基于可編程邏輯器件的腦電信號自適應(yīng)濾波技術(shù)的研究.pdf

1、腦電圖儀（electrorencephalography）是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上用于預(yù)防、診斷和治療癲癇等腦疾病的重要儀器，同時也是探索人腦思維、智力訓(xùn)練等深層次問題的重要手段。由于腦電信號的微弱性以及它的強(qiáng)干擾背景，目前大多數(shù)醫(yī)院仍然采用專用腦電屏蔽室進(jìn)行檢測，這使得對病人的監(jiān)護(hù)缺乏實時性，不能隨時監(jiān)測病人的病情?，F(xiàn)在已有部分醫(yī)院脫離屏蔽室采用新型數(shù)字化腦電圖儀進(jìn)行檢測，但還未達(dá)到普及，且抗干擾效果還不夠理想。為克服這種局面，有必要研究一種能在

2、強(qiáng)干擾背景下提取腦電信號的腦電圖儀。 本論文對腦電信號進(jìn)行了特征分析，并對腦電信號所處的噪聲背景進(jìn)行了討論，在此基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。該方案將系統(tǒng)劃分為模擬預(yù)處理部分、數(shù)字處理硬件設(shè)計、數(shù)字處理軟件設(shè)計以及上位機(jī)采集部分這四個部分進(jìn)行研究。其主要工作和結(jié)論如下： 首先，根據(jù)腦電測試中干擾的特點(diǎn)，對固定濾波器的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析和仿真研究。在此基礎(chǔ)上，針對固定濾波器存在的問題，提出了將自適應(yīng)濾波技術(shù)應(yīng)用于腦電

3、測試中，并進(jìn)行了理論研究和仿真研究，設(shè)計出了能較好地濾除50Hz強(qiáng)干擾的自適應(yīng)陷波濾波器和去基線漂移的自適應(yīng)濾波器。其次，對自適應(yīng)濾波原理進(jìn)行了理論分析，并通過軟件仿真，證明了自適應(yīng)濾波器用于腦電信號采集中的優(yōu)越性和靈活性；第三，研制了高共模抑制比的腦電信號模擬采集系統(tǒng)并取得了良好的效果；第四，設(shè)計了數(shù)字采集系統(tǒng)硬件電路，編寫了數(shù)字采集系統(tǒng)的自適應(yīng)濾波算法程序以及控制程序，通過D/A轉(zhuǎn)換觀察到更為清晰的腦電波形，同時，通過串行通信把腦電

4、數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，用虛擬儀器來觀察腦電波形，并對不同狀態(tài)下的腦電波進(jìn)行了頻率分析。 本論文的重點(diǎn)是自適應(yīng)濾波的理論分析及其FPGA（Field programmable gates array，現(xiàn)場可編程門陣列芯片）實現(xiàn)。運(yùn)用自適應(yīng)濾波技術(shù)主要是濾除50 Hz工頻干擾和去基線漂移，自適應(yīng)濾波的可行性通過軟件仿真來論證，并結(jié)合硬件特點(diǎn)來確定各參數(shù)。算法的FPGA實現(xiàn)包括硬件電路的實現(xiàn)和軟件編程。在硬件電路中，使用ALTERA公司的

5、EPF10K30E作為核心控制及運(yùn)算單元。為符合運(yùn)算的特點(diǎn)，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器均采用補(bǔ)碼運(yùn)算電路模式；另外，為滿足濾波器對干擾信號頻率的跟蹤性，在硬件設(shè)計中50 Hz陷波的參考信號采用交流電源衰減所得。去基線漂移程序中的固定參考電平采用片內(nèi)ROM存儲固定數(shù)據(jù)。運(yùn)算和控制程序分塊設(shè)計，采用VHDL語言和原理圖進(jìn)行設(shè)計，并在MAXPLUSⅡ軟件中進(jìn)行單元仿真。 本論文完成了一個通道的實驗樣機(jī)，腦電信號測試結(jié)果表明，自適應(yīng)濾