EP/EMG系统设计及听觉诱发电位信号提取算法研究

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EP/EMG系统是检测肌电和诱发电位信号的一种临床医疗设备。肌电和诱发电位信号为强非线性、强耦合性、极微弱的人体电生理信号。肌电信号描述的是人体肌肉活动状态所表现出来的电学特征,是复杂的表皮下肌肉活动在时间和空间上的综合结果;诱发电位描述了人体神经系统对受到外界刺激在特定部位与特定时间所综合呈现出来的电学特征。肌电/诱发电位在研究人体神经系统的临床诊断、医学康复工程、信息传递等领域有着广泛应用,已成为相关领域的研究热点。本文提出的EP/EMG信号检测由上位机模块、主控模块、信号采集模块及刺激器模块组成。刺激器模块可以产生电流、声音、图像三种刺激作用于人体,肌电信号或刺激所产生的诱发电位信号由信号采集模块进行放大滤波处理;主控模块通过高速AD对放大后的电生理信号进行转化,并通过高速USB通信接口把数据发送到上位机中,由上位机进行实时的波形显示、测量及信息管理。信号采集模块主要由前级差动放大电路、31-80000倍增益可调的主放大电路、三阶巴特沃斯低通滤波器及模数转换电路组成。nV级的听觉诱发电位信号极容易被外界环境干扰所淹没,本文提出一种基于共模信号驱动电源的新型差动放大电路方案,由传统的使用工频陷波器直接抑制工频干扰的方法变为使用共模信号作为电源驱动信号使得浮地跟踪共模信号从而间接抑制工频干扰的新思路,使得既抑制了共模干扰又有效的保留了信号在该频率的特征。通过信号采集模块获取的听觉诱发电位信号中含有大量的环境噪声、自发脑电干扰、肌电干扰、心电干扰等,需要进行nV级的听觉诱发电位信号提取算法研究。论文分析传统叠加平均算法并指出该算法的局限,对残留干扰噪声及潜伏期的扰动问题,提出一种基于反正切函数的IIR滤波器叠加平均算法。首先使用叠加平均方法提高信噪比,然后通过基于反正切函数的IIR滤波器对信号平滑。使用该算法对四个测试者的脑干听觉诱发电位信号数据进行提取,测试结果表明该算法实用有效,满足临床医疗检测的要求。
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