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眼电信号记录及分析系统的研究李忠诚1 李智2赵岗金2北京工业大学 11 应用物理系 21 自动化系 (北京 100022)刘卫芳欧阳楷首都医科大学生物医学工程系 (北京 100054)单希征海军总医院耳鼻喉科 (北京 100037)摘 要 介绍了一种眼电信号记录及分析系统, 它由便携式眼电信号记录仪和进行眼电信号分行的微机分析系统组成。眼动实验的眼电数据由记录仪进行采集和记录, 经串行通信传送给微 机分析系统进行分析。 它可作为神经科、 耳鼻喉科的一种辅助诊断设备, 也是进行眼动系统研究的一种必要设备。关键词 眼电信号 眼动系统 记录仪 微机分析系统概述0人类从周围环境中所获得的绝大部分信息来自于视觉。眼睛的视网膜接收到外界信息, 经视觉通路传到神经中枢, 再经过一系列神经通道, 控制眼睛的肌肉, 带动眼球的运动, 就是 眼动。 从系统的观点来看, 可以认为这一系列环节组成了一个非常复杂的系统, 称为眼动系 统, 系统的输入是外界的刺激信号, 系统的输出是眼球的运动, 如图 1 所示。眼球是一个双极性的球体, 角膜相对于视网膜呈现正电位, 两者之间有电位差, 在眼晴的周围形 成一个电场, 当眼球转动时, 该电场的空间相位发 生变化, 如图 2 所示。 在眼球两侧的皮肤上各贴一 生物电极, 从这两个电极可引出一个电压, 该电压图 1 眼动系统示意图值的大小和眼球转动位置的变化几乎呈线性关系, 眼动 1°, 电压变化约 20ΛV , 这就是眼电信号。 眼电信号随着眼动形成的变化曲线, 叫做眼电图。 通过眼电图可了解眼动的情况1 。图 2 角膜和视网膜之间电位的空间相位变化眼球的运动与神经系统密切相关, 当有病变发生时, 眼动会出现异常。在临床医学中, 眼基金项目: 北京市自然科学基金资助项目 ( 3962005).作者简介: 李忠诚 ( 1939- ) , 男, 副教授, 1963 年 1 月毕业于清华大学电机工程系, 多年从事测量技术和计算机应用的教学和科研工作, 曾在德国济根大学测量技术研究所进修。刺 激眼动系统眼 动(输 入)(输 出)·135·第 3 期眼电信号记录及分析系统的研究动实验的数据可用于诊断与神经系统相关的一些疾病。 研究眼动的更深远的目的是要了解神经系统的工作机理。研究眼动, 首先需要检测眼动的情况, 检测眼动的方法有反射法和眼电的方法。 采用眼 电的方法就需要有采集眼电信号的设备。 眼电信号记录及分析系统的功能就是采集、 记录眼 电信号, 并对其进行处理和分析。眼电信号记录及分析系统的组成1该系统由便携式眼电信号采集记录仪和微机分析系统两部分组成。 采集、 记录仪部分的功能是采集眼电信号并转换为数字信号存储, 通过串行通讯把记录的数据传送给微机转储到 磁盘上; 微机分析系统的功能是对眼电数据进行处理和分析, 给出分析结果。 其优点是:(1) 记录仪是便携式的, 可佩带在病人身上, 因此可以采集前庭眼动系统的旋转试验及 摆动试验的眼电数据。(2) 微机分析系统可以对眼电数据进行复杂的处理和分析, 从而提高分析的水平。 并且 只要处理和分析软件更新换代, 就可提高整个系统的功能和水平。(3) 病人的数据最终是记录在磁盘上的, 因而便于实现病人档案的计算机管理。眼电信号记录仪的组成及工作原理2由硬件电路及配套软件组成导联1导联2图3 眼电信号采集记录仪的硬件电路的组成框图( 1) 硬件电路的组成如图 3 所示硬件系统以单片机为核心, 配置如图 3 所示的外围电路,为降低功耗,全部采用 CM O S 电路。眼电信号由导联 1 和导联 2 引入,经前置放大后输入到单片机进行采样、A ?D 转换,要部分电路的特点如下:把模拟量的眼电信号转化为数字量, 存入数据存储器。 其中主①单片机为高性能的 80C 196KC , 它是 CHM O S 芯片, 耗电少, 并且还可工作于节电方式,从而可降低整机功耗。80C 196KC 可采用 16M H 的晶振, 运动速度快, 并且它的 A ?D 转换器 可采用 10 位和 8 位两种方式, 采样及转换时间可通过程序进行选择, 因而能够满足本系统多采样率的要求2 。②前置放大器采用可编程运放电路, 可通过程序选择不同的放大倍数, 以便适应不同的 眼动试验研究的需要。③由于采用了电池供电, 所以数据存储器采用的是 F la sh M em o ry 存储芯片, 可保证掉电 时, 其中的数据不丢失。液晶显示LCD数据存储F la sh M emo ry键盘驱动电路 地址译码前置放大80C196KC单片机+ 5V + 12V串行通讯微机分析 系