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下面是可佩戴式无线脑电监护仪的论文：

 

可佩戴式无线脑电监护仪

殷罡 1 吴平东1 彭军强1 黄漫玲 1 汪东1
（1．北京理工大学机械与车辆工程学院，100081）
摘 要：为了对患者脑电信号便捷地进行监护，采用精密生物放大器和无线传感器网络技术，设计实现了
一种可佩戴式无线脑电监护仪。经测试共模抑制比可以达到113dB,等效输入噪声电压为1.62 μ Vp-p. 可
佩戴式无线脑电监护仪可以用来对患者EEG 信号进行远程监护，也可以应用在脑机接口系统中作为信号
采集装置。
关键词：脑电；可佩戴；无线；监护
中图分类号： R318 文献标识码： A
Wearable, wireless EEG montior
YIN Gang1, WU Ping-dong1, PENG Jun-qiang1 HUANG Man-ling1 WANG Dong1
（1．School of Mechanical and Vehicular Engineering, Beijng Institute of Technology, Beijing
100081）
Abstract: For monitor the EEG signal of disorders ,wireless EEG monitor is
designed by using bio-amplifier and wireless censor network. After testing, the
common-mode rejection ratio is 113dB, and the equivalent input noise is 1.62uVp-p.
Using this EEG monitor, EEG signal of disorders could be monitoring from faraway.
It could also be used in Brain Computer Interface as signal collecting device.
Key words：EEG；wearable; wireless；monitor
1 前言
脑电图一直是临床神经疾病诊断和认知生理心理学研究的一种重要手段，近年来，脑
机接口（BCI）的研究引起了越来越多的国内外学者的关注。但现在的脑机接口研究都是
在实验阶段，脑电采集和处理系统大都属于有线方式，而且体积较大，不适合人的自由行
动，因此，脑机接口要走向实用的一个重要部分就是要有方便的可佩戴的无线传输的脑电
采集装置。本文介绍了一种体积小，可方便安放在头上的无线脑电放大器。
2 设计思想
脑电信号属于微弱的生物信号，幅值范围在5－100uv，而且人体是一个高内阻（阻抗
一般在2－500k 之间）信号源，所以要求脑电放大器具有高输入阻抗，高共模抑制比，低
噪时要有高低通滤波电路和50HZ 陷波电路。
现在脑电放大电路是比较成熟的电路，但体积一般都比较大，缩小体积的方法一是优
化精简电路：用最少的器件达到相应的功能。二是采用贴片元器件，合理安排电路板空间。
三是使用主动电极，也就是在电极中加入放大电路，提高脑电信号的抗干扰能力。
3 系统结构
无线脑电放大器佩戴部分包括放大滤波、模/数转换、无线收发。由电极采集得到的
脑电信号通过放大滤波放大到A/D 输入电压范围，放大后的脑电信号通过A/D 转换为数字
信号，通过无线收发模块发送到监控端。监控端通过无线收发模块接收脑电信号，并通过
基金颁发部门：国家自然科学基金委；项目名称：基于因特网的共享控制子
课题远程医疗；编号：60274035 基金申请人:吴平东
作者简介：殷罡（1978－）男，在读博士 Email：yingang1978@163.com；
吴平东（1940－）男，教授，博士
串口传送给个人电脑，实时显示脑电信号。无线脑电放大器的核心模块主要有放大滤波模
块和无线收发模块，系统结构如图1 所示。
图 1 可佩戴式脑电监护仪系统结构
4 脑电放大滤波模块[1-7]
虽然电子技术发展迅速，但脑电放大器的主要原理结构还是不变的，根据对国内外脑
电放大器设计资料的查阅结合本文的具体情况，本文设计的脑电放大器原理框图如2 图所
示。具体电路图如图3 所示。
图3 中给出的脑电放大器的结构也是现在脑电放大器的基本结构，大多数脑电放大器
是根据实际情况，在其结构的基础上增加个别电路结构，如为了有更好的抗干扰性能而增
加的右腿驱动电路，为了增加阻抗检测的功能增加的阻抗检测电路，后级放大有的进一步
分为中间级放大和后级放大。
本文设计的脑电放大器的目标是在满足脑电采集指标的前提下，尽可能的减少电路的
体积，因为此放大电路要安装在驾驶员的头戴装置中，同时，这种脑电放大器设计的一个
最好的特点是脑电的采集和放大可以直接在电路板上连接起来，没有了信号传输线，这样
可以大大减少共模干扰的引入，因此，本文设计的脑电放大器没有再增加额外的抗干扰电
路，而是在前置放大器的选择上选择了目前性能最好的芯片。
