專利名稱：便攜式腦電密度譜陣列監測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種腦電圖測量裝置，尤其涉及一種抗干擾的便攜式腦電密度譜陣列監測儀。
患者大腦皮層功能狀態的評估，目前簡便易行的技術手段仍然是腦電圖(EEG)檢查。
近年來，計算機化的定量腦電圖技術逐步引入臨床，其中一種EEG時間、頻率和功率的三維描述方法就是所謂壓縮譜陣列(CSA)，該方法能夠實時顯示EEG隨時間推移的功率譜變化趨勢，但CSA是以曲線重疊來顯示不同時間的功率譜，顯然丟失了相當多的譜信息。當前，又出現了以掃描線灰度顯示功率譜的密度譜陣列(DSA)，或以掃描線色彩顯示功率譜的彩色密度譜陣列(CDSA)。由于DSA充分利用了有限的屏幕空間、其信息量大大增加，對于EEG變化趨勢更加一目了然，有關CSA和DSA專用監測儀、國外雖已商品化，但均為輪移式大設備，例如日本的DEE-7102B、丹麥的NEUROSCOPE和美國的TM-3500。這種輪移式設備，不僅體積大而且笨重，出診不便，還缺少良好的抗干擾能力，它們只限于在干擾小的特定的室內應用。
目前國內外尚未見到有關便攜式抗干擾能力強的CSA或DSA的小型專用監測儀的報道。
隨著集成電路向高密度、低功耗的飛速發展，與臺式計算機功能完全相當的筆記本型計算機目前已經商品化。因此，根據上述已有技術輪移式設備工作原理和筆記本型計算機的出現，單從體積重量上將其小型化成為便攜式儀器在技術上不存在困難。
但是小型化的目的在于使這種便攜式的CSA或DSA的監測儀能夠在干擾嚴重的諸如監護室、手術室等環境中正常工作，這正是已有技術輪移式設備所不及的。為了解決抗干擾問題，日本學者曾報導采用光纖對地隔離技術設計出抗高頻電刀干擾的腦電圖(EEG)放大器。這種技術在結構上復雜且成本亦高。
本發明目的在于克服上述已有技術所存在的問題以提供一種便攜式腦電密度譜陣列(DSA)監測儀，這種監測儀的腦電圖信號放大器(以下簡稱EEG放大器)采用了光耦合隔離技術大大提高了儀器抗干擾能力，使醫務人員可隨身將其攜帶到病人現場進行DSA監測。
按照本發明的便攜式腦電密度譜陣列監測儀，它包含設置于人腦部位并產生腦電圖信號的腦電電極部分;
對來自所述腦電電極部分的腦電圖信號進行放大、變換、信息發送和可信息接收的腦電圖信號放大器部分;
通過一RS-232串行接口接收所述腦電圖信號放大器部分發送的信息、對該信息進行處理、存貯和顯示并通過該RS-232串行接口可以向所述腦電圖信號放大器部分發送控制信息的計算機部分;
所述腦電圖信號放大器部分包括接收所述腦電電極部分的腦電圖信號的前置放大器部分;
將所述前置放大器部分輸出的腦電圖信號的模擬量轉換為相對應的腦電圖信號的數字量的模數轉換器;
將來自模數轉換器的腦電圖信號的并行數字量轉換為相應的腦電圖信號的串行數字量從其發送數據端TXD輸出、并可以從其接收數據端RXD接收來自所述計算機部分的所述控制信號的單片微機系統;
其特征在于，
在所述腦電圖信號放大器部分中的所述單片微機系統的所述發送數據端TXD與所述計算機部分中的所述RS-232串行接口的接收數據端RXD之間設有將所述腦電圖信號放大器部分與所述計算機部分進行干擾隔離的由光電耦合器件構成的腦電信號傳輸部分。
所述腦電信號傳輸部分可進一步包含將來自所述單片微機系統的發送數據端TXD的電信號轉變為光信號的所述光電耦合器件的發光驅動部分;將所述光信號還原為電信號的所述光電耦合器件的光電轉換部分;和對所述光電轉換部分的電信號進行放大、整形后輸給所述計算機的RS-232串行接口的接收數據端RXD的放大整形部分。
所述放大整形部分的電源供電端接入所述計算機的RS-232串行接口。
所述放大整形部分的電源供電端可進一步接入所述計算機的RS-232串行接口的發送數據端TXD和數據終端就緒端DTR。
在所述腦電圖信號放大器部分中的所述單片微機系統的所述接收數據端RXD與所述計算機部分中的所述RS-232串行接口的發送數據端RXD之間可進一步設有將所述計算機的控制信號傳給所述單片微機系統的由光電耦合器件構成的控制信號傳輸部分。
