中枢神经信号获取电路设计及其应用研究

摘要

随着微电子技术和神经生物学及相关领域的发展，在神经受损伤的生物体内植入与之相容的集成电路芯片(即植入式神经功能微电子恢复系统)来代替坏死或严重受损的神经束的功能，利用神经生物电现象，为神经动作电位建立一条人工信道，实现神经功能恢复和重建的目的已经成为可能并得到越来越多的重视和研究。 一个完整的中枢神经功能微电子恢复系统通常包括：植入的电极、植入或是外置的信号检测模块和控制系统、信号处理模块和激励模块等部分。神经信号检测电路位于整个神经微电子恢复系统的最前端，也是其中最重要的电路之一。它的主要作用是从神经电极采集的信号中提取出有用的信息，进行放大等处理，进而为后面的信号处理和激励电路提供信号来源。 本论文设计了一种用于12接触点卡肤电极(CuffElectrode)神经信号检测及处理电路和一种用于10接触点剑状电极(ShaftElectrode)神经信号检测的电路，并进行了印刷电路板设计和电路测试以及大鼠脊髓神经和坐骨神经信号检测动物实验。 卡肤电极用神经信号检测电路包括信号放大和信号处理两部分，放大电路共有三级，其中第二级和第三级的增益可调。信号处理部分采用有源带通滤波器进行滤波，以减小环境中的工频信号干扰和信号源端可能引入的心电或肌电噪声。电路测试结果表明：电路可以对微伏量级的信号进行精确可控放大；大鼠坐骨神经信号检测动物实验的结果表明：将卡肤电极植入大鼠体内后，电路可以检测到神经信号信息。 剑状电极用神经信号检测电路采用三电极分组放大，采用运算放大器和仪器放大器组成的二级放大系统。电路测试结果表明：电路可以对微弱信号进行精确可控放大，可以用于神经信号检测；大鼠脊髓剑状电极神经信号检测实验表明：10接触点剑状电极神经信号检测电路能够检测到生物电信号。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第二章 中枢神经功能微电子恢复系统

第三章 神经信号检测系统设计原理

第四章 卡肤电极神经信号检测电路初步设计

第五章 12接触点卡肤电极神经信号检测电路设计

第六章 10接触点剑状电极神经信号检测电路设计

第七章 剑状和卡肤电极神经信号检测动物实验

第八章 总结与展望

致谢