脑机接口放大器的性能要求

一、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。

二、脑电放大器性能标准

这些性能要求确保脑机接口放大器能够高效、准确地采集和处理脑电信号，从而支持各种神经科学研究和临床应用。

脑机接口放大器的性能要求主要包括以下几个方面：

1.通道数

脑机接口放大器需要支持多个通道，以同时监测多个脑电信号。例如，256通道放大器可以用于表面电极、硬膜下电极以及深部电极的监测。

2.采样率

采样率是指每单位时间测量信号的次数，通常以赫兹（Hz）表示。高采样率可以更好地保留信号的细节，通常要求采样率不低于5000 samples/channel/s。

3.带宽

带宽是指放大器能够处理的信号频率范围。一般要求带宽至少为1000 Hz，以覆盖大多数脑电活动的频率范围。

4.噪声水平

输入噪声应尽可能低，通常要求输入噪声不超过2µVpp（峰值到峰值）。

5.共模抑制比（CMRR）

共模抑制比是指放大器抑制共模信号的能力，高CMRR可以减少外部干扰的影响，通常要求不低于120dB。

6.信号分辨率

信号分辨率是指放大器能够检测的最小信号变化量，通常要求不低于100 nV。

7.模转换器（ADC）位数

高精度的数模转换器可以提高信号的保真度，通常要求不低于16位

8.其他功能

放大器还应具备心电、肌电、血氧SpO2、外部触发信号等接口，以支持多种生理信号的同步监测。