多通道脑电采集分析系统的设计

中文摘要中文摘要多通道脑电采集分析系统的设计 史志怀万遂人 东南大学生物科学与医学工程学院脑电采集分析系统是大中型医院神经科必备的脑功能检查仪器。脑电图检查无 创、无痛，对头痛、脑外伤、癫痫的诊断有重要价值，特别是对癫痫的确诊、癫痫灶 的定位以及癫痫治疗效果的评估有不可替代的作用。 本文设计了一个2 4 通道的脑电采集分析系统，包含1 9 导联脑电，1 导联心电，2 导联眼电，1 导联表面肌电，1 导联呼吸。可用于大中型医院的常规脑电图检查及脑电 监护，也可用于采集、存储脑电信号，用于脑电信号的研究。本系统以P c 为基础，包 括一个2 4 通道的脑电放大器和运行于P C 机上的采集分析软件。脑电放大器采用标准 1 5 m m 电极线接口，可配套标准电极线，采用U S B 接口与P c 相连接，能实现U S B 总线 供电和即插即用，使用方便。采集分析软件功能包括脑电、心电、眼电、肌电、呼 吸信号的采集、存储、显示、事件标记、回放、信号测量。分析功能包括地形图 分析、频谱分析。病员管理包括病员信息的添加、删除、修改。数据管理包括数 据的导出、导入、删除、备份等功能。设计完成后，按照J J G 9 5 4 - 2 0 0 0 数字脑 电图仪及脑电地形图仪检定规程对其计量性能进行了测试：按照G B 9 7 0 6 1 2 0 0 7 医用电气设备第一部分：安全通用要求对其主要安全性能进行了测试，均达到 或超过标准的要求。 本系统采用U S B 2 0 接口，A D 采样率达到1 0 2 4 H z ，采样位数1 6 位，隔离 电压达到4 0 0 0 V r m s ，共模抑制比达到1 10 d B ，噪声电平小于2uV p P ，其主要 性能指标达到国内领先水平。关键字：多通道、脑电放大器、采集分析软件A b s t r a c tT h ed e s i g no fM u l f i L e a dE E GA c q u i s i t i o na n dA n a l y s i sS y s t e m S H IZ h i - h u a iW A NS u i - r e nS c h o o lo fB i o l o g i c a lS c i e n c ea n dM e d i c a lE n g i n e e r i n gS o u t h e a s tU n i v e r s i t yT h eE E Ga c q u i s i t i o na n da n a l y s i ss y s t e mi st h ee s s e n t i a lb r a i nf u n c t i o ni n s p e c t i o ni n s t r u m e n ti nt h em i d d l e l a r g es i z e dh o s p i t a l T h ei n s p e c t i o no fE E Gi sn o n i n v a s i v ea n dp a i n l e s s M e a n w h i l e ，i th a sv e r yi m p o r t a n tv a l u ef o rt h ed i a g n o s i so ft h eh e a d a c h e ，t r a u m a t i c b r a i ni n j u r ya n de p i l e p s y E s p e c i a l l y , i th a st h ei r r e p l a c e a b l er o l e i nt h ed i a g n o s i sa n dl o c a l i z a t i o no f t h ee p i l e p s ya n dt h ee v a l u a t i o no f t h et r e a t m e n to f t h ee p i l e p s y T h I i sp a p e rd e s i g n sa2 4 1 e a dE E Ga c q u i s i t i o na n da n a l y s i ss y s t e m I tc o n t a i n s1 9l e a d sE E G1l e a d E C G2l c a d sE o G ' l l c a dE M Ga n dl l c a dr e s p i r a t o r ys i g n a l T h i ss y s t c mc a nb eu s e df o rt h en o r m a lE E Gi n s p e c t i o na n dg u a r d i a n s h i pi nt h em i d d l e 1 a r g es i z e dh o s p i t a la n di ta l s oc a nb eu s e df o ra c q u i s i t i o n s t o r a g ea n da n a l y s i so ft h eE E Gs i g n a l T h i ss y s t e mi Sb a s e do nP e r s o n a lC o m p u t e r ( P C I I ti n c l u d e s2 4 - l c a dE E Ga m p l i f i e ra n dt h ea c q u i s i t i o na n da n a l y s i ss o f t w a r er u n n i n go nW i n d o w sX Po p e r a t i o ns y s t e m T h eE