所述控制信號傳輸部分可進一步包含將來自所述計算機的RS-232串行接口的發送數據端的控制信號轉變為光信號的所述光電耦合器件的發光驅動部分;將所述光信號還原為電信號的所述光電耦合器件的光電轉換部分;和對所述光電轉換部分的電信號進行放大、整形后輸給所述單片微機系統的接收數據端RXD的放大整形部分。
在所述前置放大器部分與所述模數轉換器之間可設置帶通濾波器。
如上構成的本發明的便攜式腦電密度陣列監測儀，不僅結構簡單、造價低且具有很強的抗干擾能力，使醫務人員攜帶儀器到現場作業可臨床進行腦電的實時監測。本儀器環境適應性強、應用范圍廣能用于危重病人搶救、家庭出診和野戰救護等。
下面結合附圖所示實施例詳細描述本發明。
圖1為本發明一較佳實施例的EEG放大器的硬件結構及整體連接原理圖;
圖2為圖1所示實施例的工作流程框圖。
下面參見圖1，本發明的便攜式腦電密度譜陣列監測儀(以下簡稱“便攜式DSA監測儀”)由腦電電極部分1、EEG放大器(即腦電圖信號放大器)2和一包含RS-232串行接口的計算機3組成。腦電電極部分1，按照國際腦電圖學會建議的標準電極放置法布設腦電圖電極。本發明圖1實施例中臨床實驗接法為Fp1-C3;Fp2-C4;C3-01;C4-02四道。
在圖1所示實施例中的EEG放大器2包括與腦電電極部分1相連并接收其腦電圖信號的前置放大器部分21;接于前置放大器部分21輸出端對所述腦電圖信號進行濾波的帶通濾波器部分22;對來自帶通濾波器部分22的腦電圖信號進行模數轉換的模數轉換器23;將來自模數轉換器23的腦電圖信號的并行數字量轉換為相應的腦電圖信號的串行數字量從其發送數據端TXD輸出、并可以從其接收數據端RXD接收來自計算機3的控制信號的單片微機系統24;接于單片微機系統24的發送數據端TXD與計算機3的接收數據端RXD之間由光電耦合器件構成的腦電信號傳輸部分25;和接于單片微機系統24的接收數據端RXD與計算機3的發送數據端TXD之間的由光電耦合器件構成的控制信號傳輸部分26。
本實施例中的腦電電極部分1的配置為四道，其對應的前置放大器部分21也由四個前置放大器組成;前置放大器數量的設定取決于電極部分1的設置道數。帶通濾波器22的個數與前置放大器的數量一致，帶通濾波器22可設置在腦電圖模擬信號通路上的任何位置上;也可以高通、低通濾波器分別設置來代替帶通濾波器;若所需腦電圖信號頻率范圍要求很寬，該帶通濾波器也可不必設置。
單片微機系統24的主要功能是將來自模數轉換器23的腦電圖的并行的數字信號轉換為串行數字信號從其發送數據端TXD經腦電信號傳輸部分25輸入計算機3的RS-232串行接口31的接收數據端RXD;單片微機系統24的另一功能是由該系統24的接收數據端RXD經控制信號傳輸部分26接收來自計算機3的RS-232串行接口31的發送數據端TXD的各種控制信號。在本實施例中該控制信號主要為用來改變前置放大器部分21中各前置放大器的增益的控制信號和控制EEG放大器2的供電電源的自動關閉的電源控制信號(未圖示)。
下面詳細說明本發明的特征部分即腦電信號傳輸部分25。仍然參見圖1，腦電信號傳輸部分25包括將來自單片微機系統24的發送數據端TXD的電信號轉變為光信號的光電耦合器件的發光驅動部分251;將上述光信號還原為電信號的光電耦合器件的光電轉換部分252;和對光電轉換部分252的電信號進行放大、整形后輸給計算機3的RS-232串行接口的接收數據端RXD的放大整形部分253。
按上述結構，由于利用了光耦合器件的信號單向傳輸特性和其發光驅動部分251與其光電轉換部分252之間在電氣上的高度隔離特性，有效地抑制了計算機3中的各種干擾通過信號傳輸通道從計算機3的RS-232串行接口的接收數據端RXD串入EEG放大器2中。
為了進一步抑制計算機3的干擾通過電源串入EEG放大器2中，將腦電信號傳輸部分25中的放大整形部分253的電源供電從EEG放大器2的其余部分的電源供電(如圖1中所示，該電源供電采用電池供電)中分離出來，而由計算機3的RS-232串行接口的發送數據端TXD和數據終端就緒(輸出)端DTR的輸出對其進行電源供電，圖1中的二極管D1、D2和電容器C1、C2分別為這種供電方式中的作為正負電源的隔離二極管和濾波電容器。計算機3的RS-232串行接口的發送數據端TXD和數據終端就緒端DTR在計算機3和EEG放大器2之間進行數據傳輸期間分別為-12V和+12V的電平輸出，因此它們可作為放大整形部分253的電源供電。
