无线可植入微刺激器的电路研究

摘要

已有的研究表明,对特定神经肌肉的电刺激是治疗神经疾病的一种有效手段。长期以来,研究人员采用电刺激来帮助截瘫和瘫痪病人恢复肢体功能,帮助重度失聪人士恢复听力,帮助盲人恢复光感,以及帮助病人止痛。当电刺激施加到运动神经元并引起可控的肌肉收缩时,这种刺激就被称为功能性神经肌肉电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)。在过去的二十年时间里开发了三代FES系统。第一代刺激系统的电路由离散器件组成,安装在中等规模的电路板上,并且运用了各种混合技术。第二代刺激系统利用了微电子技术来减少刺激器尺寸。第三代刺激器系统利用了微电子技术,并且采用各种微型混合表面贴装元件,可以适用于大多数植入场合。本论文提出了一种基于ZigBee协议的无线可植入微刺激器。该设计主要由低功耗微控制器和双运放压控恒流源组成。恒流源能够对特定肌肉释放刺激电流。本文主要内容如下:在阅读了大量国内外文献的基础上,分析可植入微刺激器的现状与发展趋势,提出本文的设计方案。为了减少功耗和减小电路尺寸,精简器件数量是电路设计的重要方法,同时也能够减低系统功耗。在研究与分析可植入微刺激器电路的特点与需求之后,选用了兼容于ZigBee协议的CC2430芯片作为微控制器。针对刺激信号的要求,设计中采用了双运放压控恒流源电路。这是一个微型和低功耗的功能电刺激信号发生电路。对无线可植入微刺激器的电路进行系统集成研究,完成软硬件设计和相应的功能测试分析。探讨了基于FPGA的微刺激器系统,并与无线可植入微刺激器进行比较。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 本文的研究目标和主要内容

第二章 无线可植入微刺激器设计方案

2.1 引言

2.2 无线可植入微刺激器的结构与工作原理

2.3 无线可植入微刺激器的电路

2.4 无线通信与信号控制模块

2.5 刺激信号发生模块

2.6 小结

第三章 无线可植入微刺激器系统集成

3.1 引言

3.2 信号控制与无线通信电路设计

3.3 刺激信号发生电路设计

3.4 PCB 设计

3.5 小结

第四章 无线可植入微刺激器电路的验证与调试

4.1 引言

4.2 电路调试设备

4.3 系统电路调试

4.4 无线通信功能测试

4.5 小结

第五章 基于 FPGA 的微刺激器电路设计

5.1 引言

5.2 系统基本结构及原理

5.3 硬件设计

5.4 程序设计

5.5 仿真与测试

5.6 两种微刺激器设计方案的比较

5.7 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文和专利