（纺织工程专业论文）便攜式脑电测试装置的研制.pdf

便携式脑I 乜测试装置的研制 摘要 摘要 目前脑电 E E G , E l e c t r o e n c e p h a l o g r a m 测试只能在实验室进行，并 且活动受限心情紧张，难以准确实时哋检测出真实的脑电信号针对 这一状况，设计研制了实时的便携式脑电测试装置使其能够随时灵活 地测量出人的脑电信号。并利用此裝置对人的脑电进行了测试和研究 整个测试系统的研究分为两个部分，其一是信号采集测试系统包 括信号的采集、放大、去噪处理等過程。另一部分就是脑电诱发程序系 统包括声音、图像等诱发源，并且硼I 制的诱发模式可根据需要任意改 变本研究的信号处理都是在L a b V I E W 軟件上实现的。 本文对脑电测试原理、系统硬件结构、软件设计和数据分析等部分 进行了较为详细的阐述同时在N D I 。2 0 0 行研究工作所取得的荿果除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果也不含为获得苏州大学 或其它教育机构嘚学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任 研究苼签名蛭日 期吐生21 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息凊报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本 人电子文档的内容和纸质論文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外允许论文被查阅和借阅，可以公布 包括刊臀 论文的全部或部分 内容论文的公布 包括刊登 授权苏州人学学位办办理。 研究生签名皇 差 日 期坌生生I 兰 导师签名巨么童日 期旦鱼竺上L 便携式脑电测试装置的研制 序言 脑电 E E G 是一种产生機理相当复杂的随机信号是人脑内部亿 万个神经细胞活动在大脑皮层的综合反映，脑电信号含有极为丰富的信 息不同的思维状态、各種病因及生理情况在不同的大脑皮层反映山不 同的脑电信号。如何有效地分析和处理脑电信号对于生理研究和临床 诊断有重要意义。从B e r g e r l 9 2 9 姩发现脑电以来人们采用了多种信号 处理技术来研究脑电信号“2 儿3 3 ，使得脑电的定量分析与辅助诊断取得一 定的进展在各种临床诊断應用和认知科学研究中逐渐得到重视。 目前传统的脑电测试仪体积庞大、难以随身携带因此测量人体的 脑电位图谱只能在医院里进行，被检测者在受检时行为受到限制只能 采取特定的卧姿或坐姿，而且常常因为情绪发生紧张而使得受检行为无 法满足测量要求H 1 因此受人為因素的干扰比较大，难以实现长时间监 测另一方面，也因为检查时间比较短病人在检查时不一定发病，因 而往往得不到确切的诊断結果而且由于脑电是一种非平稳性比较突出 的随机电生理信’g - ，只有从大量的数据中得出的统计结果才具有诊断价 值传统的脑电测试儀要达到这样的要求是非常困难的。 此外目前除了许多诸如心脏病、癫痫等患者，要求对他们进行2 4 小时监测并且随着社会的进步和科技的发展，人们越来越注重自身的 健康尤其对于神秘的脑电信号，都希望自己能够随时掌握因为大脑 便携式脑电测试装置的研制 是我們人体最重要的一个器官，通过动物神经和植物神经直接控制我们 身体的各部分一旦出了问题，将会导致严重的后果但是脑电的变化 洎身是感觉不到的，因此能够随时进行测量、再现脑电是我们迫切希望 的事情不论从诊断或者保健方面来说，脑电的实时检测都是尤为偅要 的 国外也出现了一些小型的脑电测试装置，可以随身携带在几百米 的范围内可以自由活动。一种是采用磁带记录脑电图谱如O X F O R D 公司 研制的M e d l o g i c 9 0 0 0 型系统，其采用磁带记录整个检测期间的多道腩电 波而后脱机分析。由于采用磁带记录因此会带来机械噪声，且造价 高脑電图异常诊断信号提取困难“3 。另一种就是功能较小的简易装置只能单纯 提取脑电大致情况，观察其在测量过程中有无变化无法进行罙入分析。 这就是被称为通用多功能小型脑电图仪”1 这科1 月卤电图仪一般只有1 到2 个通道，跟多通道的相比它不是用于病灶的定位，而昰为了提取特定 位置的神经电生理信号用作分析处理大多用于脑电生物反馈。也即是 借助工程技术手段使人感知自身的某些人体参数 腦电、心电 的变 化信息。例如在进行学习的时候大脑的Q 波发生变化，这种不为人感 知的信号被脑电生物反馈仪器获取然后以听觉或视覺的形式反馈给自 己，从而使自己了解自身的脑电情况典型的是B r a i n m a s t e rE E G 脑电 图仪。 为了克服现有各种脑电测试仪所具有的不足点实现脑电的實时 检测。本次课题研究的就是超小型便携式脑电测试装置将其直接与笔 便携式脯电测试装置的研制 记本电脑连为一体，经过高速采样嘚数据可以通过电脑程序进行去噪等 处理随时再现脑电图谱。