基于FPGA的多功能經(jīng)顱直流電刺激儀的設(shè)計.pdf

1、經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）是一種通過微弱直流電流刺激大腦皮層進而調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性的非侵入性神經(jīng)刺激技術(shù)。tDCS可引起皮層雙相的、極性依賴性的改變，目前該技術(shù)已成為神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)康復(fù)醫(yī)學(xué)、神經(jīng)病學(xué)的研究熱點。研究表明，tDCS可顯著提升學(xué)習(xí)記憶能力。認知功能障礙患者與正常人的腦電復(fù)雜度（Lemple-Zie Complexity，LZC）存在一定差異性，因此，

2、通過電極記錄的腦細胞群的自發(fā)性、節(jié)律性電活動的EEG信號可以作為實施tDCS后刺激效果的重要評價指標(biāo)。
　　本文所開發(fā)的基于FPGA的多功能經(jīng)顱直流電刺激儀，不僅實現(xiàn)了刺激功能，而且完成了腦電監(jiān)測分析功能。該儀器以FPGA芯片EP2C8Q208C8N為硬件控制核心，利用VHDL語言進行編程。通過無線藍牙接收到基于LabVIEW平臺的上位機傳輸來的刺激波形參數(shù)和控制指令，驅(qū)動FPGA生成強度、波形類型、頻率、占空比等參數(shù)可調(diào)的數(shù)字波

3、形，然后通過D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，最后通過壓控恒流源電路輸出恒定電流作用于人體靶區(qū)域。同時利用一參考電阻獲取流經(jīng)負載的電流值，經(jīng)藍牙傳輸?shù)缴衔粰C顯示，用戶不僅可以實時觀察輸出電流情況，還可以根據(jù)顯示結(jié)果反饋調(diào)節(jié)輸出電流值。此外，系統(tǒng)中的腦電采集模塊采集受試者的腦電信號，并將信號無線傳輸至上位機，在上位機實現(xiàn)對腦電信號的頻譜、功率譜、各節(jié)律腦電波形分析、復(fù)雜度計算及數(shù)據(jù)保存等處理與分析。
　　根據(jù)設(shè)置的參數(shù)和指令，

4、該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地輸出特定幅值、頻率、占空比的刺激波形，并對采集的腦電信號進行數(shù)據(jù)分析。在刺激模塊，刺激電流幅值精確度≤2%；正弦波在0.01～0.1Hz、0.1～1Hz和1～250Hz頻率段分別可以達到0.01Hz、0.1Hz和1Hz的步進值；在+2mA的刺激電流輸出下，最大負載為12KΩ；開始、中止、取消指令可以控制刺激電流的輸出。在腦電采集監(jiān)測模塊，系統(tǒng)支持8通道腦電采集分析，其共模抑制比為106dB，系統(tǒng)噪聲≤3uV；可以檢測出β