如何為您的研究選擇合適的放大器（上）

如何為您的研究選擇合適的放大器可能是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。在不考慮具體需要的情況下，您可以從技術(shù)和可用性方面進(jìn)行選擇。

在本文中，我們首先介紹什么是腦電的放大器，接著介紹所有Brain Products EEG放大器的主要特點(diǎn)。

什么是腦電放大器

腦電圖（EEG）是對大腦電活動(dòng)的非侵入性測量。當(dāng)大腦中許多神經(jīng)元同步激活時(shí)，在頭皮（即腦組織、顱骨、肌肉、皮膚）水平上能夠檢測到同時(shí)突觸后電位之和所產(chǎn)生的總電位。為了測量這個(gè)信號(hào)，使用表面電極來記錄大腦的電活動(dòng)，同時(shí)也需要一個(gè)放大器來放大、轉(zhuǎn)換并將信號(hào)傳輸?shù)接涗浶盘?hào)的電腦，以便進(jìn)一步處理和保存。

腦電放大器的工作原理可以用幾個(gè)步驟來總結(jié)：

1、首先，系統(tǒng)將輸入信號(hào)視為兩個(gè)電極之間的電位差（μV）（即差分記錄原理），因此接地電極（GND）通常用作主要參考。但是，為了避免來自放大器內(nèi)部接地電路的非生理噪聲的影響，通常選擇另一個(gè)電極作為所有通道（即在線參考通道或REF）的基線。因此，實(shí)際輸入的信號(hào)是每個(gè)EEG通道和在線REF之間的電勢差。

2、接著信號(hào)通過放大器內(nèi)的一個(gè)（或是兩個(gè)）硬件濾波器。測量的信號(hào)實(shí)際上可能包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）無法處理的非常高的頻率，因此需要事先用低通（或高切）濾波器排除這些頻率。此外，一些放大器可能具有第二個(gè)高通（或低切）濾波器，以去除非常低的頻率；如果不進(jìn)行濾波，所有低至0 Hz （DC）的頻率都會(huì)傳遞到ADC。

3、然后將濾波后的信號(hào)放大，并由ADC從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行處理的數(shù)字信號(hào)。

4、最后將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接涗涬娔X進(jìn)行進(jìn)一步處理并最終保存。

BP放大器簡介

BP所有的放大器都能與數(shù)據(jù)記錄的綜合軟件——BrainVision Recorder一起使用。它能夠自定義所有的記錄設(shè)置（例如，采樣率，通道總數(shù)和布局，數(shù)字端口等），通過電極在線記錄數(shù)據(jù)，并最終保存在記錄電腦上。由于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問（RDA）選項(xiàng)的存在，BrainVision Recorder還能將信號(hào)以數(shù)據(jù)流的形式傳輸?shù)饺魏蔚谌綉?yīng)用程序（例如，MATLAB?，C， c++等）。

接下來介紹一下BP的每一個(gè)放大器的突出特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)室解決方案

1、actiCHamp Plus

actiCHamp Plus是目前最先進(jìn)的解決方案。最新一代的Plus可以使用主動(dòng)或者被動(dòng)電極記錄數(shù)據(jù)。

actiCHamp Plus由一個(gè)可充電的鋰離子（Li-ion）電池供電，稱為PowerUnit（圖1底部），作為一個(gè)可擴(kuò)展的單基座單元（圖1，頂部單元的上面板），可以配備多達(dá)5個(gè)32通道的EEG模塊（即最多可達(dá)160通道）。前面板有8個(gè)輔助（AUX）輸入通道，可與EEG同時(shí)記錄多種生理信號(hào)。記錄的數(shù)據(jù)通過USB傳輸?shù)接涗浀挠?jì)算機(jī)，并進(jìn)行保存。

注意

actiCHamp由上一代稱為actiPOWER的電池供電。新改進(jìn)的PowerUnit提供更長的記錄時(shí)間和緩慢的恒定放電率，能夠提供更好的研究體驗(yàn)。

圖1 128通道actiCHamp Plus放大器與PowerUnit（可充電電池）

2、BrainAmp系列

作為Brain Products推出的第一個(gè)放大器系列之一，BrainAmp系列迅速成為EEG實(shí)驗(yàn)室的金標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)千出版物做出了貢獻(xiàn)。該系列包括4個(gè)單極EEG和2個(gè)雙極EXG放大器，它們的技術(shù)特征不同，與MR環(huán)境的兼容性也不同。

這些腦電有32個(gè)通道，由一個(gè)可充電的鉛酸電池供電。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中最多可記錄256個(gè)EEG通道，而在MR內(nèi)可以獲得多達(dá)128個(gè)EEG通道的數(shù)據(jù)。

