一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法
2023-05-15 05:51:51 1
專利名稱：一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種腦電阻抗檢測方法，尤其涉及一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法。
背景技術：
腦電信號是由人腦皮層下神經元細胞電活動產生的電生理信號經腦組織傳導至頭皮表面再由置於其上的電極採集得到。生理狀態下的腦電具有一定的規律，當腦發生異常或病變時，正常規律發生變化，在科學研究和臨床醫學中，檢查腦電，對多數腦部疾病的診斷和治療提供依據，具有重要價值。腦電信號非常微弱，電壓值在微伏級，易受偽跡和各種外界因素影響，主要包括工頻幹擾、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子系統進行實時監測。腦電電極與頭皮接觸阻抗的好壞一般用電極-頭皮接觸阻抗值來衡量，阻抗越小，表示接觸越良好，得到腦電波形質量越高、越穩定。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，避免對科研和臨床產生誤導。科研腦電生理學研究的指導性建議一般會要求實驗前後保證所有通道的阻抗均小於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代表電解質電阻與電極導線電阻之和。由於Cd的存在，等效阻抗會隨著頻率而降低，在腦電信號頻段(0.3 30Hz)比較平坦，高頻段下降較快。腦電檢測系統希望能夠實時獲得在腦電信號頻段的阻抗。傳統的腦電檢測設備不具有監測電極連接的功能，一些設備只能在需要檢查連接的時候暫停腦電採集進行阻抗測量。少數可以實時測量電極-頭皮阻抗的設備存在無法多導同時策略、結構複雜等問題，效果不甚理想。
發明內容
本發明為了解決現有腦電檢測系統不能實時測量電極-頭皮阻抗的問題，提出了一種用包含兩種高頻成分的電流激勵測量阻抗的方法和電路，直接獲得的高頻帶的阻抗通過本發明算法能夠反算出腦電信號頻段的阻抗。本發明能夠在測量腦電信號的同時測量電極-頭皮阻抗。解決上述問題的技術方案為:一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，包括激勵單元、阻抗網絡、模擬信號處理單元、腦電放大單元、數位訊號處理單元，步驟如下:S1:所述激勵單元為電流源，產生包括兩個高頻和f2正弦成分的激勵電流I ;S2:所述激勵電流作用於所述阻抗網絡，產生電壓信號U，由所述模擬信號處理單元和所述腦電放大單元分別進行處理；S3:所述模擬信號處理單元最終將所述電壓信號U進行放大、濾波和AD轉換，送入所述數位訊號處理單元；
S4:所述數位訊號處理單元利用採集到的電壓U和已知的激勵電流I計算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。所述阻抗網絡包括:信號電極的接觸阻抗Z1，參考電極的接觸阻抗Zref，接地電極的接觸阻抗Zgnd，所述信號電極的接觸阻抗Z1，為一包括實部和虛部的阻抗。所述激勵單元包括數字編程產生的電壓源和負載組，產生包括兩個高頻fi和f2正弦成分的激勵電流1，fi和f2遠高於腦電頻段。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於100Hz，能夠濾除所述激勵單元與所述阻抗網絡產生的電壓U，不影響對正常腦電信號的採集。
所述模擬信號處理單元包括前置放大器、濾波放大電路和AD轉換器，所述前置放大器對採集到的電壓信號進行初步的放大A1倍，所述濾波放大電路頻段覆蓋激勵單元的頻段f\、f2,並遠離腦電信號的頻段，以確保去除低頻腦電信號的幹擾和保留所述電壓信號U，並進行二級放大A2倍，所述AD轉換器將電壓UXA1XA2R換為數位訊號，送入所述數位訊號處理單兀。所述數位訊號處理單元利用採集和處理過的電壓UXA1XA2和所述激勵電流I反算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。所述算法首先用傅立葉變換獲得兩個頻率f\、f2對應的阻抗Zfl和Zf2，每個阻抗均由虛部和實部組成，是頻率的函數，兩個阻抗公式聯立解出實部和虛部的值，將腦電頻率帶入所述阻抗關於頻率的公式，得到腦電頻段的電極-頭皮阻抗值。本發明的優點在於給腦電記錄電極兩個一定電流值不同頻率的高頻正弦電流激勵，在頭皮和參考地之間形成迴路，通過測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。阻抗由虛部和實部組成，是頻率的函數，通過傅立葉變換能夠獲得兩個頻率的阻抗，二阻抗公式聯立可以解出實部和虛部的值，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，對於指示電極連接、判斷偽跡提供了有力的證據。由於注入的高頻激勵不在腦電頻帶範圍內，該激勵信號會被腦電放大器的前置放大器過濾掉，不會影響正常腦電的測量，而阻抗測量電路在該前置放大器之前，能夠完成阻抗的測量。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1為電極置於頭皮上的等效電路圖；圖2為本發明的結構框圖。
