癫痫是最常见的神经系统疾病之一,我国约有900万癫痫患者。癫痫发作时导致短暂的大脑功能性障碍,具有反复性和突发性,给患者的日常生活带来极大障碍,严重者可能危及生命。癫痫发作时大脑神经元异常放电常伴有脑电高频振荡(High frequency oscillations,HFOs)出现,频率在80～500Hz之间,在传统的脑电图(Electroencephalogram,EEG)测量范围0.1～70Hz之外。最新研究表明HFOs是癫痫致癫痫区的重要生物标记物。通过在患者日常生活中长时程的检测头皮EEG中的HFOs对定位致癫区和评价抗癫痫药物服用效果均有着重要临床价值。然而现有的EEG记录设备在采样率、带宽、精度、便携性和成本上都不能满足癫痫患者在家庭环境下的HFOs监测需求。为解决上述问题,本论文根据HFOs的特点,设计和实现了一套适合患者在家庭环境下使用的脑电图采集系统,并通过多项实验验证了本系统在采样率、精度和抗干扰等方面的性能,均达到系统设计需求。本论文首先设计了头皮脑电检测模拟前端电路,实现了三级针阵列同心环拉普拉斯干电极;然后通过模拟前端与上位机间的隔离技术,提高系统抗噪声与电气安全特性;以小型计算机树莓派作为主控制器实现了对模拟前端的采集控制、便携和无线信息传输;利用Python语言设计了头皮脑电采集系统的GUI操作界面,实现了采集数据管理与可视化;最终在实现HFOs测量系统基础上,通过电极阻抗实验、Α波测量实验、运动伪迹实验和正中神经电刺激诱发脑电高频信号实验测试了系统的完整性与可靠性。实验结果表明,本论文设计的测量系统的接触阻抗在80～1000Hz频率范围内稳定在20KΩ以下,系统噪声在1μV以下,均达到了测量HFOs的要求。脑电Α波和运动伪迹实验表明,与传统电极测量相比,本系统能准确测量生理节律,并有更强的消除运动干扰的能力。电刺激诱发实验表明,本系统能够高质量的测量出头皮脑电图中的高频信号。
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