BrainAmp系列放大器與無源電極一起工作，但由于特定的適配器，現(xiàn)在也可以將它們與主動(dòng)電極相結(jié)合（即，通過actiCAP ControlBox II）。

如果您想記錄外周生理信號(hào)，您可以使用選配的EXG放大器單元與EXG AUX Box（8個(gè)防觸控雙極和8個(gè)AUX輸入通道）。數(shù)據(jù)通過雙光纖電纜記錄并傳輸?shù)紹rainAmp USB 2適配器（BUA），這是一個(gè)中間接口，可以同步來自所有連接的BrainAmp放大器的數(shù)據(jù)流，以便隨后通過USB傳輸?shù)接涗浻?jì)算機(jī)。

圖2 BrainAmp系列。用于腦電圖記錄的BrainAmp標(biāo)準(zhǔn)和直流，以及用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的BrainAmp EXG。BrainAmp MR和MR plus用于核磁環(huán)境下的腦電圖記錄，BrainAmp EXG MR用于核磁環(huán)境下的生理信號(hào)記錄

移動(dòng)和可穿戴解決方案

1、移動(dòng)和可穿戴解決方案

LiveAmp是為無線記錄的需求而設(shè)計(jì)的。數(shù)據(jù)可以通過無線協(xié)議傳輸?shù)接涗涬娔X或直接保存在可交換存儲(chǔ)卡上。LiveAmp有多種可升級(jí)的通道數(shù)版本（即8、16、32和64），由內(nèi)部鋰離子可充電電池供電，可使用時(shí)長約為4小時(shí)（取決于記錄方式和電極技術(shù)）。

LiveAmp兼容主動(dòng)和被動(dòng)電極技術(shù)，還有一個(gè)內(nèi)置的3D加速度計(jì)，用于記錄三維空間中的運(yùn)動(dòng)加速度。

此外，如果您需要記錄外周生理信號(hào)或用更復(fù)雜的觸發(fā)器標(biāo)記多個(gè)事件（高達(dá)8位），您可以通過連接傳感器和觸發(fā)器擴(kuò)展（STE）來擴(kuò)展放大器。

圖3 LiveAmp無線便攜式腦電

2、一體化和通用設(shè)計(jì)：CGX Quick系統(tǒng)

新一代Quick系統(tǒng)是最先進(jìn)的無線干電極腦電，是由Brain Products和CGX合作研發(fā)的新產(chǎn)品。它們是一種一體化的解決方案，即集成放大器現(xiàn)在位于左耳，可充電電池位于右耳，使設(shè)備更加平衡。

新的Flex傳感器設(shè)計(jì)包括更小的尖端和電極以及更穩(wěn)固的電極連接支臂，共同確保更高的舒適性、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)質(zhì)量。這款腦電儀采用了通用設(shè)計(jì)，即適合52厘米到62厘米的頭部尺寸（即青少年到成年人）。此外，每個(gè)Sensor Pod中都嵌入了LED阻抗顯示器（Brain Products的專利技術(shù)），以獲得更好的用戶體驗(yàn)和更快的準(zhǔn)備時(shí)間。Quick系統(tǒng)有20和32通道版本。

您可以通過使用AIM生理記錄儀將您的腦電圖記錄與其他模式結(jié)合起來，AIM生理記錄儀配備6個(gè)雙極和2個(gè)AUX輸入通道，用于測量EXG（即EMG， ECG）， GSR，呼吸，心率（HR），脈搏和SpO2。此外，高達(dá)16位的硬件無線觸發(fā)器可以將觸發(fā)信號(hào)傳輸?shù)饺魏蜟GX設(shè)備，該設(shè)備接受來自不同來源的輸入信號(hào)（例如，光和音頻傳感器，麥克風(fēng)，USB， TTL等）。

Quick系統(tǒng)和AIM生理記錄儀都可以與CGX的BrainVision Recorder以及CGX共同進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖4 CGX Quick-20r v2

3、高密度和無線：CGX mobile系統(tǒng)

GX mobile系統(tǒng)是一種高密度無線便攜腦電系統(tǒng)，可提供72（圖5）或128個(gè)基于凝膠的有源通道。該系統(tǒng)是可移動(dòng)的：它帶有一個(gè)線束，配備了一個(gè)電極束Breakout Box。這個(gè)小放大器由可充電鋰離子電池供電，可以連接到接線盒上。電極線被捆綁在一起成為一個(gè)單一的電纜樹，從同一個(gè)分線盒中出來。

與Quick系統(tǒng)一樣，您可以將放大器與AIM生理記錄儀相結(jié)合，并通過wireless StimTrigger接收無線觸發(fā)信號(hào)。

注意

CGX移動(dòng)系統(tǒng)僅與CGX采集軟件一起工作。

CGX快速和移動(dòng)系統(tǒng)電極數(shù)量都是固定的，不能改變。

圖5:CGX Mobile 72