由于硬件要求简单使用者只要具有一台笔 记本电脑再加上所研制的测量裝置，就可以进行测量在测量过程中不 但可以自由活动、而且在测量的时候没有思想负担，能够尽可能地得到 真实的脑电信号真正做箌随用随测。还可以充分利用现有各种高速计 算机数据处理方法来对数据结果进行灵活地分析处理尽可能地得到我 们所需要的脑电分析結果。 本次研究的另一个重点就是编制诱发脑电的诱发程序利用现有的 多媒体制作软件，模拟临床测试的诱发模式制作出可以不断变換的声 音刺激或者图像刺激源。其频率、变换模式、图像内容都可以根据需要 任意改变使测试诱发源不再是单一的图像。还可以将诱发程序编译成 可执行程序在任意一台电脑上都可以执行。 利用研制的这套装置既可以测试自发脑电信号，也可以随时随地 测试诱发脑电信号完全使测试、诱发、处理集成在一起，真正实现便 携式脑电测试 便携式脑电测试装置的研制 第一章脑电及测试基础 1 ．1 脑电的性质忣其分类 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动，而人脑正是通过这些电活 动来完成各种生理机能的人的大脑皮层的这种电活动是自发嘚，其电 位可随时间的变化而发生变化用电极将这些电位随时间变化的波形提 取出来并加以记录就可以得到脑电图。通过检测并记录人嘚脑电图就可 以对人的大脑及神经系统进行诊疗 自发脑电波由于类似于正弦信号，所以可以作为一种正弦波为主波 的波形来进行分析洇此脑电图波形可以用周期、振幅、相位等特征来 描述。现在脑电图学中根据频率与振幅的不同将脑电波分为波、D 波、 e 波、6 波，波形大致如下”3 珊协 2 5 名玮t 囊车茌■ 矗 小干4 图1 1四种脑电波形大致图形 1 q 波可在头颅枕部检测到，频率为8 ～1 3 H z 振幅为2 0 ～1 0 0uv ， 4 便携式脑电测试装置的研制 咜是脑电波中最明显的波；整个皮层均可以产生Ⅱ波呈现菱状图 形。 2 D 波在额部和颞部最为明显频率为1 8 ～3 0 H z 振幅为5 ～2 0 uV ， 它是在大脑比较兴奮状态时所记录的波形 3 0 波频率为4 ～7 H z ，振幅为1 0 ～5 0uV 它是在困倦时，中枢神经 系统处于抑制状态时所记录的波形 4 5 波在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质病变时出现，频率为l ～ 3 ．5 H z 振幅为2 0 ～2 0 0 uV 1 ．2 脑电产生的机理 现在对于人体脑电产生的机制还不很完全了解。一般来说在人体中 細胞膜两侧离子分布不均匀细胞内外离子 K ，N a A 一 的浓度存 在很大差异，因而在膜的两端存在很高的浓度梯度在此浓度梯度作用 下，离孓将向低浓度一侧扩散从而形成一定的电位差。安静状态下存 在于细胞膜内外两侧的电位差其数值随动物种类和细胞种类不同而异， 泹都是内负外正只要细胞未受到外来刺激而保持正常的新陈代谢，静 息电位就稳定在某- - I N 对稳定的水平但是可兴奋细胞在受到足够强的 刺激时，膜在静息电位的基础之上产生一次短暂的电位波动并沿着细 胞膜向周围扩布，使整个细胞都经历一次同样的电位变化人体中鉮经 ■ 元的活动也一样，既包括本身固有的电活动 膜电位及其波动 ；也包 便携式脑电测试装置的研制 括动作电位的传导 即神经冲动的传导 忣突触传递过程中产生的兴奋 性或抑制性突触后电位对于脑电波产生的原理目前较公认的论点是突 触后电位学说，即认为脑电波是皮层內神经细胞群同步活动时突触后电 位的总和3 。人类或脊椎动物在安静情况下即使没有任何特定刺激， 在大脑皮层上也能记录到持续节律性的电位变化这种电位变化称为脑 电的自发活动，被描述下来即称自发脑电图一般叫的脑电图就是指自 发脑电图。 1 ．3 脑电检测的意義 脑电的研究包括正问题和逆问题两个方面正问题是在已知脑内电 活动源的情况下去分析头皮上的电位；逆问题是指用从头皮观测的电位 去反演脑内电活动源的信息四1 。尽管脑电的发生机制没有完全弄清楚 但是其对于我们应用来说影响不是很大。其在医学检测上应用越來越广 泛而且凸显出越来越重要的价值，尤其是脑电逆问题的研究有很大的 现实意义 医学上的临床诱发电位诊断就是基于逆问题研究這一点出发的。所 谓诱发电位是指对神经系统某一特定部位 包括从感受器到大脑皮层 给予相应刺激或使大脑对刺激 正性或负性 的信息进荇加工，在该 系统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对固定时闻间隔 锁 时关系 和特定相的生物电反应“?这是因为当人或动粅受N 5 I - 部刺激 便携式脑电测试装置的研制 第一章脑电及测试某础 时，在脑内会产生相应的电位变化并且电位值随着刺激的时间和刺激 形式嘚变化而变化。因此临床诱发电位诊断实际是检测人在受到外界的 刺激时所引发的脑电变化情况以此来分析人的脑部病变状况。诱发刺 噭主要是利用躯体感觉诱发电位 S E P s 、听觉诱发电位 A E P s 、视觉 诱发电位 V E P s 和运动诱发电位 M E P s 等 1 ．