[發明專利]一種多通道神經元信號采集調控與傳輸裝置

有效

• 申請號: 201310507608.9
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103584851A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 梁振虎;李小俚;白洋;古悅
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61N1/36
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明屬于生物醫學工程領域，涉及生物電信號的采集處理技術，尤其涉及一種多通道神經元信號采集調控與傳輸裝置，應用于神經電生理方面的信號采集與實驗刺激。

背景技術

神經科學在當今的科研領域是一個重要的分支，從微觀層面、介觀層面到宏觀層面都有很多的研究團隊從事相關的工作。這其中，在介觀層對神經元功能的理解和調控方面，神經元電信號的獲取和調控是研究必須的手段。

哺乳類動物的很多行為是通過大腦的神經元間的相互作用來實現，對于腦特定功能在神經元層的分析和理解需要在腦功能活動的狀態下獲取到相關的神經元活動的信息。神經元信號的放電頻率一般在300Hz以上，而與生物腦組織可相容的微電極一般采用鎳鎘合金等材料，神經元信號具有高阻抗特性。微電極記錄到的多通道神經元放電可以用于研究個體在接收某一刺激或者執行任務時腦區間神經元放電在時間、空間的聯系。

恒流刺激是分析腦認知因果關系的重要方法，通過將特定形狀和頻率的電流施加于生物體，可以在生物體行為上產生特定反應，并同步記錄相對應的腦神經元信息，對于分析腦功能具有重要的價值。

神經動作電位引起細胞外跨膜離子流的改變，繼而引起膜外電壓的改變，微電極可以探測到這種改變，從而在記錄電極和參考電極間產生電位。傳統的采集和獲取技術多采用多通道模擬切換的方式，在性能上很難保證通道間的相位同步。而多數的刺激采集系統仍采用切換的模式進行，無法同步采集刺激下的神經元活動。因此，多通道神經元信號采集調控與傳輸可以為神經科學研究提供一可靠、便捷的工具，對神經科學的基礎研究、腦功能調控研究、腦機接口等領域都具有非常重要的意義。

中國專利申請號為：201010183442.6，名稱為：基于微電極陣列的多通道神經信息檢測系統，該申請案涉及神經生物學檢測技術，包括模擬開關陣列，電生理信號檢測電路，電化學信號檢測電路，電刺激信號發生電路，多路AD轉換電路，溫度檢測電路，高速USB傳輸電路，無線藍牙通訊模塊和計算機上運行的數據處理軟件等。中國專利申請號為：201210358686.2，名稱為：用于神經元刺激及電信號記錄的光電陣列及制備方法，以上技術分別提供了一種神經元采集和刺激裝置及方法，其不足之處是：前者是基于多通道切換技術，無法實現多通道的同步，后者采用的是光刺激技術和光電微陣列技術，與本申請案有著本質的不同。

《儀器儀表學報》2001年第25卷第17期中的“虛擬神經元動作電位信號記錄儀”一文介紹了針對神經元動作電位信號，利用了計算機聲卡和Windows9x的DirectX?API軟件，實現了對神經元信號的采集，但是只適用于基于電腦平臺，且通道數有限。《山東科技大學學報》(自然科學版)，2009年第28卷第9期中的“微型信號采集與處理系統”一文介紹了采用PsoC芯片建立了一個便攜的微型記錄系統，實現了對神經元信號的采集，但是其基于串行通信，無法實現多通道的數據采集。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種多通道神經元信號同步采集調控與刺激系統，適合于在神經電生理實驗中采集到高信噪比的神經元電信號，同時結合弱電流刺激作為腦功能調控源的裝置。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種多通道神經元信號采集調控與傳輸裝置，包括前置阻抗轉換模塊、模擬放大及模數轉換模塊、數據采集和處理模塊、數據傳輸控制模塊、刺激控制器、刺激波形生成模塊、移動電源、網口/光纖轉換模塊和上位機，其中：

所述的前置阻抗轉換模塊與所述的模擬放大及模數轉換模塊相連，所述的前置阻抗轉換模塊，通過微電極將神經元信號實現阻抗轉換和提取，每個采集通道獨立放大，采用積分反饋電路實現模擬高通濾波，64通道神經元信號做二級放大后經24位模數轉換做并行數字化處理；

所述的數據采集和處理模塊通過接口與所述的模擬放大及模數轉換模塊相連，所述的數據采集和處理模塊用于多通道數據采集與同步處理，按照用戶命令自動選擇數據傳輸模式建立數據包；

所述的數據采集和處理模塊與所述的數據傳輸控制模塊相連，所述的數據傳輸控制模塊將采集的數據根據所述的上位機命令進行解析，向所述的數據采集和處理模塊和所述的刺激控制器發送控制信息，并通過光纖向所述的網口/光纖轉換模塊回傳數據；

所述的刺激控制器與所述的數據傳輸控制模塊采用UART傳輸方式，所述的刺激控制器用于存儲波形數字序列，接收控制指令并調整波形參數，向所述的刺激波形生成模塊發送波形數字序列；