基于FPGA的視覺誘發(fā)電位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計靈活、速度快、規(guī)模大和集成度高的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA受到越來越多廠家和研究機構(gòu)的關(guān)注。作為可編程器件的主導(dǎo),FPGA彌補了CPLD、PAL等原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點,而且擁有比DSP更快的速度,比專用芯片有更短的設(shè)計周期,能滿足現(xiàn)代醫(yī)療儀器小型化、低功耗和智能化的發(fā)展趨勢,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用與包括誘發(fā)電位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和病人監(jiān)控設(shè)備等醫(yī)療產(chǎn)品。
　　視覺誘發(fā)電位(VisuallyEvokedPote

2、ntial,VEP)檢測是臨床眼科檢查的重要項目,其信號比較穩(wěn)定且易檢測,與受試者自控能力關(guān)系不大,為視覺神經(jīng)系統(tǒng)疾病和眼底病變的診斷和鑒別提供了客觀依據(jù),在判斷視路功能異常、評估眼科疾病的療效和兒童視覺發(fā)展水平等醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷等方面都發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。臨床上常用電視屏幕棋盤格翻轉(zhuǎn)法作為視覺誘發(fā)電位刺激源,這種方式誘發(fā)出的視覺誘發(fā)電位潛伏期易測定、波形穩(wěn)定、個體差異比較小,是檢測VEP的可靠指標(biāo)。
　　對于性能良好的視覺誘

3、發(fā)電位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言,穩(wěn)定可靠的測量系統(tǒng)、準(zhǔn)確無誤的傳輸以及合理科學(xué)的信號處理與分析方法缺一不可。由于視覺誘發(fā)電位幅值只有μV級,容易被環(huán)境噪聲(如工頻干擾)、系統(tǒng)內(nèi)部噪音和其他電生理信號(如肌電和腦電等)淹沒,所以多次采集的原始信號一般都要通過疊加平均處理來增強有用信號和減小噪聲干擾。為達到這一目的,要保證每一次的采集到的信號相位一致。
　　本課題設(shè)計的視覺誘發(fā)電位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)的基于Windows多任務(wù)處理調(diào)度機

4、制和雙顯卡技術(shù)的視覺誘發(fā)電位采集系統(tǒng)的不足,設(shè)計的基于FPGA的硬件電路能同時控制圖形刺激器和信號采集模塊,消除了刺激圖形的產(chǎn)生和信號采集的啟動間的不確定延時,保證了采樣的實時性。另一創(chuàng)新之處在于本系統(tǒng)充分考慮到了圖形信號和誘發(fā)電位間存在的鎖時關(guān)系,在顯示器產(chǎn)生刺激圖形的同時啟動采樣,保證了采樣信號的同步性和以及后續(xù)疊加平均處理數(shù)據(jù)的有效性。
　　本系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片EP1K100QC208-3作為核心器件,利

5、用其資源豐富、可編程的特點,將視覺誘發(fā)電位刺激信號模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲和USB上傳的控制模塊集成起來,設(shè)計了電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功能齊全的視覺誘發(fā)電位信號采集系統(tǒng)的主控模塊。硬件描述語言采用了層次結(jié)構(gòu)清晰、語法嚴謹、易于共享和復(fù)用的VHDL。在AlteraQuartusⅡ環(huán)境下完成邏輯仿真、功能驗證、邏輯綜合等任務(wù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換功能單元采用低功耗和體積小的逐次逼近型12位AD轉(zhuǎn)換器ADS7822,最高采樣率可達75MHz,完全滿足采

6、集視覺誘發(fā)電位的技術(shù)需求。采集的數(shù)據(jù)暫時保存在高性能的靜態(tài)隨機存儲器IS61LV25616中,該SRAM不需要定時刷新電路就能保存內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。
　　所有信號采集完成以后,數(shù)據(jù)批量傳到上位機?；赩isualBasic6.0設(shè)計的上位機控制軟件,能便捷有效地控制整個系統(tǒng),不僅能設(shè)置AD參數(shù)、VGA圖形參數(shù)、啟動和停止系統(tǒng)工作、參與數(shù)據(jù)上傳,還能處理采集結(jié)果,顯示經(jīng)過疊加平均后噪聲降低的視覺誘發(fā)電位信號曲線,檢測并標(biāo)記NPN三項復(fù)

7、合波的N75、P100和N135。實驗數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置可以保存在TXT文本中。上位機和FPGA通信由支持熱插拔的USB接口完成。相比于傳統(tǒng)的諸如RS232串口或PCI總線等方式,USB接口傳輸具有可靠性高、速度快、數(shù)據(jù)不丟失和抗干擾性強等優(yōu)點。
　　系統(tǒng)軟硬件設(shè)計完成以后,用SignalTapⅡ和函數(shù)信號發(fā)生器分別驗證了信號源啟動與信號采集的同步性和多次采樣起點的一致性,并實測了人體視覺誘發(fā)電位信號,VEP波形清晰準(zhǔn)確?？傮w而言,該