多通道EP/EMG系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特征提取算法研究
發(fā)布時(shí)間:2021-08-28 18:43
誘發(fā)電位信號(Evoked Potentials, EP)是人體在外界刺激下所表現(xiàn)出來的神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)狀態(tài),它描述了人體神經(jīng)系統(tǒng)對受到外界刺激在特定部位與特定時(shí)間所綜合呈現(xiàn)出來的電學(xué)特征,是一種極其微弱的人體電生理信號;肌電,是指肌肉在靜止或收縮的時(shí)候所表現(xiàn)出來的電活動(dòng),記錄肌肉電位活動(dòng)的曲線稱作肌電圖(Electromyography, EMG);其中,特別是誘發(fā)電位的采集提取,對研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供了新的方法,目前對誘發(fā)電位進(jìn)行檢測判斷,是現(xiàn)代神經(jīng)學(xué)臨床診斷的重要工具之一。它是通過對人體施加視覺、聽覺或體感刺激等方式,在相應(yīng)體表部位記錄人體產(chǎn)生的誘發(fā)生物電活動(dòng);誘發(fā)電位的研究對人體神經(jīng)系統(tǒng)的臨床診斷、醫(yī)學(xué)康復(fù)工程、信息傳遞等領(lǐng)域都具有重要的意義,已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文提出的多通道EP/EMG采集系統(tǒng),通過微弱信號放大技術(shù)及多通道同步采集技術(shù),可精確采集提取誘發(fā)電位信號,由上位機(jī)模塊、主控制器模塊及刺激器模塊、信號放大調(diào)理模塊組成。刺激器模塊可以產(chǎn)生棋盤格、LED閃光刺激、滴答音、爆破音的方式對人體施加刺激,刺激所產(chǎn)生的誘發(fā)電位信號由信號采集模塊進(jìn)行信號放大調(diào)理模塊的處理,經(jīng)控...
【文章來源】:廣東工業(yè)大學(xué)廣東省
【文章頁數(shù)】:73 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1視覺誘發(fā)電位形成機(jī)理[57】??Fig.?2-1?Detection?principle?of?VEP??2.1.2聽覺誘發(fā)電位形成機(jī)理??
④剌激時(shí)間:10-99S。??⑤重復(fù)次數(shù):1-10次。??(2)視覺誘發(fā)具體流程如圖2-5所示;??2)聽覺誘發(fā)功能需求分析:??本系統(tǒng)應(yīng)具有采集提取聽覺誘發(fā)電位的功能?赏ㄟ^選擇不同的聽覺刺激方式,??‘?施加給患者聽覺神經(jīng)系統(tǒng)一定量的刺激,在一定時(shí)間內(nèi),誘發(fā)出刺激相關(guān)的特征波,??經(jīng)多次疊加提取出特征波,進(jìn)而對波形的潛伏期、幅值進(jìn)行檢測,比對正常值從而進(jìn)??行診斷。最后,系統(tǒng)生成波形和測量結(jié)果報(bào)告,可保存和輸出。??(1)聽覺誘發(fā)詳細(xì)需求:??腦干聽覺誘發(fā)電位是通過使病人戴上耳機(jī),給耳朵施加聽覺剌激(如click聲),在??頭部電極(-:耳垂;+:頭頂)即能記錄出一個(gè)誘發(fā)反應(yīng)波形。本系統(tǒng)主要包含三種??聽覺刺激聲音,滴答聲、爆破音和白噪聲,每種刺激聲音可選不同剌激參數(shù),如聲音??強(qiáng)度、聲音輸出頻率、刺激次數(shù)等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的腦干聽覺誘發(fā)電位需有以下參數(shù)設(shè)??置(左耳、右耳兩個(gè)通道,可選擇左耳刺激、右耳刺激、左右耳同時(shí)刺激或選擇不同??剌激聲音類型):??①聲音輸出頻率:20Hz-8kHz;??②聲音輸出類型:滴答聲、爆破音、白噪聲;??③刺激次數(shù):10次-10000次;??④輸出聲音強(qiáng)度:OdB-lOOdB?nHL;??⑤刺激側(cè)耳:左側(cè)
接收來自各通道的數(shù)據(jù)并緩存于自身開辟的緩沖區(qū)內(nèi),通過TCP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)??行封包傳輸(在程序中定義為最髙優(yōu)先級外部中斷)。ARM響應(yīng)外部中斷并讀取數(shù)據(jù)的??流程圖如圖3-4所71^:??f八高速數(shù)據(jù)讀取中¥??f?中斷管理?)??I???拉低F丨FO_Read信號???Y??I?“???中斷紀(jì)置并優(yōu)先級I?■??設(shè)定?★??T?發(fā)送讀取時(shí)鐘CLK??開啟中K??i????1??讀取丨0?口數(shù)據(jù)??T?I??1??等待中新到來^?”??將?存至USB?I??Buffer??是咨全??拉低F丨FO_Read信號??T??返回)??