課程設(shè)計（論文）-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）：信息與控制工程學院通信電子系專業(yè)班級：姓名：學號：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?；赑C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

2、：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

3、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

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1一3.5Hz，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，

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，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(

6、即神經(jīng)沖動的傳導)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位;逆問題是指用從頭皮觀測的電位去

7、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。-15-基于DSP的腦電處理系統(tǒng)的設(shè)計醫(yī)學上的臨床誘發(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)〔

8、lU]。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