光电同步脑活动检测仪——EEG部分设计与制作

摘要

脑功能的研究、脑疾病的诊断越来越离不开诸如脑磁、脑电、fMRI、PET、fNIRS等高端设备，相比于这些设备，光电同步脑活动检测仪是同时结合脑电技术和脑功能近红外光谱成像技术的应用于脑科学研究的新型仪器，具有脑电技术的高时间分辨率以及功能近红外光谱成像技术（fNIRS）的理想的空间分辨能力的特点。本文研究的重点主要放在仪器中高性能脑电放大器的研发。
　　目前，市场上主流的脑电放大器，系统噪声为2μVpp，带宽一般为0.5Hz～100Hz，共模抑制比在110dB左右。随着脑电技术的发展，很多研究成果表明，脑电信号在接近直流的低频段和较高的100~1000Hz频段包含着与脑疾病相关的有用信息。同时，研究者对脑电信号细微的变化也愈加关注，这就要求脑电放大器具有更高的性能。本文所设计光电同步脑活动检测仪中的脑电放大器具有噪声小于1μVpp，带宽为DC~1000Hz，共模抑制比为120dB等较高的性能，将有助于科研人员对脑功能、脑疾病的深入研究。
　　本文中脑电放大器的硬件部分采用4片8通道的脑电采集板卡并联设计，8通道的脑电采集板卡分为模拟部分和数字部分。模拟部分的功能是实现对脑电信号的预处理以及头皮阻抗检测，数字部分对数字化的脑电信号进一步的处理后发送给光电同步脑活动检测仪的主控板卡。其中，模拟部分和数字部分进行了隔离处理。
　　为了验证所设计仪器的各方面性能，本文按照国标GB9706和脑电图仪检定标准JJG1043-2008对脑电放大器进行了电气安全测试和性能参数测试，并获得相关测试证书。同时，利用该放大器开展了自发脑电实验、ERP实验以及光电同步采集实验。自发脑电实验中，对被试睁闭眼脑电信号分析，可以看到较为明显的α波成分；在ERP实验中，对被试受到视觉刺激后产生的脑电信号进行分析，可以看到明显的诱发电位；在光电同步采集实验中，被试在受到视觉刺激后，视觉区的诱发脑电相关成分的出现以及视觉区血氧水平明显上升，具有一致性。以上结果表明本文设计的高性能脑电放大器可以安全有效的应用于脑科学研究及脑疾病诊断。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及其研究意义

1.2 高性能脑电放大器国内外发展现状

1.3 本论文的主要工作和结构安排

第二章 高性能脑电放大器系统总体方案

2.1 脑电信号

2.2 脑电放大器的导联

2.3 脑电放大器的主要指标

2.4 高性能脑电放大器硬件设计总体方案

2.5 本章小结

第三章 系统的设计与实现

3.1 屏蔽电极线

3.2 脑电采集板卡

3.3 数字信号处理器

3.4 板卡总线接口

3.5 软件设计与实现

3.6 本章小结

第四章 系统测试

4.1 电气安全测试

4.2 脑电放大器指标测试

4.3 本章小结

第五章 脑电实验及光电同步实验

5.1 脑电采集实验

5.2 光电同步实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 I

附录II

附录III