E Ga m p l i f i e rU S e St h es t a n d a r d1 5 m me l e c t r o d ew i r ei n t e r f a c ea n di tC a na c c o m p a n yw i t hs t a n d a r de l e c t r o d ew i r e T h es y s t e mi Sc o n n e c t e dw i t ht h eP Cb yt h eU S Bi n t e r f a c ea n dC a nb ep o w e r e db vU S Bi n t e f f a c ei nP l u ga n dP l a y T h es y s t e mi Sv e r yc o n v e n i e n tf o ru s e r T h ef u n c t i o no fa c q u i s i t i o na n da n a l y s i ss o f t w a r ei n c l u d e st h ea c q u i s i t i o n ，s t o r a g e ，d i s p l a y , e v e n tm a r k e r ，r e v i e w , a n ds i g n a lm e a s u r e m e n t T h es y s t e ma l s oi n c l u d e st h ef u n c t i o no ft o p o g r a p h i ca n a l y s i s ，s p e c t r u ma n a l y s i s , a n dp a t i e n tm a n a g e m e n t , w h i c hc o n t a i n sa d d i t i o n d e l e t ea n dm o d i f i c a t i o ft h ep a d e n t s i n f o r m a t i o n T h ed a t am a n a g e m e n tf u n c t i o nc o n t a i n st h ee x p o r t ，i m p o r t ，d e l e t e ，c o p ya n ds oo n A t i e rt h ed e s i g na c c o m p l i s h e d ，t h es y s t e mW a _ qt e s t e dt h em e a s u r e m e mp e r f o r m a n c ew i t ht h es t a n d a r do f J J G 9 5 4 2 0 0 0 殆，- f ，；0 口砌胛R e g u l a t i o n f o rD i g i t a lE l e c t r o e n c e p h a l o g r a p hM a p i n g B r a i nE l e c t r i cA c t i v i t yM a p p i n g T 味m a i ns e c u r i t yp e r f o r m a n c e W a st e s t e dw i t ht h es t a n d a r dG B 9 7 0 6 。1 - 2 0 0 7M e d i c a lE l e c t r i c a lE q u i p m e n t - P 口r tl ：G e n e r a lR e q u i r e m e n t sf o rS a f e t y 1 1 舱t e s t i n gr e s u l t sa l lm e e to re x c e e dt h es t a n d a r dr e q u i r e m e n t K e yW o r d ：M u l t i L e a d ；E E GA m p l i f i e r ；A c q u i s i t i o na n dA n a l y s i sS y S t e m V第l 章序论第1 章绪论1 1 脑电图仪的历史1 8 7 5 年，英国外科医师卡顿对动物暴露脑进行了电流直接记录，将电极直接插入猴头的颅内以 检测脑内电流活动情况。1 9 0 3 年，德国医学家贝格尔受这些成就的启发，开始脑电流记录实验： 先对狗的暴露脑进行实验，后借为病人作切除头盖骨手术机会，用针状电极插入大脑皮层进行实 验，最后对正常人和脑病人的完整头盖骨进行实验，并取得了成功。他把记录人脑电图的方法命名 为脑电图描记术，成为脑电图临床应用的开端。1 9 2 9 年，他发表了重要科学论文关于人的脑电 图，指出脑电图可能成为脑病诊断学与神经生理学方面的一门新学科。4 0 年代后在临床诊断中得 到了广泛的应用。1 9 3 4 年，阿德里昂和马泰乌斯改进了脑电描记术，从而使它可以诊断某些类型 的癫痫及精神错乱症和脑瘤，以及进行颅内病变的检测和大脑病变的区域定位。2 0 世纪3 0 年代脑 电的记录方法主要是通过电子管放大器放大后，用示波照相方法进行记录。到5 0 年代，电子计算 机技术引进了脑电领域。7 0 年代以后，使用集成电路和共模抑制技术来放大脑电信号，用磁带记 录器来录制脑电信号，使得脑电图仪不仅体积缩小，而且抗干扰性能有了很大的提高。现在脑电 图仪已经成为一种常规临床检查仪器，由大型三甲医院走向了中小型医院，市场容量在不断 扩大。脑电图仪从诞生之初的模拟脑电图机，墨水笔记录，只能记录1 2 导，到现在全数字 化、电脑采集、显示、存储，记录导联也扩展到1 6 导、3 2 导、6 4 导、1 2 8 导，体积也由庞 大的仪器设备变到可随身携