重症患者的脑功能监测在临床上具有重要意义，但现有监测手段存在有创、难以实现长时间连续监测等诸多缺点。针对这些问题，本文综合应用近红外光谱（NIRS）和脑电（EEG）技术，开发一款能实现长时间无创连续监测脑功能的监测设备。
为实现对脑功能进行长时间连续无创监护的总体目标，本文对设备功能需求和设计原则进行分析论证，确定基于NIRS和EEG的脑功能监测技术方案。系统硬件由电源模块、主控制器模块、信号采集模块、数据存储和显示模块五个部分组成。电源模块电路设计时，在不同模块电源之间加入电源隔离，既能满足电气安全性又可提高微弱信号采集的抗干扰能力。主控制模块选用了高性能数字信号处理器（DSP）TMS320C6748，并以SYS/BIOS嵌入式实时操作系统为基础开发相关软件。根据对实时性的要求创建了定时器线程、硬件中断线程和任务线程，分别负责设备的时序控制、数据采集以及存储和显示功能的实现，SYS/BIOS多任务处理能力可保证设备的实时性要求。信号采集模块设计了稳定的驱动电路实现对双波长LED控制，保证入射到人体组织的光强保持恒定，确保采集的近红外光谱信号的可靠性。一个八通道模拟前端ADS1299用于采集EEG和NIRS信号，DSP通过串行外设接口（SPI）协议实现对ADS1299的配置，并读取转换结果。一个八通道A/D转换芯片AD7606采集三轴加速度信号和其他辅助信号，DSP使用基于外部存储器接口（EMIF）的并行总线协议读取AD7606转换结果。数据存储模块使用了SD卡，并移植了FatFs文件系统。当数据需要存储时，硬件采样中断线程发布信号量使能存储任务，实现对NIRS信号、EEG信号、三轴加速度等信号的实时存储，方便后续分析处理。显示模块使用12英寸LCD显示屏，显示任务由定时器线程控制，可以将患者的多种生理参数及其变化趋势直观的显示出来，方便医护人员更好的了解患者脑功能状态。本文还对脑功能评价算法进行初步研究，实现了基于小波包的脑电节律提取算法和振幅整合脑电图（aEEG）算法，为下一步设备的实用化提供算法支持。
为了对开发的原型样机进行评价，设计了整体性能和功能测试方案。测试结果表明，本设备数据采集通道噪声峰峰值为3.16μV，共模抑制比超过80dB，工频干扰抑制超过35dB@（50±0.5Hz），差模输入阻抗为15MΩ，温漂也非常小，基线峰峰值为0.268μV。阻抗检测算法能够准确计算出脑电采集时电极和皮肤之间阻抗的大小，测量误差在3%以内。SD存储和LCD显示模块均能按照设计目标稳定工作，没有出现数据错误或者丢失的情况。整体功能和性能指标满足设计要求。