前置放大高通滤波 工频陷波低通滤波放大 后级放大
图 2 脑电放大器框图
图 3 脑电放大器电路原理图
(1) 脑电放大器放大倍数的确定
放大器的放大倍数和后面的AD 转换电路相关，因为后级AD 的输入电压范围为0～
3.6v，预定可以放大的脑电信号幅值范围为0～180μv，可以得到放大器的整体放大倍数
应该为3.6v/180μv =20000。由于极化电压的存在，设计了3 级放大结构，为50×100×4。
(2)脑电放大电路设计
前置放大课题选用了BB 公司的INA128。该放大器是一种专门用于生物电信号采集的
军工产品级别的集成仪表放大器，具有很高的精度。(高通滤波采用了传统的阻容滤波，截
止频率0 f 定为0.5Hz，低通滤波选择有源低通滤波方式，集成放大器选用通用的OP07。选
择截止频率为40Hz，同时根据电阻和电容的标称结合计算，得到同于低通滤波的电阻和电
容分别为100 KΩ和0.039μF。50Hz 陷波电路采用的是双T 型阻容网络。电阻为13KΩ和
27KΩ，电容为0.12μF 和0.22μF。后级放大电路由通用OP07 组成的放大结构，两个电
阻为1KΩ和4KΩ。
5 无线收发模块[8-9]
无线收发模块的硬件设计主要包括天线设计、电源设计、晶振的选择。设计的无线收
发模块原理图为图4。
图4 脑电无线收发模块原理框图
（1） 天线设计
天线设计是无线模块设计中一个重要方面，尤其是在低功率和高密度的电路要求下，
天线的好坏直接影响到传感器节点的通信质量和通讯距离。F 天线由于它的结构紧凑性、
全向性、高效性和简单性得到了广泛的应用，因此，本文选用印刷F 天线，天线的具体结
构和尺寸如图5 所示。
23.8
4.05
0.85
2.5
7.8
接地层
3
图5 天线的结构和尺寸
（2） 电源电路设计
电源采用纽扣电池供电，为了电源的供电质量更高，消除噪声干扰，电路中加入了0R
（零欧姆）电阻，0R 电阻相当于很窄的电流通路，能有效的限制环路电流，消除噪声干扰。
电源电路如图6 所示。
MC13213 发射接收
转换电路
电源电路
晶振电路
程序接口
电路
天线
图6 电源电路图
6 脑电信号无线传输实验测试
由于集成脑电放大电路和无线发送模块的电路板还没有最后调试完毕，实验采用脑电
放大模块直接连接无线模块的开发板的方式进行。测试系统如图7 所示。
图 7 脑电信号无线传输测试图
从实验者头部前额叶区同时接出两个电极导线分别连接到设计脑电放大器和EEG1100
的输入端。参考电极都采用右耳电极。图8 的（a）、（b）分别给出了实验者睁眼静坐时两
种装置的输出脑电波形。
（a） 本文设计的无线脑电装置输出的脑电波形
(a) EEG outputted by our wireless amplifier
（b） 脑波仪EEG1100 输出的脑电波形
(b)EEG outputted by EEG1100
图 8 实验者睁眼静坐时两种装置的输出脑电波形对比
7 结论
（1）本文设计的无线脑电装置的输出波形整体上和EEG1100 的输出波形是一致的，基本上
脑电放大器 无线发送板无线接收板计算机显示
脑波仪
EEG1100
计算机显示
可以满足使用要求。
（2）本文设计的无线脑电装置输出脑电波的低频波动比EEG1100 的要小，原因在于设计脑
电放大器的低频截止频率设置为0.5Hz，而且为了尽量减小放大器元器件，采用的是简单
的无源RC 滤波，所以对于低频的衰减要大些。
（3）本文设计的无线脑电装置输出脑电波的噪声较EEG1100 要大[10]，需要进一步的改进。
从本文设计的脑电放大器的性能测试指标来看，和商用的脑波仪EEG1100 的性能指标
差不多，有的还要高，但是实际采集的脑电信号效果要差一些，其中的原因还需要进一步
研究。
参 考 文 献
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[3] 王三强，何为，石坚．新型脑电信号前置级放大电路设计[J]．重庆大学学报，2006，
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作者简介：殷罡(1978-),男（汉族），北京理工大学机械与车辆工程学院博士研究生，主
要研究方向：脑电信号处理和脑机接口. 吴平东(1940-),男（汉族），博导，主要研究方向：
网络控制系统，共享控制系统.
Biography: YinGang (1978-), Male(Han), School of Mechanic and Vehicle Engineering, Beijing
Institute of Technology, Doctor, Major Research Area: EEG signal procession, Brain computer
interface. Wu Pingdong, (1940-), Male(Han), PHD supervisor, Major Research Area: Networked
Control System, Shared control system.