基于FPGA的多功能诱发电位刺激器的研制

摘要

诱发电位(Evoked Potential，EP)是指对神经系统某一特定部位给予特定刺激后在大脑皮层所产生并能记录到的电位变化，其对于视觉、听觉及体感等神经通路的功能性异常有独特的检测诊断能力。诱发电位虽然不能直接诊断出病因，但在定位诊断方面，像CT、MRI等之类的现代影像学检查一样可靠。诱发电位技术具有客观性强，并能够提供准确的定量信息，在很大程度上扩大了神经系统的临床应用。
　　 随着计算机技术和电子信息技术的发展，专用集成电路(ASIC)广泛应用，使得现代医疗仪器的设计向着越来越智能化、小型化、多功能的方向发展。现场可编程门阵列FPGA具有集成度高、可靠性好以及开发工具简单易用、开发周期短等优点，逐步成为工程师设计复杂数字电路的首要选择。基于此本文提出并设计出了基于FPGA的多功能诱发电位刺激仪。
　　 本文设计的多功能诱发电位刺激仪，可以生成用于视觉诱发电位、听觉诱发电位和体感诱发电位三种诱发电位所需要的刺激。视觉诱发电位方面设计了图形刺激和闪光刺激，其中图形刺激包括竖条栅、横条栅、棋盘格和圆环图形；在听觉诱发电位方面设计了白噪音、短音、疏波、密波以及疏密波等声音刺激；在体感诱发电位方面设计了频率、脉宽以及强度等参数可调的电流刺激。本文分别从硬件和软件两方面阐述了设计思路，外围硬件电路设计主要有刺激电流的双极性控制电路和升压电路；隆形刺激的VGA接口电路；串口通信接口电路；D/A转换器TLC5615接口电路和复位、电源以及下载配置电路等。软件设计方面包括VGA的时序、刺激图形生成、脉冲调制波的产生、D/A时序，串行通信的时序模块等；同时设计了上位机与FPGA通信的控制界面。
　　 该系统采用Altera公司CycloneⅡ系列FPGA作为主控制器，加少量的外围电路设计而成。与传统的诱发电位刺激系统相比，该设计电路结构简单，功能多样，体积小，刺激输出准确可靠，性能稳定，应用范围广，很好满足了诱发电位检测的性能要求。