[发明专利]一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统

说明书

本发明属于生物医学工程领域，涉及皮层脑电信号的放大采集，提供一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统，用于实现ECoG信号采集；本发明包括容性阵列微电极、前置阻抗转换模块、模拟放大电路模块、AD转换模块、主控芯片、电脑上位机及移动电源；容性阵列微电极耦合皮层脑电信号，经前置阻抗转换模块进行阻抗变换后通过模拟放大电路模块放大处理信号，再经AD转换模块转换后传输数据到主控芯片，主控芯片组成数据包经串口传输到电脑上位机进行显示分析。本发明采用容性阵列微电极采集ECoG信号，具有刺激小、空间分辨率高的特性，能够实现ECoG信号多通道并行高精度采集，滤除高频信号，完整提取皮层脑电。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及皮层脑电信号的放大采集，尤其涉及一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统，应用于神经电生理方面的皮层脑电信号采集。

背景技术

随着中国各地脑计划的推出，人们对大脑的研究脚步越来越快；伴随脑科学研究的同时，治疗脑部疾病的现代医学得到快速发展。

近几年人们开始对人类大脑思维活动所产生的生物电活动进行检测和研究，ECoG的采集方式属于“植入式”，需要对被试进行开颅手术，将电极植入颅骨内的大脑皮层处。ECoG相比EEG具有更高的空间分辨率和振幅，以及更宽的带宽；在脑机接口的研究中，ECoG也得到越来越多的应用。目前国内外，已经有不少研究小组发表了基于运动功能、语言功能和视觉系统的ECoG脑机接口研究成果；皮层脑电信号因其独特的优势被广泛的应用于癫痫和脑机接口等研究和应用领域。为了保证研究的准确性，需要根据动物的ECoG信号特点设计出能够用于脑功能研究的采集系统。在进行基于皮层脑电信号的研究时，由于要对被试进行开颅手术，所以往往选择大鼠等动物来进行实验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统，用于实现ECoG信号采集；本发明采用的技术方案为：

一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统，包括容性阵列微电极、前置阻抗转换模块、模拟放大电路模块、AD转换模块、主控芯片、电脑上位机及移动电源；所述容性阵列微电极耦合皮层脑电信号，经前置阻抗转换模块进行阻抗变换后通过模拟放大电路模块放大处理信号，再经AD转换模块转换后传输数据到主控芯片，主控芯片组成数据包经串口传输到电脑上位机进行显示分析；所述移动电源用于系统供电。

进一步的，所述容性阵列微电极由从下往上依次重叠设置的绝缘介质层、金属电极层和绝缘保护层构成，所述金属电极层包括若干个水平排列的电极点，所述绝缘介质层与每个电极点均构成平行板电容。

进一步的，所述前置阻抗转换模块与容性阵列微电极相匹配，包括电压跟随器、偏置电阻(R_b)、放大器及反馈电容(Cc)，所述电压跟随器的正相端连接所述容性阵列微电极，所述偏置电阻一端接电压跟随器的正相端、另一端接地，所述放大器及反馈电容构成反馈回路，电压跟随器的输出依次经放大器及反馈电容至其正相端，电压跟随器的输出端连接所述模拟放大电路模块。

更进一步的，所述放大器的放大倍数为：1+α，所述反馈电容的容值为：Cc＝Ci/α、Ci为电压跟随器的输入电容。

本发明中，如图3所示，所述的适配于容性阵列微电极的前置阻抗转换模块主要由单位增益的电压跟随器构成；但由于容性阵列微电极的容抗很大，为实现匹配，则增加后端电路的输入阻抗来避免采集信号的衰减尤为重要；本发明通过于容性阵列微电极连接一个大阻值的接地偏置电阻(R_b)，提供一个回路从而来流过偏置电流；同时，容性阵列微电极的等效电容(Cs)与电压跟随器中运放的输入电容(Ci)及接地偏置电阻(R_b)共同构成一个无源高通滤波器；从而实现前置阻抗转换模块与容性阵列微电极的适配。