脑电图有源电极设计

原创 云深之无迹 2024-03-20 23:58

我想设计一组有源电极,没有找到很合适的资料,不过大概知道了怎么做。就是一个缓冲器。

一个接触的示意图就是这样(生物电测量采集)

这个是普通的等效图

但是找到的容性

一种不用导电膏的容性有源电极。可见, 皮肤与电极的导电 板之间有一层高度绝缘的材料, 用于构成一个容性界面。

一个给出元件的原理图


这个是一个论文里面的实物图,就是这样的


以上都是有源电极,而且也都是干电极。
当没有导电凝胶时,干电极的欧姆(电阻)比湿电极要高得多。为了获得较高的共模抑制,有源电极的前置放大器的输入阻抗应该在信号频率范围内非常高。这时可以采用具有JFET或CMOS输入级的运算放大器(OPAMP),因为这样可以最大限度地降低爆米花噪音的风险。在选择OPAMP时,还需要注意以下几点:
采用具有极低共模输入电容的OPAMP。每一个pF都非常重要!并且要避免在输入过滤中出现额外的电容。
只能在OPAMP输入端使用限流电阻器,以确保电路的稳定性和信号的准确性。
如果使用输入二极管夹具,应该完全与低接点电容二极管配合使用,这些二极管应该显示出超低的泄漏电流。
对于获得最低噪声的设计,应选择那些不仅显示出低输入电压噪声,而且显示出低输入电流噪声的OPAMP。另外,需要注意低频电极阻抗非常高的问题,因此需要寻找低噪声运算放大器,特别是在非常低的频率下。不应选择那些在10kHz时噪声较低但在100Hz时噪声较高的OPAMP,而应该寻找那些在最低频率下噪声非常低的OPAMP。

总之就是精密的运算放大器了。

对于噪音来说,也是要考虑的一个大事情,因为脑电的量级就是 uV 了。

α波:频率范围处于 8Hz~13Hz 之间,振幅范围处于 20μv~100μv 之间。

β 波:频率范围处于 20Hz~30Hz 之间,振幅范围处于 5μv~20μv 之间。

θ波:频率范围处于 4Hz~7Hz 之间,振幅范围处于 10μv~50μv 之间。

δ波:频率范围处于 1Hz~3.5Hz 之间,振幅范围处于 20μv~200μv 之间。

γ 波:频率范围处于 30Hz~60Hz 之间,振幅很小。

最小设置应具有8个电极传感器,放置于我们能测量大脑的特定部位。大多数情况下,使用8个通道设置来测量基于大脑的接近和回避动机反应的额部不对称性(接近/回避行为是什么)

脑电信号通道的数量决定了我们能够处理的信息量。一般的划分可以是:

> 64ch: 高密度神经图像研究,主要目的是源定位和信号处理过滤。

32-64ch: 神经科学研究,脑电图成像(伴有严重的脑电伪影过滤)。

19ch: 临床研究和实践中使用的标准10-20系统。

16-32ch: 应用神经科学研究领域,如脑机接口、生物医学工程、神经工程、心理学等。

8-16ch: 用于运动神经康复、认知神经康复、消费者神经科学等,这类研究我们通常需要知道测量的大脑活动和区域。

这里也给出了有源电极的接法:

其实我发现直接使用 AD8232 是一个不错的选择

接地电极/COM电极:用于将放大器和受试者放置在同一电位,减少共模干扰,同时接通信号;

参考电极:用于相对的零电位信号,从每个记录电极中减去该信号获取值;记录信号电极:放置在我们想要测量的特定头皮位置,一般为耳后乳突、鼻尖或者耳垂。

这里也给出一个有源的电极的设计方案

这个书拼多多卖 11,冲了

评论
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