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一种新颖的反馈电刺激装置研制与应用
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-08 19:09:48




    脑电放大器的第一级由运放电路构成电压跟随器,以提高放大电路的共模抑制比和输入阻抗。考虑到供电与功耗的问题,放大电路可选用微功耗可低电压工作的四运放运算放大器芯片LM324,其结构紧凑,功耗低。放大电路的第二级选用了功率放大芯片LM386。后级是一个带通滤波器,通带为0.5~70 Hz,可以滤除脑电的高频分量和一些高频干扰信号。电路中应设置60 Hz工频滤除电路,即工频陷波。经过放大调理后的脑电信号,幅值应在0~5 V之间。
1.3 回归复杂度
    对于N点的原始一维时间序列,如脑电图时间序列ui,通过时间延迟的方法,可以重建得到一组相空间中的向量:
   
    式中:τ是延迟时间;m是嵌入维数。
    将上述向量采用如下所述的的算法在二维平面上展示出来,进而分析该序列的相关特性和二维图中每一点表示的时间i和时间j之间是否存在着复原关系,这样的二维图称之为回归图。
    在数学上,回归图计算公式可以表示为:
   
    式中:εi是截止距离;||·||表示范数;@(z)是Heavi-side函数
    本装置所进行的计算中,嵌入维数m和时间延迟τ均取3,截止距离εi取所有向量距离中最大值的5%。在按上述方法得到脑电的回归图后,定义回归复杂度为回归图上回归点所占的比例:


        该回归复杂度的取值在0~1之间。根据回归复杂度与睡眠的深度基本成正比的关系,可判断睡眠质量越好,回归复杂度越小;睡眠质量越差,回归复杂度越大。图2(a)为睡眠质量较高时,回归复杂度为0.17的回归图;图2(b)为睡眠质量不高时,回归复杂度为0.71的回归图。

    根据计算的脑电信号的回归复杂度指数值,直接将睡眠的深度量级用回归复杂度指数代表。即提取受试者不同睡眠期四道脑电回归复杂度的平均值,该平均值是睡眠深度的量化结果。
1.4 刺激波形的产生
    本文提出的个性化神经反馈失眠治疗装置,是由一个CPU为C8051的单片机控制的。C8051单片机内部集成了一个12位模/数转换器、5个通用16位定时器、内部可编程振荡器、低功耗128 B的非易失数据存储以及丰富的输入输出资源,扩展系统中还包含64 KB的随机存取存储器RAM和64 KB的只读存储器ROM。运用系统中的数/模转换电路通过编程可以产生方波、三角波和正弦波等不同波形和参数的刺激模式,通过在程序中加人延时程序可以改变刺激波形的频率,通过改变数/模转换的数字信号值调节刺激波形的幅度。
    利用单片机内部可编程振荡器作为单片机系统时钟,内部的参考电压作为数/模转换电路的参考电压,其中数/模转换电路的寄存器的值分别在定时器的中断服务程序中设定,并启动转换,转换结果经过由功率放大器进行幅度放大。

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