專利名稱：一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腦電阻抗檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
腦電信號(hào)是由人腦皮層下神經(jīng)元細(xì)胞電活動(dòng)產(chǎn)生的電生理信號(hào)經(jīng)腦組織傳導(dǎo)至頭皮表面再由置于其上的電極采集得到。生理狀態(tài)下的腦電具有一定的規(guī)律，當(dāng)腦發(fā)生異常或病變時(shí)，正常規(guī)律發(fā)生變化，在科學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)中，檢查腦電，對(duì)多數(shù)腦部疾病的診斷和治療提供依據(jù)，具有重要價(jià)值。腦電信號(hào)非常微弱，電壓值在微伏級(jí)，易受偽跡和各種外界因素影響，主要包括工頻干擾、放大器固有噪聲、電極與頭皮接觸阻抗。前兩者由放大電路的性能決定，電極接觸阻抗則有必要用一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。腦電電極與頭皮接觸阻抗的好壞一般用電極-頭皮接觸阻抗值來(lái)衡量，阻抗越小，表示接觸越良好，得到腦電波形質(zhì)量越高、越穩(wěn)定。若阻抗異常升高提示電極脫落，同期記錄的腦電可判為偽跡，避免對(duì)科研和臨床產(chǎn)生誤導(dǎo)?？蒲心X電生理學(xué)研究的指導(dǎo)性建議一般會(huì)要求實(shí)驗(yàn)前后保證所有通道的阻抗均小于5kQ。電極-頭皮阻抗可等效為如圖1所示的阻容模型。其中Rd、Cd代表表皮層的等效阻抗元件，Ehc代表電極與導(dǎo)電膠的界面處形成雙層電荷，由電荷形成的極化電壓，Rs代表電解質(zhì)電阻與電極導(dǎo)線電阻之和。由于Cd的存在，等效阻抗會(huì)隨著頻率而降低，在腦電信號(hào)頻段(0.3 30Hz)比較平坦，高頻段下降較快。腦電檢測(cè)系統(tǒng)希望能夠?qū)崟r(shí)獲得在腦電信號(hào)頻段的阻抗。傳統(tǒng)的腦電檢測(cè)設(shè)備不具有監(jiān)測(cè)電極連接的功能，一些設(shè)備只能在需要檢查連接的時(shí)候暫停腦電采集進(jìn)行阻抗測(cè)量。少數(shù)可以實(shí)時(shí)測(cè)量電極-頭皮阻抗的設(shè)備存在無(wú)法多導(dǎo)同時(shí)策略、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，效果不甚理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有腦電檢測(cè)系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)測(cè)量電極-頭皮阻抗的問(wèn)題，提出了一種用包含兩種高頻成分的電流激勵(lì)測(cè)量阻抗的方法和電路，直接獲得的高頻帶的阻抗通過(guò)本發(fā)明算法能夠反算出腦電信號(hào)頻段的阻抗。本發(fā)明能夠在測(cè)量腦電信號(hào)的同時(shí)測(cè)量電極-頭皮阻抗。解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案為:一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，包括激勵(lì)單元、阻抗網(wǎng)絡(luò)、模擬信號(hào)處理單元、腦電放大單元、數(shù)字信號(hào)處理單元，步驟如下:S1:所述激勵(lì)單元為電流源，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻和f2正弦成分的激勵(lì)電流I ;S2:所述激勵(lì)電流作用于所述阻抗網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生電壓信號(hào)U，由所述模擬信號(hào)處理單元和所述腦電放大單元分別進(jìn)行處理；S3:所述模擬信號(hào)處理單元最終將所述電壓信號(hào)U進(jìn)行放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單元；
S4:所述數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集到的電壓U和已知的激勵(lì)電流I計(jì)算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。所述阻抗網(wǎng)絡(luò)包括:信號(hào)電極的接觸阻抗Z1，參考電極的接觸阻抗Zref，接地電極的接觸阻抗Zgnd，所述信號(hào)電極的接觸阻抗Z1，為一包括實(shí)部和虛部的阻抗。所述激勵(lì)單元包括數(shù)字編程產(chǎn)生的電壓源和負(fù)載組，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻fi和f2正弦成分的激勵(lì)電流1，fi和f2遠(yuǎn)高于腦電頻段。所述腦電放大單元為腦電放大器，包括前置放大器、濾波電路、二次放大電路。所述腦電放大單元的濾波器頻帶上限低于100Hz，能夠?yàn)V除所述激勵(lì)單元與所述阻抗網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電壓U，不影響對(duì)正常腦電信號(hào)的采集。

