高精度微弱脑电检测数模混合控制芯片系统

针对脑电检测的研究需要,研发了微弱EEG脑电信号采集专用芯片系统。该芯片使用斩波稳定去噪声技术,首先利用2 k Hz的斩波频率对100 Hz以下的EEG信号进行频域隔离,然后利用RRL纹波抑制环路反馈进行调制后位于chopper频率处的主要由失调与低频1/f闪烁噪声引起的纹波电压的抑制;单级斩波放大使用电流复用、亚阈值跨导增强技术对来自EEG传感器的低频(100 Hz)小信号(5~100μV)进行40 d B增益的稳定中频放大;级联S/H电路进行去累积毛刺滤波,配合前面斩波技术,达到整体低噪声性能;VGA/LPF通过改变输入、反馈/负载电容,分别进行增益/带宽的数字调整。EEG-DSP加速芯片实现对多通道采集的控制以及信号处理编码。设计使用SMICRF 180 nm混合工艺,使用Cadence的Spectre软件进行功能前/后仿真,使用Caliber工具进行DRC/LVS的版图验收。最后,对设计芯片进行实际测试,结果表明放大芯片关键性能为:8.1μW/通道、面积6.3 mm2/8通道、0.8μVrms(BW=100 Hz)等效输入噪声;该款自主研发的脑电斩波放大芯片性能达到国内外前列的水平,可进行正确的脑电EEG采集,可应用于可穿戴领域、对后续脑电数据分析具有重要的使用价值。     

抑郁症静息脑电的小波包节点功率谱熵分析

头皮脑电(EEG)信号反映了大脑皮层神经元细胞群自发性节律性的电生理活动,含有丰富的生理与病理信息,是临床脑神经与精神疾病诊断的重要依据.针对抑郁症的研究和诊断中缺少客观有效的量化参数和指标的状况,提出一种基于小波包分解节点重构信号的功率谱熵值(记为W值)的脑电信号分析方法,并利用此方法对静息态的脑电信号进行计算和分析.实验和分析结果表明:抑郁症患者脑电信号S32节点(频率24~32 Hz)的熵值(置信区间[0.0129,0.0176])在部分脑区显著大于正常健康人(置信区间[0.0246,0.0303]),显示抑郁症病人快波节律的能量分布存在弥散性,符合现在关于抑郁症患者自我调节能力减弱的发病机制.对结果进行了T检验统计分析,证明了这种辨别方法的准确性和可行性,将为抑郁症疾病检测诊断提供有效的量化物理指标.     

基于DSP与FPGA的实时功率谱分析仪

设计了一套实时功率谱分析系统,主要用于信号的实时功率谱分析。采用DSP浮点芯片TMS32C6713作为系统的主处理单元,负责进行功率谱分析;FPGA芯片Spartan xc2s200为主控制单元,并通过CY7C68013 USB芯片与基于LabVIEW的上位机进行通信。为了保证系统的实时性,在DSP中使用了实时操作系统内核DSP/BIOS.它提供了抢占式多线程、硬件抽象、与寄存器配置等功能。分别采用频率为25 Hz、100 Hz的正弦信号对该系统进行标定。     

新型EEG检测干电极设计制备和测试研究

设计制作了一款新型的脑电干电极,用于实现对EEG信号的检测。相较于传统的湿电极,该新型电极在测试过程中不需要导电介质,有效降低了实验准备过程的复杂度,可以大大缩短实验准备时间。而且,其接触电阻可以和湿电极在同一数量级,从而可实现长时间实时稳定测量EEG。利用聚吡咯石墨烯纳米复合物对电极探头进行修饰,对干电极与头皮的接触阻抗进行了阻抗谱测试,可以有效降低接触电阻,提高信号的稳定性和可靠性。采用自制干电极与碗状湿电极,在不同脑区进行了脑电信号检测的对比实验,信号线性相关度均在90%以上,将干电极检测的脑电信号分解,分解波段波形符合脑电信号特征波特征,证明该新型干电极可用于无发区和有发区脑电信号的检测。搭建了基于新型干电极的无线脑电采集分析系统,实现了简单的脑机接口设计,进一步证明了干电极的实用性。