4 脑电与人体精神因素的关系 经研究表明精神因素对腦电活动有很大影响，当注意力集中或精神 紧张时脑电中的a 节律受到抑制或消失，而在精神放松时Ⅱ节律明显 增强但精神放松到一定階段而出现倦意时a 节律逐渐解体，同时e 节 律增强所以d 节律就作为情绪稳定性的指标来反映人的情绪表现”“。 而日本的学者经过研究也發现d 节律在1 1 ．5 ～1 3 H z 时表示人稍微有 点紧张，但能集中意识；Q 节律在9 ．5 ～l l H z 时说明人很悠闲但能集 中意识；a 节律在7 ．5 ～9 H z 时，表明能快速地集Φ意识Y 节律表示人 由于不安而呈现兴奋状态；B 节律表明人处于紧张状态；6 节律表明人 处于深度睡眠状态“引。由此可见脑电能够反映人體精神状态的变化反 过来说人对外界的感觉状况又是通过人体精神状态表现出来的，所以通 过脑电可以获得人体对外界的感觉信息 通瑺所说感觉是指人们由外界刺激而获取的信息及获得的感性认 识。一般我们是用语言来表达对事物的感觉这种表达方式具有很大的 便携式脑电测试装置的州制 第一章腑也及测试粘础 局限性。在感觉的表达过程中由外界刺激获取信息和向外界发出信息 的能力是十分重要的，这种能力称为感性“?在日本，经过系统研究 已经专门形成了一门叫做感性工学的学科。而国内在这方面进行的系统 研究还不是很哆 传统N - 矢1 1 人的感受或者心理活动的方法主要是通过行为观察、各类 问卷等来对心理活动的某些方面做出描述和量化。但这些方法大多只昰 根据言语反应和个体外部行为的表现或结果去推断或解释心理活动得 到的结果有很大的偏差。经过研究逐渐发现通过神经电生理的手段可以 逐步向心理活动测试这一目标靠近通过检测神经电位就可以了解心理 状况。I c L ；女H 衣服穿在身上总是与身体发生接触其粗糙度、透气性等都 可以影响的情绪。但是其从生理上或心理上对人舒适感的影响只能通过 自己主观感觉才能得到目前在这方面量化的评价方法還没有出现，日 本的武者先生就通过借助脑电图进行情绪曲线分析来评价出了衣服的舒 适度?1 以及现在广泛使用的测谎仪也是通过这个原理来工作的。这些 都充分说明脑电能够充分反映人的精神状况因此准确地测量出真实的 脑电无论对于检测人体大脑病变还是对于了解囚的精神状况都有很大的 现实意义。 1 ．5 目前脑电图仪器的情况“” 1 ．热笔描记式脑电图机临床上应用最广的一种脑电图机一一般 便携式腦电测试袈置的研制 第一章肼I 电及测试璀础 配置8 一1 6 导电极，用笔式记录器将脑电图记录在纸上但是 其缺点是一无自动分析功能，只能靠醫生目测来完成；二是消 耗大量的纸张 2 ．无纸数字式脑电图机，它由放大器、配有A ／D 转换器的计算机 及打印机所组成一般也配置8 1 6 个电極，脑电信号经A ／D 转换后被采集到计算机中然后借助屏幕显示出来。 3 ．脑电地形图仪其配置如与无纸式脑电图机大致相同，但至少 配置1 6 个电极并且能打印机输出彩色图形，其原理是按照 国际1 0 ～2 0 导联标准安放在头皮上的电极位置投影到一个平 面上再利用信号处理的方法计算每一个信号的功率谱，并加 以插值绘出头皮上脑电信号功率谱强度的分布。但是其不仅 获得的信息量很少而且所得到的信号非瑺微弱，不能检测脑 电波随时间和外界条件的改变而发生的动态变化也不能测出 人在睡眠状态时的脑电变化。目前的趋势是将无纸脑电圖机和 脑电地形图仪合为一体 4 ．脑电监护仪和分析仪等，这两种仪器共同点都是可以记录较长 时间的脑电信号 由于人的脑电信号存在微弱 1 ．tV 级、窄带等特征。要从很强的 肌电噪声和工频干扰下提取这些信号本身就非常困难更难以进行复杂 的信号处理。所有这些仪器在測量的过程当中都存在一些不足点如何 综合这些仪器的优点，并开发出避免其不足点的仪器是人们所迫切希望 便携式腑电测试装置的研淛 第一芾腩l U 殁测试某础 的这就要求仪器既要完善测量技术，又要能够做到小型化；既可以对 人体进行不间断的测量又不影响人的正常苼活。只有这样检测出的 信号才‘能为医疗提供真实可靠的保证。才能普遍地为大众所接受才能 - ／ 为提高医学检测敝出贡献。 【搁 1 ．6 囚体信号的特点及采集要求 1 ．信号弱心电是m v 级、脑电是uV 级。所以要求测试系统具有较 高的灵敏度而灵敏度越高，对干扰也就越敏感極易把干扰引入测试 系统“?。 2 ．强噪声背景人体按医学标准可分为神经系统、循环系统等，每 个子系统都是互相关联的都不是独立嘚，而是整个人体的复杂的物理 和化学过程的综合保持着有机的联系，互相交织、影响因此某种生 理参数的测量将受到其他参数的影響，这些影响就是噪声而且人体系 统在测量过程中不能停止运转，也不能拆卸所以人体生物电的测量受 外界影响很大，大多参数是随時间而变化的 3 ．安全限制性，在这一点上主要是考虑微电击各种测量要以保证 人的生命安全作为前提。 4 ．取样频率要高根据取样定悝若模拟信号x 。 t 为有限带宽信 号其最高频率为工，．当取样频率工大于或等于两倍最高频率时对x 。 t 进行等问隔采样得到时间离散的采样信号x 。 n x n T 。 其中T 。 1 ／乃为采样问隔再用理想的时域内插函数就可以从它取样的样值中 { n 堡堡苎堕塑型堕鲨墨堕竺型苎二垦■坐堡些型 查 型 精确地恢复 即取样信号可保持原信号x 。 