论文题目: 中枢神经信号获取电路设计及其应用研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 生物医学工程
作者: 王惠玲
导师: 吕晓迎,王志功
关键词: 中枢神经功能再生,神经电极,信号检测,低噪声放大,滤波
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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(Cuff Electrode)神经信号检测及处理电路和一种用于10接触点剑状电极(Shaft Electrode)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。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 概述
1.1.2 研究背景
1.2 中枢神经系统
1.2.1 中枢神经系统组成
1.2.2 神经元内的信号传导
1.2.3 动作电位传播波和波长
1.2.4 中枢神经系统的感觉传导和运动及内脏的调节功能
1.2.5 神经信号的特点
1.3 中枢神经系统的损伤
1.3.1 中枢神经系统常见损伤
1.3.2 中枢神经损伤的后果
1.4 国内外神经功能恢复的研究现状
1.4.1 中枢神经损伤的恢复
1.4.2 神经系统功能恢复的生物学方法
1.4.3 国内用微电子学方法进行神经功能恢复研究现状
1.4.4 国外用微电子学方法进行神经功能恢复研究现状
1.5 植入式微电子系统
1.5.1 植入式微电子功能恢复装置
1.5.2 植入式神经功能微电子修复系统的应用
1.5.3 植入式集成电路设计
1.6 本论文研究内容
1.7 论文组织
参考文献
第二章 中枢神经功能微电子恢复系统
2.1 引言
2.2 神经电极
2.2.1 神经电极的分类
2.2.2 常见神经电极
2.2.3 神经电极选择
2.3 神经电信号检测
2.3.1 生物信号检测
2.3.2 无创检测技术
2.3.3 有创检测技术
2.4 神经功能电激励
2.5 能量传输
参考文献
第三章 神经信号检测系统设计原理
3.1 引言
3.2 神经信号检测系统概述及电路设计要求
3.3 神经信号及脊髓神经模型
3.3.1 神经信号
3.3.2 脊髓神经模型
3.4 信号放大
3.4.1 放大电路的概念
3.4.2 运算放大器
3.4.3 反相放大器和同相放大器
3.5 信号处理
3.5.1 滤波器
3.5.2 滤波器分类
3.5.3 滤波器设计
3.6 设计难点
3.7 器件选择
3.7.1 电阻的选择
3.7.2 运算放大器的选择
参考文献
第四章 卡肤电极神经信号检测电路初步设计
4.1 引言
4.2 卡肤电极神经信号检测电路设计
4.2.1 电路设计要求
4.2.2 电路方案设计
4.2.3 加法器电路
4.2.4 电路原理图设计
4.3 电路器件的选择
4.4 电路仿真与分析软件
4.5 卡肤电极神经信号检测电路仿真结果及分析
4.6 印刷电路板设计
4.6.1 PCB 简介
4.6.2 PCB 设计
4.6.3 PCB 版图设计
4.6.4 PCB 布线
4.6.5 地线设计
4.6.6 设计规则检查
4.6.7 放大电路PCB 版图
4.7 卡肤电极神经信号检测电路板照片
4.8 卡肤电极神经信号检测电路测试
4.8.1 测试方法
4.8.2 测试照片
4.8.3 测试结果与讨论
4.9 小结
参考文献
第五章 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路设计
5.1 引言
5.2 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路设计
5.2.1 电路设计要求
5.2.2 前置放大部分的设计方案
5.2.3 滤波电路设计方案
5.2.4 测试用的延时电路设计方案
5.3 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路的仿真结果
5.3.1 前置放大电路交流仿真结果及分析
5.3.2 前置放大电路瞬态仿真结果及分析
5.3.3 滤波电路仿真结果
5.3.4 延时电路仿真结果
5.4 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路板照片
5.5 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路测试
5.5.1 测试方法
5.5.2 测试结果与讨论
5.6 小结
参考文献
第六章 10 接触点剑状电极神经信号检测电路设计
6.1 引言
6.2 10 接触点剑状电极神经信号检测电路设计
6.2.1 电路设计要求
6.2.2 电路方案设计
6.2.3 仪器放大器
6.2.4 电路原理图设计
6.3 10 接触点剑状电极神经信号检测电路仿真结果及分析
6.4 10 接触点剑状电极神经信号检测电路板照片
6.5 12 接触点卡肤电极神经信号检测电路测试
6.5.1 测试方法
6.5.2 测试结果与讨论
6.6 小结
参考文献
第七章 剑状和卡肤电极神经信号检测动物实验
7.1 引言
7.2 动物实验内容
7.2.1 实验的准备工作
7.2.2 测试系统
7.2.3 实验时间及内容
7.2.4 剑状电极植入实验步骤
7.2.5 卡肤电极植入实验步骤
7.2.6 电极植入部位
7.3 动物实验结果及其分析
7.3.1 剑状电极神经信号检测结果
7.3.2 剑状电极神经信号检测结果分析
7.3.3 卡肤电极神经信号检测结果
7.3.4 卡肤电极神经信号检测结果分析
7.4 大鼠神经信号检测实验照片
7.5 实验讨论
第八章 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
8.2.1 电路设计
8.2.2 检测部位
8.2.3 系统测试
参考文献
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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