Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004) (1095888), страница 168
Текст из файла (страница 168)
Затем подходящая система описывается на уровне блок-схемы. Система устранения окулярных артефактов разрабатывалась с учетом следующих требований: 1) совместимость со стандартными аппаратами ЭЭГ; 2) возможность непрерывного устранения окуляриых артефактов в реальном времени из многоканальных сигналов ЭЭГ (устранение окулярных артефактов теперь основывается на субъективных критериях н является адаптивным); 3) возможность подачи скорректированных ЭЭГ и/или нескорректнрованных ЭЭГ и ЭОГ иа аппарат ЭЭГ, чтобы можно было мгновенно сравнить скорректированную н нескорректированную ЭЭГ; 4) возможность избежать насьпцения, которое снизит эффективность схемы юррекции, кроме того, система должна иметь некоторые средства автоматического выбора диапазона; 5) инструмент может использовать необученный человек.
Данным требованиям удовлетворяет подходящая микропроцессорная система, на которой реализован \Л)-алгоРитм. Использование микропроцессорной системы дополнительно имеет следующие преимущества. Глава 14, Приложения и разобранные примеры !. Управляемая программно структура дает очень эффективную систему. В одной системе можно реализовать несколько алгоритмов и моделей устранения окулярных артефактов, выбирать из которых сможет пользователь. 2. Для исследования новых моделей или идей требуется всего лишь модифицировать программное обеспечение, а не создавать новый инструмент.
Следовательно, система с программным управлением может значительно облегчить исследования. 3. Программируемый инструмент позволяет внедрить обслуживающие программы для самопроверки, автоматнчесюй калибровки, снижения проблем переполнения и т.д. Обработка данных на удаленной системе может включать цифровую фильтрацию элекгроокулограмм с целью снижения влияния вторичных артефактов 117). На настоящий момент система устранения окулярных артефактов может обрабатывать только шесть каналов сигналов ЭЭГ и ЭОГ, но ее можно расширить до 20 каналов (см. далее).
Блок-схема системы приведена на рис. 14.13. Каждый сигнал ЭЭГ/ЭОГ со вспомогательного выхода аппарата ЭЭГ вначале усиливается, а затем ограничивается по полосе до 30 Гц с помощью фильтра нижних частот, выход которого соединен со схемой выборки-хранения. Затем сигналы ЭЭГ/ЭОГ одновременно дискретизуются в моменты положительных переходов сигнала дискретизации г Я. Одновременная дискретизация позволяет избежать задержки между соответствующими временными точками. Отрицательные переходы сигнала го прерывают процессор и сигнализируют о начале цикла, в течение которого 20 выборок последовательно выбираются уплотнителем (М(/Х) и оцифровываются аналоговым преобразователем (АЦП) под управлением микропроцессора.
Усилитель с программируемым усилением и детектор диапазона используются для расширения дннамичесюго диапазона АЦП и предотвращения переполнения. Переполнение АЦП является существенной проблемой в работе схемы и может привести к ложной оценке параметров. Чтобы избежать этого, обычно используется только часть динамичесюго диапазона АЦП, поэтому переполнение возникает редко, а при переполнении все данные в области, где оно произошло, отбрасываются, хотя это может привести к утрате данных.
Использование усилителей с программируемым усилением и детектора диапазона позволяет динамически менять усиление. Таким образом, если выход усилителя превышает предопределенный предел детектора, усиление автоматически снижается, при этом значения выборок уменьшаются в два раза, и они переносятся в динамический диапазон АЦП, устраняя таким образом насыщение. Далее оцифрованные выборки обрабатываются согласно алгоритму устранения окулярных артефактов, и получаются скорректированные ЭЭГ Выборки скорректированных ЭЭГ плюс необработанные ЭЭГ/ЭОГ при желании можно подать на вспомогательный вход аппарата ЭЭГ, используя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и соответствующую цепь.
Мультиплексор и демультиплексоры требуются для совместного использования ресурсов входным н выходным каналами. Альтернативное решение — предоставить отдельные АЦП и ЦАП для каждого канала. Такой подход снижает шум системы, вызванный перекрестными помехами каналов, до минимума, но признан чересчур дорогим. Каждый канал имеет собственную выходную схему выборки-хранения и отдельную шину дискрегизованных сигналов. Схема выборки-хранения используется для хранения 998 Глева 14, Приложения и разобранные примеры аналоговых выборок до получения новой аналоговой выборки. Эта схема "растягивает" дискретные импульсы и увеличивает мощность сигнала, но вводит апертурное искажение, которое, впрочем, в данном случае мало.