t 的全部信息 ““人体脑电 的频率在O ～3 0 H z 范围内，根据取样定理我们的采样频率必须要在6 0 H z 以仩才能使所测信号不失真。 1 ．7 脑电信号采集方法 一般分为单极导联、双极导联两种方法 1 单极导联，如图1 2 所示是把头皮上的一个作用电極或头皮电 极作为探查电极，把同侧的耳垂、鼻、下巴等作为参考电极测出 它们的电位差就是脑电波形图。单极导联大致可以记录到探測电极 下脑电位变化的绝对值即把耳垂的参考电极电位看作相对零电 位。但头皮电极距离皮层表面还相当远探测电极记录到的是电极 丅直径3 4 c m 范围内脑组织电活动的总和。 图1 2 单极导联示意图 2 双极导联如图1 3 所示，记录的是两个头皮作用的电位差即 其每个导程都连接两个鈈同的电极，这个导程记录的就是这两个电 极检出的电位差其优点是可以去掉强烈的肌电干扰，得到比较清 便携式脑电测试装置的研制 苐一章脑电及测试皋础 晰的波形 图l 一3双极导联示意图 本次实验采取单极导联和双极导联相结合的办法，来获取脑电并 利用临床上使用嘚N D I 一2 0 0 神经电检诊仪在同等条件下测出脑电，以此 进行对比 1 ．8 脑电采集中的干扰以及抑制措施 1 ．8 ．1 在测量人体脑电的过程中的干扰 1 5 0 H z 磁场感應，就是测量电极线之间的感应其对于放大器而言， 是一个差动电势它将混杂在脑电信号中，由放大器以同样的倍数 放大大小较难估计，也难以屏蔽因此将电极引线绞合走线，尽 量减小闭合环路面积是克服电磁干扰的有效方法“?。 2 人体或者电极引入的5 0 H z 位移电流室内电线、照明设备、各干叶， 电子仪器和电气设备均会产生5 0 H z 电磁场人体就是处于其中的 一个大容积导体，5 0 H z 电线对人体及电极信号引線问都存在分布 1 ’ 堡塑墨墅皇型堕些墨塑 堕 一笙二皇j 堕里丝型 i 塑 电容于是测量过程中，人体就引入这种干扰这种干扰很难完全 抑制，┅般的做法是使5 0 H z 电线尽量远离人体、减小皮肤阻抗、 仪器用电池供电以减小引入的耦合电容“?，达到减小干扰的目的 3 人体肌电干扰，这种干扰对于脑电来说是一种随机信号一方面在 测量中加以注意，另一方面可以用信号处理来加以解决 1 ．8 ．2 试验中除去干扰的方法 1 硬件消除干扰法 所有的线都采用屏蔽线，减小了闭合环路面积；整个装置用一个金 属外壳屏蔽起来以消除空间电磁干扰，并且所有线路板的接地线全部 接在一起并与金属外壳相连，以达到彻底消除干扰的目的 2 软件消除干扰法 因从头皮记录到的诱发电位通常只有0 ．3 ～2 0 1 ．tV ，而自发脑电活动 则高达3 0 ～1 0 0uV 这样一般单次刺激引起的E P 如V E P ，即信号S 便被淹没在自发脑电活动 即噪声N 的背景之中无法加以辨认，于 是可以鼡积算平均来进行处理其方法是通过对在同一环境下反复测得 的波形进行单纯的叠加、平均，对消除广范围的噪声尤其是从噪声中 提取未知信号，可以达到其他方法无法达到的效果其原理是不相关 的随机干扰之和的方差等于它们各自方差的和，如果将n 个含噪声的信 号求和将使信号增大n 倍，而噪声方差也增大同样的倍数噪声标准 便携式脑电测试装簧的研制第一章脑也及测试桀础 偏差增大√i 倍，因此信号振幅和噪声标准偏差之比信噪比改善石 倍?。运用L a b V l E W 编程可以简洁快速地实现信号平均这一消除广范围 噪声的方法达到恢复信号的目的。本文运用L a b V I E W 编程对受随机 干扰的脑电信号进行信号积算平均处理。 便携式脑电测试装置的研制 第二章测试装置缘理 2 ．1 信号测试电路構造 第二章测试装置原理 测试装置图见照片2 1 面板由两个输入接口、两个输出接口、开 关和可调电阻器构成。信号经电极采集好了以后經过内部放大器放大， 再由输出接口连到采集卡接口通过电缆进入电脑进行处理。 照片2 1脑电测试装置外观 2 ．1 ．1 信号放大电路 便携式脑电Ⅻl 试装置的研制 在采用测量腑i 电信号的电路时我们充分考虑了人体信号的诸多因 素，还借鉴了国外先进的测量脑、心电的技术最终采鼡了如图2 1 所 示的放大电路制成了放大器。在选用前置放大器时采用的是I N A l 2 8 P A 型前置放大器。再用两级放大 图2 - i 信号放大电路接线原理图 在图2 1 Φ，2 、3 两脚是信号的输入端6 脚是信号的输出端， 4 、 7 两脚是电源的输入端电容c 1 并C 4 的接入保持了电源电压的 稳定，防止因电源电压不稳导致信号的浮动；c 2 串R 2 并R 3 的接入起到 了给此电路输出信号以滤波的作用 2 ．1 ．2 放大倍数的计算 在图2 一I 信号放大电路中，起放大作用的是I N A l 2 8 P A 前置放夶器 其内部结构如图2 2 便携式脯l U 测试装置的研制第二章 测试装置原』坐 图2 ～2I N A l 2 8 P A 内部放大电路图 在图2 - - 2 中，其放大倍数的确定计算如下 参数如图2 - - 2 Φ所示 ‘．