課程設(shè)計(jì)（論文）-基于dsp的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、本科課程大作業(yè)課程名稱(chēng)：DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：信息與控制工程學(xué)院通信電子系專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：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(jì)摘要隨著對(duì)腦電信號(hào)的研究逐漸深入，能夠記錄或描述腦電信號(hào)的儀器也隨之研制而出?；赑C平臺(tái)的腦電信號(hào)采集系統(tǒng)一般是通過(guò)PCI插槽與PC進(jìn)行通信，其擴(kuò)展性差、抗干擾性能不佳、安裝不便，且對(duì)于測(cè)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換，基于DSP,構(gòu)建移動(dòng)式數(shù)字腦電信號(hào)采集系統(tǒng)。關(guān)鍵字

2、：dsp腦電信號(hào)目錄1腦電及測(cè)試基礎(chǔ)11.1腦電的性質(zhì)及其分類(lèi)11.2腦電產(chǎn)生的機(jī)理21.3腦電檢測(cè)的意義32腦電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)52.1信號(hào)輸入電路62.1.1前置放放大器設(shè)計(jì)62.1.2濾波器的設(shè)計(jì)82.2數(shù)字電路部分113實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析134結(jié)論14參考文獻(xiàn)15基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1腦電及測(cè)試基礎(chǔ)1.1腦電的性質(zhì)及其分類(lèi)在人的大腦皮層中存在著頻繁的電活動(dòng)，而人腦正是通過(guò)這些電活動(dòng)來(lái)完成各種生理機(jī)能的。人的大腦皮層的這種電活動(dòng)是自發(fā)的，其電位可隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化，用電極將這些電位隨時(shí)間

3、變化的波形提取出來(lái)并加以記錄就可以得到腦電圖。通過(guò)檢測(cè)并記錄人的腦電圖就可以對(duì)人的大腦及神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行診療。自發(fā)腦電波由于類(lèi)似于正弦信號(hào)，所以可以作為一種正弦波為主波的波形來(lái)進(jìn)行分析，因此腦電圖波形可以用周期、振幅、相位等特征來(lái)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(jì)(1)波可在頭顱枕部檢測(cè)到，頻率為8-13Hz，振幅為20-100aV，它是腦電波中最明顯的波;整個(gè)皮層均可以產(chǎn)生a波，呈現(xiàn)菱狀圖

4、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(shí)所記錄的波形。(3)波頻率為4-7Hz，振幅為10-501V，它是在困倦時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時(shí)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(shí)出現(xiàn)，頻率為1一3.5Hz，振幅為20-200uV。1.2腦電產(chǎn)生的機(jī)理現(xiàn)在對(duì)于人體腦電產(chǎn)生的機(jī)制還不很完全了解。一般來(lái)說(shuō)在人體中細(xì)胞膜兩側(cè)離子分布不均勻，細(xì)胞內(nèi)外離子(K+,Na+-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì))的濃度存在很大差異，

5、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(kuò)散，從而形成一定的電位差。安靜狀態(tài)下存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差，其數(shù)值隨動(dòng)物種類(lèi)和細(xì)胞種類(lèi)不同而異，但都是內(nèi)負(fù)外正，只要細(xì)胞未受到外來(lái)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(duì)穩(wěn)定的水平。但是可興奮細(xì)胞在受到足夠強(qiáng)的刺激時(shí)，膜在靜息電位的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生一次短暫的電位波動(dòng)，并沿著細(xì)胞膜向周?chē)鷶U(kuò)布，使整個(gè)細(xì)胞都經(jīng)歷一次同樣的電位變化。人體中神經(jīng)元的活動(dòng)也一樣，既包括本身固有的電活動(dòng)(膜電位及其波動(dòng));也包括動(dòng)作電位的傳導(dǎo)(

6、即神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo))及突觸傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的興奮性或抑制性突觸后電位。對(duì)于腦電波產(chǎn)生的原理目前較公認(rèn)的論點(diǎn)是突觸后電位學(xué)說(shuō)，即認(rèn)為腦電波是皮層內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞群同步活動(dòng)時(shí)突觸后電位的總和。人類(lèi)或脊椎動(dòng)物在安靜情況下，即使沒(méi)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(chēng)為腦電的自發(fā)活動(dòng)，被描述下來(lái)即稱(chēng)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(cè)的意義腦電的研究包括正問(wèn)題和逆問(wèn)題兩個(gè)方面。正問(wèn)題是在已知腦內(nèi)電活動(dòng)源的情況下去分析頭皮上的電位;逆問(wèn)題是指用從頭皮觀(guān)測(cè)的電位去

7、反演腦內(nèi)電活動(dòng)源的信息。盡管腦電的發(fā)生機(jī)制沒(méi)有完全弄清楚，但是其對(duì)于我們應(yīng)用來(lái)說(shuō)影響不是很大。其在醫(yī)學(xué)檢測(cè)上應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而且凸顯出越來(lái)越重要的價(jià)值，尤其是腦電逆問(wèn)題的研究有很大的現(xiàn)實(shí)意義。-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)上的臨床誘發(fā)電位診斷就是基于逆問(wèn)題研究這一點(diǎn)出發(fā)的。所謂誘發(fā)電位是指對(duì)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(duì)刺激(正性或負(fù)性)的信息進(jìn)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(duì)固定時(shí)間間隔(鎖時(shí)關(guān)系)和特定相的生物電反應(yīng)〔

8、lU]。這是因?yàn)楫?dāng)人或動(dòng)物受到外部刺激時(shí)，在腦內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電位變化，并且電位值隨著刺激的時(shí)間和刺激形式的變化而變化。因此臨床誘發(fā)電位診斷實(shí)際是檢測(cè)人在受到外界的刺激時(shí)所引發(fā)的腦電變化情況，以此來(lái)分析人的腦部病變狀況。誘發(fā)刺激主要是利用軀體感覺(jué)誘發(fā)電位(SEPs)、聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)電位(AEPs)、視覺(jué)誘發(fā)電位(VEPs)和運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEPs)等。-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2腦電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本研究所設(shè)計(jì)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(guò)電極采