腦電生物反饋機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與算法研究.pdf

1、腦電生物反饋機(jī)是一種通過(guò)采集患者腦部電信號(hào)，分析其與疾病活動(dòng)性及發(fā)病類型的關(guān)系，診斷大腦內(nèi)部神經(jīng)細(xì)胞群的生理活動(dòng)狀況的醫(yī)療儀器。該醫(yī)療儀器已在臨床醫(yī)學(xué)中被作為對(duì)患者的進(jìn)一步治療提供可靠依據(jù)的工具，特別是對(duì)臨床腦部疾病的診斷，對(duì)于患者的康復(fù)具有重要意義。
　　然而，目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的腦電生物反饋機(jī)大部分基于FPGA+MCU的硬件方案，并將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)后再通過(guò)算法提取誘發(fā)腦電，然而這種方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)依然存在如下缺陷:在硬件上，系統(tǒng)抗干擾

2、能力不強(qiáng)、同步性較弱和數(shù)據(jù)傳輸量大的;在算法上，依然采用傳統(tǒng)的疊加平均算法進(jìn)行信號(hào)提取，需要對(duì)測(cè)試者進(jìn)行多次刺激獲取信號(hào)，可能影響到患者神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致采集信號(hào)不準(zhǔn)確。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于FPGA+ARM+DSP的硬件方案，使系統(tǒng)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的控制能力和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理能力，改善放大器電路部分，提高了抗干擾能力;在DSP中實(shí)現(xiàn)提取信號(hào)的算法，減輕了與系統(tǒng)通訊負(fù)擔(dān)，以此降低信號(hào)失真和提高系統(tǒng)同步性。
　　針對(duì)上述提出的設(shè)計(jì)方案，本文主要

3、工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　在硬件設(shè)計(jì)方面，論文中分析了系統(tǒng)的核心電路模塊的設(shè)計(jì);論述了設(shè)計(jì)電路以實(shí)現(xiàn)將算法移植到下位機(jī)中的方法;研究了在多芯片的硬件設(shè)計(jì)方案中，實(shí)現(xiàn)各模塊之間數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)倪^(guò)程;研究了如何采用擴(kuò)展SRAM的方法解決算法移植到DSP平臺(tái)后需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題;采用多芯片的方案，雖然增加了電路設(shè)計(jì)的難度，卻減輕了與上位機(jī)的通訊負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)的性能及同步性得到了改善。
　　在算法設(shè)計(jì)方面，本文介紹了通過(guò)疊加平均算法

4、對(duì)ERP進(jìn)行提取的方法，首先通過(guò)IIR濾波器改進(jìn)了傳統(tǒng)疊加平均算法;然后再采用自適應(yīng)干擾相消原理進(jìn)一步改進(jìn)，改進(jìn)后的算法減少了信號(hào)的疊加次數(shù)。在算法章節(jié)中，通過(guò)MATLAB對(duì)算法改進(jìn)前后進(jìn)行了仿真和分析，驗(yàn)證了改進(jìn)后的疊加算法對(duì)ERP的提取效果的優(yōu)勢(shì)。
　　在程序設(shè)計(jì)方面，主要介紹了信號(hào)采集模塊的實(shí)現(xiàn)、在多個(gè)芯片之間的總線互連通訊接口模塊的設(shè)計(jì)。研究如何通過(guò)FPGA的內(nèi)部FIFO緩沖模塊實(shí)現(xiàn)DSP、FPGA和ARM之間的數(shù)據(jù)高速傳