所述模擬信號(hào)處理單元包括前置放大器、濾波放大電路和AD轉(zhuǎn)換器，所述前置放大器對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行初步的放大A1倍，所述濾波放大電路頻段覆蓋激勵(lì)單元的頻段f\、f2,并遠(yuǎn)離腦電信號(hào)的頻段，以確保去除低頻腦電信號(hào)的干擾和保留所述電壓信號(hào)U，并進(jìn)行二級(jí)放大A2倍，所述AD轉(zhuǎn)換器將電壓UXA1XA2R換為數(shù)字信號(hào)，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單兀。所述數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集和處理過(guò)的電壓UXA1XA2和所述激勵(lì)電流I反算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。所述算法首先用傅里葉變換獲得兩個(gè)頻率f\、f2對(duì)應(yīng)的阻抗Zfl和Zf2，每個(gè)阻抗均由虛部和實(shí)部組成，是頻率的函數(shù)，兩個(gè)阻抗公式聯(lián)立解出實(shí)部和虛部的值，將腦電頻率帶入所述阻抗關(guān)于頻率的公式，得到腦電頻段的電極-頭皮阻抗值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于給腦電記錄電極兩個(gè)一定電流值不同頻率的高頻正弦電流激勵(lì)，在頭皮和參考地之間形成回路，通過(guò)測(cè)量記錄電極和參考地之間的電壓值就可以得到該處的電極-頭皮阻抗。阻抗由虛部和實(shí)部組成，是頻率的函數(shù)，通過(guò)傅里葉變換能夠獲得兩個(gè)頻率的阻抗，二阻抗公式聯(lián)立可以解出實(shí)部和虛部的值，將腦電頻率帶入該式即可得到最有意義的腦電頻段的電極-頭皮阻抗值，對(duì)于指示電極連接、判斷偽跡提供了有力的證據(jù)。由于注入的高頻激勵(lì)不在腦電頻帶范圍內(nèi)，該激勵(lì)信號(hào)會(huì)被腦電放大器的前置放大器過(guò)濾掉，不會(huì)影響正常腦電的測(cè)量，而阻抗測(cè)量電路在該前置放大器之前，能夠完成阻抗的測(cè)量。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為電極置于頭皮上的等效電路圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。參見(jiàn)圖1-2所示，本發(fā)明提供一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，包括激勵(lì)單元和阻抗網(wǎng)絡(luò)、模擬信號(hào)處理單元、數(shù)字信號(hào)處理單元，以及電極阻抗測(cè)量電路應(yīng)用背景的腦電放大單元。激勵(lì)單元為電流源，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻和f2正弦成分的激勵(lì)電流I。激勵(lì)電流作用于阻抗網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生電壓信號(hào)U，由模擬信號(hào)處理單元和腦電放大單元分別進(jìn)行處理。模擬信號(hào)處理單元最終將電壓信號(hào)U進(jìn)行放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單元。數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集到的電壓U和已知的激勵(lì)電流I通過(guò)一種算法算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。阻抗網(wǎng)絡(luò)包括:信號(hào)電極的接觸阻抗Z1，參考電極的接觸阻抗Zref，接地電極的接觸阻抗Zgnd。Z1與圖1所示的頭皮-電極接觸阻抗模型相同，為一包括實(shí)部和虛部的阻抗。在指定頻點(diǎn)f
權(quán)利要求