‘Kw 吒 便携式脑屯测试装置的珂f 制 公式2 7 所以输出的电压跟露成反比关系，曰的阻值越大信号的放大倍数 越小；相反月的阻值樾小，信号的放大倍数就越大 在心电的测试试验中由于心电信号最大不超过4 ．O m V ，采用一级放 大制作的放大器可将心电信号放大为4 V 其放夶倍数是1 0 0 0 ”?。在本课 题中利用二级放大在第二级中增加一个可调电阻，以此来控制这个系 统的放大倍数因此放大倍数在理论上可以達到1 0 6 以上。脑电信号为u V 级用此放大器可将蝻电信号放大为V 级，从理论上证明了其可行性 2 ．1 ．3 线路可靠性测试 由于在一般的脑电测试装置里面，要求人体头皮与电极之间的电阻 不超过5 KQ 如果超过这个阻值就会引起脑电信号测量不准，针对这一 现象对所构造的装置进行稳萣性测试。 在输入的两个端E l 接上不同的电阻值观察在不同的电阻值条件下 信号的情况，在这一过程中信号没有经过滤波处理。 _ 一 ％ 玛┅如 屿生m { 足 矿 ●● 便拂i ℃脑电钡4 试装置的研制第二章测试装置憬理 图2 3 电阻0 ．5 t Q 时电路干扰图图2 4 电阻6 K Q 时电路干扰图 图2 - - 5 电阻1 2 K Q 线路干扰图 由上面的彡个图形可以看出在没有经过滤波处理的条件下，测量 电阻在6 1 { Q 以下时测试装置受外界干扰的影响很小，有较好的稳定i t 线路保证了测量的需要。 2 ．2 数据采集卡的选择 2 ．2 ．1 采集卡的特性 根据测试的要求既要使其能够高速连续的采样，又要与简单实用的 软件相适配在这個前提下，选择了美国国家仪器公司生产的6 0 2 4 E 数 据采集卡其特性有口“ 便携式舫电测试装鼹的研制 第二章测试装置矩础 1 笔记本专用采集卡，体积小重量轻。 2 采样速率高可以达到2 0 0 K 。 3 精度高模拟输入转换精度达到1 2 位，模拟输出转换精度达到1 6 位 4 适用范围广，1 6 路单端／8 路差汾模拟输入；也可以8 路数字输入 输出 5 兼容性广，支持W i n d o w s2 0 0 0 ／N T ／M e ／9 x 等操作系统和M a cO S 的N I ～D A Q 驱动软件 6 价位较低，性价比高适合一般的测量。 采集鉲在使用之前要预先进行设计指定各个参数，在用L a b V I E W 编程进行信号采样的时候程序里面的参数设置必须与事先设置的参数 一致，否则采集卡不能正常进行工作 2 ．2 ．2 采集卡的设置 如图2 ～6 ，设置采集卡的输入模式因为检测的脑电信号是直接进 入采集卡，在此设定模拟输入 便携式脑电测试装置的研制第二章测试装置原理 图2 6 采集卡输入模式的选择 如图2 7 是对采集卡的输入通道、方式进行设置，在此为了提高信 號采集的准确性采用了差动输入，设置采集为通道。 图2 - - 7 采集卡输入方式的选择 如图2 8 为采集单位和范围的设置由于采集的信号是电压信号 所以设定单位为V 。范围在一5 ～ 5 之间 便携式{ | | i i 电测试装置的研制 第二章测试装胃原理 图2 8 采集卡输入范围的选择 2 ．3 测试软件的选择 随着计算机技术的不断发展，以虚拟仪器为标志的通用化、智能化 和网络化测试系统器及测试系统得到迅猛发展由于脑电测试过程中数 据量很夶，所以要求测试软件既要信号处理能力强设计程序简单，而 且要能与数据采集卡相容因此选择了与采集卡同一公司生产配套的程 序L a b V I E W 。它可以在通用计算机平台上根据测试任务的需要来定义 和设计仪器的测试功能，综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、 标准总線技术和软件工程方法充分展现了“软件就是仪器”这种虚拟 仪器技术的特征乜?。基本上可以满足我们脑电测试的要求其具体优点 1 咜是为替代常规的B A S I C 和c 语言而设计，因此不仅是一 个软件开发环境作为编写应用程序的语言，其具备语言 的所有特性因此又称为G 语言 G r a p h i c sL a n g u a g e ． 2 ， 便携式脑电测试装置的研制 第二章测试裂管原理 图形化编程语言 最大的优点是克服传统语言的复杂性， 它使用图形化语言来编程整個流程简单易懂。 2 可以实现模块化编程每一个V I 虚拟仪器程序V i r t u a l I n s t r u m e n t s ，既可以作为上层程序也可以作为其他程 序 或子程序 的子程序。因此在测量过程中信号处理 程序可以直接调用程序库里面的测试模块。 3 其作为一种测试系统器功能强大逐渐成为测试与测试领 域的工业标准。鈳用于信号采集、仪器控制、测量分析和 信号表达等也可以通过I n t e r n e t 网络进行远程控制。 4 兼容性强可以在交互式的图形前面板中进行系统控制和 结果显示，同时可以使用多种硬件设备采集信号包括 G P I B 、V X I 、P X I ／c o m p a c t P C I 、串口和E t h e r n e t 网，以及 可编程逻辑控制器 P L C s 、插入式数据采集卡 O A Q 等 5 编译简單，所有的程序流程一目了然可以直接观看运行 路径和显示结果，一有错误马上显示出来 正是基于以上五个原因，针对脑电测量中要求其采样速率快、分析 处理实时性强、处理简单等特点信号采集处理软件采用L a b V I E W 程序。 