基于FPGA的视觉电生理图像刺激系统的设计

　　当视网膜受到光的照射或图像刺激时，首先在视感受器内发生光化和光电反应，然后产生感受器电位，感受器电位经双极细胞等的传递使神经节细胞产生 脉冲信号[1]，此信号经视神经视路传至大脑最后在枕叶的视皮质区形成电位。视觉电生理检查是对青光眼、眼底病、弱视、色觉障碍等眼科疾病的早期诊断、视 功能情况以及疗效评估的重要检测手段[2]。传统的视觉电生理图像信号发生器主要有两种: ( 1) 基于单片机的图像刺激信号发生器，其刺激信号是通过单片机来实现，图像刺激装置一般使用黑白电视机，由计算机控制单片机输出图像信号到电视机，并控制其图 像翻转。这种在计算机外另设单片机控制电路，对硬件要求较高，并且电视机分辨率低、易闪烁。( 2)基于双显卡的图像刺激信号发生器[3-4]，目前大部分使用的是这种方式，在视觉电生理系统中采用双显示器，一个显示器用作计算机的主显示器，另一个 用作图像刺激器。在计算机内采用软件方式实现图像刺激器的输出。这种基于双显卡的技术，上位机同时发出刺激图像产生命令与信号采集命令，但是在采用多任务 处理调度的Windows 系统机制下，经双显卡控制显示器实现的刺激图像与信号采集命令有一定延时，而延时多少具有随机性及不确定性，这是Windows 机制无法避免的。因此在延时无法确定的情况下，不能保证刺激图像输出与视觉电生理信号采集的同步性与实时性。同时随着视觉电生理研究在虚拟视觉、色觉等领 域的越来越广泛应用，特别是进行视觉诱发电位检测时[5]，要求图像刺激和视觉诱发电位信号采集的同步性与实时性[6]，而传统的视觉电生理检测系统是无 法满足的。

　　现代电子技术的飞速发展，可编程逻辑芯片FPGA 以其功能强大、集成度高、开发过程投资小、周期短、可反复编程修改、开发工具智能化等特点被应用于很多领域，如图像检测[7]、数据采集[8]等方面，近年来又逐渐应用于生物医学工程。

　　本设计通过FPGA 来生成刺激图像，FPGA 控制刺激图像的生成与信号采集命令，通过FPGA 生成相应的图像的同时，向采集卡发出信号采集命令，采集完视觉电生理信息再由上位机处理，即FPGA 同时发出刺激图像生成命令和视觉电生理信号的采集命令，保证了刺激图像的输出与信号采集的同步性与实时性。

　　1 系统工作原理和组成框图

　　视觉电生理的刺激图形参数如下: 图形方式有4 种: 方格、竖条栅、横条栅、圆环型。颜色: 黑、白、红、绿、兰、黄。空间视野有12 种: 全、上下、左右、左半、右半、上半、下半、1 /4 角、中心。视角( 空间频率) 有7 种: 2×2、3 ×4、6 ×8、12 ×16、24 ×32、48 ×64、96×128。中心固视点颜色: 可调，红、绿、兰。中心固视点大小: 大小可调，2mm ～ 15 mm( 直径) [9-10]。