便携式无线听觉诱发电位实验系统的设计

摘要

听觉诱发电位(auditory evoked potential,AEP)是由特定声音刺激引起的中枢神经系统的生物电反应,在听觉相关的脑科学研究与临床应用上发挥重要作用。当前应用最广的AEP是听性脑干反应(auditory brainstem response,ABR),常用于听力筛查和听阈评估。在听力检测方面,听觉稳态诱发响应(auditorysteady state response,ASSR)是对声音的电生理信号进行检测的一种快速、客观的检测方法,现已逐渐成为检测大脑在各种神经精神疾病方面的一个生物标志,如自闭症、精神分裂症、躁郁症。其它形式的AEP,如P300或失配负波等,主要用于认知、心理等基础研究领域。随着AEP应用范围的不断扩大和电子计算机技术的快速发展,开始要求检测设备具有便携性、移动性、无线传输性能。目前临床上使用的AEP检测设备主要是进口产品,如：丹麦尔听美、加拿大Vivosonic、美国Neuroscan等,这些进口设备性能优良、便于使用,但价格昂贵。
　　针对目前AEP检测设备的问题,本文提出了一种基于蓝牙传输的便携式听觉诱发电位测量实验系统,此系统包括采集和校准两部分。采集系统是将独立的声音刺激器和脑电采集器结合到一个80*90*30mm3的系统体积内。二者的处理器通过I/O口进行通信,传递控制指令和反馈信号,完成刺激声的播放和多导脑电信号的同步采集。采用蓝牙模块与上位机连接,通过蓝牙将实时数据传入上位机。系统的整个工作过程是自动的,通过上位机的程序来控制,开启后无实验人员的参与直至实验结束。整个硬件系统采用干电池进行供电,具备便携性并减少了外界干扰。校准系统包括脑电采集器的校准和刺激声校准两部分。脑电校准器是一种微小信号发生器,可产生1～64Hz的正弦波和不同宽度的脉冲波,正弦波可通过拨码开关以1Hz的步长选择频率,其固定振幅为50μV、200μV、2000μV。刺激声校准器由2cc耦合腔、传声器、前置放大器、测量放大器及NI公司的数据采集卡组成,将采集到的刺激声通过采集卡传送到上位机,对其进行显示与分析。
　　本文通过4个测试来验证系统性能。第一,通过示波器和刺激声校准器对刺激声进行测试,测试其声音特性和与触发信号的同步性;第二,对蓝牙模块的传输性能和传输距离进行测试;第三,通过脑电校准器对脑电放大器进行电气性能测试,包括放大器的输入阻抗、噪声水平;第四,通过一个简单的短声串刺激序列,在3个受试者上完成诱发反应实验。
　　总之,该AEP测量实验系统能长时间稳定工作,具备便携式、低功耗的优势,可用于听觉诱发反应实验研究。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 听觉诱发电位的应用价值

1．3 听觉诱发电位实验设备现状

1．3．1 声音刺激器

1．3．2 脑电采集器

1．3．3 校准设备

1．4 论文的主要内容及结构

第二章 声音刺激器的设计

2．1 硬件电路设计

2．2 程序设计

2．2．1 SD协议及SD卡的读操作

2．2．2 WM8978程序设计

第三章 刺激声校准器的设计

3．1 系统方案

3．2 硬件电路设计

3．3 软件设计

3．3．1 Measurement Studio介绍

3．3．2 显示界面设计

3．3．3 系统程序设计

3．4 刺激声校准

第四章 脑电采集器的设计

4．1 硬件电路设计

4．1．1 电源电路

4．1．2 前端预处理滤波电路

4．1．3 数字电路设计

4．2 PIC32的BootLoader设计

4．2．1 BootLoader介绍

4．2．2 BootLoader程序设计

4．3 脑电采集器软件设计

4．3．1 系统初始化

4．3．2 数据采集

4．3．3 数据传输格式设计

第五章 脑电校准器的设计

5．1 硬件电路的设计

5．2 软件设计

5．3 性能测试

第六章 蓝牙模块的设计

6．1 硬件电路的设计

6．2 软件设计

6．2．1 采集器与蓝牙串口的通信

6．2．2 蓝牙模块之间的通信

6．2．3 PC控制端与蓝牙适配器的通信

第七章 系统整合

7．1 脑电采集器与声音刺激器的连接

7．2 触发信号及数据存储格式

7．3 PC端程序设计

7．4 系统工作流程

第八章 系统测试结果及分析

8．1 声音刺激器性能测试

8．1．1 声音输出测试

8．1．2 刺激声输出与触发信号的同步性

8．1．3 刺激器基本参数

8．2 蓝牙模块测试

8．2．1 蓝牙传输性能测试

8．2．2 蓝牙传输距离测试

8．3 脑电采集器性能测试

8．3．1 各通道电流噪声测试

8．3．2 各通道输入刚亢测试

8．3．3 脑电采集器基本参数

8．4 ASSR实验及结果

9．1 总结

9．2 展望

参考文献

攻读硕士期间成果

致谢

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