本文關(guān)鍵詞：腦電信號處理算法及其便攜式系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《廣東工業(yè)大學(xué)》 2011年

誘發(fā)腦電電刺激系統(tǒng)及其信號處理算法的研究

彭杰  

【摘要】：誘發(fā)腦電是指人為的對感覺器官施加光、聲、電刺激所引起的相應(yīng)腦電位變化。誘發(fā)腦電的分析是研究腦功能、腦認知活動的重要手段。體感誘發(fā)恒流電刺激器的研究和應(yīng)用對提高自主創(chuàng)新能力和提高國產(chǎn)生物電檢測醫(yī)療設(shè)備水平具有顯著的促進作用,對于腦和神經(jīng)科學(xué)研究、臨床診斷以及康復(fù)醫(yī)學(xué)具有重要的意義。目前國內(nèi)應(yīng)用于誘發(fā)腦電采集的體感誘發(fā)恒流電刺激器具有功耗大、抗工頻干擾能力弱、精度不高、功能單一等缺點,刺激器的安全性成為設(shè)計恒流電刺激器一個難點。本文針對體感誘發(fā)電位恒流刺激器的高精度和高安全性,設(shè)計了基于FPGA控制的高性能體感恒流電刺激器,并采用現(xiàn)代數(shù)字信號處理方法ICA方法對體感誘發(fā)電位進行特征提取。論文研究內(nèi)容如下： 1.本文根據(jù)誘發(fā)腦電信號采集系統(tǒng)中的恒流電刺激器的設(shè)計要求和相關(guān)指標(biāo),進行硬件電路設(shè)計。在刺激器工作過程中,無論刺激脈沖的寬度失控還是電流強度失控,都能灼傷皮膚,對此,設(shè)計了能夠?qū)r間限制在毫秒級的脈寬限制電路,能夠有效地將刺激脈寬限制在lms以內(nèi)；針對恒流刺激器的低功耗和高精度性,采用FPGA作為控制器和12位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片相結(jié)合,能夠有效控制多種刺激模式的邏輯時序,提高了刺激器的控制精度和性能要求；為了保證人身安全,刺激脈沖輸出電流必須采用浮地技術(shù),在隔離變壓后的升壓電路中,采用的二極管-電容倍壓升壓原理設(shè)計升壓電路,這種設(shè)計使得刺激電路不會有長時間的恒電流通過人體,保證了人體不會被強電流電擊,另外在安全性方面,還設(shè)計了掉電保護、漏電保護、過流保護等安全性保護電路。最后針對刺激器進行了線性度和拉電流兩種性能測試,測試結(jié)果表明各項指標(biāo)都符合最初設(shè)計要求。 2.對體感誘發(fā)腦電信號的分析軟件作了詳細介紹,設(shè)計了體感誘發(fā)刺激界面,并對誘發(fā)腦電信號的常規(guī)提取方法-相干疊加平均法和現(xiàn)代數(shù)字信號處理方法-獨立分量分析法進行了概述,采用ICA算法對誘發(fā)電位進行特征提取,能克服了傳統(tǒng)的常規(guī)處理方法帶來的引起患者神經(jīng)系統(tǒng)的疲勞產(chǎn)生適應(yīng)性而導(dǎo)致的誤差,提取到了正確的體感誘發(fā)電位波形圖,并將其與應(yīng)用相干疊加平均法采集到的體感誘發(fā)電位波形圖進行比較,提取的結(jié)果表明ICA方法算法適中,處理速度快,對誘發(fā)電位的單次提取效果更加明顯。 通過采用FPGA作為控制器來設(shè)計體感恒流刺激器,并在硬件電路的設(shè)計中充分考慮安全性和高精度性,打破了常規(guī)醫(yī)療器械功能單一,安全性差等特性,提高了恒流刺激器的整體性能,并將ICA應(yīng)用于誘發(fā)電位單次特征提取,取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

