[發明專利]帕金森閉環神經調控硬件在環測試系統

有效

• 申請號: 202110551731.5
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113282009B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 劉晨;韓玲民;常思遠;王江;魏熙樂;李會艷;鄧斌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種帕金森閉環神經調控硬件在環測試系統，其特征在于：該系統包括皮層-基底核-丘腦神經回路模擬單元、信號處理單元、閉環調控單元和測試管理單元；

所述的皮層-基底核-丘腦神經回路模擬單元能模擬大腦中相應核團或腦區的電生理信號，該電生理信號的電壓強度與真實腦電信號相符；

所述的信號處理單元與皮層-基底核-丘腦神經回路模擬單元相連接，對皮層-基底核-丘腦神經回路模擬單元生成的電生理信號進行放大、去除偽跡以及濾波處理；

所述的閉環調控單元包括刺激器，通過根據電生理信號進行分析的結果實時調整刺激參數；

所述的測試管理單元，用于測試系統配置，便于用戶實時觀測刺激前后信號波形；

所述皮層-基底核-丘腦神經回路模擬單元，包含神經回路生理模型、數模轉換模塊、模數轉換模塊、幅值衰減模塊以及類腦環境：

所述的神經回路生理模型包括運動感覺皮層、基底核以及丘腦核團模型，所述的基底核包括相互連接的底丘腦核、蒼白球外側、蒼白球內側和紋狀體；

所述的數模轉換模塊將神經回路生理模型產生的數字信號轉換為模擬信號；

所述的模數轉換模塊將閉環調控單元產生的刺激信號轉化數字信號并加在對應腦區；

所述的幅值衰減模塊將數模轉換模塊輸出的模擬信號降壓處理，以模擬毫伏甚至微伏級別的微弱的真實神經信號；

所述的類腦環境的溶液成分為生理鹽水溶液；

刺激信號和衰減后的模擬信號均通過相應電極施加到類腦環境中，以模擬包含刺激偽跡的大腦生理信號采集環境；

信號處理單元包括信號采集模塊、信號放大模塊、濾波模塊；所述的信號采集模塊采用刺激與采集不同步模式，通過刺激器中的單片機芯片控制，保證施加DBS脈沖時停止采集，無刺激脈沖時開始采集，易分離信號偽跡；

所述的信號放大模塊包括差分放大器、跟隨放大器兩部分；將兩路采集信號同時傳輸給差分放大器，以去除神經信號中的刺激偽跡、人體運動、磁場干擾等共模干擾，差分放大器在實現去除共模干擾的同時實現對信號的一級放大；所述的跟隨放大器包括電壓跟隨器和同相放大器，處理后的信號通過電壓跟隨器來提高輸入阻抗防止信號損耗，電壓跟隨器的輸出作為同相放大器的輸入，匹配需要放大的倍數使神經信號以達到適合模數轉換的水平；

所述的濾波模塊通過一個帶通濾波器實現，所述的帶通濾波器由一階高通濾波器和二階有源低通濾波器組成，有效濾除放大后神經信號截止頻率之外的干擾諧波；

所述的差分放大器由INA128芯片和滑動變阻器電阻R₁組成，滑動變阻器電阻R₁接在INA128芯片的同向和反相輸入上，輸入為兩路采集信號，輸出為去除共模干擾信號；

電壓跟隨器由AD8606芯片和電阻R₂組成，作為差分放大器的緩沖，同相放大器采用芯片AD8606和電阻R₃、R₄，使信號的幅值能夠匹配傳輸需求；

電壓跟隨器的AD8606芯片的正相輸入接差分放大器的輸出，電壓跟隨器的AD8606芯片的輸出接電阻R₂的一端和電壓跟隨器的AD8606芯片的反相輸入；電阻R₂的另一端接同相放大器的芯片AD8606的正相輸入，其反相輸入接電阻R₃的一端和電阻R₄的一端，電阻R₄的另一端接同相放大器的芯片AD8606的輸出。

2.如權利要求1所述的帕金森閉環神經調控硬件在環測試系統，其特征在于，所述類腦環境通過3D打印技術1:1按照人體解剖學結構復刻人體大腦以及各核團位置形狀，各核團模塊之間采用帶小洞的樹脂板隔開，整個環境用生理鹽水填充，以模擬包含刺激偽跡的大腦生理信號采集環境；將刺激電極放置在STN核團區域，傳輸信號電極和兩個采集電極放置在產生所要觀察電生理信號的核團區域，兩個采集電極距刺激電極的距離保持一致；

刺激信號通過刺激電極施加到填充生理鹽水的類腦環境中，模擬信號通過傳輸信號電極施加到類腦環境中。