圖3-4?FPGA高速數(shù)據(jù)讀取中斷??Fig.?3-4?FPGA?high-speed?read?data?from?interrupt??3.1.2主控制器FPGA設(shè)計(jì)??系統(tǒng)主控制模塊中的FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證高速實(shí)時(shí)同步性的關(guān)鍵。FPGA以并行運(yùn)??算為主,以硬件描述語言來實(shí)現(xiàn),FPGA開發(fā)相對于傳統(tǒng)PC、MCU的開發(fā)有很大不同,??需要從頂層設(shè)計(jì)、模塊分層、邏輯實(shí)現(xiàn)、軟硬件調(diào)試等多方面著手。根據(jù)器件使用規(guī)??范手冊的要求,cyclone?III系列芯片需要提供三組電源,分別為:用于I/O接口供??電的+3.3V、用于鎖相環(huán)模擬部分供電的+2.?5V、用于鎖相環(huán)數(shù)字部分和內(nèi)核供電的??+1.?25V,其設(shè)計(jì)如圖3-5所??21??
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]神經(jīng)傳導(dǎo)的新概念:無動(dòng)作電位的興奮傳導(dǎo)[J]. 王立偉,朱林燕,王躍春,王子棟. 生理科學(xué)進(jìn)展. 2011(04)
[2]腦干聽覺誘發(fā)電位在后循環(huán)梗死中的應(yīng)用價(jià)值[J]. 庾建英,劉繼新,朱沂,李建新. 西部醫(yī)學(xué). 2011(08)
[3]聽神經(jīng)瘤患者的腦干聽覺誘發(fā)電位研究[J]. 潘曉麗,玄璿,張楠楠,張紅霞. 醫(yī)學(xué)臨床研究. 2010 (12)
[4]腦干聽覺誘發(fā)電位在后顱窩腫瘤術(shù)中的應(yīng)用[J]. 林亦海,薛躍華,徐正保,趙衛(wèi)國,卞留貫,孫青芳. 現(xiàn)代實(shí)用醫(yī)學(xué). 2010(09)
[5]聽覺誘發(fā)電位信號的小波消噪方法研究[J]. 李越囡,孫迎. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2010(03)
[6]基于小波變換的誘發(fā)電位信號去噪研究[J]. 鄒凌,陶彩林,王正洪. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2010(01)
[7]提升小波在誘發(fā)電位提取中的應(yīng)用研究[J]. 鄒凌,陶彩林,陳樹越,馬正華. 國際生物醫(yī)學(xué)工程雜志. 2009 (06)
[8]基于FPGA的微刺激器設(shè)計(jì)[J]. 郭忠元,劉景全,芮岳峰,朱正罕,邱可可,楊春生. 電子測量技術(shù). 2009(11)
[9]Correlations between Event-related Potentials with Pictures Recognition and WMS-RC Scores in Patients with Memory Disorder Caused by Severe Traumatic Brain Injury[J]. 劉子龍,劉良,樊則兵,陳曉瑞,趙小紅,張玲莉,饒廣勛,李海霞. Journal of Huazhong University of Science and Technology(Medical Sciences). 2008(06)
[10]聽覺誘發(fā)電位及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值[J]. 張新安,徐靜濤,劉技輝. 中國法醫(yī)學(xué)雜志. 2007(03)
博士論文
[1]基于視覺誘發(fā)電位的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究[D]. 何慶華.重慶大學(xué) 2003
碩士論文
[1]基于小波濾噪的腦干誘發(fā)電位儀校準(zhǔn)系統(tǒng)[D]. 王吉同.北京化工大學(xué) 2013
[2]基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦—機(jī)接口實(shí)現(xiàn)與研究[D]. 鄭軍.華南理工大學(xué) 2012
[3]腦干聽覺誘發(fā)電位及體感誘發(fā)電位在重型顱腦損傷患者預(yù)后評估中的作用[D]. 吳運(yùn).安徽醫(yī)科大學(xué) 2012
[4]聽覺腦干誘發(fā)電位儀的研究[D]. 王莉.北京交通大學(xué) 2010
[5]腦干聽覺誘發(fā)電位的提取分析方法研究[D]. 袁建萍.山東大學(xué) 2009
[6]腦干聽覺誘發(fā)電位和體感誘發(fā)電位在意識障礙患者預(yù)后評估中的價(jià)值[D]. 劉素萍.福建醫(yī)科大學(xué) 2009
本文編號:3369046
【文章來源】:廣東工業(yè)大學(xué)廣東省
【文章頁數(shù)】:73 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1視覺誘發(fā)電位形成機(jī)理[57】??Fig.?2-1?Detection?principle?of?VEP??2.1.2聽覺誘發(fā)電位形成機(jī)理??