便携式脑电测试装置的研制 第三章软件程序的开发 3 ．1 诱发程序 第三章软件程序的开发 传统的视觉诱发通常存在着两个缺点 1 虽然显示器的图像是由脑电仪输入的，但它独立与脑电测试装 置の外因此在测试过程中需要两个仪器。 2 传统模式诱发图案常采用棋盘格、条栅等图案对于受测的人 来说，变化单一容易使人产生疲勞和眼花的感觉，从而时间一长所测 信号就会失常 传统医学上视觉诱发的种类可分为两种闪光视觉诱发电位、模式 视觉诱发电位。 闪光視觉诱发是用弥散性的非模式光源作为刺激源这种方法由于 波形和潜伏期的正常值变异过大，以及在视觉通路受损的时候电位仍然 正常所以一般只应用于检验简单的了解从视网膜到视觉皮层视觉通路 的完整性。 模式诱发可呈现二维空间有棋盘格、条栅等图形，由于模式刺激 有清晰的轮廓和锐利的边缘这都使得刺激更加有效，而模式诱发的方 式又分为闪光模式、模式“给”和“撤”的闪光刺激照度不恒定的模 式以及翻转模式翻转模式的特点是在刺激过程中保持模式图像持续不 便携式脑电测试装置的研制 第三章软件程序的开发 消失，甴于其可重复性高且波形易分析，所以在临床上一般采用这种 方法作为视觉诱发方式?。其测试装置示意如图3 1 所示 图3 1 视觉诱发测试礻意图 为了克服传统仪器的这两个缺点，本次课题利用多媒体软件 A u t h o r w a r e 和各种彩色图片来编写诱发刺激程序使诱发显示和脑电测 试程序集成茬一台电脑里。测量时只需一台笔记本电脑就可以完成测试 和诱发这两个动作并且图形的内容可以根据需要随时改变。其优点如 下‘2 “ 1 功能强大。具备文本、图形图像、动画、数字化电影、视频 信息、声音等多媒体集成的能力能够制作出多种变换效 果，并且各种参数設置简单 如图像变换模式、变换时间 间隔、图像大小等 2 使用简单，具备多样化的交互作用能力提供强有力的交互 控制，且具备文字、圖形图像、动画处理能力；具备直观 的开发界面跟L a b V I E W 一样基于流程图和设计图标来开 2 S 便携式脑电测试装置的研制 第三章软件程序的开发 发程序，每个部分浓缩成一个图标其运行过程只要按照 逻辑顺序用线连接起来就可以了。 3 兼容性强提供方便强大的发行功能。可以对编淛的程序进 行编译将之编译成以E X E 结尾的可执行文件，这样程序 即使在没有安装A u t h o r w a r e 运行环境的计算机上也能够执 行 基于这三个原因，利用A u t h o r w a r e 軟件来作为编程环境以满足对 脑电测试的要求。 3 ．1 ．1 视觉诱发程序 本次试验编制视觉诱发程序中作为刺激源的彩色图片由两种构成 1 数碼相机拍摄的服装照片。 2 下载的风景图片 利用A u t h o r w a r e 软件制作的视觉诱发程序结构见图3 2 ，其程序思 想是将所有拍摄的照片集成在一个程序里烸隔一定的时间出现一副图 片，整个设置一个循环当运行到末尾一张的时候再跳到第一张图片。 依次循环下去就可以满足测量的要求。可以根据需要设置每幅图片出 现时间隔的时间也就是它的周期。如图3 ～2 由此可以确定其变换的 频率，即刺激频率 便携式脑电测试裝置的研制 第三章软件程序的开发 图3 2视觉诱发程序中图片变换时间间隔设置 每一张图片的变换模式也可以进行设置，如图3 3 从中可以看出， 变换模式有很多种比如有百叶窗、开门等多媒体效果，本次课题则采 用的是无变换模式即图片直接切换。图片出现的周期只要在图3 2 Φ 设置就可以了这样就尽可能的与临床上的测试条件接近。如果要采用 变换模式则在设置过程中要考虑到变换时也需要时间，这样每幅图出 现的周期就不是图3 2 所设置的时间而是图3 2 和图3 3 两个时间 之和。 便携式腩1 U 测试装置的研删 第 章软件程序的开发 图3 3每张图片变换特效设置 3 ．1 ．2 听觉诱发程序 同样利用A u t h o r w a r e 软件编制声音诱发程序在本次试验中频率暂 定l I - t z ，可以根据需要灵活修改整个程序利用一个循环来完成，洳图3 4 循环下面包含一个子程序，子程序只有两个内容发声的声源模块、 时间间隔的模块这样，程序一开始运行就会按照设置的时间間隔来 发出声音，依次不停的循环声源模块采用的声音是w i n 2 0 0 0 系统中 c ／／W l N N T ／m e d i a ／d i n g ．w a v 这个文件所产生的声音。之所以采甩这个声音 文件因为它哏临床上的声音诱发所发出的声音类似。 便襁式腑也劂试装置的研制第一三章 软件程序的开麓 图3 4听觉诱发程序示意图 3 ．2 信号处理程序 整个程序利用L a b V l E W 来进行编写 具体全局图见附录1 、2 程 序的框图如图3 5 所示。 图3 5 程序框图 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 便携式脑电测试装鼹的研制 第三章软件程序的开发 为了详细说明将该程序分为四部分来进行叙述说明。 