➥ Основная статья: Устройство электроэнцефалографа
Усилитель — основной компонент любого электроэнцефалографа (прибора для регистрации ЭЭГ) . Он усиливает слабый (30—100 мкВ) ЭЭГ-сигнал, при условии, что 1 мкВ = 0,000001 В. Для регистрации таких слабых потенциалов используют усилители с большим коэффициентом усиления (порядка 20 000-100 000). В записи ЭЭГ взрослого человека амплитуда сигналов должна быть приблизительно 30—50 мкВ. Современные электроэнцефалографы включают от 19 до 256 усилителей или каналов. Учитывая, что регистрацию ЭЭГ практически всегда производят в помещениях, снабженных устройствами передачи и эксплуатации промышленного переменного тока, создающими мощные электромагнитные поля, применяют дифференциальные усилители.
Виды усилителей
Усилитель постоянного тока (Direct current amplifier) – усилитель, способный выполнять усиление напряжения постоянного тока (с частотой 0 Гц) и медленно меняющихся напряжений. Примечание: Усилитель с непосредственной связью и усилитель-прерыватель являются усилителями постоянного тока.
Усилитель с непосредственной связью (Direct-coupled amplifier) – усилитель, последовательно соединенные каскады которого соединены (связаны) через частотно-независимые устройства.
Усилитель с резистивно-емкостной связью (Resistance-capacitance coupled amplifier) – усилитель, последовательные каскады которого подключаются через цепь, содержащую резисторы и конденсаторы.
Усилитель-прерыватель (Chopper amplifier) – усилитель постоянного тока с прерывателем, выполняющим прерывание сигналов постоянного тока и низкочастотного переменного тока и преобразования их в прямоугольные импульсы относительно высокой частоты. Эти сигналы усиливаются усилителем переменного тока, после чего выполняется их обратное преобразование (синхронное выпрямление) с целью восстановления первоначальной формы сигнала на выходе устройства.
Дифференциальный усилитель (Differential amplifier) – усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности напряжений, приложенных к его входным контактам.
Буферный усилитель (Buffer amplifier) – усилитель обычно с коэффициентом усиления по напряжению, равным 1, с высоким входным и низким выходным импедансом, применяемый с целью изолировать входной сигнал от воздействия нагрузки схемы, подключаемой к выходу усилителя. В некоторых электроэнцефалографах каждый из входов подключается к буферному усилителю внутри коммутатора отведений с целью уменьшения кабельных помех и артефактов.
Дифференциальные усилители
Упрощенная схема дифференциального усилителя. Он усиливает разницу между двумя потенциалами VI и V2. К — коэффициент увеличения.
Дифференциальные усилители просто увеличивают разницу потенциалов между двумя входными сигналами. Дифференциальные усилители имеют преимущество, состоящее в том, что они позволяют снизить (подавить) синфазные помехи, артефакты (затрагивающий V1 и V2), такие как наведенное напряжение сети, и другие внешние источники электрических сигналов. В идеале, когда два входа имеют один и тот же общий входной сигнал, результирующий сигнал равен нулю. На практике результирующий сигнал очень мал, но не равен нулю. Способность усилителей быть так близко к идеалу, насколько возможно, отражается в параметре, названном ослаблением синфазного сигнала (Common Mode Rejection, CMR), выражаемом как отношение результирующего сигнала, когда VI = V2 (они связаны с одним и тем же источником) к результирующему сигналу, когда только один входной сигнал отличается от нуля. CMR измеряется в децибелах. Например, CMR = —100 децибелов при 50 Гц.
Количественной характеристикой дифференциального усилителя является коэффициент подавления синфазных помех (коэффициент режекции), который определяется как отношение величины синфазного сигнала на входе к его величине на выходе. В современных электроэнцефалографах коэффициент режекции достигает 100 000. Использование таких усилителей позволяет проводить регистрацию ЭЭГ в большинстве больничных помещений при условии, что поблизости не работают какие-либо мощные электротехнические устройства типа распределительных трансформаторов, рентгеновской аппаратуры, физиотерапевтических устройств. В тех случаях, когда невозможно избежать соседства мощных источников помех, используют экранированные камеры. Наилучшим способом экранирования является обшивка стен камеры, в которой располагается обследуемый, листами металла, сваренными между собой, с последующим автономным заземлением с помощью провода, припаянного к экрану и вторым концом соединенного с металлической массой, зарытой в землю до уровня контакта с грунтовыми водами.
Современные электроэнцефалографы представляют собой многоканальные регистрирующие устройства, объединяющие от 8 до 24 и более идентичных усилительно-регистрирующих блоков (каналов), позволяющих таким образом регистрировать одномоментно электрическую активность от соответствующего числа пар электродов, установленных на голове обследуемого.