用于外周神经的干涉电流刺激器设计

发布时间：2021-08-26 22:32

　　设计了一种用于外周神经电刺激的干涉电流刺激器。该刺激器为两路电流输出,可以产生4种波形,每种波形的频率、幅度等参数可在上位机进行设置,频率分辨率为0.2 Hz,幅度分辨率为0.01 mA,时间分辨率为0.1μs。该刺激器的特点在于可在刺激强度一定的条件下连续改变电流比,或在电流比一定的情况下连续改变刺激强度。上位机采用LabVIEW开发,下位机采用FPGA对3片DAC进行控制,DAC产生的波形信号经过隔离恒流源电路后施加到负载。经过测试,刺激器能够准确产生4种波形,电流偏差在2.6%以内,恒流效果良好。该刺激器体积小,操作简单,产生波形稳定,可以用于无损选择电刺激研究。 

【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(08)CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

FPGA设计时序

利用TI法进行干涉刺激，要求刺激器产生两路电流信号，每路信号的幅度单独控制。两路信号在组织内干涉后，产生3种波形，如图1中的波形1～3所示。波形1是由两路频率不同的正弦波干涉而成的kHz波，包络幅度连续变化；波形2的每个kHz正弦波之间有一定时间间隔，用来确定刺激阈值和延时；波形3是对波形2的扩展，kHz波以猝发群的方式出现，可用于长时间刺激。波形4是正弦脉冲，为辅助波形，用于比较TI法和等幅波刺激的异同。图1中标注的所有时间参数均可设置，两路电流的大小可根据设置参数连续变化。根据经验，要求干涉电流刺激器所产生的正弦电流频率为（1～20)kHz，频率分辨率为0.2 Hz，误差在0.1%以内。两路正弦电流幅值均为0～10 mA，分辨率为0.01 mA，误差在3%以内。刺激总时长Ts为0～10 000 ms，猝发周期T为0～5 000 ms，每个猝发中脉冲个数n为0～6535。调相宽度t为0～10 ms，调相周期Tb为0～5 000 ms。时间分辨率为0.1μs，误差在1%以内。

FPGA中波形产生基于DDS技术[21]，系统结构如图4所示。整个系统在同一个时钟下工作，频率控制字K由上位机给出。相位累加器的输出实质上反映了信号的相位值，其溢出频率决定了信号频率。ROM中存有一个周期正弦数据，数据被读出后送入DAC，经过低通滤波器得到理想正弦波。假设系统时钟为fc，相位累加器位数为N，则输出信号的频率大小为：图3 软件设计框图

【参考文献】：
期刊论文
[1]时间相干电场的外周神经无损刺激[J]. 吴永亮,王子木,丁孝宇,仓臣,郑政.  中国生物医学工程学报. 2020(01)
[2]基于FPGA的DDS信号发生器的设计与实现[J]. 崔永俊,王晋伟,贾磊,杨兵.  电子器件. 2016(02)
[3]外周神经刺激器辅助联合神经阻滞在单侧下肢手术中的应用[J]. 曾秋谷,杨奕尤,黎达锋,谭月仙,林保留.  中外医学研究. 2013(05)

硕士论文
[1]经颅微电流刺激仪系统设计[D]. 姜洪海.广东工业大学 2015



本文编号：3365093