基于dsp的脑电处理系统的设计

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1、本科课程大作业课程名称：DSP应用系统设计院（系）：信息与控制工程学院通信电子系专业班级：姓名：学号：任课教师：2015年5月20日基于DSP的脑电处理系统的设计摘要随着对脑电信号的研究逐渐深入，能够记录或描述脑电信号的仪器也随之研制而出。基于PC平台的脑电信号采集系统一般是通过PCI插槽与PC进行通信，其扩展性差、抗干扰性能不佳、安装不便，且对于测量环境要求较为苛刻。本文将模拟电路技术与数字电子技术结合，在高性能前置放大器的基础上，经过A/D转换，基于DSP,构建移动式数字脑电信号采集系统。关键字：dsp脑电信号目录1脑电及测试基础11.1脑电的性质及其分类11.2脑电产生的机理21.3脑

2、电检测的意义32脑电数据采集系统52.1信号输入电路62.1.1前置放放大器设计62.1.2滤波器的设计82.2数字电路部分113实验结果及分析134结论14参考文献15基于DSP的脑电处理系统的设计1脑电及测试基础1.1脑电的性质及其分类在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动，而人脑正是通过这些电活动来完成各种生理机能的。人的大脑皮层的这种电活动是自发的，其电位可随时间的变化而发生变化，用电极将这些电位随时间变化的波形提取出来并加以记录就可以得到脑电图。通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统进行诊疗。自发脑电波由于类似于正弦信号，所以可以作为一种正弦波为主波的波形来进行分析，因此脑

3、电图波形可以用周期、振幅、相位等特征来描述。现在脑电图学中根据频率与振幅的不同将脑电波分为a波、p波、e波、s波，波形大致如下图1四种脑电波大致图形-15-基于DSP的脑电处理系统的设计(1)波可在头颅枕部检测到，频率为8-13Hz，振幅为20-100aV，它是脑电波中最明显的波;整个皮层均可以产生a波，呈现菱状图形。(2)波在额部和颖部最为明显频率为18-30Hz，振幅为5-20aV,它是在大脑比较兴奋状态时所记录的波形。(3)波频率为4-7Hz，振幅为10-501V，它是在困倦时，中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形。(4)波在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质病变时出现，频率为1一3.

4、5Hz，振幅为20-200uV。1.2脑电产生的机理现在对于人体脑电产生的机制还不很完全了解。一般来说在人体中细胞膜两侧离子分布不均匀，细胞内外离子(K+,Na+-15-基于DSP的脑电处理系统的设计)的浓度存在很大差异，因而在膜的两端存在很高的浓度梯度，在此浓度梯度作用下，离子将向低浓度一侧扩散，从而形成一定的电位差。安静状态下存在于细胞膜内外两侧的电位差，其数值随动物种类和细胞种类不同而异，但都是内负外正，只要细胞未受到外来刺激而保持正常的新陈代谢，静息电位就稳定在某一相对稳定的水平。但是可兴奋细胞在受到足够强的刺激时，膜在静息电位的基础之上产生一次短暂的电位波动，并沿着细胞膜向周围扩布

5、，使整个细胞都经历一次同样的电位变化。人体中神经元的活动也一样，既包括本身固有的电活动(膜电位及其波动);也包括动作电位的传导(即神经冲动的传导)及突触传递过程中产生的兴奋性或抑制性突触后电位。对于脑电波产生的原理目前较公认的论点是突触后电位学说，即认为脑电波是皮层内神经细胞群同步活动时突触后电位的总和。人类或脊椎动物在安静情况下，即使没有任何特定刺激，在大脑皮层上也能记录到持续节律性的电位变化，这种电位变化称为脑电的自发活动，被描述下来即称自发脑电图，一般叫的脑电图就是指自发脑电图。1.3脑电检测的意义脑电的研究包括正问题和逆问题两个方面。正问题是在已知脑内电活动源的情况下去分析头皮上的电

6、位;逆问题是指用从头皮观测的电位去反演脑内电活动源的信息。尽管脑电的发生机制没有完全弄清楚，但是其对于我们应用来说影响不是很大。其在医学检测上应用越来越广泛，而且凸显出越来越重要的价值，尤其是脑电逆问题的研究有很大的现实意义。医学上的临床诱发电位诊断就是基于逆问题研究这一点出发的。所谓诱发电位是指对神经系统某一特定部位(包括从感受器到大脑皮层)给予相应刺激，或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定相的生物电反应〔lU-15-基于DSP的脑电处理系统的设计]。这是因为当人或动物受到外部刺激时，在脑内会产生相应的

7、电位变化，并且电位值随着刺激的时间和刺激形式的变化而变化。因此临床诱发电位诊断实际是检测人在受到外界的刺激时所引发的脑电变化情况，以此来分析人的脑部病变状况。诱发刺激主要是利用躯体感觉诱发电位(SEPs)、听觉诱发电位(AEPs)、视觉诱发电位(VEPs)和运动诱发电位(MEPs)等。-15-基于DSP的脑电处理系统的设计2脑电数据采集系统本研究所设计的数字化脑电采集系统总体结构框图如图2所示。首先通过电极采