基于dsp的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計

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1、本科課程大作業(yè)課程名稱：DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計院（系）：信息與控制工程學(xué)院通信電子系專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：任課教師：2015年5月20日基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著對腦電信號的研究逐漸深入，能夠記錄或描述腦電信號的儀器也隨之研制而出。基于PC平臺的腦電信號采集系統(tǒng)一般是通過PCI插槽與PC進行通信，其擴展性差、抗干擾性能不佳、安裝不便，且對于測量環(huán)境要求較為苛刻。本文將模擬電路技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)結(jié)合，在高性能前置放大器的基礎(chǔ)上，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，基于DSP,構(gòu)建移動式數(shù)字腦電信號采集系統(tǒng)。關(guān)鍵字：dsp腦電信號目錄1腦電及測試基礎(chǔ)11.1腦電的性質(zhì)及其分類11.2腦電產(chǎn)生的機理21.3腦

2、電檢測的意義32腦電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52.1信號輸入電路62.1.1前置放放大器設(shè)計62.1.2濾波器的設(shè)計82.2數(shù)字電路部分113實驗結(jié)果及分析134結(jié)論14參考文獻15基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計1腦電及測試基礎(chǔ)1.1腦電的性質(zhì)及其分類在人的大腦皮層中存在著頻繁的電活動，而人腦正是通過這些電活動來完成各種生理機能的。人的大腦皮層的這種電活動是自發(fā)的，其電位可隨時間的變化而發(fā)生變化，用電極將這些電位隨時間變化的波形提取出來并加以記錄就可以得到腦電圖。通過檢測并記錄人的腦電圖就可以對人的大腦及神經(jīng)系統(tǒng)進行診療。自發(fā)腦電波由于類似于正弦信號，所以可以作為一種正弦波為主波的波形來進行分析，因此腦

3、電圖波形可以用周期、振幅、相位等特征來描述?，F(xiàn)在腦電圖學(xué)中根據(jù)頻率與振幅的不同將腦電波分為a波、p波、e波、s波，波形大致如下圖1四種腦電波大致圖形-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(1)波可在頭顱枕部檢測到，頻率為8-13Hz，振幅為20-100aV，它是腦電波中最明顯的波;整個皮層均可以產(chǎn)生a波，呈現(xiàn)菱狀圖形。(2)波在額部和穎部最為明顯頻率為18-30Hz，振幅為5-20aV,它是在大腦比較興奮狀態(tài)時所記錄的波形。(3)波頻率為4-7Hz，振幅為10-501V，它是在困倦時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時所記錄的波形。(4)波在睡眠、深度麻醉、缺氧或大腦有器質(zhì)病變時出現(xiàn)，頻率為1一3.

4、5Hz，振幅為20-200uV。1.2腦電產(chǎn)生的機理現(xiàn)在對于人體腦電產(chǎn)生的機制還不很完全了解。一般來說在人體中細胞膜兩側(cè)離子分布不均勻，細胞內(nèi)外離子(K+,Na+-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計)的濃度存在很大差異，因而在膜的兩端存在很高的濃度梯度，在此濃度梯度作用下，離子將向低濃度一側(cè)擴散，從而形成一定的電位差。安靜狀態(tài)下存在于細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差，其數(shù)值隨動物種類和細胞種類不同而異，但都是內(nèi)負外正，只要細胞未受到外來刺激而保持正常的新陳代謝，靜息電位就穩(wěn)定在某一相對穩(wěn)定的水平。但是可興奮細胞在受到足夠強的刺激時，膜在靜息電位的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生一次短暫的電位波動，并沿著細胞膜向周圍擴布

5、，使整個細胞都經(jīng)歷一次同樣的電位變化。人體中神經(jīng)元的活動也一樣，既包括本身固有的電活動(膜電位及其波動);也包括動作電位的傳導(dǎo)(即神經(jīng)沖動的傳導(dǎo))及突觸傳遞過程中產(chǎn)生的興奮性或抑制性突觸后電位。對于腦電波產(chǎn)生的原理目前較公認的論點是突觸后電位學(xué)說，即認為腦電波是皮層內(nèi)神經(jīng)細胞群同步活動時突觸后電位的總和。人類或脊椎動物在安靜情況下，即使沒有任何特定刺激，在大腦皮層上也能記錄到持續(xù)節(jié)律性的電位變化，這種電位變化稱為腦電的自發(fā)活動，被描述下來即稱自發(fā)腦電圖，一般叫的腦電圖就是指自發(fā)腦電圖。1.3腦電檢測的意義腦電的研究包括正問題和逆問題兩個方面。正問題是在已知腦內(nèi)電活動源的情況下去分析頭皮上的電

6、位;逆問題是指用從頭皮觀測的電位去反演腦內(nèi)電活動源的信息。盡管腦電的發(fā)生機制沒有完全弄清楚，但是其對于我們應(yīng)用來說影響不是很大。其在醫(yī)學(xué)檢測上應(yīng)用越來越廣泛，而且凸顯出越來越重要的價值，尤其是腦電逆問題的研究有很大的現(xiàn)實意義。醫(yī)學(xué)上的臨床誘發(fā)電位診斷就是基于逆問題研究這一點出發(fā)的。所謂誘發(fā)電位是指對神經(jīng)系統(tǒng)某一特定部位(包括從感受器到大腦皮層)給予相應(yīng)刺激，或使大腦對刺激(正性或負性)的信息進行加工，在該系統(tǒng)和腦的相應(yīng)部位產(chǎn)生可以檢出的、與刺激有相對固定時間間隔(鎖時關(guān)系)和特定相的生物電反應(yīng)〔lU-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計]。這是因為當人或動物受到外部刺激時，在腦內(nèi)會產(chǎn)生相應(yīng)的

7、電位變化，并且電位值隨著刺激的時間和刺激形式的變化而變化。因此臨床誘發(fā)電位診斷實際是檢測人在受到外界的刺激時所引發(fā)的腦電變化情況，以此來分析人的腦部病變狀況。誘發(fā)刺激主要是利用軀體感覺誘發(fā)電位(SEPs)、聽覺誘發(fā)電位(AEPs)、視覺誘發(fā)電位(VEPs)和運動誘發(fā)電位(MEPs)等。-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計2腦電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本研究所設(shè)計的數(shù)字化腦電采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。首先通過電極采