[發(fā)明專利]一種植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路及其實現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410821073.7
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104524692A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁志明;李斌;吳朝暉;趙明劍
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61N1/372
• 分類號: A61N1/372;A61B5/04;G06F19/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號采集領(lǐng)域，尤其是一種植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

神經(jīng)電信號采集電路，就是采用與生物體組織接觸的電極探頭感應(yīng)組織中神經(jīng)細胞電活動所產(chǎn)生的微弱電信號，并且把感應(yīng)到的微弱電信號進行放大、信號處理以及傳輸?shù)碾娐贰?/p>

神經(jīng)電信號采集電路結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，主要由電極組、放大器組、通道信號整合單元、通道信號發(fā)送預(yù)處理單元以及通道信號發(fā)送單元這5部分構(gòu)成。電極組中的電極通過植入的方式感應(yīng)生物體組織內(nèi)神經(jīng)細胞活動所產(chǎn)生的微弱電信號，而放大器組中的放大器再對該微弱電信號進行放大。由于需要對各個電極通道的神經(jīng)電信號進行采集，而最終進行信號發(fā)送的通道一般為串行化傳輸?shù)耐ǖ溃虼嗽趯νǖ佬盘栠M行發(fā)送預(yù)處理之前需要對各個通道的信號進行整合，通過時分復(fù)用、碼分復(fù)用或者頻分復(fù)用的方式把多個通道的信號整合到1個信號通道上，以便進行信號傳輸。最后，對整合后的信號進行預(yù)處理后由通道信號發(fā)送單元進行發(fā)送。

目前，由于神經(jīng)電信號是生物體的生命活動中具有較為直觀的表現(xiàn)方式，隨著電子技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)電信號的采集和處理技術(shù)也有了很大的發(fā)展，使得其在生物電子學這一級生物醫(yī)學的應(yīng)用越來越廣泛，而用于神經(jīng)電信號采集的各種系統(tǒng)以及電路結(jié)構(gòu)也越來越豐富。當前，在植入式多通道神經(jīng)電信號采集方面，使用最多的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，其各個部分的功能及工作過程為：電極組中的電極通過植入的方式感應(yīng)生物體組織內(nèi)神經(jīng)細胞活動所產(chǎn)生的微弱電信號；放大器組中的放大器對各個電極通道所感應(yīng)到的微弱電信號進行放大；高隔離度高速通道切換開關(guān)對放大器組中放大器輸出的被放大神經(jīng)電信號進行時分輪詢傳輸；模數(shù)轉(zhuǎn)換器則對高隔離度高速通道切換開關(guān)輸出的各時分通道信號變換成數(shù)字信號；通道數(shù)據(jù)打包模塊對模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)進行打包處理，對各通道的數(shù)據(jù)進行編址，以便后期進行通道數(shù)據(jù)解析；數(shù)據(jù)處理單元對通道數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波、發(fā)送協(xié)議添加、數(shù)據(jù)串行化等發(fā)送前預(yù)處理，然后通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元進行發(fā)送。

上述的植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路采用了模數(shù)混合的設(shè)計方法，為業(yè)內(nèi)較為常規(guī)的信號采集方式，其通過采用現(xiàn)今的集成電路設(shè)計和制造技術(shù)，可以實現(xiàn)對百通道數(shù)量級的神經(jīng)電信號同時進行采集的功能。但是，隨著通道數(shù)的增加、對通道信號采樣速率以及采樣精度要求的提高，通道切換開關(guān)的高隔離度、高速設(shè)計以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的低功耗設(shè)計難度越來越高，限制了采集通道數(shù)的進一步增加、采集精度的進一步提高以及各通道信號帶寬的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計難度低且精度高的植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路。

本發(fā)明的另一目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計難度低且精度高的植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路的實現(xiàn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種植入式多通道神經(jīng)電信號采集電路，包括：

電極組，用于感應(yīng)生物體組織內(nèi)細胞電活動產(chǎn)生的微弱神經(jīng)電信號；

放大器組，用于對感應(yīng)的微弱電信號進行放大，得到被放大的神經(jīng)電信號；

基準信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生作為測量基準的正弦波信號；

調(diào)制器組，用于對正弦波信號和被放大的神經(jīng)電信號進行幅度調(diào)制，輸出調(diào)幅波電壓信號；

信號加和器，用于將調(diào)制器組中各個調(diào)制器輸出的調(diào)幅波電壓信號進行線性加和，得到加和電信號；

上變頻器，用于對加和電信號進行上變頻，輸出射頻信號；

射頻發(fā)射器，用于對射頻信號進行功率放大和天線發(fā)射；

多路載波發(fā)生器，用于為調(diào)制器組和上變頻器提供載波信號；

所述電極組的輸出端依次通過放大器組、調(diào)制器組、信號加和器和上變頻器進而與射頻發(fā)射器的輸入端連接，所述基準信號發(fā)生器的輸出端與調(diào)制器組的輸入端連接，所述多路載波發(fā)生器的輸出端分別與調(diào)制器組的輸入端和上變頻器的輸入端連接。

進一步，所述電極組由n個電極構(gòu)成，所述放大器組由n個與電極組中電極一一對應(yīng)的放大器構(gòu)成，所述調(diào)制器組由n個與放大器組中放大器一一對應(yīng)的非基準調(diào)制器以及1個與基準信號相對應(yīng)的基準調(diào)制器構(gòu)成，所述信號加和器輸入端的數(shù)量為n+1個，其中，n為所采集的神經(jīng)電信號通道數(shù)，且n≥2。

進一步，所述非基準調(diào)制器以及基準調(diào)制器均采用模擬乘法器或開關(guān)斬波器進行幅度調(diào)制。

進一步，所述基準信號發(fā)生器由正弦波發(fā)生器和電壓比例縮放電路構(gòu)成。

進一步，所述信號加和器為由運算放大器、電阻和電容構(gòu)成的加法電路。