1.一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:包括激勵(lì)單元、阻抗網(wǎng)絡(luò)、模擬信號(hào)處理單元、腦電放大單元、數(shù)字信號(hào)處理單元，步驟如下: S1:所述激勵(lì)單元為電流源，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻和f2正弦成分的激勵(lì)電流I; S2:所述激勵(lì)電流作用于所述阻抗網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生電壓信號(hào)U，由所述模擬信號(hào)處理單元和所述腦電放大單元分別進(jìn)行處理； S3:所述模擬信號(hào)處理單元最終將所述電壓信號(hào)U進(jìn)行放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單元； S4:所述數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集到的電壓U和已知的激勵(lì)電流I計(jì)算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述阻抗網(wǎng)絡(luò)包括:信號(hào)電極的接觸阻抗Z1,參考電極的接觸阻抗Zref，接地電極的接觸阻抗Zgnd，所述信號(hào)電極的接觸阻抗Z1，為一包括實(shí)部和虛部的阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述激勵(lì)單元包括數(shù)字編程產(chǎn)生的電壓源和負(fù)載組，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻和f2正弦成分的激勵(lì)電流I，和f2遠(yuǎn)高于腦電頻段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述腦電放大單元為腦電放大器，包括前置放大器、濾波電路、二次放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述腦電放大單元的濾波器頻帶上限低于100Hz，能夠?yàn)V除所述激勵(lì)單元與所述阻抗網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電壓U，不影響對(duì)正常腦電信號(hào)的采集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述模擬信號(hào)處理單元包括前置放大器、濾波放大電路和AD轉(zhuǎn)換器，所述前置放大器對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行初步的放大A1倍，所述濾波放大電路頻段覆蓋激勵(lì)單元的頻段f\、f2，并遠(yuǎn)離腦電信號(hào)的頻段，以確保去除低頻腦電信號(hào)的干擾和保留所述電壓信號(hào)U，并進(jìn)行二級(jí)放大A2倍，所述AD轉(zhuǎn)換器將電壓UXA1XA2轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集和處理過(guò)的電壓UXA1XA2和所述激勵(lì)電流I反算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于:所述算法首先用傅里葉變換獲得兩個(gè)頻率f\、f2對(duì)應(yīng)的阻抗Zfl和Zf2，每個(gè)阻抗均由虛部和實(shí)部組成，是頻率的函數(shù)，兩個(gè)阻抗公式聯(lián)立解出實(shí)部和虛部的值，將腦電頻率帶入所述阻抗關(guān)于頻率的公式，得到腦電頻段的電極-頭皮阻抗值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高頻激勵(lì)的實(shí)時(shí)腦電阻抗檢測(cè)方法，其特征在于包括激勵(lì)單元、阻抗網(wǎng)絡(luò)、模擬信號(hào)處理單元、腦電放大單元、數(shù)字信號(hào)處理單元，步驟如下所述激勵(lì)單元為電流源，產(chǎn)生包括兩個(gè)高頻f1和f2正弦成分的激勵(lì)電流I；所述激勵(lì)電流作用于所述阻抗網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生電壓信號(hào)U，由所述模擬信號(hào)處理單元和所述腦電放大單元分別進(jìn)行處理；所述模擬信號(hào)處理單元最終將所述電壓信號(hào)U進(jìn)行放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換，送入所述數(shù)字信號(hào)處理單元；所述數(shù)字信號(hào)處理單元利用采集到的電壓U和已知的激勵(lì)電流I計(jì)算出腦電信號(hào)頻段的電極接觸阻抗。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)獲得在腦電信號(hào)頻段的阻抗。
文檔編號(hào)A61B5/0476GK103169469SQ201310016329
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者胥紅來(lái), 黃肖山 申請(qǐng)人:常州博?？悼萍加邢薰? 江南現(xiàn)代工業(yè)研究院