摘要4-6

Abstract6-8

目錄8-11

Contents11-14

第一章 緒論14-22

1.1 研究背景及意義14-15

1.2 腦電信號概述15-17

1.3 誘發(fā)腦電信號國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21

1.3.1 誘發(fā)電位電刺激器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19

1.3.2 誘發(fā)電位信號處理算法研究現(xiàn)狀19-21

1.4 本論文研究的主要內(nèi)容21-22

第二章 誘發(fā)電位采集系統(tǒng)概述22-33

2.1 誘發(fā)電位22-26

2.1.1 誘發(fā)電位定義22-23

2.1.2 誘發(fā)電位特性23-24

2.1.3 誘發(fā)電位分類24-26

2.2 誘發(fā)腦電采集系統(tǒng)26-30

2.2.1 誘發(fā)腦電采集的原理架構(gòu)27-28

2.2.2 誘發(fā)腦電刺激器28-29

2.2.3 腦電信號采集系統(tǒng)29-30

2.3 電刺激的體感誘發(fā)電位刺激系統(tǒng)整體設(shè)計30-32

2.3.1 刺激系統(tǒng)硬件設(shè)計30-31

2.3.3 軟件設(shè)計31-32

2.4 本章小結(jié)32-33

第三章 體感誘發(fā)腦電電刺激器硬件設(shè)計33-57

3.1 刺激器設(shè)計要求33-34

3.2 FPGA嵌入式最小系統(tǒng)34-37

3.2.1 FPGA最小系統(tǒng)電路34-36

3.2.2 FPGA最小系統(tǒng)電源電路36-37

3.3 RS232串行通信接口37-38

3.4 倍壓整流電路38-41

3.4.1 具體設(shè)計39-40

3.4.2 電路仿真分析40-41

3.5 刺激器恒流刺激部分41-51

3.5.1 恒流源基準(zhǔn)電路41-42

3.5.2 脈寬限制電路42-43

3.5.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路43-46

3.5.4 電路仿真結(jié)果46-51

3.6 手動調(diào)節(jié)電流強度51-55

3.6.1 線性光耦合器件選擇51-52

3.6.2 線性隔離電壓轉(zhuǎn)換電路52-54

3.6.3 電路仿真分析54-55

3.7 電流刺激器線性能測試55-56

3.7.1 線性度測試55

3.7.2 拉電流測試55-56

3.8 本章小結(jié)56-57

第四章 體感誘發(fā)腦電信號的分析軟件57-71

4.1 腦電波分析軟件57-59

4.1.1 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計57-58

4.1.2 腦電波分析軟件概要設(shè)計58-59

4.2 體感誘發(fā)電位的特征提取59-64

4.2.1 相干疊加平均法59-60

4.2.2 獨立分量分析基礎(chǔ)理論60-64

4.3 獨立分量分析在誘發(fā)電位提取中的應(yīng)用64-70

4.3.1 FastICA算法64-67

4.3.2 基于FastICA算法的誘發(fā)電位提取67-69

4.3.3 實驗結(jié)果分析69-70

4.4 本章小結(jié)70-71

結(jié)論與展望71-73

參考文獻73-77

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文77-79

致謝79

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中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李凌;曾慶寧;堯德中;;利用兩級抗交叉串?dāng)_自適應(yīng)濾波器提取誘發(fā)腦電信號[A];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第六次會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2004年

2 王毅軍;張志廣;李勇;高小榕;高上凱;楊福生;;2003年腦機接口數(shù)據(jù)競賽論文之一——基于CSSD和FDA的單次手指運動誘發(fā)腦電分類算法[A];首屆全國功能神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)信息學(xué)研討會論文匯編[C];2003年

3 王宏;薛蘊全;王秋英;;磁場刺激誘發(fā)腦電位的非線性動力學(xué)特征[A];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第六次會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2004年

4 張浩;劉志鏡;;基于動態(tài)時間規(guī)整的步態(tài)自動識別[A];圖像圖形技術(shù)研究與應(yīng)用2009——第四屆圖像圖形技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

