用于运动伪迹校正的穿戴式脑电采集系统

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脑电图是一种通过电极在人体头皮上采集到的微小电压变化来测量大脑活动的方法,而脑电图可以间接反映大脑的认知功能或进行神经系统疾病的诊断,例如在听觉诱发刺激实验中,被试在受到听觉刺激后其脑电信号中会出现相应的刺激频率成分。但在这类实验的过程中往往要求被试保持静止状态,以期望得到较好的实验效果。因为运动状态下的脑电信号测量会引入大量的运动伪迹(Motion Artifact,MA),导致脑电信号质量下降,而目前对运动伪迹的认识主要局限在电极与皮肤接触界面的基线漂移和其等效电路的阻抗变化。为进一步改善运动状态下脑电信号的质量以及实验效果,本文采用双极导联方法进行脑电信号的采集,并基于自适应滤波算法设计了能够抑制运动伪迹的脑电采集系统。本文设计了一款具有运动伪迹校正功能的脑电采集系统,该系统实现了脑电信号Wi-Fi传输、显示和存储等功能,可在运动场景下进行听觉稳态诱发和事件相关电位实验。首先,本系统采用双极导联技术与低噪声集成模拟前端实现脑电采集。其次,基于CC3200双核主控芯片和TIRTOS实时操作系统实现脑电与加速度传感器信号的同步传输,并且与服务端建立稳定的网络连接。最后,利用加速度传感器信号作为参考信号进行基于最小均方误差的自适应滤波,以表征运动伪迹的变化,进而实现对脑电信号中运动伪迹的校正。此外,本文还基于QT软件设计实现了事件标签与脑电信号同步传输。为进一步保证本系统采集脑电信号的有效性和可靠性,本文参考数字脑电图仪国标JJG-1043,对运动伪迹校正系统开展了输入噪声、共模抑制比等电学性能测试,测试结果符合标准,证明了系统功能的有效性。在此基础上,根据文献调研设计了运动状态下的闭眼α波节律实验和听觉稳态诱发电位实验,实验结果与调研符合,证明了系统功能的可靠性。最后,本文设计了运动状态下的听觉事件相关电位以及头部运动等验证性实验,并对8名被试的P300数据进行统计分析,结果表明本文设计的脑电采集系统对运动伪迹的校正是有效的。
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