冠隆醫(yī)療kwanlon2025-03-23

腦機(jī)接口放大器的性能要求

一、什么是腦電放大器

腦電圖（EEG）是對(duì)大腦電活動(dòng)的非侵入性測(cè)量。當(dāng)大腦中許多神經(jīng)元同步激活時(shí)，在頭皮（即腦組織、顱骨、肌肉、皮膚）水平上能夠檢測(cè)到同時(shí)突觸后電位之和所產(chǎn)生的總電位。為了測(cè)量這個(gè)信號(hào)，使用表面電極來(lái)記錄大腦的電活動(dòng)，同時(shí)也需要一個(gè)放大器來(lái)放大、轉(zhuǎn)換并將信號(hào)傳輸?shù)接涗浶盘?hào)的電腦，以便進(jìn)一步處理和保存。

腦電放大器的工作原理可以用幾個(gè)步驟來(lái)總結(jié)：

1.首先，系統(tǒng)將輸入信號(hào)視為兩個(gè)電極之間的電位差（µV）（即差分記錄原理），因此接地電極（GND）通常用作主要參考。但是，為了避免來(lái)自放大器內(nèi)部接地電路的非生理噪聲的影響，通常選擇另一個(gè)電極作為所有通道（即在線參考通道或REF）的基線。因此，實(shí)際輸入的信號(hào)是每個(gè)EEG通道和在線REF之間的電勢(shì)差。

2.接著信號(hào)通過(guò)放大器內(nèi)的一個(gè)（或是兩個(gè)）硬件濾波器。測(cè)量的信號(hào)實(shí)際上可能包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）無(wú)法處理的非常高的頻率，因此需要事先用低通（或高切）濾波器排除這些頻率。此外，一些放大器可能具有第二個(gè)高通（或低切）濾波器，以去除非常低的頻率；如果不進(jìn)行濾波，所有低至0 Hz （DC）的頻率都會(huì)傳遞到ADC。

3.然后將濾波后的信號(hào)放大，并由ADC從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行處理的數(shù)字信號(hào)。

4.最后將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接涗涬娔X進(jìn)行進(jìn)一步處理并最終保存。

二、腦電放大器性能標(biāo)準(zhǔn)

這些性能要求確保腦機(jī)接口放大器能夠高效、準(zhǔn)確地采集和處理腦電信號(hào)，從而支持各種神經(jīng)科學(xué)研究和臨床應(yīng)用。

腦機(jī)接口放大器的性能要求主要包括以下幾個(gè)方面：

1.通道數(shù)

腦機(jī)接口放大器需要支持多個(gè)通道，以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)腦電信號(hào)。例如，256通道放大器可以用于表面電極、硬膜下電極以及深部電極的監(jiān)測(cè)。

2.采樣率

采樣率是指每單位時(shí)間測(cè)量信號(hào)的次數(shù)，通常以赫茲（Hz）表示。高采樣率可以更好地保留信號(hào)的細(xì)節(jié)，通常要求采樣率不低于5000 samples/channel/s。

3.帶寬

帶寬是指放大器能夠處理的信號(hào)頻率范圍。一般要求帶寬至少為1000 Hz，以覆蓋大多數(shù)腦電活動(dòng)的頻率范圍。

4.噪聲水平