本文關(guān)鍵詞：腦電生物反饋機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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)高速傳輸；并通過(guò)流程圖將各模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行描述和分析。
【關(guān)鍵詞】：生物反饋 數(shù)字信號(hào)控制器 嵌入式系統(tǒng) 疊加算法
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R741.044;TN911.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-18
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排15-18
• 第二章 腦電信號(hào)的理論及系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)18-31
• 2.1 腦電信號(hào)基本知識(shí)18-23
• 2.1.1 自發(fā)腦電信號(hào)的分類19-20
• 2.1.2 腦電信號(hào)的特點(diǎn)20
• 2.1.3 誘發(fā)腦電信號(hào)的分類20-21
• 2.1.4 誘發(fā)腦電信號(hào)的特點(diǎn)21-23
• 2.2 腦電信號(hào)的采集23-26
• 2.2.1 腦電采集的方法23-24
• 2.2.2 腦電采集的條件24
• 2.2.3 腦電圖檢查的作用及意義24-26
• 2.3 生物反饋機(jī)系統(tǒng)方案26-30
• 2.3.1 生物反饋機(jī)控制系統(tǒng)的功能需求26-28
• 2.3.2 生物反饋機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 生物反饋機(jī)系統(tǒng)的核心電路設(shè)計(jì)31-49
• 3.1 多通道信號(hào)放大器調(diào)理模塊電路設(shè)計(jì)31-36
• 3.1.1 多通道信號(hào)放大電路原理框圖31-32
• 3.1.2 前置放大器電路設(shè)計(jì)32-34
• 3.1.3 第二級(jí)和三級(jí)放大電路設(shè)計(jì)34
• 3.1.4 高通濾波器電路設(shè)計(jì)34-36
• 3.2 FPGA多通道采集模塊電路設(shè)計(jì)36-41
• 3.2.1 多通道同步采集芯片F(xiàn)PGA的選型36-37
• 3.2.2 多通道同步采集芯片F(xiàn)PGA及其外圍電路設(shè)計(jì)37-39
• 3.2.3 FPGA核心電壓供電電路設(shè)計(jì)39-40
• 3.2.4 采集通道選擇的電路設(shè)計(jì)40-41
• 3.3 DSP信號(hào)處理模塊電路設(shè)計(jì)41-44
• 3.3.1 DSP芯片選型41-42
• 3.3.2 DSP的外圍電路設(shè)計(jì)42-43
• 3.3.3 DSP與FPGA的數(shù)據(jù)并行傳輸43-44
• 3.4 ARM主控制器及外圍設(shè)備模塊電路設(shè)計(jì)44-46
• 3.4.1 主控制器選型44-45
• 3.4.2 主控制器ARM與FPGA的數(shù)據(jù)并行傳輸45-46
• 3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 生物反饋機(jī)系統(tǒng)模塊的實(shí)現(xiàn)49-57
• 4.1 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器實(shí)現(xiàn)49-50
• 4.2 FPGA數(shù)據(jù)緩沖原理50-52
• 4.3 FPGA的總線互連通信模塊52-56
• 4.3.1 FPGA異步雙端口FIFO的實(shí)現(xiàn)52-54
• 4.3.2 FPGA與DSP的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)54-55
• 4.3.3 DSP與ARM的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 誘發(fā)腦電信號(hào)提取算法研究57-64
• 5.1 腦誘發(fā)電位特征的提取57
• 5.2 傳統(tǒng)疊加平均算法57-59
• 5.3 基于IIR濾波對(duì)疊加平均算法的改進(jìn)59-61
• 5.4 基于IIR濾波的自適應(yīng)干擾相消算法61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第六章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真及其分析64-68
• 6.1 硬件實(shí)物圖64-65
• 6.2 A/D模塊的仿真測(cè)試65-66
• 6.3 系統(tǒng)測(cè)試與分析66-67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 總結(jié)與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文73-75
• 致謝75

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 黃楓林;肌電生物反饋[J];白求恩醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);1983年02期

2 蔡雄鑫;胡森岐;黃繼臣;;生物反饋(一)[J];鐵道醫(yī)學(xué);1986年01期

3 Jnon P.Hatch;張?zhí)锟?;生物反饋的成長(zhǎng)和發(fā)展:文獻(xiàn)書(shū)目分析[J];國(guó)外醫(yī)學(xué)(生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè));1987年02期

4 周翔,南登昆;生物反饋在臨床上的應(yīng)用近況[J];國(guó)外醫(yī)學(xué)(物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)分冊(cè));1993年01期

5 王庭槐;生物反饋及其機(jī)理進(jìn)展[J];醫(yī)學(xué)信息;2002年10期

6 胡曉瑩,劉蓮芳;生物反饋對(duì)消化系癌癥患者護(hù)理效果的研究[J];現(xiàn)代護(hù)理;2003年01期

7 劉知源,周小東;生物反饋在精神醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展[J];臨床心身疾病雜志;2005年04期

