脑电生物反馈针灸治疗仪的研究与开发

论文摘要

自人类检测到脑电活动以来,人们便开始探讨利用控制脑电的方法治疗神经性疾病,脑电生物反馈疗法便是这些研究之一。脑电生物反馈疗法是一种用于解除生理和心理不适的方法,它通过采集受试者的脑电信号并以某种方式显示出来,以训练受试者有意识地控制自身脑电波模式,达到解除生理和心理不适的目的。基于脑电生物反馈疗法已有不少成功的案例,本研究根据控制论的反馈原理,运用小波变换等数字信号处理技术,通过EEG采集系统、EEG处理系统、电针反馈脉冲刺激系统构造一个脑电生物反馈系统。治疗时,通过该系统把浅、深睡时的脑电信号δ波和θ波的各种组合(按照人类睡眠规律进行组合)转换成电脉冲刺激失眠病人的特定穴位,以达到治疗失眠的目的。本论文的最终目标是研制一台基于脑电生物反馈原理和针灸治疗原理的失眠治疗仪器,主要是由三部分构成：EEG采集系统、EEG处理系统、电针反馈脉冲刺激系统。1.EEG采集系统：主要实现对微弱的脑电信号进行放大、滤波等。利用ADS1258高速多通道24位AD转换器进行脑电数据采集,配合使用SPI和I2C串口方式传输数据,用9个电极实现了8导联脑电信号的同步采集和传输。2.EEG处理系统：脑电信号经EEG采集系统采集后,经过预处理将放大的脑电信号通过24位ADS1258采样器转换为数字信号送入DSP芯片。DSP芯片采用TMS320VC5509A,是整个治疗仪的核心,它接收EEG采集系统送来的数字信号,利用小波变换算法提取与睡眠相关的脑电特征——δ波和θ波。3.电针反馈脉冲刺激系统：在提取脑电特征后,通过TLV5616数模转换芯片,将其转换成模拟信号,再经过采样电路,输出经δ波和θ波调制的医用脉冲送到电针,内容包括脉冲频率、幅值可调及相应的声光报警等安全保障措施。实验表明该治疗仪可以提取高质量的睡眠脑电信号——δ波和θ波,满足相关的医疗实验及安全保障,并且整个治疗仪硬件电路简洁、功耗低、可靠性高。另外,整个系统的体积非常小巧,在该系统的基础上进一步增加和完善功能,完全可以实现便携式要求,病人可以方便的在家进行自我检测和治疗,在生物医学信号处理方面具有很好使用的价值和广泛的运用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 学术背景及理论与实际意义
• 1.1.1 生物反馈治疗法
• 1.1.2 脑电生物反馈疗法
• 1.1.3 小波分析理论
• 1.1.4 研究意义
• 1.2 国内外文献综述
• 1.3 本研究课题的来源及主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 EEG采集系统
• 2.2 EEG处理系统
• 2.3 电针反馈脉冲刺激系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 电源硬件电路设计
• 3.2 EEG采集系统硬件电路设计
• 3.2.1 8路脑电信号差动放大电路
• 3.2.2 导联线脱落检测模块
• 3.2.3 低通滤波器及隔离电路
• 3.3 EEG处理系统硬件设计
• 3.3.1 主控制芯片——TMS320VC5509A
• 3.3.2 脑电信号采集系统与DSP接口电路
• 3.3.3 DSP与EEPROM的接口电路
• 3.3.4 数据储存——SD卡与DSP连接
• 3.3.5 数据储存——SDRAM与DSP连接
• 3.3.6 按键和液晶显示
• 3.4 电针反馈脉冲刺激系统硬件设计
• 3.4.1 DA转换模块的硬件设计
• 3.4.2 脉冲调制电路模块的硬件设计
• 3.4.3 脉冲升压模块的硬件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 小波分析
• 4.1 连续小波变换及其时频特征
• 4.2 二进小波变换
• 4.3 Mallat算法
• 4.4 Mallat算法仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 CCS及CSL简介
• 5.2 系统软件结构总述及软件流程
• 5.2.1 系统软件结构
• 5.2.2 软件流程
• 5.3 DSP系统软件设计
• 5.3.1 DSP初始化
• 5.3.2 设置ADS1258工作模式
• 5.3.3 设置PCA9535工作模式
• 5.3.4 键盘及显示处理
• 5.3.5 SD卡数据存储
• 5.4 Mallat算法软件设计
• 5.4.1 Mallat算法
• 5.4.2 用片内外设DMA实现数据吞吐
• 5.4.3 DMA中断
• 5.5 程序烧写
• 5.5.1 COFF目标文件
• 5.5.2 bin文件生成
• 5.5.3 EEPROM程序烧写
• 5.6 结果分析
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