精密诱发电位仪高速数据采集技术及信号提取算法研究

【摘要】诱发电位信号是通过对人体进行视觉、听觉、体感刺激等,在相应体表部位记录诱发的神经电活动。其幅值很低,仅有0.1-100uV,极容易埋没在波幅达50uV以上的自发脑电活动或各种干扰伪迹中。诱发电位仪广泛用于神经挫伤诊断治疗、脑干性病变的鉴别诊断、脑干手术后安全监护等临床医学检测治疗和脑与认知科学的研究。本文所设计的精密诱发电位仪系统采用微伏级信号检测技术和多导联实时高速数据同步采集技术,将放大后的多通道诱发电位信号进行高速采集,并通过A/D模块进行模-数转换,将得到的16bit数字信号送入FPGA主控制器进行前端处理,再通过ARM控制器的USB高速通道发送至上位机进行相关算法处理。数据前端处理模块主要由控制器FPGA完成。此模块根据流水线设计思想将系统进行自顶向下的模块化设计,利于系统的集成和维护。在数据的缓存模块中,使用两个DCFIFO对并行数据流乒乓操作,大幅提高数据的吞吐量。主控制器FPGA与ARM的异步时钟域通信中,运用同步检测、异步FIFO缓存、半步错位同步法等三种方法相结合,抑制了主控系统在同步高速时钟控制下的异步时钟域通信的亚稳态问题。数据前端处理系统所采集到的诱发电位信号只是经过简单的模拟滤波,其中包含各种干扰信号,如自发脑电(EEG)、心电干扰、工频干扰等,需要采用数字信号处理技术对其特征信号进行提取。本文通过对叠加平均降噪算法和自适应干扰对消技术(3A技术)分析,提出基于反正切矫正IIR滤波的自适应干扰对消算法对视觉、听觉诱发电位信号进行特征信号单次提取,并与传统叠加平均算法进行对比,为诱发电位信号单次提取算法的实现做了实际的探讨。对测试结果分析可得,本文提出的三种同步方式相结合的方法可以对高速系统中存在的亚稳态问题进行有效抑制。本文所提出的基于反正切矫正IIR滤波的自适应干扰对消算法可以对诱发电位信号进行单次提取。本系统可用于对诱发电位的临床医学检测。
【作者】高立；
【导师】杜玉晓；
【作者基本信息】广东工业大学，控制工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】多导联实时高速同步采集；高速时钟下异步时钟域通信亚稳态的抑制；反正切矫正IIR滤波的自适应干扰对消算法；听觉、视觉诱发电位；

【参考文献】
[1]饶巧颖.上海外国语大学口译硕士研究生学习自主性研究[D].上海外国语大学,英语语言文学,2012,硕士.
[2]刘桂英.解读中考物理阅读信息题[J].黑龙江教育(中学),2011,11:36-39.
[3]唐冠楠.谷氨酸脱羧酶1（GAD1）在肿瘤发生中的甲基化激活机制研究[D].第二军医大学,遗传学,2013,硕士.
[4]王静.安徽省旅游经济增长因素的实证研究[D].安徽大学,旅游管理,2014,硕士.
[5]王宁宁.路易斯酸催化[2+2]环加成反应研究[D].浙江大学,有机化学,2013,硕士.
[6]赵玉河.车道偏离预警系统中照度对车道线识别提取影响的研究[D].长安大学,车辆工程,2014,硕士.
[7]王小英.壳聚糖基还原氧化石墨烯复合材料的绿色构建及对荧光素钠的控释[A].国家外国专家局国外人才信息研究中心(InformationResearchCenterofInternationalTalent,SAFEA).2014第十二届国际新药发明年会——2014第四届药物递放系统研讨会，2014第五届国际药物化学大会会刊[C].国家外国专家局国外人才信息研究中心(InformationResearchCenterofInternationalTalent,SAFEA):,2014:1.
[8]陈昌杰.NOVON类生物降解塑料[J].上海包装.2002(02)
[9]刘志坤.雪天获取图像清晰化处理研究[D].沈阳理工大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[10]张守旺.盛原公司核心业务流程再造研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[11]何光祖.基于USB2.0的多通道超声检测系统的设计[D].中北大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[12]颜倩雯.我国上市保险公司信用评级研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[13]于丹.铁通大连分公司企业信息化建设方案[D].大连理工大学,计算机科学与技术,2003,硕士.
[14]徐常清.横向晶场和键随机的混合自旋系统的临界行为和磁化性质[D].苏州大学,理论物理,2014,硕士.
[15]吴传浩.我国海洋生态补偿法律制度的建构[D].宁波大学,经济法学（专业学位）,2013,硕士.
