基于虚拟仪器的脑电信号分析和处理系统的设计

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1、基于虚拟仪器的脑电信号分析和处理系统的设计　　：作为一种新兴的计算机技术，虚拟仪器技术的发展为生物医学仪器的发展带来了广阔的前景。利用虚拟仪器做为平台，完成两个主要部分：一是对象基本信息的存储和管理部分，主要完成功能包括所有人信息的整体存储和显示，以及单个对象基本信息的添加、调用、删除等操作；二是脑电信号波形显示和分析与处理部分，可以实现空域滤波和巴特沃斯滤波、功率谱估计、时域和频域的特征值提取及简单线性分类。　　关键词：脑电信号；虚拟仪器；存储和管理；分析与处理　　：TP311：A：1009-3044

2、（2013）17-4122-03　　1概述　　在现实社会中有这样一个特殊的群体，他们患有神经肌肉障碍的疾病，这类疾病最严重时将导致患者完全失去对肌肉的控制能力，患者不能以任何常规的方式向外界传递信息，这将严重危及他们的基本生活，甚至生命，同时也将加剧患者亲属及社会的负担。　　脑计算机接口（BCI）是一种不依赖于人体的外周神经系统及肌肉组织但可以使患者的意愿得到正确的解释和执行，通过分析（EEG）信号，让患者与外界正常的进行交流，重新他们的生活。脑电（EEG）是大脑神经元突触后电位的综合结果，是大脑活动产

3、生电场经容积导体传导后在头皮上的电位分布。现代的脑科学研究表明，脑电信号蕴涵着丰富的人体生理病理信息，并能反映大脑的功能状态。因此研究人的脑电信号的特征提取与分类对人类意识任务的解读具有重要意义。　　实际脑电信号的采集与分析系统较昂贵，而应用G语言编写的程序虚拟仪器VI，不仅它的界面和功能与真实仪器十分相象，而且采用这种方法可以省去复杂的语言编程，缩短软件的开发时间，简化开发过程，同时也增加应用的灵活性。　　2设计方法和所用到的软件技术　　2.1脑电信号的主要内容　　1）分析设计脑电信号实时采集部分电路

4、。要实现脑电信号从放大器采集到计算机内。脑电信号经传感器到信号调理电路，能基本实现信号模拟放大和预处理，其中信号调理电路具有放大、整形、滤波的功能。处理后的信号再进入DAQ数据采集卡进行后处理。（此部分只做设计，没有进行实现）　　2）脑电信号波形显示模块：信号的显示部分是指通过前边版对脑电数据导和动作的选择，将对应的脑电信号从前面板显示出来。　　3）信号存储和管理模块：对象的基本信息的存储和管理，包括所有人序号、姓名、性别、年龄、家庭住址、日期等信息的整体存储和显示，以及对个别对象的基本数据的添加、调用

5、、删除等操作。　　4）信号分析处理模块：可实现各种滤波处理、功率谱估计、基本的参数特征提取、基本分类方法实现。　　2.2所用到的软件技术　　由于脑电信号对象基本信息数据庞大，为方便查询和管理，系统采用Access数据库进行存储和管理。而脑电信号的处理过程（包括功率谱分析、滤波处理、基本特征量的提），利用调用虚拟仪器控件很方便，省去复杂的语言编程的特点编写VI实现。而对特征值的简单线性分类，则借助LabVIEATLAB进行通信MATLABScript节点方式，编辑MATLAB程序。　　3结果与讨论　　3.

6、1对象信息存储和管理模块　　此模块运用LabSQL组件来做到与Access数据库连接，对对象基本信息进行存储和管理。创建的数据源名为hxz的数据库，通过LabSQLVIs完成与数据库的连接，数据库由DSN=hxz指定。分为4个部分：　　1）整体对象信息浏览模块。浏览模块完成的功能为：通过ID号排列基本信息，调用数据库的信息并且显示在前面板表格当中。　　2）对象基本信息的添加模块。添加模块完成的功能为：把对象的基本信息，如学号、姓名、性别、年龄、家庭住址、日期等插入到数据库mydate中。　　3）对象基本

7、信息的删除模块。删除模块完成的功能为：根据学号将与学号对应的学生信息在数据库中删除。　　4）对象基本信息的查找模块。查找模块完成的功能为：对数据库中的数据根据学号索引，然后将一行所有的基本信息全部显示出来。　　3.2脑电信号分析和处理模块　　1）频域变换　　频谱分析是信号的一种频域分析方法。通过傅立叶变换手段将时域信号转换为频域信号，其目的在于了解信号的频率成份以及每种成份的强度大小。信号的时域显示（采样点的幅值）可以通过离散傅立叶变换（DFT）的方法转换为频域显示。为了快速计算DFT，通常采用快速傅立

8、叶变换（FFT）的方法。从FFT变换后的波形我们可以看出，它反映了其频域成分以及个成分的相对强弱，从频域上揭示信号的节律，有利于得到信号的特征量。　　2）滤波处理　　所用的滤波技术有两种：　　①时域的空域滤波　　CAR是一种比较常用的空间滤波方法。该空间滤波是用某一个电极的数据减去所有电极信号的平均值。CAR算法实际上是减小了多数电极上共有信号部分的影响，突出了某一电极上的信号，提高信号的信噪比。　　②频域的butterily:'icroH