基于LabVIEW的虚拟脑电图机的设计

　　引言

　　基于PC的虚拟仪器具有成本低,便于操作,所占空间小等诸多优点。基于虚拟技术设计医疗仪器,同样能够降低成本,便于维护,甚至可以使通常由昂贵的专用仪器进行的诊断功能象如今电子血压计一样进入家庭,因此有着良好的发展前景。

　　脑电图是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。大脑皮层神经元细胞的活动产生 mV 级的电位变化,这种电位变化传导到头部表面形成μV级的信号并可由微电极记录,从而得到所谓脑电图。脑电图的频率和幅度的动态变化反映了人体特别是大脑部分的行为和状态。因此在脑电图学中根据频率与振幅将脑电波分为不同的波形并作为诊断的依据,是诊断一些病变如癫痫、脑外伤和脑肿瘤的有效措施。几种主要波形列于表1中。正常人的脑电图几乎全由α波及β波组成,其波形、波幅与频率均较为稳定。而患有某些病症的人在其脑电图中就可能出现异常波形.

　　应用脑电图诊断病症的关键是准确的脑电图采集和正确的脑电信号分析,而具有强大的数据采集、信号分析和图形显示功能的图形化编程软件LabVIEW就是可以实现虚拟化脑电图机的有效工具。作者基于 LabVIEW 提出了一个虚拟化脑电图机的设计,该设计中脑电信号由脑电极采集,经前端预处理电路输入至USB数据采集卡转化为数据,这些数据传输到运行于PC的基于LabVIEW编写的脑电分析软件,充分利用PC机的软硬件资源实现脑电图分析和显示功能。

　　基于LabVIEW的虚拟脑电图机的设计就是通过LabVIEW程序设计,实现对脑电信号进行时域分析,频域分析乃至基于专家知识的诊断等功能,并利用LabVIEW强大的图形功能模拟出传统脑电图机面板控制和显示。虚拟脑电图机的系统构成如图1所示。

　　由此可见虚拟脑电图机的关键是脑电信号采集处理通道和基于LabVIEW的软件设计。

　　1前端预处理电路的设计

　　脑电图的采集一般采用盘状或圆形平面电极,与头部要紧贴并涂以导电糊使各个电极的接触电阻小于5K。脑电波频率低者一般波幅较大,而频率高者波幅则较小,但均是μV级的微弱信号,易受到人体中其他许多生物电如心电和肌电的干扰,同时也易受到环境噪声如50Hz工频信号的干扰图 5(1)为电极接收的未加处理的原始脑电信号,可知在工频信号的干扰之下脑电信号完全不能反映其特征,因此必须采用滤波和放大等信号处理的方法来获得正确的脑电波信号。

　　高性能的信号通道对于从充满噪声的信号中提取准确的脑电波信号具有重要意义。原始脑电波信号中噪声强烈,有效交流成分极其微弱,并且还含有一定的直流成分。