專利名稱：微型腦電信號采集模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實現(xiàn)腦電信號采集的模塊，特別是涉及一種可以簡單嵌入其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)腦電信號采集的微型腦電信號采集模塊。
背景技術：
腦-機接口 (Brain-computer interface, BCI)技術是通過計算機監(jiān)測、識別大腦思維意念信號模式，產生可控制和操縱周邊通訊或工作設備的指令，以達到預想操作目的或實現(xiàn)與外界信息交流功能。這種技術在近幾年才得以迅速發(fā)展，但尚未獲得廣泛應用，是一種全新生物反饋控制和信息交流技術。BCI的突出特點是不依賴于任何外周神經和肌肉響應，只依據(jù)大腦思維意念或感官反映所產生的腦電(Electroencephalograph, EEG)信號進行工作。
BCI技術為大腦開拓某種新的信息輸出渠道，大大擴展人類對外界控制和交流信息的能力，實現(xiàn)人類直接用大腦思維活動的信號與外界進行通信，甚至對周圍環(huán)境實施控制的夢想。就應用領域而言，關鍵理論和技術的突破，可以加速BCI技術在"大腦健康、肢體殘障"病人神經自主控制中的推廣和應用，將顯著促進康復醫(yī)學發(fā)展。
目前在BCI技術中，腦電信號由于是微伏電壓等級，容易淹沒在各種電磁干擾中，腦電信號的放大、濾波電路一直都是業(yè)界關注的硬件設計重點，往往需要耗費大量的時間進行測試，而且由于導聯(lián)數(shù)量較大和電源的因素，體積也較大。
開發(fā)一種可以簡單嵌入其他數(shù)據(jù)采集裝置的微型腦電信號采集模塊，將加速BCI技術在醫(yī)療康復等領域的應用進程。
發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種可用于多導聯(lián)的腦電信號采集，可以簡單嵌入其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)腦電信號采集的微型腦電信
4號采集模塊。
本實用新型所采用的技術方案是 一種微型腦電信號采集模塊，包括有用于連接多個頭皮電極的電極接口，還依次串聯(lián)連接的設置有與電極接口連接并與多個頭皮電極一一對應的多個一級放大器、多路選擇器、二級隔離放大器、帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器，其中，所述的多路選擇器還連接外部裝置的控制單元的選擇信號輸出，所述的三級放大器的輸出端構成微型腦電信號采集模塊的輸出端。
所述的依次串聯(lián)連接的多個一級放大器、多路選擇器、二級隔離放大器、帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器通過屏蔽外殼進行屏蔽。
所述的電極接口采用尖頭銅針結構設置在屏蔽外殼上。
所述的多路選擇器和三級放大器是采用插針結構實現(xiàn)與輸入和輸出信號的連接。
所述的一級放大器包括兩個相同的儀表運算放大器，即第一儀表運算放大器和第二儀表運算放大器，所述的第一、第二儀表運算放大器的兩個輸入端腳2和腳3均連接單級電極接口，輸出端腳6連接多路選擇器，每一個儀表運算放大器的腳2和腳8之間連接一個用于設置放大倍數(shù)的電阻。
所述的多路選擇器包括一個多路選擇芯片，所述的多路選擇芯片的腳1
和腳10為控制輸入端，連接外部裝置的控制單元的選擇信號輸出，多路選擇芯片的腳2和腳9為腦電輸入端，分別對應連接一級放大器的第一儀表運算放大器和第二儀表運算放大器的腳6，多路選擇芯片的腳8為輸出端連接二級隔離放大器。
所述的二級隔離放大器，包括有一個集成芯片，所述集成芯片的腳19連接多路選擇器中的多路選擇芯片的輸出端腳8，所述集成芯片的腳1為輸出端腳，該端腳1所輸出的信號連接帶通濾波器。
所述的二級隔離放大器分別向一級放大器、帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器提供電源。
所述的帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器包括有一個雙運放集成芯片和RC高通濾波電路及RC低通濾波電路，二級隔離放大器的輸出信號經RC高通濾波電路濾波后進入雙運放集成芯片，雙運放集成芯片的輸出經RC低通濾波電路濾波后構成所述微型腦電信號采集模塊的總輸出。本實用新型的微型腦電信號采集模塊，提供一路輸出接口和若干根通道選擇輸入接口，用戶可以通過微處理器選擇腦電采集的通道，并直接和模數(shù)轉換芯片連接，進行腦電數(shù)據(jù)采集。本實用新型的模塊可用于多導聯(lián)的腦電信號采集。