④剌激時(shí)間:10-99S。??⑤重復(fù)次數(shù):1-10次。??(2)視覺誘發(fā)具體流程如圖2-5所示;??2)聽覺誘發(fā)功能需求分析:??本系統(tǒng)應(yīng)具有采集提取聽覺誘發(fā)電位的功能?赏ㄟ^選擇不同的聽覺刺激方式,??‘?施加給患者聽覺神經(jīng)系統(tǒng)一定量的刺激,在一定時(shí)間內(nèi),誘發(fā)出刺激相關(guān)的特征波,??經(jīng)多次疊加提取出特征波,進(jìn)而對波形的潛伏期、幅值進(jìn)行檢測,比對正常值從而進(jìn)??行診斷。最后,系統(tǒng)生成波形和測量結(jié)果報(bào)告,可保存和輸出。??(1)聽覺誘發(fā)詳細(xì)需求:??腦干聽覺誘發(fā)電位是通過使病人戴上耳機(jī),給耳朵施加聽覺剌激(如click聲),在??頭部電極(-:耳垂;+:頭頂)即能記錄出一個(gè)誘發(fā)反應(yīng)波形。本系統(tǒng)主要包含三種??聽覺刺激聲音,滴答聲、爆破音和白噪聲,每種刺激聲音可選不同剌激參數(shù),如聲音??強(qiáng)度、聲音輸出頻率、刺激次數(shù)等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的腦干聽覺誘發(fā)電位需有以下參數(shù)設(shè)??置(左耳、右耳兩個(gè)通道,可選擇左耳刺激、右耳刺激、左右耳同時(shí)刺激或選擇不同??剌激聲音類型):??①聲音輸出頻率:20Hz-8kHz;??②聲音輸出類型:滴答聲、爆破音、白噪聲;??③刺激次數(shù):10次-10000次;??④輸出聲音強(qiáng)度:OdB-lOOdB?nHL;??⑤刺激側(cè)耳:左側(cè)
接收來自各通道的數(shù)據(jù)并緩存于自身開辟的緩沖區(qū)內(nèi),通過TCP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)??行封包傳輸(在程序中定義為最髙優(yōu)先級外部中斷)。ARM響應(yīng)外部中斷并讀取數(shù)據(jù)的??流程圖如圖3-4所71^:??f八高速數(shù)據(jù)讀取中¥??f?中斷管理?)??I???拉低F丨FO_Read信號???Y??I?“???中斷紀(jì)置并優(yōu)先級I?■??設(shè)定?★??T?發(fā)送讀取時(shí)鐘CLK??開啟中K??i????1??讀取丨0?口數(shù)據(jù)??T?I??1??等待中新到來^?”??將?存至USB?I??Buffer??是咨全??拉低F丨FO_Read信號??T??返回)??圖3-4?FPGA高速數(shù)據(jù)讀取中斷??Fig.?3-4?FPGA?high-speed?read?data?from?interrupt??3.1.2主控制器FPGA設(shè)計(jì)??系統(tǒng)主控制模塊中的FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證高速實(shí)時(shí)同步性的關(guān)鍵。FPGA以并行運(yùn)??算為主,以硬件描述語言來實(shí)現(xiàn),FPGA開發(fā)相對于傳統(tǒng)PC、MCU的開發(fā)有很大不同,??需要從頂層設(shè)計(jì)、模塊分層、邏輯實(shí)現(xiàn)、軟硬件調(diào)試等多方面著手。根據(jù)器件使用規(guī)??范手冊的要求,cyclone?III系列芯片需要提供三組電源,分別為:用于I/O接口供??電的+3.3V、用于鎖相環(huán)模擬部分供電的+2.?5V、用于鎖相環(huán)數(shù)字部分和內(nèi)核供電的??+1.?25V,其設(shè)計(jì)如圖3-5所??21??
