如何为您的研究选择合适的放大器(上)

时间:2024-11-28 编辑:瀚翔脑科学 浏览数:1077

如何为您的研究选择合适的放大器可能是一项具有挑战性的工作。在不考虑具体需要的情况下,您可以从技术和可用性方面进行选择。

在本文中,我们首先介绍什么是脑电的放大器,接着介绍所有Brain Products EEG放大器的主要特点。


什么是脑电放大器

脑电图(EEG)是对大脑电活动的非侵入性测量。当大脑中许多神经元同步激活时,在头皮(即脑组织、颅骨、肌肉、皮肤)水平上能够检测到同时突触后电位之和所产生的总电位。为了测量这个信号,使用表面电极来记录大脑的电活动,同时也需要一个放大器来放大、转换并将信号传输到记录信号的电脑,以便进一步处理和保存。

脑电放大器的工作原理可以用几个步骤来总结:

1、首先,系统将输入信号视为两个电极之间的电位差(µV)(即差分记录原理),因此接地电极(GND)通常用作主要参考。但是,为了避免来自放大器内部接地电路的非生理噪声的影响,通常选择另一个电极作为所有通道(即在线参考通道或REF)的基线。因此,实际输入的信号是每个EEG通道和在线REF之间的电势差。

2、接着信号通过放大器内的一个(或是两个)硬件滤波器。测量的信号实际上可能包含模数转换器(ADC)无法处理的非常高的频率,因此需要事先用低通(或高切)滤波器排除这些频率。此外,一些放大器可能具有第二个高通(或低切)滤波器,以去除非常低的频率;如果不进行滤波,所有低至0 Hz (DC)的频率都会传递到ADC。

3、然后将滤波后的信号放大,并由ADC从模拟信号转换为计算机能够进行处理的数字信号。

4、最后将数字信号传输到记录电脑进行进一步处理并最终保存。



BP放大器简介

BP所有的放大器都能与数据记录的综合软件——BrainVision Recorder一起使用。它能够自定义所有的记录设置(例如,采样率,通道总数和布局,数字端口等),通过电极在线记录数据,并最终保存在记录电脑上。由于远程数据访问(RDA)选项的存在,BrainVision Recorder还能将信号以数据流的形式传输到任何第三方应用程序(例如,MATLAB®,C, c++等)。

接下来介绍一下BP的每一个放大器的突出特点。


实验室解决方案

1、actiCHamp Plus

actiCHamp Plus是目前最先进的解决方案。最新一代的Plus可以使用主动或者被动电极记录数据。

actiCHamp Plus由一个可充电的锂离子(Li-ion)电池供电,称为PowerUnit(图1底部),作为一个可扩展的单基座单元(图1,顶部单元的上面板),可以配备多达5个32通道的EEG模块(即最多可达160通道)。前面板有8个辅助(AUX)输入通道,可与EEG同时记录多种生理信号。记录的数据通过USB传输到记录的计算机,并进行保存。

注意

actiCHamp由上一代称为actiPOWER的电池供电。新改进的PowerUnit提供更长的记录时间和缓慢的恒定放电率,能够提供更好的研究体验。


图1 128通道actiCHamp Plus放大器与PowerUnit(可充电电池)


2、BrainAmp系列

作为Brain Products推出的第一个放大器系列之一,BrainAmp系列迅速成为EEG实验室的金标准,并为数千出版物做出了贡献。该系列包括4个单极EEG和2个双极EXG放大器,它们的技术特征不同,与MR环境的兼容性也不同。

这些脑电有32个通道,由一个可充电的铅酸电池供电。在实验室设置中最多可记录256个EEG通道,而在MR内可以获得多达128个EEG通道的数据。

BrainAmp系列放大器与无源电极一起工作,但由于特定的适配器,现在也可以将它们与主动电极相结合(即,通过actiCAP ControlBox II)。

如果您想记录外周生理信号,您可以使用选配的EXG放大器单元与EXG AUX Box(8个防触控双极和8个AUX输入通道)。数据通过双光纤电缆记录并传输到BrainAmp USB 2适配器(BUA),这是一个中间接口,可以同步来自所有连接的BrainAmp放大器的数据流,以便随后通过USB传输到记录计算机。


图2 BrainAmp系列。用于脑电图记录的BrainAmp标准和直流,以及用于实验室环境中的BrainAmp EXG。BrainAmp MR和MR plus用于核磁环境下的脑电图记录,BrainAmp EXG MR用于核磁环境下的生理信号记录


移动和可穿戴解决方案

1、移动和可穿戴解决方案

LiveAmp是为无线记录的需求而设计的。数据可以通过无线协议传输到记录电脑或直接保存在可交换存储卡上。LiveAmp有多种可升级的通道数版本(即8、16、32和64),由内部锂离子可充电电池供电,可使用时长约为4小时(取决于记录方式和电极技术)。

LiveAmp兼容主动和被动电极技术,还有一个内置的3D加速度计,用于记录三维空间中的运动加速度。

此外,如果您需要记录外周生理信号或用更复杂的触发器标记多个事件(高达8位),您可以通过连接传感器和触发器扩展(STE)来扩展放大器。

图3 LiveAmp无线便携式脑电


2、一体化和通用设计:CGX Quick系统

新一代Quick系统是最先进的无线干电极脑电,是由Brain Products和CGX合作研发的新产品。它们是一种一体化的解决方案,即集成放大器现在位于左耳,可充电电池位于右耳,使设备更加平衡。

新的Flex传感器设计包括更小的尖端和电极以及更稳固的电极连接支臂,共同确保更高的舒适性、稳定性和数据质量。这款脑电仪采用了通用设计,即适合52厘米到62厘米的头部尺寸(即青少年到成年人)。此外,每个Sensor Pod中都嵌入了LED阻抗显示器(Brain Products的专利技术),以获得更好的用户体验和更快的准备时间。Quick系统有20和32通道版本。

您可以通过使用AIM生理记录仪将您的脑电图记录与其他模式结合起来,AIM生理记录仪配备6个双极和2个AUX输入通道,用于测量EXG(即EMG, ECG), GSR,呼吸,心率(HR),脉搏和SpO2。此外,高达16位的硬件无线触发器可以将触发信号传输到任何CGX设备,该设备接受来自不同来源的输入信号(例如,光和音频传感器,麦克风,USB, TTL等)。

Quick系统和AIM生理记录仪都可以与CGX的BrainVision Recorder以及CGX共同进行数据采集。


图4 CGX Quick-20r v2


3、高密度和无线:CGX mobile系统

GX mobile系统是一种高密度无线便携脑电系统,可提供72(图5)或128个基于凝胶的有源通道。该系统是可移动的:它带有一个线束,配备了一个电极束Breakout Box。这个小放大器由可充电锂离子电池供电,可以连接到接线盒上。电极线被捆绑在一起成为一个单一的电缆树,从同一个分线盒中出来。

与Quick系统一样,您可以将放大器与AIM生理记录仪相结合,并通过wireless StimTrigger接收无线触发信号。


注意

CGX移动系统仅与CGX采集软件一起工作。

CGX快速和移动系统电极数量都是固定的,不能改变。

图5:CGX Mobile 72