圖l是本實用新型的整體框圖；圖2是第一級放大器電路原理圖；圖3是多路選擇開關原理圖(以2路為例)；圖4是二級隔離放大器電路原理圖5是帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器電路原理圖
糾
電極接口多路選擇器
帶通濾波器三級放大器選擇信號輸出
一級放大器二級隔離放大器工頻陷波器屏蔽外殼
具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型是如何實現(xiàn)的。如圖1所示，本實用新型的微型腦電信號采集模塊，包括有用于連接
多個頭皮電極的電極接口 1，還依次串聯(lián)連接的設置有與電極接口 l連接
并與多個頭皮電極一一對應的多個一級放大器2、多路選擇器3、 二級隔離放大器4、帶通濾波器5、工頻陷波器6以及三級放大器7，其中，所述的多路選擇器3還連接外部裝置的控制單元的選擇信號輸出9，所述的三級放大器7的輸出端構成微型腦電信號采集模塊的輸出端。
所述的依次串聯(lián)連接的多個一級放大器2、多路選擇器3、 二級隔離放大器4、帶通濾波器5、工頻陷波器6以及三級放大器7通過采用鋁制金屬的屏蔽外殼8進行屏蔽。所述的電極接口 1采用尖頭銅針結構設置在屏蔽外殼8上，可以有效地連接電極傳輸線的接口，減少串入的電磁干擾?，F(xiàn)與輸入和輸出信號的連接。
如圖2所示(以2路為例)，所述的一級放大器1包括兩個相同的儀表運算放大器，即第一儀表運算放大器U101和第二儀表運算放大器U102，所述的第一、第二儀表運算放大器U101/U102的兩個輸入端腳2和腳3均連接單級電極接口JP1，輸出端腳6連接多路選擇器3，每一個儀表運算放大器U101/U102的腳2和腳8之間連接一個用于設置放大倍數(shù)的電阻R1011/R1021。本模塊中采用20的放大倍數(shù)，兩個儀表運算放大器的供電電壓為+ 15V和一15V。
如圖3所示，所述的多路選擇器3 (以2路為例)包括一個多路選擇芯片U103，所述的多路選擇芯片U103的腳1 (Pre—AO)和腳10 (Pre—Al)為控制輸入端，連接外部裝置控制單元的選擇信號輸出9，多路選擇芯片U103的腳2 (EEG1)和腳9 (EEG2)為腦電輸入端，分別對應連接一級放大器2的第一儀表運算放大器U101和第二儀表運算放大器U102的腳6，多路選擇芯片U103的腳8為輸出端(EEC_C1)連接二級隔離放大器4。
如圖4所示，所述的二級隔離放大器4，包括有一個集成芯片U105，所述集成芯片U105的腳19連接多路選擇器3中的多路選擇芯片U103的輸出端腳8 (EEC—Cl)，所述集成芯片U105的腳1為輸出端腳，該端腳1所輸出的信號連接帶通濾波器5。
所述的二級隔離放大器4分別向一級放大器2、帶通濾波器5、工頻陷波器6以及三級放大器7提供電源。
具體是腦電一級放大器2 (AD620及外圍電路)與集成在芯片U105(AD210)內部的第一只集成運放(電壓跟隨器)直接連接，經過集成在芯片內部的變壓器耦合器，傳輸?shù)郊稍谛酒琔105 (AD210)內部的第二只集成運放，并通過第二只運放搭建比例放大電路，形成第二級放大，放大倍數(shù)為50，放大倍數(shù)可以根據(jù)一級放大器2中的電阻R1018 (參見圖2)進行設定。集成在芯片U105 (AD210)內部的兩個DC/DC，分別產生隔離的兩組正負電壓，幅值為15V，可以為芯片U105 (AD210)外的運放提供電源。
如圖5所示，所述的帶通濾波器5、工頻陷波器6以及三級放大器7包括有一個雙運放集成芯片U104和RC高通濾波電路及RC低通濾波電路，二級隔離放大器4的輸出信號EEC一C2經RC高通濾波電路濾波后進入雙運放集成芯片U104，雙運放集成芯片U104的輸出經RC低通濾波電路濾波后構成所述微型腦電信號采集模塊的總輸出0UTPUT。
艮口，采用雙運放集成芯片t1062及外圍電阻、電容完成工頻陷波器，可以調節(jié)R1044，微調陷波的頻率，同時，t1062的輸出運放直接搭建第三級放大電路。
本實用新型的微型腦電信號采集模塊，腦電放大是采用三級放大，電極接口直接與第一級放大電路連接，形成與導聯(lián)數(shù)量相同的放大電路，經由多路選擇開關和集成的變壓器隔離，共用一路帶通濾波電路和工頻陷波電路，同時再進行二、三級的進一步放大。
本實用新型的微型腦電信號采集模塊的供電電源為直流15V(允許正偏差IV)，輸出的腦電信號的電壓范圍為一15V + 15V，通道選擇信號兼容TTL電平標準。
本實用新型的微型腦電信號采集模塊的放大倍數(shù)為10000 100000之間，可以根據(jù)需要對硬件進行調整，修改放大倍數(shù)。
8