具體實施例方式為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用於解釋本發明，並不構成對本發明保護範圍的限定。參見圖1-2所示，本發明提供一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，包括激勵單元和阻抗網絡、模擬信號處理單元、數位訊號處理單元，以及電極阻抗測量電路應用背景的腦電放大單元。激勵單元為電流源，產生包括兩個高頻和f2正弦成分的激勵電流I。激勵電流作用於阻抗網絡，產生電壓信號U，由模擬信號處理單元和腦電放大單元分別進行處理。模擬信號處理單元最終將電壓信號U進行放大、濾波和AD轉換，送入所述數位訊號處理單元。數位訊號處理單元利用採集到的電壓U和已知的激勵電流I通過一種算法算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。阻抗網絡包括:信號電極的接觸阻抗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，為一包括實部和虛部的阻抗。在指定頻點f
權利要求
1.一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:包括激勵單元、阻抗網絡、模擬信號處理單元、腦電放大單元、數位訊號處理單元，步驟如下: S1:所述激勵單元為電流源，產生包括兩個高頻和f2正弦成分的激勵電流I; S2:所述激勵電流作用於所述阻抗網絡，產生電壓信號U，由所述模擬信號處理單元和所述腦電放大單元分別進行處理； S3:所述模擬信號處理單元最終將所述電壓信號U進行放大、濾波和AD轉換，送入所述數位訊號處理單元； S4:所述數位訊號處理單元利用採集到的電壓U和已知的激勵電流I計算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。
2.根據權利要求1所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述阻抗網絡包括:信號電極的接觸阻抗Z1,參考電極的接觸阻抗Zref，接地電極的接觸阻抗Zgnd，所述信號電極的接觸阻抗Z1，為一包括實部和虛部的阻抗。
3.根據權利要求1所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述激勵單元包括數字編程產生的電壓源和負載組，產生包括兩個高頻和f2正弦成分的激勵電流I，和f2遠高於腦電頻段。
4.根據權利要求1所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於: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.根據權利要求4所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述腦電放大單元的濾波器頻帶上限低於100Hz，能夠濾除所述激勵單元與所述阻抗網絡產生的電壓U，不影響對正常腦電信號的採集。
6.根據權利要求1所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述模擬信號處理單元包括前置放大器、濾波放大電路和AD轉換器，所述前置放大器對採集到的電壓信號進行初步的放大A1倍，所述濾波放大電路頻段覆蓋激勵單元的頻段f\、f2，並遠離腦電信號的頻段，以確保去除低頻腦電信號的幹擾和保留所述電壓信號U，並進行二級放大A2倍，所述AD轉換器將電壓UXA1XA2轉換為數位訊號，送入所述數位訊號處理單元。
7.根據權利要求1所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述數位訊號處理單元利用採集和處理過的電壓UXA1XA2和所述激勵電流I反算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。
8.根據權利要求7所述的基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於:所述算法首先用傅立葉變換獲得兩個頻率f\、f2對應的阻抗Zfl和Zf2，每個阻抗均由虛部和實部組成，是頻率的函數，兩個阻抗公式聯立解出實部和虛部的值，將腦電頻率帶入所述阻抗關於頻率的公式，得到腦電頻段的電極-頭皮阻抗值。
全文摘要
本發明公開了一種基於高頻激勵的實時腦電阻抗檢測方法，其特徵在於包括激勵單元、阻抗網絡、模擬信號處理單元、腦電放大單元、數位訊號處理單元，步驟如下所述激勵單元為電流源，產生包括兩個高頻f1和f2正弦成分的激勵電流I；所述激勵電流作用於所述阻抗網絡，產生電壓信號U，由所述模擬信號處理單元和所述腦電放大單元分別進行處理；所述模擬信號處理單元最終將所述電壓信號U進行放大、濾波和AD轉換，送入所述數位訊號處理單元；所述數位訊號處理單元利用採集到的電壓U和已知的激勵電流I計算出腦電信號頻段的電極接觸阻抗。本發明能夠實時獲得在腦電信號頻段的阻抗。
文檔編號A61B5/0476GK103169469SQ201310016329
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者胥紅來, 黃肖山 申請人:常州博睿康科技有限公司, 江南現代工業研究院