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]神經(jīng)傳導(dǎo)的新概念:無動(dòng)作電位的興奮傳導(dǎo)[J]. 王立偉,朱林燕,王躍春,王子棟. 生理科學(xué)進(jìn)展. 2011(04)
[2]腦干聽覺誘發(fā)電位在后循環(huán)梗死中的應(yīng)用價(jià)值[J]. 庾建英,劉繼新,朱沂,李建新. 西部醫(yī)學(xué). 2011(08)
[3]聽神經(jīng)瘤患者的腦干聽覺誘發(fā)電位研究[J]. 潘曉麗,玄璿,張楠楠,張紅霞. 醫(yī)學(xué)臨床研究. 2010 (12)
[4]腦干聽覺誘發(fā)電位在后顱窩腫瘤術(shù)中的應(yīng)用[J]. 林亦海,薛躍華,徐正保,趙衛(wèi)國,卞留貫,孫青芳. 現(xiàn)代實(shí)用醫(yī)學(xué). 2010(09)
[5]聽覺誘發(fā)電位信號的小波消噪方法研究[J]. 李越囡,孫迎. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2010(03)
[6]基于小波變換的誘發(fā)電位信號去噪研究[J]. 鄒凌,陶彩林,王正洪. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2010(01)
[7]提升小波在誘發(fā)電位提取中的應(yīng)用研究[J]. 鄒凌,陶彩林,陳樹越,馬正華. 國際生物醫(yī)學(xué)工程雜志. 2009 (06)
[8]基于FPGA的微刺激器設(shè)計(jì)[J]. 郭忠元,劉景全,芮岳峰,朱正罕,邱可可,楊春生. 電子測量技術(shù). 2009(11)
[9]Correlations between Event-related Potentials with Pictures Recognition and WMS-RC Scores in Patients with Memory Disorder Caused by Severe Traumatic Brain Injury[J]. 劉子龍,劉良,樊則兵,陳曉瑞,趙小紅,張玲莉,饒廣勛,李海霞. Journal of Huazhong University of Science and Technology(Medical Sciences). 2008(06)
[10]聽覺誘發(fā)電位及其法醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值[J]. 張新安,徐靜濤,劉技輝. 中國法醫(yī)學(xué)雜志. 2007(03)
博士論文
[1]基于視覺誘發(fā)電位的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)研究[D]. 何慶華.重慶大學(xué) 2003
碩士論文
[1]基于小波濾噪的腦干誘發(fā)電位儀校準(zhǔn)系統(tǒng)[D]. 王吉同.北京化工大學(xué) 2013
[2]基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位的腦—機(jī)接口實(shí)現(xiàn)與研究[D]. 鄭軍.華南理工大學(xué) 2012
[3]腦干聽覺誘發(fā)電位及體感誘發(fā)電位在重型顱腦損傷患者預(yù)后評估中的作用[D]. 吳運(yùn).安徽醫(yī)科大學(xué) 2012
[4]聽覺腦干誘發(fā)電位儀的研究[D]. 王莉.北京交通大學(xué) 2010
[5]腦干聽覺誘發(fā)電位的提取分析方法研究[D]. 袁建萍.山東大學(xué) 2009
[6]腦干聽覺誘發(fā)電位和體感誘發(fā)電位在意識障礙患者預(yù)后評估中的價(jià)值[D]. 劉素萍.福建醫(yī)科大學(xué) 2009
本文編號:3369046
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