14.2.2.5. Программное обеспечение для системы оперативного устранения окулярных артефактов Программное обеспечение для системы устранения окулярных артефактов состоит из программ получения и распределения данных, программы оперативного устранения окулярных артефактов, программ арифметики с плавающей запятой и управляющей основной программы. Все программное обеспечение занимает 3 Кбайт памяти. Сердцем программного обеспечения, записанным на языке ассемблера микропроцессора 68000, является 1)Р-алгоритм, описанный в подразделе 14.2.2.2. Ниже предлагается краткий обзор данного программного обеспечения. Система устранения окулярных артефактов управляется прерываниями. Сигнал прерывания исходит от программируемого датчика времени, встроенного в контроллер системы, и имеет частоту 128 Гц (иногда используется частота 95 Гц, дающая больше времени на вычисления; измерение частоты сигнала легко выполняется с помощью программного обеспечения).
Во время прерывания программное обеспечение системы используется для получения данных ЭОГ/ЭЭГ, устранения окулярных артефактов из выборок ЭЭГ с помощью 1/Р-алгоритма и подачи скорректированных ЭЭГ и/или необработанных данных на аппарат ЭЭГ, чтобы можно было получить график на бумаге. Схематически работа системы показана на рис. 14.14. В фазе инициализации пользователю посредством дисплея предлагается выбрать различные константы системы, а именно — число каналов ЭЭГ, число параметров модели и, следовательно, модель, которая будет использоваться в алгоритме устранения, и число скорректированных и/или необработанных сигналов ЭЭГ, которые будут поданы на аппарат ЭЭГ. Некоторые сигналы ЭОГ и оценки параметров могут также подаваться на аппарат ЭЭГ.
Эти константы проверяются и, если они приемлемы, используются для инициализации системы. Если константа неприемлема, используется значение по умолчанию. После инициализации программа повторяется циклично до тех пор, пока поступают приемлемые данные (рис. 14.14, а). Отметим, что описанная процедура применима толью к системе-прототипу.
В будущих системах устранения окулярных артефактов пользователю не понадобится дисплей, выбор необходимых параметров выполняется простым нажатием клавиш, и "фоновая" программа заменяется более полезной обслуживающей программной (см. подраздел 14.2.2.3). Флаг (флаг данных) устанавливается в служебной программе прерывания (рис. 14.14, б) при каждом прерывании и свидетельствует о том„что доступны приемлемые данные. После получения данных обновляются элементы 1/Р-алгоритма, с ЭЭГ удаляются окулярные артефакты, и скорректированные ЭЭГ и/или необработанные данные подаются на аппарат ЭЭГ. В завершение флаг данных очищается, чтобы указать, что текущие выборки данных были успешно обработаны. 14,2. Приложения ЦОС 969 Начало Начыа ать мснис ибкс Рис. 1444.
Программное обеспечение системы устранения окуляриык арте- фактов: а) основная программа; б) служебная программа прерывания Если новое прерывание происходит до завершения обработки предыдущего, иа дисплей выводится сообщение об ошибке, и программа останавливается. Обычно зто происходит, если задано больше параметров игили каналов ЭЭГ, чем система может обработать за интервал дискретизации о мс.
Остановка предотвращает накопление прерываний, которые нельзя обработать, и последующий сбой системы. Арифметические операции в системе устранения окуляриых артефактов выполняются с использованием формата с плавающей запятой, что подразумевает большой динамический диапазон чисел и отсутствие проблем масштабирования, присущих арифметике с фиксированной занятой.
В данном приложении скорость критична, и наилучшим кажется аппаратное решение с плавающей запятой, однако существующие устройства с плавающей запятой и слишком дороги, и слишком медленны. Следовательно, число каналов ЭЭГ, которые можно обработать, было уменьшено, чтобы можно было использовать программные средства с плавающей запятой. Глава 14.
Приложения и разобранные примеры 960 Гоасаной каром А! ет е) Рис. 14.15. Испоиьзоаанная экспериментальная устанонка: а) соелинение с аппаратом ЭЭГ; 6) разме- н!ение элсктролоа лля снятия ЭОГ 14.2.2.6. Тестирование системы и экспериментальные результаты Предклиническая проверка системы устранения окулярных артефактов выполнялась в Ргеедош Р1е1с)з Нозрйа! (Плимут).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