5 劉兵;孫超;楊益新;柳革命;;被動聲納目標(biāo)臨界頻帶頻譜能量的特征提取[A];2009年全國水聲學(xué)學(xué)術(shù)交流暨水聲學(xué)分會換屆改選會議論文集[C];2009年

6 袁駿;肖卉;;基于艦船輻射噪聲的聽覺特征分析與仿真[A];2009年全國水聲學(xué)學(xué)術(shù)交流暨水聲學(xué)分會換屆改選會議論文集[C];2009年

7 王偉;劉文濤;;基于小波變換的脈象信號特征提取[A];第二十三屆中國（天津）2009IT、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、電子、儀器儀表創(chuàng)新學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

8 林土勝;賴聲禮;;視網(wǎng)膜血管特征提取的拆支跟蹤法[A];1999年中國神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與信號處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];1999年

9 錢小聰;鄭寶玉;穆明鑫;;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機手寫簽名驗證[A];第十屆全國信號處理學(xué)術(shù)年會（CCSP-2001）論文集[C];2001年

10 王艷豐;李鋼虎;林關(guān)成;;水下目標(biāo)特征的分形維提取算法改進[A];2009年中國東西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 中青;[N];福建科技報;2008年

2 姚永玲;[N];人民日報;2006年

3 燕海霞；王憶勤；李福鳳;[N];中國醫(yī)藥報;2005年

4 于洋;[N];科技日報;2007年

5 復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)基地;[N];光明日報;2002年

6 沈占鋒;[N];計算機世界;2006年

7 通訊員　姚永玲;[N];科技日報;2006年

8 深圳商報記者　秦興梅 通訊員　陸原;[N];深圳商報;2006年

9 劉歡 姚永玲;[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2005年

10 翟旺;[N];保健時報;2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 綦宏志;腦—機接口中上肢想象動作側(cè)向性識別的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2008年

2 孫真真;基于光學(xué)區(qū)雷達目標(biāo)二維像的目標(biāo)散射特征提取的理論及方法研究[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

3 武子玉;礦物近紅外光譜信息提取及應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2005年

4 王承;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬電路故障診斷方法研究[D];電子科技大學(xué);2005年

5 張旗;基于屬性的圖像分類研究[D];大連海事大學(xué);2005年

6 孫蕾;醫(yī)學(xué)圖像智能挖掘關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西北大學(xué);2005年

7 張立福;通用光譜模式分解算法及植被指數(shù)的建立[D];武漢大學(xué);2005年

8 陳曉娟;模擬電路神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法的研究[D];吉林大學(xué);2006年

9 蘇彩紅;墻地磚質(zhì)量自動檢測技術(shù)的研究[D];華南理工大學(xué);2004年

10 宋余慶;醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)挖掘若干技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭杰;誘發(fā)腦電電刺激系統(tǒng)及其信號處理算法的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

2 嚴娜;視聽誘發(fā)腦電特征研究[D];山西大學(xué);2012年

3 頊春元;感覺刺激誘發(fā)腦電特征研究[D];山西大學(xué);2011年

4 鄧海兵;基于提升小波變換方法的視覺和聽覺誘發(fā)腦電信號單次提取[D];華東理工大學(xué);2011年

5 白艷茹;用于生物特征識別的多范式誘發(fā)腦電個體差異性研究[D];天津大學(xué);2012年

6 郭曉靜;基于獨立分量分析的思維腦電和誘發(fā)腦電的特征提取[D];安徽大學(xué);2003年

7 陶華英;嬰兒痙攣癥聽覺誘發(fā)腦電小波分量的混沌研究[D];天津醫(yī)科大學(xué);2002年

8 高岸聲;腦電信號處理算法及其便攜式系統(tǒng)研究[D];清華大學(xué);2006年

9 曾敏;基于MUSIC的腦電逆問題方法與跨通路視聽覺誘發(fā)腦電實驗研究[D];電子科技大學(xué);2001年

10 王永飛;基于獨立分量分析的腦電消噪與特征提取[D];安徽大學(xué);2006年

  本文關(guān)鍵詞：腦電信號處理算法及其便攜式系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：250651