在圖1所示實施例中，由于放大整形部分253采用正負電源供電的運算放大器，故由上述的發送數據端TXD和數據終端就緒端的±12V對其供電。在實際應用中這種放大整形部分253的供電方式取決于放大整形電路的具體結構，它們也可只用上述兩端±12V中的任一端+12V或-12V進行單端供電。
控制信號傳輸部分26包括接收來自計算機3的RS-232串行接口的發送數據端TXD的控制信號的光電耦合器件的發光驅動部分261;接收發光驅動部分261的光信號并將該光信號還原為電信號的光電耦合器件的光電轉換部分262;和對光電轉換部分262的電信號進行放大、整形并輸給單片微機系統24的接收數據端RXD的放大整形部分263。
在腦電信號傳輸部分25和控制信號傳輸部分26中的放大整形部分253和263，它們的設置與否將由與它們相連的光電耦合器件的性能決定。如果所用光電耦合器件的光電轉換靈敏度較高和/或自身帶有電信號放大部分，則上述的放大整形部分253和263也可省去不用。
控制信號傳輸部分26的作用是將計算機3中的控制信號傳送給EEG放大器2中的單片微機系統24以產生對諸如前置放大器21的增益控制等。如果這類對EEG放大器2中的有關部分的控制改為人工控制的話，則控制信號傳輸部分26亦可省去不用。
請參見圖2，圖2為本發明圖1所示實施例的便攜式腦電密度譜陣列監測儀的二作框圖。圖2中腦電電極部分1和計算機3為已有技術。下面結合圖2說明本發明的工作過程。
首先腦電電極部分1中的電極安放位置采用國際十-二十系統，即Pp1-C3;Fp2-C4;C3-01;C4-02四道。
腦電電極部分1所獲得的腦電圖信號輸給腦電圖信號(EEG)放大器2，這些信號在EEG放大器2中被放大、變換為串行數字量發送給計算機3中的RS-232串行接口31，其波特率9600。通過串行接口31，腦電圖信號分為兩路。一路送入四道EEG曲線生成裝置32，在該裝置中，腦電圖信號按照512點的數據長度排列4道采樣數據序列。因每道采樣率為128赫，所以每道采樣時間為4秒。腦電圖信號經四道EEG曲線生成裝置32處理后形成四道連續的腦電圖時間曲線送入信息顯示裝置37如液晶顯示屏、或螢光屏等顯示器進行四道腦電圖曲線的實時顯示。與此同時，四道EEG曲線生成裝置32輸出的四道腦電圖實時采樣數據送入信息存貯裝置36進行存貯。
另一路腦電圖信號從串行接口31進入FFT變換裝置33，在FFT變換裝置33中，把串行接口31輸入的每道512個時間數據序列，用快速富里葉變換計算方法轉換為頻率數據序列，并取1-25赫頻段內功率譜。
FFT變換裝置33的輸出的一路送參數計算裝置34，該裝置34計算各道的進界頻率和1-25赫頻段內的平均能量幅度值并將這些數據送信息存貯裝置36中進行存貯。FFT變換裝置33的輸出的另一路送DSA圖像生成裝置35，在DSA圖像生成裝置35中對來自FFT變換裝置33的頻率數據進行DSA分析和圖像生成。
DSA是一種EEG信號時間、頻率和功率的數學三維圖像描述方法，其主要優點是在有限的監視器屏幕空間中最大限度地提供了信號特征。DSA圖像各像素表達為P(f，t)，它指示第七時刻EEG信號頻率為f處的相對功率值，P(f，t)值采用不同灰度(或顏色)(本實施例中為八種)加以區分。
DSA圖像生成裝置35輸出的圖像數據一方面送信息存貯裝置36存貯;另一方面送信息顯示裝置37進行圖像顯示。在本實施例中，每路EEG信號DSA像素點為50＊150，水平方向表示頻率1-25赫，0.5赫一點，共50點。垂直方向表示時間0-15分鐘，0.1分鐘一線，共150線。EEG信號采樣率128赫，512個采樣點，4秒一個采樣段，經快速富里葉變換后計算出該采樣段的頻率空間相對功率值，為了適應連續監測的需要，DSA圖像每隔0.1分鐘向上滾動刷新一次，屏幕始終保持當前15分鐘的DSA圖像。
