【摘要】：腦電(EEG)作為人腦活動(dòng)的外在表征,其能直觀反映出大腦皮層各個(gè)區(qū)域的活動(dòng)狀態(tài),不僅可用于監(jiān)測人的生理和心理狀態(tài),也可為癡呆、腫瘤、癲癇等腦疾病提供可靠的診斷依據(jù)。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)行的16通道腦電采集系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足對(duì)癲癇、腫瘤等腦疾病的病灶進(jìn)行精確定位的需求。另一方面,腦機(jī)接口的快速發(fā)展也需要腦電采集系統(tǒng)集成更多的采集通道,以便獲取更緊密大腦部位的信息從而進(jìn)行算法分析。針對(duì)上述情況,本文研究與設(shè)計(jì)了一款多通道的腦電采集系統(tǒng)。本多通道腦電采集系統(tǒng)總體可分為多通道模擬前端放大電路和支持多通道采集的數(shù)字電路。多通道模擬前端放大電路包含儀表放大電路、右腿驅(qū)動(dòng)電路、高增益放大電路、多通道復(fù)用電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。支持多通道采集的數(shù)字電路主要包含F(xiàn)PGA芯片、四片DDR3芯片、兩片千兆以太網(wǎng)PHY芯片。腦電信號(hào)先經(jīng)多通道模擬前端放大電路放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后經(jīng)由數(shù)字電路送進(jìn)電腦保存和還原。本設(shè)計(jì)對(duì)常見的右腿驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了改進(jìn)。通過改變緩沖運(yùn)放的放大倍數(shù),使右腿驅(qū)動(dòng)電路對(duì)工頻信號(hào)的放大能力增加20dB,反相反饋回人體后更好地壓制工頻干擾。為緩沖電路加入超前補(bǔ)償,增加了采集系統(tǒng)反饋環(huán)路的相位裕度。通過加入多通道復(fù)用電路,在實(shí)現(xiàn)多通道采集的同時(shí),也可以使得后期在成本不顯著增加的情況下,采集電路的通道數(shù)成倍數(shù)的拓展。為支持通道數(shù)的擴(kuò)展以及采樣率的提高,設(shè)計(jì)了一塊能支持采樣率為500Ksps、有效位為24位、256采集通道的數(shù)據(jù)進(jìn)機(jī)的數(shù)字電路板。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)為:通道采樣率為50Ksps、量化精度16位、通道數(shù)量64通道(可擴(kuò)展)、數(shù)字電路進(jìn)機(jī)速率到千兆比特每秒。本項(xiàng)目為前瞻性研究,實(shí)測基于現(xiàn)有16通道腦電帽進(jìn)行。在被測試人員狀態(tài)平穩(wěn)時(shí),利用示波器觀察多通道模擬前端放大電路的輸出信號(hào),證明了多通道模擬前端放大電路工作正常。在數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)字電路板進(jìn)機(jī)后,利用MATLAB軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,發(fā)現(xiàn)信號(hào)的頻率主要集中于30Hz以下,與人體安靜時(shí)腦電信號(hào)的頻率相符,從而驗(yàn)證了本采集系統(tǒng)的可行性。
【圖文】：

第一章 緒論背景及意義號(hào)是人腦處于活動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，大量神經(jīng)元同步引起的突觸后電位信號(hào)記錄了大腦活動(dòng)時(shí)的電信號(hào)變化情況，是腦神經(jīng)元細(xì)胞的電大腦皮層的整體反映[1]。號(hào)在臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用與人類健康息息相關(guān)。目前，腦電信號(hào)面：（1）腦電檢查可以協(xié)助醫(yī)生對(duì)各種類型的腦科疾病評(píng)估、診信號(hào)與人的心理特征在理論上密切相關(guān)，因此腦電可用于對(duì)特殊態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測[3]。（3）腦-機(jī)接口能為思維正常但有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)功外界交流和控制的方式，如圖 1-1 所示的殘疾人機(jī)械手臂[4,5,6]。（手控制的方式，提供更好的侵入式體驗(yàn)，如 VR 游戲[7,8]。

本章闡述系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)信號(hào)的處理鏈路將系統(tǒng)劃分為了兩個(gè)主要的部分：多通道模擬前端放大電路和支持多通道采集的數(shù)字電路模塊。多通道模擬前端放大電路完成對(duì)腦電信號(hào)的放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且通過加入多通道復(fù)用電路在實(shí)現(xiàn)了多通道采集的同時(shí)也為后期的通道擴(kuò)展留下了接口。支持多通道采集的數(shù)字電路模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要滿足單通道采樣率為 500Ksps、有效位為 24 位、256 通道采集時(shí)數(shù)據(jù)的進(jìn)機(jī)。2.1 系統(tǒng)架構(gòu)本文提出的多通道腦電采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖 2-1 所示。該系統(tǒng)分為多通道模擬前端放大和數(shù)字電路兩個(gè)部分。將腦電極采集到的信號(hào)送入多通道模擬前端電路放大，前端模擬放大電路通過右腿驅(qū)動(dòng)電路將共模信號(hào)反饋回人體，同時(shí)多通道模擬前端放大負(fù)責(zé)將腦電信號(hào)放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字電路將數(shù)字信號(hào)緩存和轉(zhuǎn)換后，，通過千兆以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)送進(jìn)電腦儲(chǔ)存和還原。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH77

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 王曉椺;石立臣;呂寶糧;;干電極腦電采集技術(shù)綜述[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2010年05期

2 毓青;楊衛(wèi)東;陳旨娟;王增光;陳英;王鳳樓;;EEG和MEG在額葉癲癇致癇灶定位的價(jià)值[J];天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);2010年02期

3 方煒園;陳亞光;;基于SOPC的多通道動(dòng)態(tài)腦電采集系統(tǒng)[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2008年06期

4 吳昱e

本文編號(hào)：2627646