基于脑电的生物反馈治疗系统的设计与实现

发布时间：2020-09-01 14:04

　　现代社会中人们承受着巨大的工作和生活压力,由此导致大量的心理疾病和精神疾病患者,而长期的药物治疗又容易产生耐药性和副作用,并带来高昂的经济代价,这迫使人们寻求更为安全和经济的方式来维护自身的健康。脑电生物反馈作为一种新兴的治疗手段,使用现代科学技术将人们无法感知的脑电活动,转换成动画、音乐等人们容易理解的形式,通过对患者进行反馈训练,能够改变患者的脑电活动,改善大脑神经功能,最终实现对疾病的治疗。脑电生物反馈疗法由于其可避免长期使用药物所带来的副作用和高昂的治疗费用,引起了相关方面的学者、专家和医生的重视,已在国外临床得到应用。目前国内自主研发并获得国家药监局批准的基于脑电的生物反馈系统不多,本文从医疗机构的实际临床治疗需求出发,论述了基于脑电的生物反馈治疗系统的设计与实现。本系统依据生物反馈的治疗原理,通过对患者的脑电进行采集、处理,并以动画、音乐的形式呈现出来,训练患者自主控制其特定的脑电活动,从而达到治疗特定疾病的目的。本文主要对基于脑电的生物反馈治疗系统的设计与实现进行了详细的论述。首先对系统进行了需求分析,在其基础上阐述了系统的功能模块结构、框架结构等静态结构和工作流程和数据流等动态结构,然后主要讲述了训练控制模块、数据采集模块、数据处理模块、反馈驱动模块和多媒体播放模块的详细设计和实现,最后本文介绍了系统功能测试和性能测试的情况。目前,本系统在国内医疗机构取得了良好的临床效果,同时也实现了自身的经济价值和社会价值。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.52;R318
【部分图文】：

电极分布,经线,生理心理

图 1-1 标准导联电极分布图在此系统中，头皮表面电极位置的排列方式为：以枕骨隆突、鼻根和头顶中央构成央经线，然后平行这条经线以 10%和 20%的间隔确定其它经线，垂直这条经线同样 10%和 20%的间隔确定其它纬线，电极沿着这些经纬线的交叉点进行放置。.2.2 脑电生物反馈研究现状生物反馈是用现代科技手段记录人体的某些生理心理信息，在把这些信息进行分析处理后，以视觉、听觉等人们容易理解的方式呈现出来，训练人们有意识地进行自身生理心理状态调节（信息的反馈），如调节大脑活动，当人们经过适当的训练后学会意识的控制自身的心理生理活动，从而改善自身生理机能[10,11]。因此，生物反馈强调体的主观意识，只有训练者积极主动地参与到反复循环的反馈学习和训练中，不断地据反馈信息去调节自我的身心活动，才能像控制自己的手脚一样控制自身的脑电、心、血压等生理和心理活动[12]。[13]

示意图,行通信,并行通信,读写

具有成本低、串扰低、应用灵活和可靠性好等巨大优势[24]，如图2-1 所示。图 2-1 并行通信和串行通信示意图从通信方向来看，串口通信可分为三种方式。单工方式同一时刻只能在一个方向进行通信。半双工方式通信双方都可以给对方发送信息，但同一时刻只能在一个方向进行通信。全双工方式可以同时在两个方向上发送信息，适用于那些不能有时间延迟的交互式应用。串口通信有两种数据读写操作方式：同步数据读写，串口读写函数会等到数据真正读写完成才返回，因此会导致线程被挂起等待；异步数据读写，读写函数不等待数据真正读写完成就会返回，从而避免线程被阻塞。目前有些电脑主机没有配备串口设备，一般可以采用 USB 转串口的方式，如图 2-2 所示。

示意图,串口通信,示意图

图 2-2 USB 转串口通信示意图分析技术字滤波号信噪比低，需要将混杂在其中的无关成分去除掉，以保障后续处理。由于脑电信号带有显著的节律特征，因此可以通过数字滤波去除脑波是指对数字信号进行滤除或衰减某些频段的算法。数字滤波一般可现代滤波两大类。经典滤波是有用成分和噪声分在不同的频段，通过同的衰减系数就能完成滤波；现代滤波是利用信号本身的统计特征去波从单位脉冲响应可分为有限和无限两种。有限脉冲响应（FIR）的去输入数据有关，而无限脉冲响应（IIR）的输出还与过去的输出有

【参考文献】