權利要求1.一種微型腦電信號采集模塊，其特征在于，包括有用于連接多個頭皮電極的電極接口(1)，還依次串聯(lián)連接的設置有與電極接口(1)連接并與多個頭皮電極一一對應的多個一級放大器(2)、多路選擇器(3)、二級隔離放大器(4)、帶通濾波器(5)、工頻陷波器(6)以及三級放大器(7)，其中，所述的多路選擇器(3)還連接外部裝置的控制單元的選擇信號輸出(9)，所述的三級放大器(7)的輸出端構成微型腦電信號采集模塊的輸出端。
2. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的依次串聯(lián)連接的多個一級放大器(2)、多路選擇器(3) 、 二級隔離放 大器(4)、帶通濾波器(5)、工頻陷波器(6)以及三級放大器(7)通 過屏蔽外殼(8)進行屏蔽。
3. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的電極接口 (1)采用尖頭銅針結構設置在屏蔽外殼(8)上。
4. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的多路選擇器(3)和三級放大器(7)是采用插針結構實現(xiàn)與輸入和輸出 信號的連接。
5. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的一級放大器(2)包括兩個相同的儀表運算放大器，即第一儀表運算放大 器(U101)和第二儀表運算放大器(U102)，所述的第一、第二儀表運算 放大器(U101/U102)的兩個輸入端腳2和腳3均連接單級電極接口 (JP1)， 輸出端腳6連接多路選擇器(3)，每一個儀表運算放大器(U101/U102) 的腳2和腳8之間連接一個用于設置放大倍數(shù)的電阻(R1011/ R1021)。
6. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的多路選擇器(3)包括一個多路選擇芯片(U103)，所述的多路選擇芯片(U103)的腳1和腳10為控制輸入端，連接外部裝置的控制單元的選擇信 號輸出(9)，多路選擇芯片(U103)的腳2和腳9為腦電輸入端，分別對 應連接一級放大器(2)的第一儀表運算放大器(U101)和第二儀表運算放 大器(U102)的腳6，多路選擇芯片(U103)的腳8為輸出端(EEC_C1)連 接二級隔離放大器(4)。
7. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述的二級隔離放大器(4)，包括有一個集成芯片(U105)，所述集成芯片(U105) 的腳19連接多路選擇器(3)中的多路選擇芯片(U103)的輸出端腳8，所 述集成芯片(U105)的腳1為輸出端腳，該端腳1所輸出的信號連接帶通 濾波器(5)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的二級隔離放大器(4)分別向一級放大器(2)、帶通濾波器(5)、工頻 陷波器(6)以及三級放大器(7)提供電源。
9. 根據(jù)權利要求l所述的微型腦電信號采集模塊，其特征在于，所述 的帶通濾波器(5)、工頻陷波器(6)以及三級放大器(7)包括有一個雙 運放集成芯片 U104)和RC高通濾波電路及RC低通濾波電路，二級隔離 放大器(4)的輸出信號(EEC_C2)經RC高通濾波電路濾波后進入雙運放 集成芯片(U104)，雙運放集成芯片(U104)的輸出經RC低通濾波電路濾 波后構成所述微型腦電信號采集模塊的總輸出(OUTPUT)。
專利摘要本實用新型公開一種微型腦電信號采集模塊，包括有用于連接多個頭皮電極的電極接口，還依次串聯(lián)連接的設置有與電極接口連接并與多個頭皮電極一一對應的多個一級放大器、多路選擇器、二級隔離放大器、帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器，多路選擇器還連接外部裝置的控制單元的選擇信號輸出，三級放大器的輸出端構成微型腦電信號采集模塊的輸出端。依次串聯(lián)連接的多個一級放大器、多路選擇器、二級隔離放大器、帶通濾波器、工頻陷波器以及三級放大器通過屏蔽外殼進行屏蔽。本實用新型提供一路輸出接口和若干根通道選擇輸入接口，用戶可以通過微處理器選擇腦電采集的通道，并直接和模數(shù)轉換芯片連接，進行腦電數(shù)據(jù)采集。可用于多導聯(lián)的腦電信號采集。
文檔編號A61B5/0476GK201408398SQ20092009669
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者崔世鋼, 楊耿煌, 麗 趙 申請人:天津工程師范學院