自适应电针睡眠仪的研究

发布时间：2020-09-29 07:23

　　睡眠是一种重要的人体生理现象,优质的睡眠可以缓解身体疲劳,调节人体的生理活动,对人体的健康有着十分重要的影响。然而,近年来随着社会的发展,人类承受着越来越大的压力,失眠已经成为一个影响人们健康的严重社会问题。传统治疗失眠常采用药物治疗和心理治疗,因为药物治疗有很大的副作用,并且心理治疗受到场地的限制,因此寻求一种新的治疗失眠的方法,成为当前亟待解决的问题。近年来现代医学和电子技术的飞速发展,使得人们对脑电波的研究越来越深入,对现代电子技术的应用越来越纯熟,进而催生出一种治疗失眠的新方法。电针治疗仪是将脑电波的研究成果和现代电子技术与传统中医针灸有机结合在一起,设计而成的一种新的治疗失眠的仪器。相较于传统的方法其具有副作用小,可靠,便携,方便,安全等优点。本次设计主要完成了以下几部分的工作:(1)完成了脑电信号采集系统的设计;实现了对脑电信号实时高效的采集,并同时对脑电信号做放大、滤波、模数转换等预处理,为实验提供可靠的数据保证。(2)完成了脑电信号处理系统的设计;采用软硬件两种方式对脑电信号进行处理,以形成对比。在软件中实现了利用小波变换提取脑电信号中?波和?波,并且实现了样本熵算法,用来计算?波和?波的样本熵值,将计算出的结果与设定的样本熵阈值范围进行比较,比较的结果将对仪器的状态进行控制,以此来实现其自适应性;在FPGA上实现了小波变换的Mallat分解算法,完成了对脑电信号中?波和?波的提取。(3)完成了电针脉冲发生系统的设计;根据睡眠脑电中?波和?波的特点,在FPGA上设计实现了多种模式,多种频率以及振幅和占空比可调的电针信号,用来刺激人体会产生更好的治疗效果。以上各部分组成了自适应电针睡眠仪系统,不仅实现了诱导失眠患者进入睡眠状态,而且还实现了当患者处在睡眠状态时,系统对自身的自适应控制。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH789
【部分图文】：

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信号采集系统、脑电信号处理系统、电针脉冲发生系统，系统的整体设计框图如图 2.1所示。在系统开启以后，电针脉冲发生系统开始输出设定好的波形，以此来刺激失眠患者，诱导失眠患者进入睡眠状态。此模块是根据脑电信号中的波和波基本节律设计的，输出的信号完全模拟睡眠过程中波和波的基本节律，在设计的过程中加入多项控制，使得输出的信号频率可改变，相位可控制，幅度和占空比可调节。使得输出的波形信号具有更好的刺激效果，有效的诱导失眠患者进入睡眠状态；与此同时，脑电信号采集系统也开始运行，这部分的主要功能是完成对脑电信号实时高效的采集，同时对采集到的信号进行放大和滤波等预处理，然后将转换后的数字信号送到下一级电路的输入端；脑电信号处理系统接收到脑电信号采集系统输送的信号后，对得到的信号要做以下两方面的处理：一是采用小波变换中的Mallat 算法完成对信号中的波和波的提取；二是采用样本熵算法计算波和波的样本熵，并且统计计算波和波的样本熵的均值和方差与设定的阈值范围做比较，以此来判断电针脉冲发生系统是否持续运行。

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图 2.2 硬件连接电路2.1 脑电信号采集系统为了后级电路获得高质量的脑电信号，这就要求脑电信号采集模块能够高效实时的采集脑电信息。滤波电路、放大电路、隔离电路、 AD 转换电路以及一些外部电路构成了脑电信号采集系统。如图 2.3 所示为脑电信号采集系统系统框图。图 2.3 脑电信号采集系统系统框图因为脑电信号低信噪比、微弱等特性，故对采集系统提出了更高的要求，除了要

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采集系统的设计主要是为了能够采集到高质量的脑电信号连接到大脑上的脑电极采集脑电信号， 220 Hz的低通滤波次滤波，滤除信号中的高频信号；前置放大电路接收到经适当的放大。将以上经过初步处理的脑电信号送到 100 Hz波器完成对信号的第二次滤波，再次滤除高频成分。本着计的过程中加入了隔离电路，实现了患者和采集系统的隔串口，将信号传输到FPGA中。号处理系统处理系统的作用是处理接收到的脑电信号。首先，利用小波和波，然后计算波和波的样本熵，并且计算均值和现对仪器运行状态的自适应控制。脑电信号处理系统主要器模块、下采样模块、数据转换模块、波和波样本熵和方差计算及比较模块组成。如图 2.4 所示为脑电信号处

【参考文献】