基于电流定向技术的听神经电刺激器的设计

发布时间：2020-05-17 14:16

【摘要】：听觉是人类重要的感官功能之一,一旦听力丧失,将会对其学习、生活以及工作造成严重的影响,甚至会影响他们融入社会。目前治疗耳聋的方法有药物疗法、手术疗法和助听器疗法,虽然上述疗法对轻度耳聋病人听觉恢复有一定的帮助,但是对于重度耳聋疾病上述疗法效果不佳。由于人工耳蜗可以将声音信号转化为电流脉冲而直接刺激听觉神经,所以人工耳蜗被证实可以使重度耳聋病人恢复听觉感知能力。目前人工耳蜗使用者在安静环境下可以获得良好的听觉感知,但在噪声环境和音乐欣赏情景中的听觉感知水平有待提高。因此提高听神经功能电刺激分辨率以改善人工耳蜗的感知水平对广大耳聋患者具有重要的现实意义。但是由于植入听神经刺激设备不可能有几百个通道同时去刺激听神经,这不但受目前制作工艺的限制,而且单位电荷安全密度限制了微电极的尺寸不可能无限缩小。而定向电流技术可以在不提高电极数目的情况下提高听神经电刺激分辨率,而且国外都采用超大规模集成电路工艺来实现,技术门槛高、成本高。为此,本文将利用单片机、虚拟仪器软件、分立电子元器件来设计一款电流定向技术的听神经电刺激器。本文以单片机MSP430F169为控制核心,用数模转换芯片DAC7724在四通道上输出刺激脉冲信号,通过改变电流定向系数α调节两相邻通道上脉冲的比例,然后用恒流源电路将电压信号转化为电流信号,最后用极性转换电路将单极性脉冲转化为双极性脉冲。与系统硬件电路配套的软件程序设计主要包括上位机程序设计和下位机程序设计两部分,其中上位机使用LabVIEW设计了电流定向系数α、刺激电流频率、刺激电流大小、刺激电流脉宽等参数的界面;而下位机程序通过使用C语言在IAR EW430开发环境中设计了刺激波形生成、电流定向系数设置、刺激波形幅值、频率以及脉宽可调的程序。完成软硬件设计后进行系统总体测试,通过对听神经刺激器的恒流源的线性度、恒流特性、输出波形以及刺激参数进行测试,结果显示该刺激器的各项参数指标基本能达到要求。最后进行豚鼠初步实验验证,结果表明该刺激器能够诱发豚鼠听神经元的响应。综上所述,本文研制的听神经刺激器在不增加刺激电极的情况下可以有效提高听觉分辨率,不但便于刺激参数的调节,而且能够满足实验室的研究需求。
【图文】：

基膜中不同区域的震动频率

美国AdvancedBionics公司的人工耳蜗Fig1.2ThecochlearimplantofUnitedStatesAdvancedBionicscompany's
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH785.1

【参考文献】

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本文编号：2668686