电子耳蜗植入接收刺激器及电极阵列的设计与实验研究

论文摘要

电子耳蜗是一种典型的精密电子医疗装置,它对治疗感音性耳聋有其它方法不可替代的疗效。其基本原理是利用声电换能装置代替人耳蜗内丧失功能的感觉细胞,用电信号直接刺激残存的听神经纤维使聋人产生听觉。电子耳蜗的研究涉及到声学、电学、计算机科学、信息处理和生物材料学等多方面的知识和技术,世界上只有少数几个国家能生产,且价格昂贵。目前,国内市场上急需性能较高而价格又能被普遍收入家庭承受的产品。因此加快电子耳蜗国产化进程,生产出价格低、质量好的产品,满足国内患者的需要,具有明显的社会效益和经济效益。本次课题的工作是对电子耳蜗植入装置的设计与实验研究,主要包括接收刺激器和电极阵列两部分。本文针对市场耳蜗价格昂贵的缺点,采用通用芯片MSP430和nRF2401完成了低成本体内接收刺激器设计。该接收刺激器有四个通道,实现了信号的准确接收;能够根据信号频率信息选择正确的刺激电极;利用参考电极互换实现了适合于听觉神经刺激的双相脉冲;利用对脉冲宽度的控制实现了对刺激强度的准确控制。电极部分,设计出了基于PDMS的8电极电极阵列,并制作出了电极阵列模型。该电极阵列具有很好的生物相容性和稳定性。实验研究部分,针对电子耳蜗接收刺激器的功能要求,测试了接收刺激器的各项性能。包括接收信号的准确性,产生刺激脉冲的稳定性,解码滤波的的准确性等。另外还对电极阵列的性能进行了研究论证,并对制作的阵列模型进行了电学及力学特性的测试。经验证,该设计能够满足电子耳蜗电极阵列的性能要求。本课题的研究为电子耳蜗的研究,尤其是对耳蜗植入装置的进一步研究奠定了很好的基础,可以为国内自主研制电子耳蜗提供借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 电子耳蜗发展历史
• 1.2 电子耳蜗发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题立题依据及研究内容
• 2 电子耳蜗概况
• 2.1 听力学基础
• 2.1.1 听觉的产生及耳聋的机制
• 2.1.2 频率编码和强度编码
• 2.2 电子耳蜗的组成及工作原理
• 2.2.1 电子耳蜗的一般原理
• 2.2.2 电子耳蜗的种类
• 2.3 耳蜗电极发展概况
• 2.3.1 单通道电极
• 2.3.2 多通道电极
• 2.4 影响电子耳蜗植入效果的因素
• 2.4.1 影响电子耳蜗性能的因素
• 2.4.2 影响耳蜗电极刺激效果的因素
• 3 接收刺激器设计
• 3.1 主要芯片简介
• 3.1.1 MSP430 系列简介
• 3.1.2 nRF2401 简介
• 3.2 接收模块设计
• 3.2.1 接收模块硬件设计
• 3.2.2 接收模块软件设计
• 3.3 刺激模块设计
• 3.3.1 CVSD 解码及滤波
• 3.3.2 双相刺激脉冲
• 3.3.3 刺激强度
• 4 刺激电极阵列设计
• 4.1 电极材料
• 4.2 基于PDMS 的电极设计
• 4.2.1 PDMS 简介
• 4.2.2 基于PDMS 的电极设计
• 5 系统性能测试与实验
• 5.1 接收刺激器性能测试
• 5.1.1 接收模块性能测试
• 5.1.2 CVSD 编解码
• 5.1.3 双相刺激脉冲
• 5.1.4 刺激强度
• 5.2 电极阵列性能评价
• 5.2.1 电学特性
• 5.2.2 力学特性
• 5.2.3 电化学与生物学特性
• 6 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录