路由第二电容C2串接第二电阻R2组成，第二电阻的一端连接模拟电源负极，所述参考电极与一路阻容电路串接，所述多个被测电极分别与其余的阻容电路串接，为了减少对脑电信号检测电路的影响，提高差分放大电路的输入阻抗，第二电容和第二电阻的连接点作为输出连接一个由运算放大器形成的跟随电路2-2-1，被测电极和参考电极连接的跟随电路输出连接差分放大电路的差分输入，实施例中差分放大电路的放大倍数为30倍。
实施例中，选频电路为64Khz选频电路，其中C2为4.7纳法拉（nF），R2为20千欧姆（KΩ）。
实施例中，参见图4，所述与多个被测电极连接的多个跟随电路连接一个多路选一模拟开关2-2-3，多路选一模拟开关的输出连同与参考电极连接的跟随电路输出连接差分放大电路的差分输入。
实施例中，所述解调放大电路包括解调电路和信号放大电路（二级放大），所述解调电路包括第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四电容C4；所述第三电阻与第三电容一端连接，第三电容另一端分别连接第四电阻和第五电阻一端，第五电阻另一端连接第四电容一端，第四电阻和第四电容另一端连接模拟电源负极，第五电阻与第四电容的连接端连接信号放大电路的输入。
实施例中，解调电路是对64Khz信号的解调，其中，R3为1千欧姆（KΩ），C3为100皮法拉（PF）， R4为249千欧姆（KΩ），R5为10千欧姆（KΩ），C4为62皮法拉（PF）。
上述实施例中，头皮阻抗信号的检测电路将正向的和负相的高频载波信号加在脑电采集信号的正端和负端，带有头皮阻抗信息的脑电信号就加在高频载波信号上，带有阻抗信息的高频信号通过积分电路及高通滤波网络后接入高增益带宽积的差分放大器，经中间级的滤波后进入二级运算放大器，放大后的信号再经过高速低精度的逐次逼近型ADC，根据不同的能量阈值范围，判定电极的接触阻抗，从而给出电极接入的状态，即接触良好、接触不良、脱落三种状态，在脑电盒上，控制指示灯灭、闪或者亮来指示电极接入的三种状态，即灯灭表示接触良好，灯闪表示接触不良，灯亮表示脱落。
实施例中，脑电信号的检测电路及头皮阻抗检测电路的分两路进行处理是本实施例的特点。
实施例中，头皮阻抗信号的检测将正相的和负相的高频载波信号加在脑电采集信号的正端和负端，带有头皮阻抗信息的脑电信号就加在高频载波信号上，带有阻抗信息的高频信号通过积分电路及高通滤波网络后接入高增益带宽积的差分放大器，经中间级的滤波后进入二级运算放大器，放大后的信号再经过高速低精度的逐次逼近型ADC（A/D转换电路）电路，根据不同的能量阈值范围（因为不是恒流源形式，不知道电流的大小，因此用能量值模拟电阻值而不是真正的电阻值），判定电极的接触阻抗，从而给出电极接入的状态，即接触良好、接触不良、脱落三种状态，在脑电盒上，控制指示灯灭、闪或者亮来指示电极接入的三种状态，即灯灭表示接触良好，灯闪表示接触不良，灯亮表示脱落。
Claims (6)
1.带阻抗检测功能的脑电图仪：包括脑电信号检测电路和头皮阻抗检测电路，所述脑电信号检测电路设有至少一组通过导联线连接多个接触头皮的被测电极和一个参考电极的脑电信号接口；其特征在于，所述头皮阻抗检测电路设有独立于脑电信号检测电路连接所述多个被测电极和一个参考电极的接口。
2.根据权利要求1所述的带阻抗检测功能的脑电图仪，其特征在于，所述头皮阻抗检测电路包括高频激励回路和头皮阻抗获取电路；所述高频激励回路包括占空比为1：1的60KHz至70KHz方波发生器和多路阻容充放电电路，所述阻容充放电电路由第一电阻和第一电容串联组成，所述方波发生器输出连接一个反相器，反相器的输出连接一路阻容充放电电路电阻端，其余阻容充放电电路电阻端并联后与方波发生器输出连接，所述并联的阻容串连电路电容端分别与被测电极连接，所述一路阻容充放电电路电容端与参考电极连接；被测电极和参考电极同时连接头皮阻抗获取电路的输入，头皮阻抗获取电路的输出将头皮电阻抗信号传递至微处理器。
3.根据权利要求2所述的带阻抗检测功能的脑电图仪，其特征在于，所述方波发生器是占空比为1：1的64KHz方波发生器。
4.根据权利要求2所述的带阻抗检测功能的脑电图仪，其特征在于，所述第一电阻为1兆欧姆，所述第一电容为4.7纳法拉。
5.根据权利要求2所述的带阻抗检测功能的脑电图仪，其特征在于，所述阻抗获取电路顺序连接包括选频电路、差分放大电路、解调放大电路和AD转换电路；所述选频电路包括多路阻容电路，阻容电路由第二电容串接第二电阻组成，第二电阻的一端连接模拟电源负极，所述参考电极与一路阻容电路串接，所述多个被测电极分别与其余的阻容电路串接，第二电容和第二电阻的连接点作为输出连接一个跟随电路，所述与多个被测电极连接的多个跟随电路连接一个多路选一模拟开关，多路选一模拟开关的输出连同与参考电极连接的跟随电路输出连接差分放大电路的差分输入。
6.根据权利要求5所述的带阻抗检测功能的脑电图仪，其特征在于，所述解调放大电路包括解调电路和信号放大电路，所述解调电路包括第三电阻、第三电容、第四电阻、第五电阻、第四电容；所述第三电阻与第三电容一端连接，第三电容另一端分别连接第四电阻和第五电阻一端，第五电阻另一端连接第四电容一端，第四电阻和第四电容另一端连接模拟电源负极，第五电阻与第四电容的连接端连接信号放大电路的输入。
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