摘 要

近年来，脑部疾病已经成为导致人类死亡的主要疾病之一，而脑部疾病的诊断和治疗都离不开对于脑电信号的分析研究。这是由于脑电信号中包含着大量的生理和病理信息。但是，脑电信号的获取并不简单，不仅由于脑电信号幅度微弱，而且它还受到各种噪声的干扰。脑电信号的采集系统中对于脑电信号有效的预处理就显得十分重要。在本文中以设计脑电信号采集滤波器为主要任务。

我们首先了解了脑电信号的特点，然后针对在采集过程中不同的干扰噪声，来设计滤波器。为了实现获取脑电信号有效频段3-40Hz的实际需求，我们将脑电采集滤波电路分为三个部分，分别为3Hz低通滤波器、40Hz高通滤波器以及50Hz工频陷波器，这样脑电信号和噪声可以进行有效的分离。

关键词：脑电信号；噪声；滤波器

Abstract

In recent years, brain diseases have become one of the leading causes of death, and the diagnosis and treatment of brain diseases can’t be separated from the analysis of EEG. This is due to a large number of physiological and pathological information contained in the EEG. However, the acquisition of EEG is not simple, because of not only its weak signal amplitude, but also a variety of noise interference. EEG acquisition system for EEG processing is very important. In this paper, the design of EEG acquisition filter is the main task.

We firstly understand the characteristics of EEG, and then design the filter for different noise in the acquisition process. In order to achieve access to the actual needs of the EEG bands 3-40Hz, EEG acquisition filter circuit is divided into three parts. They are 3Hz low pass filter, 40Hz high pass filter and 50Hz notch filter, so EEG signal and noise can be effectively separated.

Key words：EEG；noise；filter

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景 1

1.2 研究的基本意义 1

1.3 研究的目标 2

第二章Multisim及其开发技术简介 3

2.1 Multisim技术概述 3

2.2 Multisim开发简介 3

2.3 Multisim中波特测试仪简介 5

第三章 脑电信号的基本理论 6

3.1 有关脑电的基本知识 6

3.1.1 自发脑电 6

3.1.2 诱发脑电 6

3.2 脑电图 7

3.3 脑电信号的采集与记录 7

3.3.1 国际脑电图标准电极安装法 7

3.3.2 脑电信号采集时在滤波电路上需要注意的问题 8

3.4脑电信号的预处理过程 8

第四章 脑电信号滤波电路的设计 10

4.1滤波器介绍 10

4.2 40Hz低通滤波器 10

4.3 3Hz高通滤波器 16

4.4 50Hz工频陷波滤波器 18

第五章 脑电信号滤波电路仿真与测试 20

5.1 40Hz低通滤波器仿真测试 20

5.2 3Hz高通滤波器仿真测试 23

5.3 50Hz工频陷波滤波器仿真测试 26

5.4 脑电信号滤波电路仿真测试 28

5.5实物测试 33

第六章 全文总结 35

6.1 主要结论 35

6.2 展望 35

参考文献 36

致谢 37

第一章 绪论

近年，人们的生活水平随着社会的繁荣发展不断地提高，人们对于自身的生命健康的关注也随之增强。在侧面也促进了近代医学的高速发展，像我们所熟知的核磁共振和超声波诊断仪等高科技仪器已经成为人们维护健康的重要手段。微电子技术、微机技术与计算机技术就是这些高科技医疗设备的发展的前提条件，依靠着它们在一些医学领域的应用范围逐渐广泛，促进了医学尤其是神经电生理学的快速发展。人的数以亿计的脑神经细胞在进行繁琐的生理活动时，这种电活动导致的电位的变化，会随着时间的变化。我们将这种随时间变化的电位的波形记录下来并绘制成图，就叫做脑电图。这样的脑电信号有着大量的生理以及病理信息，同时由于这种医学检测是一种安全并且无创伤的方法，所以这就是我们研究脑电信号采集滤波系统的意义所在。

1.1研究的背景

在1924年，德国著名的神经生理学家Hans Berger在他的女儿做心算的时候偶然发现了脑电信号，并对它进行了记录。这种脑电活动记录下来就叫做脑电图。 对于脑电信号的研究，科学家们从最初的目视分析到频谱分析以及脑电地形图仪等方式，已经获得了很大的进步，并且也从中获得了很多很有意义的结论。

由于脑电信号幅值非常微弱，在采集过程中极易受到各种噪声，有电子器件的固有噪声：广播、电视、输电线（50Hz工频干扰）以及人体肌电干扰和工频干扰等。由于脑电信号的幅度和频率都十分微弱，所以极易湮没在噪声里。因此，针对不同干扰的脑电信号滤波器设计是硬件设计的首要环节。

我们在早期的仪器中主要采用硬件电路设计的方法 。至今为止，模拟滤波器技术己经相当成熟,有不少典型的电路提供参考,例如巴特沃斯滤波器、贝塞尔滤波器以及切比雪夫滤波器等等,这些滤波器不仅有严格的设计公式，还有现成的曲线和图表供我们使用，这使得设计和计算就变得简单的多[^[1]]。

1.2 研究的基本意义

近年，脑部疾病已经成为危害人类健康甚至导致人类死亡的主要疾病之一。脑电信号的采集及分析就成为脑部疾病的临床诊断的一个重要的手段。为此，我们研究脑电信号的采集系统就显得尤为重要。

脑电信号不仅非常微弱，而且极其不稳定，但是从理论上来说，如果没有噪声的干扰，只要用足够大增益的放大器都可以获取这样微弱的脑电信号。但是事实上，脑电信号的采集过程中总是会遇到很多周围环境噪声的干扰。在另一方面，考虑到头皮本身以及电极接触等因素，使得在头皮上得到的脑电信号更加的微弱，加大了有用的脑电信号提取的难度。这些噪声及干扰的存在给临床应用和分析研究带来了很大困难。因此，针对不同干扰的脑电信号滤波器设计是硬件设计的首要环节。

1.3 研究的目标

脑电信号是一种微弱的生物电信号,非常容易受到各种噪声以及干扰的影响。脑电信号的有效频率一般在3-40HZ。它的噪声干扰主要来自比如肌电噪声、50Hz工频噪声、直流极化电压噪声、系统内高频噪声等等[^[2]]。针对以上的噪声干扰，本系统设计了三种滤波器电路来滤除噪声，分别是截至频率为3Hz的高通滤波器、截至频率为40Hz的低通滤波器以及50Hz工频陷波器。通过了解脑电信号特点和采集传输中不同的干扰噪声特点，在不丢失脑电信号的条件下，以设计脑电信号采集滤波电路为设计任务，实现获取脑电信号有效频段3-40Hz的实际需求。

通过开展脑电信号采集系统的需求分析，并且设计时对每一部分进行详细的理论计算,从而确保所设计滤波器的参数的设定，来达到采集滤波器的频段要求。