8 趙勇;;生物反饋技術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用[J];現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生;2007年14期

9 趙立利;;生物反饋在治療大學(xué)生情緒表述困難中的應(yīng)用[J];社會(huì)心理科學(xué);2007年Z3期

10 Fuller DG;何鼎雄;;臨床實(shí)踐中生物反饋的現(xiàn)狀[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).精神病學(xué)分冊(cè);1980年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂軍;高維平;;生物反饋技術(shù)的臨床應(yīng)用[A];中國(guó)心理衛(wèi)生協(xié)會(huì)第四屆學(xué)術(shù)大會(huì)論文匯編[C];2003年

2 王凡;朱萍萍;;生物反饋聯(lián)合重建規(guī)律排便治療盆底失弛緩綜合癥的療效分析[A];中國(guó)肛腸病研究心得集[C];2011年

3 門(mén)曉煒;石洪波;余志運(yùn);張雪軍;周吉;陳斌;周飛;;生物反饋技術(shù)治療慢性非細(xì)菌性前列腺炎185例[A];第十六屆全國(guó)泌尿外科學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

4 陶泉;;肌電生物反饋在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[A];中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第三次康復(fù)治療學(xué)術(shù)大會(huì)論文匯編[C];2002年

5 宋華淼;李寶君;;漂浮放松生物反饋太空艙的研究與設(shè)計(jì)[A];增強(qiáng)心理學(xué)服務(wù)社會(huì)的意識(shí)和功能——中國(guó)心理學(xué)會(huì)成立90周年紀(jì)念大會(huì)暨第十四屆全國(guó)心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

6 吳楊;鄧林園;方曉義;;生物反饋技術(shù)在香煙渴求研究中的應(yīng)用[A];第十一屆全國(guó)心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

7 馮玲;茹文亞;許小峰;高海軍;;表面肌電生物反饋對(duì)卒中后運(yùn)動(dòng)模式異常的治療[A];中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)療法專業(yè)委員會(huì)第九屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文選編[C];2007年

8 陳燕;徐敏;;針對(duì)腦電生物反饋治療兒童注意缺陷多動(dòng)障礙的護(hù)理[A];2006（第三屆）江浙滬兒科學(xué)術(shù)會(huì)議暨浙江省兒科學(xué)術(shù)年會(huì)論文匯編[C];2006年

9 林琳;;生物反饋在功能性結(jié)直腸病中的應(yīng)用及體會(huì)[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國(guó)消化病學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編（上冊(cè)）[C];2007年

10 王燕;林征;林琳;張紅杰;王美峰;周麗榮;;自我效能干預(yù)對(duì)功能性便秘患者生物反饋依從性、有效率及滿意度的影響[A];第二十二屆全國(guó)中西醫(yī)結(jié)合消化系統(tǒng)疾病學(xué)術(shù)會(huì)議暨消化疾病診治進(jìn)展學(xué)習(xí)班論文匯編[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 吉祥;生物反饋可療病[N];醫(yī)藥養(yǎng)生保健報(bào);2005年

2 王雪飛;腦電生物反饋治多動(dòng)癥療效肯定[N];健康報(bào);2006年

3 金韋 編譯;生物反饋強(qiáng)度監(jiān)測(cè)器[N];電子報(bào);2004年

4 新訊;德開(kāi)發(fā)出生物反饋新療法治療磨牙[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2005年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙龍蓮;生物反饋中腦電信號(hào)分析及其在癲癇治療中應(yīng)用的研究[D];清華大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王鶴翔;基于腦電生物反饋技術(shù)的小學(xué)生學(xué)校內(nèi)焦慮干預(yù)研究[D];湖南師范大學(xué);2015年

2 盧志祥;腦電生物反饋機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與算法研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

3 張維平;基于生物反饋的放松技能訓(xùn)練系統(tǒng)的研究[D];燕山大學(xué);2006年

4 李米;生物反饋訓(xùn)練效率及模式的實(shí)驗(yàn)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2008年

5 陳放;藥物聯(lián)合生物反饋腦電治療青少年焦慮抑郁障礙的臨床對(duì)照研究[D];鄭州大學(xué);2013年

6 謝瑛瑛;基于生物反饋的呼吸訓(xùn)練系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];北京交通大學(xué);2010年

7 吳玉帆;生物反饋對(duì)兒童抽動(dòng)障礙及共患癥的療效研究[D];遵義醫(yī)學(xué)院;2009年

8 周禮鯤;生物反饋治成人慢性便秘的評(píng)價(jià)—薈萃分析[D];中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2008年

9 程建輝;基于生物反饋的放松技能訓(xùn)練儀的研制[D];河北大學(xué);2004年

10 姚秋園;中西醫(yī)結(jié)合治療盆底失弛緩綜合征臨床觀察[D];遼寧中醫(yī)藥大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：腦電生物反饋機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：308240