大鼠EEG-NIRS信號(hào)采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近紅外光譜技術(shù)(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)作為近幾十年剛嶄露頭角的腦功能監(jiān)測(cè)新穎手段，為人類揭開大腦奧秘以及檢測(cè)大腦疾病提供了可行的、有效的新方法。它采用對(duì)人體無害的近紅外光，通過測(cè)量大腦內(nèi)部組織中脫氧血紅蛋白、氧合血紅蛋白和總血紅蛋白的濃度變化，經(jīng)過特定的算法顯示在參數(shù)變化上，實(shí)驗(yàn)者通過分析變化的參數(shù)來判斷大腦特定的功能狀態(tài)。發(fā)展較成熟的腦電圖(Electroencephalography，EEG

2、)無論在科研領(lǐng)域還是醫(yī)療輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備都得到廣泛應(yīng)用。
　　隨著醫(yī)療手段日新月異，一些新型藥物也被研發(fā)出來，在不確定治療效果時(shí)無法直接在人體上驗(yàn)證，這時(shí)就需要在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。老鼠跟人類在生理學(xué)上相似度是極高的，因此在老鼠上驗(yàn)證是比較合適的。但針對(duì)老鼠腦監(jiān)測(cè)的設(shè)備遠(yuǎn)不如用于人類的完善，也大多不精確，老鼠頭部的有限面積也導(dǎo)致技術(shù)相對(duì)單一。因此本文研發(fā)了一種基于STM32的嵌入式系統(tǒng)和基于MATLAB GUI的上位機(jī)軟件的整套實(shí)驗(yàn)

3、監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)大腦生理活動(dòng)狀態(tài)，具體工作內(nèi)容如下：
　　首先，在數(shù)據(jù)處理方面，對(duì)EEG信號(hào)的低通、高通、工頻陷波處理分別進(jìn)行了討論分析，并做了仿真圖譜，確定了最適合EEG實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)字濾波方法；對(duì)NIRS信號(hào)根據(jù)的朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，經(jīng)過修改后推導(dǎo)出了計(jì)算氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度變化的公式算法。然后，本文對(duì)EEG、NIRS信號(hào)采集部分的硬件電路設(shè)計(jì)做了詳細(xì)介紹。硬件電路是以STM32F103系列芯

4、片為核心元件，整體電路包括電源電路、EEG信號(hào)放大濾波電路、發(fā)光LED驅(qū)動(dòng)電路、NIRS信號(hào)光電轉(zhuǎn)換電路、A/D采集電路、藍(lán)牙通訊電路、電極設(shè)計(jì)電路、前端探頭裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)各部分電路進(jìn)行了詳細(xì)的講解，并對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)光LED驅(qū)動(dòng)、A/D采集及讀取、數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)發(fā)送程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了逐步的講解。接下來對(duì)基于MATLAB GUI平臺(tái)設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行了介紹，功能模塊主要包括藍(lán)牙通信參數(shù)設(shè)置、通信協(xié)議、接收數(shù)據(jù)及處理、存儲(chǔ)、標(biāo)記、顯示、放大等模塊的設(shè)計(jì)