以上結合較佳實施例詳細描述了本發明，由于在上述實施例中本發明在其EEG放大器2與計算機3之間的接口電路中采用了光電耦合隔離技術的腦電信號傳輸部分25和控制信號傳輸部分26，并采用電源分離技術對EEG放大器2中的與計算機3直接相連的電路部分巧妙地利用計算機3的串行接口31中的有關端口對其供電。通過以上技術措施有效地克服了計算機3中的各種干擾串入EEG放大器2中的可能性，使本儀器具有極強的抗干擾能力，從而使本儀器能夠小型化以適應各種干擾嚴重場合下的應用。
權利要求
1.一種便攜式腦電密度譜陣列監測儀，它包含設置于人腦部位并產生腦電圖信號的腦電電極部分；對來自所述腦電電極部分的腦電圖信號進行放大、變換、信息發送和可信息接收的腦電圖信號放大器部分通過一RS-232串行接口接收所述腦電圖信號放大器部分發送的信息、對該信息進行處理、存貯和顯示并通過該RS-232串行接口可以向所述腦電圖信號放大器部分發送控制信息的計算機部分；所述腦電圖信號放大器部分包括接收所述腦電電極部分的腦電圖信號的前置放大器部分；將來自所述帶通濾波器的所述前置放大器部分輸出的腦電圖信號的模擬量轉換為相對應的腦電圖信號的數字量的模數轉換器；將來自模數轉換器的腦電圖信號的并行數字量轉換為相應的腦電圖信號的串行數字量從其發送數據端TXD輸出、并可以從其接收數據端RXD接收來自所述計算機部分的所述控制信號的單片微機系統；其特征在于，在所述腦電圖信號放大器部分中的所述單片微機系統的所述發送數據端TXD與所述計算機部分中的所述RS-232串行接口的接收數據端RXD之間設有將所述腦電圖信號放大器部分與所述計算機部分進行干擾隔離的由光電耦合器件構成的腦電信號傳輸部分。
2.如權利要求1所述監測儀，其特征在于，所述腦電信號傳輸部分進一步包含將來自所述單片微機系統的發送數據端TXD的電信號轉變為光信號的所述光電耦合器件的發光驅動部分;將所述光信號還原為電信號的所述光電耦合器件的光電轉換部分;和對所述光電轉換部分的電信號進行放大、整形后輸給所述計算機的RS-232串行接口的接收數據端RXD的放大整形部分。
3.如權利要求2所述監測儀，其特征在于，所述放大整形部分的電源供電端接入所述計算機的RS-232串行接口。
4.如權利要求3所述監測儀，其特征在于，所述放大整形部分的電源供電端進一步接入所述計算機的RS-232串行接口的發送數據端TXD和數據終端就緒端DTR。
5.如權利要求1所述監測儀，其特征在于，在所述腦電圖信號放大器部分中的所述單片微機系統的所述接收數據端RXD與所述計算機部分中的所述RS-232串行接口的發送數據端RXD之間進一步設有將所述計算機的控制信號傳給所述單片微機系統的由光電耦合器件構成的控制信號傳輸部分。
6.如權利要求5所述監測儀，其特征在于，所述控制信號傳輸部分進一步包含將來自所述計算機的RS-232串行接口的發送數據端的控制信號轉變為光信號的所述光電耦合器件的發光驅動部分;將所述光信號還原為電信號的所述光電耦合器件的光電轉換部分;和對所述光電轉換部分的電信號進行放大、整形后輸給所述單片微機系統的接收數據端RXD的放大整形部分。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述監測儀，其特征在于，在所述前置放大器部分與所述模數轉換器之間設有帶通濾波器。
全文摘要
一種便攜式腦電密度譜陣列監測儀，它包含腦電電極部分、EEG放大器部分和計算機部分。其特征在于，在上述EEG放大器中，在其與計算機連接之間設有采用光電耦合隔離技術的接口電路，并利用計算機串行接口中的有關端口對EEG放大器中直接與計算機相連的電路部分供電。這些技術措施有效地克服了計算機中的各種干擾串入EEG放大器中的可能性，從而使本儀器能夠小型化以適應在各種干擾條件嚴重場合下的應用。
文檔編號A61B5/0476GK1104882SQ93102890
公開日1995年7月12日 申請日期1993年2月27日 優先權日1993年2月27日
發明者張慶陵, 陳連祥, 章靜波 申請人:中國人民解放軍海軍醫學研究所