[16]乌兰托亚.知青小说叙事中的“草原”[D].内蒙古大学,中国少数民族语言文学,2013,硕士.
[17]孙巧奇.中国嫩江流域湿地温室气体通量变化及其影响因素研究[D].北京林业大学,自然保护区学,2013,硕士.
[18]YanHaoran.Restructuring Grammatical Metaphor in Chinese Translations of Sense and Sensibility[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[19]赵纯一,王继库.石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[J].化学世界,2014,09:569-573.
[20]徐红梅.Bacillus amyloliquefaciens M1菌株生产的抗菌脂肽对耐药性海洋病原弧菌抑菌活性的研究[D].中国海洋大学,微生物学,2014,硕士.
[21]杨涛.张氏肝细胞Chang liver cell移植改善急性肝衰竭的预后[D].华中科技大学,外科学,2013,硕士.
[22]周红军.基于故障录波器数据的高压输电线路故障分析与诊断[D].河海大学,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[23]张宁.产学研合作项目治理风险综合评价研究[D].山东大学,管理科学与工程,2014,博士.
[24]郑扬.真诚领导理论研究[D].南京师范大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[25]李世武,鹿应荣,刘艳莉,王云鹏,高蔚,高吕合.磁化燃油的激光全息摄影试验研究[J].农业机械学报.2003(05)
[26]罗劲松.新疆移动地市投资分配模型研究[D].南京邮电大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[27]杜欣.锦州新玛特大型超级市场营销策略研究[D].吉林大学,项目管理,2013,硕士.
[28]孔德菲.英语正迁移作用在德语习得中的对比研究[D].武汉科技大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[29]李丽娥.磷酸锰锂纳米材料的制备及其锂离子电池正极材料性能研究[D].山东大学,纳米材料化学,2013,硕士.
[30]赵文.论王安忆散文中的上海文化意蕴[D].山东师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[31]樊亚敏.马克斯·韦伯“价值中立”说探析[D].华中科技大学,马克思主义哲学,2012,硕士.
[32]尹信.KMV模型及其在金融风险管理中的应用研究[D].山东大学,金融数学与金融工程,2013,硕士.
[33]刘广福,臧润国,丁易,王文毅,李儒财,陈少伟,周照骊.海南霸王岭不同森林类型附生兰科植物的多样性和分布[J].植物生态学报,2010,04:396-408.
[34]朱琳.内地藏族学生的自我概念、主观幸福感及其关系的研究[D].河北师范大学,心理健康教育,2013,硕士.
[35]孟丽晶.基于P300和SSVEP的脑—机接口研究[D].华东理工大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[36]蒋增良,杨明,杜鹃,张辉,冯凤琴.月桂酸单甘油酯抑菌抗病毒特性及其在食品中的应用[J].中国粮油学报,2015,02:142-146.
[37]杜威,姜齐荣,陈蛟瑞.微电网电源的虚拟惯性频率控制策略[J].电力系统自动化,2011,23:26-31+36.
[38]李婧.西来别庄景观设计[D].上海大学,环境艺术设计,2014,硕士.
[39]张珊.基于信息对称的农村土地流转公平与效率的研究[D].华中师范大学,农业信息化,2014,硕士.
[40]戴雅萍.陈澔《礼记集说》平议[D].南京师范大学,中国古典文献学,2012,硕士.
[41]陈振伟.电动汽车非接触充电系统用松耦合变压器设计与实现[D].哈尔滨工业大学,仪器科学与技术,2014,硕士.
[42]李建.准干式深孔加工负压抽屑装置的优化设计与仿真研究[D].中北大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[43]李亦松.在线考试系统分析与设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[44]黄志杰.干燥微细粒群触筛机理的研究[D].华侨大学,机械工程,2014,硕士.
[45]陈晓宇.县级城市商业网点规划编制研究[D].安徽建筑工业学院,城市规划与设计,2012,硕士.
[46]刘培勇.鲟鱼皮胶原蛋白肽的制备、纯化工艺及理化性质研究[D].武汉工业学院,食品科学,2012,硕士.
[47]DouglasGAKUMBA.The Role of International Community in Resolving Criss in Africa: Case of Rwandan Genocide1994[D].外交学院,InternationalRelations,2014,硕士.
[48]赵希人,刘胜.具有非有理谱平稳随机过程仿真的谱方法[J].自动化学报,1990,02:161-165.
[49]张逸飞.中日、中韩双边服务贸易竞争力分析[D].东北财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[50]郝中婧.《成功之路》（初）教材的词汇研究[D].湖南师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.