【摘要】：腦電(EEG)作為人腦活動的外在表征,其能直觀反映出大腦皮層各個區(qū)域的活動狀態(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)不能滿足對癲癇、腫瘤等腦疾病的病灶進行精確定位的需求。另一方面,腦機接口的快速發(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行算法分析。針對上述情況,本文研究與設計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)動電路、高增益放大電路、多通道復用電路和模數(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)字電路送進電腦保存和還原。本設計對常見的右腿驅(qū)動電路進行了改進。通過改變緩沖運放的放大倍數(shù),使右腿驅(qū)動電路對工頻信號的放大能力增加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。通過加入多通道復用電路,在實現(xiàn)多通道采集的同時,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)的擴展以及采樣率的提高,設計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)進機的數(shù)字電路板。本系統(tǒng)的實現(xiàn)指標為:通道采樣率為50Ksps、量化精度16位、通道數(shù)量64通道(可擴展)、數(shù)字電路進機速率到千兆比特每秒。本項目為前瞻性研究,實測基于現(xiàn)有16通道腦電帽進行。在被測試人員狀態(tài)平穩(wěn)時,利用示波器觀察多通道模擬前端放大電路的輸出信號,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)字電路板進機后,利用MATLAB軟件對數(shù)據(jù)進行反演,發(fā)現(xiàn)信號的頻率主要集中于30Hz以下,與人體安靜時腦電信號的頻率相符,從而驗證了本采集系統(tǒng)的可行性。
【圖文】：

第一章 緒論背景及意義號是人腦處于活動狀態(tài)下時，大量神經(jīng)元同步引起的突觸后電位信號記錄了大腦活動時的電信號變化情況，是腦神經(jīng)元細胞的電大腦皮層的整體反映[1]。號在臨床醫(yī)學實踐的應用與人類健康息息相關(guān)。目前，腦電信號面：（1）腦電檢查可以協(xié)助醫(yī)生對各種類型的腦科疾病評估、診信號與人的心理特征在理論上密切相關(guān)，因此腦電可用于對特殊態(tài)進行實時檢測[3]。（3）腦-機接口能為思維正常但有嚴重運動功外界交流和控制的方式，如圖 1-1 所示的殘疾人機械手臂[4,5,6]。（手控制的方式，提供更好的侵入式體驗，如 VR 游戲[7,8]。

本章闡述系統(tǒng)的總體設計方案。根據(jù)信號的處理鏈路將系統(tǒng)劃分為了兩個主要的部分：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腦電信號的放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且通過加入多通道復用電路在實現(xiàn)了多通道采集的同時也為后期的通道擴展留下了接口。支持多通道采集的數(shù)字電路模塊的設計目標是要滿足單通道采樣率為 500Ksps、有效位為 24 位、256 通道采集時數(shù)據(jù)的進機。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)字電路兩個部分。將腦電極采集到的信號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)動電路將共模信號反饋回人體，同時多通道模擬前端放大負責將腦電信號放大后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字電路將數(shù)字信號緩存和轉(zhuǎn)換后，，通過千兆以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)送進電腦儲存和還原。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH77

【參考文獻】

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)學工程學報;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值[J];天津醫(yī)科大學學報;2010年02期

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

4 吳昱e

本文編號：2627646