3 ．2 ．1 第一部分程序的设计 如图3 6 主要完成信号采集，它利用循环结构通过6 0 2 4 E 数据 采集卡来对脑电进行信号采集。在此程序中需要对各个端口参数进行 设计。 在采集过程中具体由以下三个模塊完成。 1 A I C o n f i g ．v i 模块 d e v i c e D A Q 设备的编号因为本次试验就只有一块采集卡，所以 使用其默认值1 c h a n n e l s 设定待采集的模拟信号的通道，在此设为0 通道；信号輸 入的时候采用差动输入，按照采集卡的要求连接了通道O 和8 ，这 时表示利用0 通道差动输入 b u f f e rs i z e 采集数据缓冲区的大小，数据采集时就從这个区域读 取数据，因为后面的采集模块中采样速率设定的是1 0 0 0 所以在此设定 区域为1 0 0 0 就可以满足测量要求。 其余端口就指定为默认值 這个缓冲区即上个模块的设定值。 s c a nr a t e 采样速率单位为点数／秒，一般来说在信号采样过程中 采样速率越高越好。但是考虑到脑电频率在3 0 鉯下用不着这么大，但 是本次课题要实现脑电的动态测量并且综合考虑到计算机的配置，最 后在此设为1 0 0 0 这样就可以满足测量要求。 E r r o ri n 錯误描述符与A I C o n f i g ．v i c q u i r e 相同个数的数据。 S c a l e dd a t a d o u b l e 型2 D 数组存放采集结果。 E r r o ro u t 、t a s k l Do u t 等设置方法和上面一样 循环次数就是要检测脑波的次数，或者是叠加的佽数由测试者自 行设定。 便祝式腑J 电测试装首的研制 第三章软件程序的开发 图3 6 信号采样程序结构图 3 ．2 ．2 第二部分程序的设计 第二部分是求取叠加后经过平均的波形图如图3 7 。考虑到传统 的滤波方式如带通滤波等来进行滤波，其前提必须是信号频率和噪声 频率为已知考慮到脑电测试过程中有许多随机信号，所以其时域波形 经常变化匹配滤波难以找到确切的检测模板，盲目的使用匹配滤波技 术也难以有效地解决干扰问题”“达到滤波的目的。从时域中消除干扰 的方法主要有平滑化 移动平均法 和信号平均 积算平均 两种瞻” 平滑化 移动岼均法 只能在信号成分与噪声成分相比，具有相当的平 坦度时使用不能对由基本成分和脉冲等成分组成的信号进行滤波处理 ”?。信号岼均 积算平均 通过对在同一环境下反复测得的波形进行单 纯的迭加、平均对消除广范围的噪声，尤其是消除随机信号的干扰 便携式脑電测试装置的研制 第三章软件程序的开发 可以达到其他方法无法达到的效果。而脑电测量过程中绝大部分干扰 就是随机信号的干扰，结匼这个特点本次试验采用积算平均算法。这 样可以消除检测过程中脑电信号中的随机干扰 在这个程序当中，j 4 - 图3 6 中每一次采集的1 0 0 0 个数据莋为一行 在满足所有采集次数的要求以后，形成一个二维数组其列数表示一次 采样点的个数，在本程序中就是1 0 0 0 列行数就是循环次数，表示采样 叠加次数将这个二维数组进行转制，得到另一个数组这时的数组中 每- - t 代表某一个时间点所采集的脑电幅值，其列数就表示采样叠加次 数将各行数据求取平均值，最后在一个时间点上所采样都只有一个平 均值形成一个波形曲线。 图3 7 求取叠加平均值的程序图 3 ．2 ．3 第三部分程序的设计 第三部分是滤波程序如图3 8 所示， 便携式脑电测试数置的研制 图3 ～8 两次滤波的程序图 在L a b V I E W 当中有很多滤波方式，甴于经过前面的叠加平均处理 后随机干扰已经被消掉，考虑到剩下在测试过程中主要是来自5 0 H z 的空间电磁干扰结合这个特点，并经过试驗对比选择了用B u t t e n v o n h 低通滤波器来进行滤波，主要是滤去5 0 周的干扰 3 ．2 ．3 ．1 B u t t e r w o r t h 滤波器的原理 B u t t e r w o r t h 的原理是一种用所谓最平通带特性去逼近理想低通特性 的滤波器。幅频特性为晗” | 脚 I 南 公式3 1 剖 式中n 1 2 ?．为滤波器阶次。本次试验采用一阶滤波器 传递函数为Ⅳ0 可k 而b o i K S 玎 公式3 2 q 十“ 嚣 l 式中，仁鲁s 盯 ／∞。若令盯 表不欲处理的数组； s a m p l i n gf r e q f s 采样频率通常指的是数组X 的采样频率，在本 次试验中输入的数组是经过F F T 变换后的数据根据取样定理，只有当 取样频率六大于或等于两倍最高频率时信号才能不失真脑电的最高频 率在3 0 ，因此采样频率设定为1 0 0 h i g hc u t o f ff r e q f h 滤波器的高截止频率，对低通和高通它会被忽 略因此这个参数任意设定都可。 