基于DSP 的癲癇腦電信號處理系統(tǒng)設(shè)計方案解析

　1 引 言
　　癲癇的診斷主要依靠臨床病史，腦電圖檢查可作為一種極有價值的輔助診斷手段。據(jù)統(tǒng)計，80％左右的癲癇病人都具有確定性的腦電異常，而只有5～20％左右的癲癇病人腦電圖表現(xiàn)正常。尤其對臨床診斷困難的非典型癲癇發(fā)作、各種異型癲癇和隱匿型癲癇，腦電圖檢查的重要性更加突出，甚至起著決定性的作用［1］。
　　腦電（EEG）是超高斯或亞高斯信號，通常都含有噪聲、偽跡和串?dāng)_。通常，腦電活動總體上被劃分成4個頻帶成分（β，α，θ和δ等節(jié)律），這些成分的頻率都很低（在0．5～40 Hz范圍）。而臨床分析表明癲癇患者發(fā)病時以3 Hz棘慢綜合波為多見。換句話說，腦電中有意義的成分基本上都是低頻信號。這意味著，我們可以通過小波分解將混迭在腦電中的高頻成分濾除后再重構(gòu)，從而濾除噪聲和偽跡。通過研究癲癇病人的腦電信號，有助于藥物選擇、劑量調(diào)整和藥物停用的決定，有助于外科手術(shù)治療病例的選定，有助于癲癇和其他發(fā)作性疾病的鑒別。
　　本文選用基于TI公司的TMS320C54X系列的DSP芯片開發(fā)平臺。借助DSP快速數(shù)據(jù)處理的優(yōu)點，對癲癇腦電信號進(jìn)行小波變換，然后濾除小尺度（高頻）成分，保留大尺寸（低頻）成分，最后再對處理后的信號進(jìn)行重建。實現(xiàn)流程如圖1所示。
　　
　　2 離散小波變換算法
　　離散小波變換的一個突破性成果是S．Mallat于1989年在多分辨分析的基礎(chǔ)上提出的快速算法一一Mallat算法［2］。Mallat算法在小波分析中的作用相當(dāng)于快速傅里葉變換（FFT）在傅里葉分析中的作用，他標(biāo)志著小波分析走上了寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。Mallat算法又稱為塔式算法，他由小波濾波器 H，G和h，g對信號進(jìn)行分解和重構(gòu)［3］。分解算法為：
　　
　　式中，t為離散時間序列號，t=1，2，…，N；f（t）為原始信號；j為層數(shù)或小波尺度，j=1，2，…，J，J=log2N；H，G
　　為時域中的小波分解濾波器，實際上是濾波器系數(shù)；Aj為信號f（t）在第j層的逼近部分（即低頻成分）的小波系數(shù)；Dj為信號f（t）在第j層的細(xì)節(jié)部分（即高頻部分）的小波系數(shù)。
　　式 （1）的含義是：假定所檢測的離散信號f（t）為A。信號，信號f（t）在第2j尺度（第j層）的近似部分，即低頻部分的小波系數(shù)Aj是通過第2j-1尺度（第j-1層）的逼近部分的小波系數(shù)Aj-1與濾波器H卷積，然后將卷積的結(jié)果隔點采樣得到的；而信號f（t）在第2j尺度（第j層）的細(xì)節(jié)部分，即高頻部分的小波系數(shù)Dj是通過第2j-1尺度（第j-1層）的逼似部分的小波系數(shù)與分解濾波器G卷積，然后將卷積的結(jié)果隔點采樣得到的。