[發明專利]一種基于容性電極的多通道皮層腦電采集系統

有效

• 申請號: 201710402635.8
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107157478B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 高敏;黃龍;陳昌勇;張優勁;顏卓程;林媛;潘泰松
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476;A61B5/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于生物醫學工程領域，涉及皮層腦電信號的放大采集，提供一種基于容性電極的多通道皮層腦電采集系統，用于實現ECoG信號采集；本發明包括容性陣列微電極、前置阻抗轉換模塊、模擬放大電路模塊、AD轉換模塊、主控芯片、電腦上位機及移動電源；容性陣列微電極耦合皮層腦電信號，經前置阻抗轉換模塊進行阻抗變換后通過模擬放大電路模塊放大處理信號，再經AD轉換模塊轉換后傳輸數據到主控芯片，主控芯片組成數據包經串口傳輸到電腦上位機進行顯示分析。本發明采用容性陣列微電極采集ECoG信號，具有刺激小、空間分辨率高的特性，能夠實現ECoG信號多通道并行高精度采集，濾除高頻信號，完整提取皮層腦電。

技術領域

本發明屬于生物醫學工程領域，涉及皮層腦電信號的放大采集，尤其涉及一種基于容性電極的多通道皮層腦電采集系統，應用于神經電生理方面的皮層腦電信號采集。

背景技術

隨著中國各地腦計劃的推出，人們對大腦的研究腳步越來越快；伴隨腦科學研究的同時，治療腦部疾病的現代醫學得到快速發展。

近幾年人們開始對人類大腦思維活動所產生的生物電活動進行檢測和研究，ECoG的采集方式屬于“植入式”，需要對被試進行開顱手術，將電極植入顱骨內的大腦皮層處。ECoG相比EEG具有更高的空間分辨率和振幅，以及更寬的帶寬；在腦機接口的研究中，ECoG也得到越來越多的應用。目前國內外，已經有不少研究小組發表了基于運動功能、語言功能和視覺系統的ECoG腦機接口研究成果；皮層腦電信號因其獨特的優勢被廣泛的應用于癲癇和腦機接口等研究和應用領域。為了保證研究的準確性，需要根據動物的ECoG信號特點設計出能夠用于腦功能研究的采集系統。在進行基于皮層腦電信號的研究時，由于要對被試進行開顱手術，所以往往選擇大鼠等動物來進行實驗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于容性電極的多通道皮層腦電采集系統，用于實現ECoG信號采集；本發明采用的技術方案為：

一種基于容性電極的多通道皮層腦電采集系統，包括容性陣列微電極、前置阻抗轉換模塊、模擬放大電路模塊、AD轉換模塊、主控芯片、電腦上位機及移動電源；所述容性陣列微電極耦合皮層腦電信號，經前置阻抗轉換模塊進行阻抗變換后通過模擬放大電路模塊放大處理信號，再經AD轉換模塊轉換后傳輸數據到主控芯片，主控芯片組成數據包經串口傳輸到電腦上位機進行顯示分析；所述移動電源用于系統供電。

進一步的，所述容性陣列微電極由從下往上依次重疊設置的絕緣介質層、金屬電極層和絕緣保護層構成，所述金屬電極層包括若干個水平排列的電極點，所述絕緣介質層與每個電極點均構成平行板電容。

進一步的，所述前置阻抗轉換模塊與容性陣列微電極相匹配，包括電壓跟隨器、偏置電阻(R_b)、放大器及反饋電容(Cc)，所述電壓跟隨器的正相端連接所述容性陣列微電極，所述偏置電阻一端接電壓跟隨器的正相端、另一端接地，所述放大器及反饋電容構成反饋回路，電壓跟隨器的輸出依次經放大器及反饋電容至其正相端，電壓跟隨器的輸出端連接所述模擬放大電路模塊。

更進一步的，所述放大器的放大倍數為：1+α，所述反饋電容的容值為：Cc＝Ci/α、Ci為電壓跟隨器的輸入電容。

本發明中，如圖3所示，所述的適配于容性陣列微電極的前置阻抗轉換模塊主要由單位增益的電壓跟隨器構成；但由于容性陣列微電極的容抗很大，為實現匹配，則增加后端電路的輸入阻抗來避免采集信號的衰減尤為重要；本發明通過于容性陣列微電極連接一個大阻值的接地偏置電阻(R_b)，提供一個回路從而來流過偏置電流；同時，容性陣列微電極的等效電容(Cs)與電壓跟隨器中運放的輸入電容(Ci)及接地偏置電阻(R_b)共同構成一個無源高通濾波器；從而實現前置阻抗轉換模塊與容性陣列微電極的適配。