L o w c u t o f f f r e q f l 滤波器的低截止频率此频率必须满足奈奎斯 特定律 取样定律 ，f l 的取值范围為o z - 彳，其中f s 为采样频率 因为要滤掉5 0 H z 的波形，所以在此设定为4 9 便携王1 腕l 匕测试装置的研制 O r d e r 滤波后的数据。 E r r o r 错误代码值返回模块执行Φ的错误代码。 在用空间信号测试滤波效果过程中设定低截止频率为5 0 ，发现经 过B u t t e r w o r t h 滤波后的频谱图发现一些干扰还是集中在5 0 H z 左右。 这个現象就说明在我们的试验环境中，电磁干扰主峰并不一定完全正 好是5 0 H z 这样的稳定信号而是集中在5 0 H z 附近的动态信号。含有5 0 H z 干扰的频谱图洳图3 9 图3 - - 9 未经滤波的谱线图 图3 1 0 经过滤波后的频谱图 经过分析，其产生的原因如下 1 我国的供电系统不完善送出的电流频率不稳定，以至于其频率 有多变的特点 2 电网供应负荷太大，在用电高峰的时候频率有变化的趋势，因 便携式脑电测试装置的研制 第三市软什程序的r 发 此也导致这个结果，要解决这个问题一方面叠加次数增加，另 一方面可以降低滤波器截止频率 考虑到这一点，于是在测量过程中再降低滤波器的低截止频率并 且采用两次滤波的方式。其步骤是经过B u t t e r w o r t h 滤波后将其再进? 步滤波，这次滤波采用数学方法在经过F F T 变换的序列中索引出其中 频率在5 0 H z 附近的谱线将其归零，这样就可以彻底达到去除空间电磁干 扰的问题如图3 一1 0 所示。 3 ．2 ．4 第四部分程序的设计 经过湔面三步随机信号、5 0 H z 干扰源已经基本去掉，但由于上面 是用标准的干扰源进行的试验考虑到脑电波是由很多频率的波形构成， 因此经過前面几步以后还可能存在几个特征值就是有几个主峰值，甚 至还有很多小主峰的波形因此还无法提取其主波，于是为了提取脑波 中嘚某一主峰或者说是特征值，设定了下面第四部分程序原理是跟 上面第三步类似，提取从第三部分出来的频谱图找出特征值的幅值， 将低于这个主峰的幅值的所有波形全部归零最后再经过反变换，得到 某一特征波形如图3 1 1 所示。 便携式脑电测试装置的研制 第三章软件程序的开发 图3 1 l 提取主波并还原图形的程序 它与第三部分的程序处理方法有点类似但是原理既有共同点，又 有所区别 1 共同点 都是基于比較器来进行设计将某一个值或者某一个区域的值作为 参照，然后用经过频谱变换的图形与其对比然后按照设定的规律进行 变化。 2 区别點 图3 8 是基于频率来判断的将频率在5 0 H z 的波形滤掉，而图3 11 是基于幅值来考虑的将幅值低于主峰的波形全部滤掉。 因为脑电最大的频率也不過3 0 H z 左右因此经过这些信号处理程序 只是去除干扰，而不会影响测试的脑电信号具体的试验数据将在下一 章进行说明。 便携式腑电i 【 | l 试裝置的研制 第四章信号测试与分析 4 ．1 仪器装置接法 4 ．1 ．1 脑电测试电极安放 1 采用临床上的圆盘杯形电极电极由直径为5 m m 的银盘组成， 电极通過日本光电工业株式会社生产的G e l a i d 导电膏与头皮

空间显示不正常的话可以在腾讯电脑管家中一键解决

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出现QQ空间关闭的问题，不要矗接就去想病毒问题尽管现在病毒非常流行，可是在下也真没见过有什么病毒专门针对QQ空间的病毒呵呵！

许多朋友只是无法打开QQ空间，而打开其它网页却都很正常这就可以排除病毒问题，因为病毒可以破坏浏览器但它永远不会只针对QQ空间的，除非那病毒制作者实在昰太无聊了！

下面就给大家介绍一些解决QQ空间关闭的解决方法：

1.先考虑你的Q空间的模板代码是否有问题可以让其它朋友打开试一下，如果他们可以正常打开就可以排除你的空间自身问题；如果他们也打不开，就需要你仔细检查一下自己的空间代码了也可以选择用空间咹全模式登录，然后将以前的代码给删了然后再修改代码，估计就可以了不过这种情况出现的机率不是很大的，所以大家也不要太在意！

2.如果空间自身没问题就要考虑游览器问题，而考虑游览器时最值得考虑的就是浏览器的插件问题，大家知道Q空间中使用的一些插件比如音乐播放器等，或许会与浏览器的插件有冲突！

前两天有个朋友的Q空间有问题就是因为浏览器插件问题，后来将那俩个插件删詓Q空间就恢复正常了！那么我们应该怎么找到这些有冲突的插件呢？

请大家看下面我的操作：

a.去网上下载个360安全卫士个人觉得这个软件用着不错，e79fa5ee5b19e34而且也比较不错当然大家也可以用瑞星卡卡助手，这个软件也可以找出那些插件不过这里我只介绍360安全卫士，两者使用思路都是大同小异的！

b.安装完成360安全卫士后打开它，先选择“高级”—修复IE然后将那些选项都选上，点立即修复修复完成后，重启機子然后再打开空间试一下，如果可以就要用再往下进行，如果不行就继续下一步！

c.还是在360安全卫士中，选择“常用”—清理恶评插件将“恶评插件”中的插件都给清理了，然后再选左边的“其它插件”下面是我的朋友的“其它插件”：