基于FPGA的多功能經(jīng)顱直流電刺激儀的設(shè)計(jì).pdf

1、經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）是一種通過微弱直流電流刺激大腦皮層進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性的非侵入性神經(jīng)刺激技術(shù)。tDCS可引起皮層雙相的、極性依賴性的改變，目前該技術(shù)已成為神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)康復(fù)醫(yī)學(xué)、神經(jīng)病學(xué)的研究熱點(diǎn)。研究表明，tDCS可顯著提升學(xué)習(xí)記憶能力。認(rèn)知功能障礙患者與正常人的腦電復(fù)雜度（Lemple-Zie Complexity，LZC）存在一定差異性，因此，

2、通過電極記錄的腦細(xì)胞群的自發(fā)性、節(jié)律性電活動(dòng)的EEG信號(hào)可以作為實(shí)施tDCS后刺激效果的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。
　　本文所開發(fā)的基于FPGA的多功能經(jīng)顱直流電刺激儀，不僅實(shí)現(xiàn)了刺激功能，而且完成了腦電監(jiān)測(cè)分析功能。該儀器以FPGA芯片EP2C8Q208C8N為硬件控制核心，利用VHDL語言進(jìn)行編程。通過無線藍(lán)牙接收到基于LabVIEW平臺(tái)的上位機(jī)傳輸來的刺激波形參數(shù)和控制指令，驅(qū)動(dòng)FPGA生成強(qiáng)度、波形類型、頻率、占空比等參數(shù)可調(diào)的數(shù)字波

3、形，然后通過D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最后通過壓控恒流源電路輸出恒定電流作用于人體靶區(qū)域。同時(shí)利用一參考電阻獲取流經(jīng)負(fù)載的電流值，經(jīng)藍(lán)牙傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示，用戶不僅可以實(shí)時(shí)觀察輸出電流情況，還可以根據(jù)顯示結(jié)果反饋調(diào)節(jié)輸出電流值。此外，系統(tǒng)中的腦電采集模塊采集受試者的腦電信號(hào)，并將信號(hào)無線傳輸至上位機(jī)，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)腦電信號(hào)的頻譜、功率譜、各節(jié)律腦電波形分析、復(fù)雜度計(jì)算及數(shù)據(jù)保存等處理與分析。
　　根據(jù)設(shè)置的參數(shù)和指令，

4、該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地輸出特定幅值、頻率、占空比的刺激波形，并對(duì)采集的腦電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在刺激模塊，刺激電流幅值精確度≤2%；正弦波在0.01～0.1Hz、0.1～1Hz和1～250Hz頻率段分別可以達(dá)到0.01Hz、0.1Hz和1Hz的步進(jìn)值；在+2mA的刺激電流輸出下，最大負(fù)載為12KΩ；開始、中止、取消指令可以控制刺激電流的輸出。在腦電采集監(jiān)測(cè)模塊，系統(tǒng)支持8通道腦電采集分析，其共模抑制比為106dB，系統(tǒng)噪聲≤3uV；可以檢測(cè)出β