[發(fā)明專利]一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310507608.9
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103584851A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁振虎;李小俚;白洋;古悅
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61N1/36
• 代理公司: 石家莊一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 李合印

1.一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：包括前置阻抗轉(zhuǎn)換模塊、模擬放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸控制模塊、刺激控制器、刺激波形生成模塊、移動電源、網(wǎng)口/光纖轉(zhuǎn)換模塊和上位機(jī)，其中：

所述的前置阻抗轉(zhuǎn)換模塊與所述的模擬放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，所述的前置阻抗轉(zhuǎn)換模塊，通過微電極將神經(jīng)元信號實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換和提取，每個(gè)采集通道獨(dú)立放大，采用積分反饋電路實(shí)現(xiàn)模擬高通濾波，64通道神經(jīng)元信號做二級放大后經(jīng)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換做并行數(shù)字化處理；

所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊通過接口與所述的模擬放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊用于多通道數(shù)據(jù)采集與同步處理，按照用戶命令自動選擇數(shù)據(jù)傳輸模式建立數(shù)據(jù)包；

所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊與所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊相連，所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊將采集的數(shù)據(jù)根據(jù)所述的上位機(jī)命令進(jìn)行解析，向所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊和所述的刺激控制器發(fā)送控制信息，并通過光纖向所述的網(wǎng)口/光纖轉(zhuǎn)換模塊回傳數(shù)據(jù)；

所述的刺激控制器與所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊采用UART傳輸方式，所述的刺激控制器用于存儲波形數(shù)字序列，接收控制指令并調(diào)整波形參數(shù)，向所述的刺激波形生成模塊發(fā)送波形數(shù)字序列；

所述的刺激波形生成模塊用于生成模擬刺激波形，輸出8通道電流刺激，它與所述的刺激控制器之間通過并行DA模塊相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的前置阻抗轉(zhuǎn)換模塊由一單倍增益的低漂移運(yùn)放單元組成，將高阻抗神經(jīng)信號轉(zhuǎn)換為低阻抗信號；通過接口與微電極相連，實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)元阻抗的轉(zhuǎn)換，并將信息傳輸給所述的模擬放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的模擬放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由8個(gè)相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路板組成，每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路板采集8通道的模擬信號經(jīng)兩級放大后進(jìn)行24位AD轉(zhuǎn)換，每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路板的第一級放大采用儀表放大器，所有的輸入通道為雙極導(dǎo)聯(lián)方式輸入。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊采用208腳的FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)并行采集，通過給8個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路板發(fā)送片選命令循環(huán)讀取64個(gè)通道的并行24位數(shù)據(jù)，每個(gè)通道的24位數(shù)據(jù)根據(jù)采樣信號的平均值自動選擇16位數(shù)據(jù)位并接收控制指令選擇數(shù)據(jù)傳輸模式，建立數(shù)據(jù)包存儲在數(shù)據(jù)存儲器中并向所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)存儲信息；所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊提供5種數(shù)據(jù)傳輸模式：64通道24位原始數(shù)據(jù)流、64通道16位原始數(shù)據(jù)流、64通道中任意通道組合的spike波形、所有64通道1ms內(nèi)spike波形和任意單通道16位原始數(shù)據(jù)及這個(gè)通道的spike波形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊中FPGA為原始數(shù)據(jù)和每個(gè)spike波形建立90bytes的數(shù)據(jù)包，并提取本地時(shí)間添加2bytes的時(shí)間標(biāo)記和1byte的通道標(biāo)記，并為64個(gè)采集通道建立相對應(yīng)的64個(gè)FIFO存儲區(qū)，將建立的各93bytes的數(shù)據(jù)包分別存放于對應(yīng)通道的FIFO中，根據(jù)控制指令整合數(shù)據(jù)包并向所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊反饋存儲信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊根據(jù)所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊反饋的存儲信息選擇數(shù)據(jù)存儲器讀取數(shù)據(jù)包，所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊接收19bytes上位機(jī)指令包，根據(jù)上位機(jī)指令包自動向所述的數(shù)據(jù)采集和處理模塊發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸模式控制命令，通過UART接口向所述的刺激控制器發(fā)送刺激波形控制命令，所述的數(shù)據(jù)傳輸控制模塊根據(jù)反饋的存儲信息選擇存儲器讀取數(shù)據(jù)包并以100Mbit/s速度通過光纖接口發(fā)送給所述的網(wǎng)口/光纖轉(zhuǎn)換模塊，所述的網(wǎng)口/光纖轉(zhuǎn)換模塊集成了網(wǎng)口通信協(xié)議將讀取的數(shù)據(jù)包按照網(wǎng)口協(xié)議以100Mbit/s速度發(fā)送給上位機(jī)的網(wǎng)口。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道神經(jīng)元信號采集調(diào)控與傳輸裝置，其特征在于：所述的刺激控制器中有數(shù)據(jù)存儲器，存儲有雙極性脈沖、單極性脈沖、單脈沖、正弦、半正弦、三角波、反余弦、lilly波、類lilly波和次lilly波的數(shù)字波形序列，所述的刺激控制器接收控制命令，根據(jù)命令選擇波形并按照命令要求修改相關(guān)波形參數(shù)，向所述的刺激波形生成模塊傳輸數(shù)字波形序列。