微伏级肌电/诱发电位仪系统设计与实现

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肌电/诱发电位是通过听觉刺激、视觉刺激、体感刺激和大脑皮质刺激,在相应体表部位记录诱发的神经电活动。通过判断听觉、视觉、体感和运动神经传导通路的功能情况,可以确定病变部位和程度,指导临床医生的诊断和治疗。国内肌电/诱发电位仪的研究处于起步阶段,与国外相对成熟的技术相比,在抗干扰性、仪器精度以及实时性等方面存在比较明显的差距。因此,研究和开发精度高、实时性好的肌电/诱发电位仪,能提高国内在这一领域的医疗器械的研发水平。微伏级肌电/诱发电位信号不但容易被环境噪声、系统内部噪声和其它电生理信号淹没,而且肌电/诱发电位采集频率最高可达250KHz,对采集系统实时同步的要求较高。因此,精密放大器、高速实时同步采集技术以及高速实时数据通信是系统的三大核心技术。本文着重研究分析了基于FPGA的数据采集过程中的多路高速实时同步采集和高速实时数据流的缓存传输处理,设计了基于并行通讯接口的多通道实时同步数据传输。所开发的肌电/诱发电位仪可与PC机之间进行实时同步、高速、可靠的数据传输。本文以双核CPU控制器系统为平台,构造了以放大器、刺激器、采集器为核心的硬件架构。刺激器输出可控的电流刺激人体,引出诱发信号;放大器放大采集肌电/诱发电位信号;基于FPGA的实时同步数据采集系统缓存数据流,通过并口通信方式将数据传输给ARM主控制器,由ARM主控制器将采集的数据送给上位机,并实时显示。基于双核的精密肌电/诱发电位仪系统的设计方案可有效解决数据采集缓存传输处理技术的限制,改进了微伏级信号检测技术,具有安全系数大、抗干扰能力强、可靠性高等优点。样机测试结果表明肌电/诱发电位仪系统方案设计可行,能够满足医学研究和临床需求,相关核心技术的研发能提高国内生物医学仪器自主创新能力,具有一定的应用价值。
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