[發明專利]用于神經信號采集的雙模態干擾補償電路

有效

• 申請號: 202110669954.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113447558B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 劉彥;閆鵬;王國興
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;A61B5/311;A61B5/388;A61B5/1468;A61B5/145
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種用于神經信號采集的雙模態干擾補償電路，包括電學傳感電路、化學傳感電路、干擾補償電路和控制模塊，本發明通過電學和化學兩種前端傳感電路，分別采集到神經電學和神經化學信號，在兩種采集前端之間，使用干擾補償電路產生合適的轉化比，補償化學信號中的電學干擾，實現神經電信號和化學信號的同時檢測，提高雙模態檢測的精度。

技術領域

本發明涉及模擬集成電路技術領域，特別是一種用于神經信號采集的雙模態干擾補償電路。

背景技術

隨著集成電路技術的飛速發展，基于集成電路的神經信號采集芯片不斷應用于神經科學中。目前的芯片大多基于神經電信號的單模態采集，只能收集神經的電學信號，忽略了神經信號傳遞過程中產生的化學信號，尤其是神經細胞之間的神經遞質。因此傳統的單模態采集方式會導致神經信號采集的不全面，而實現神經電學和神經化學雙模態信號的同時檢測，面臨著信號之間相互干擾的問題。

雙模態的干擾問題是神經電學信號和化學信號的采集結構導致的，如圖1所示。電學電極是低電阻的惰性金屬，對離子濃度不敏感，幾乎不受到化學干擾；化學電極表層鍍有一層離子敏感膜，能吸附特定的離子，當離子濃度高時，產生更高的電壓值，讀出該電壓值從而實現化學信號的測量，但是離子敏感膜為高阻抗絕緣材料，與溶液和電極等效成電容，導致電學信號通過電容耦合進入化學電路，從而產生干擾。

由于雙模態的干擾問題，目前的雙模態電路不能實現對臨近點位的同時檢測，具體表現為：1、空間上，兩種電極之間的距離較遠。電學電極和化學電極之間的距離越近，干擾越大，較遠的電極距離減少了干擾，但是降低了電極密度，不利于神經信號的采集。2、時間上，兩種電路不能同時檢測。化學信號中會包含電學干擾，影響了化學信號的讀取精度。

發明內容

本發明解決的技術問題是：

針對雙模態之間的相互干擾問題，本發明提出一種基于電路的雙模態干擾補償電路，該電路消除了化學輸出信號中的電學干擾，實現對臨近點位的電學和化學雙模態的同時檢測。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于神經信號采集的雙模態干擾補償電路，其特點在于包括：電學傳感電路、化學傳感電路、干擾補償電路和控制模塊，所述的電學傳感電路的輸入端連接電學電極，將采集到的神經電壓信號放大后經輸出端輸出；所述的化學傳感電路的輸入端連接化學電極，將離子敏感膜上的電勢信號包括電學的干擾和化學本身的信號采集放大為電壓信號，經輸出端輸出；所述的干擾補償電路內部具有參數可以調節的元件，所述的干擾補償電路的輸入端與所述的電學傳感電路的輸入端或者輸出端相連，所述的干擾補償電路的輸出端與所述的化學傳感電路的輸入端或者輸出端相連；所述的控制模塊控制所述的干擾補償電路的可調節元件，自動決定干擾補償電路的轉換比例，補償路徑是否工作也由所述的控制模塊控制，該控制模塊的輸入端與所述的化學傳感電路的輸出端相連，該控制模塊的輸出端與所述的干擾補償電路的輸入端相連。

所述的電學傳感電路的電路結構為直流耦合或者交流耦合、單端或者差動、傳統放大器或者基于反相器的放大器結構。

所述的化學傳感電路的結構為恒定電流檢測電壓、恒定電壓檢測電流或基于時間計數的浮動柵結構。

所述的干擾補償電路為基于電容電阻網絡的補償電路、開關電容電路或模擬減法電路。

所述的控制模塊為模擬的電壓比較器、模擬的積分器和比較器或數字的計數器控制。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

本發明用于神經信號采集的雙模態干擾補償電路，該電路通過干擾補償反饋回路，使得干擾補償模塊自主產生合適的轉換比，補償化學信號中的電學干擾，提高化學檢測精度，使雙模態電路能夠對神經細胞臨近點位的電信號和化學信號進行同時檢測。

附圖說明

圖1是本發明所解決的干擾的產生原理圖