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专利号: 2013105076089
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:包括前置阻抗转换模块、模拟放大及模数转换模块、数据采集和处理模块、数据传输控制模块、刺激控制器、刺激波形生成模块、移动电源、网口/光纤转换模块和上位机,其中:所述的前置阻抗转换模块与所述的模拟放大及模数转换模块相连,所述的前置阻抗转换模块,通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取,每个采集通道独立放大,采用积分反馈电路实现模拟高通滤波,64通道神经元信号做二级放大后经24位模数转换做并行数字化处理;

所述的数据采集和处理模块通过接口与所述的模拟放大及模数转换模块相连,所述的数据采集和处理模块用于多通道数据采集与同步处理,按照用户命令自动选择数据传输模式建立数据包;

所述的数据采集和处理模块与所述的数据传输控制模块相连,所述的数据传输控制模块将采集的数据根据所述的上位机命令进行解析,向所述的数据采集和处理模块和所述的刺激控制器发送控制信息,并通过光纤向所述的网口/光纤转换模块回传数据;

所述的刺激控制器与所述的数据传输控制模块采用UART传输方式,所述的刺激控制器用于存储波形数字序列,接收控制指令并调整波形参数,向所述的刺激波形生成模块发送波形数字序列;

所述的刺激波形生成模块用于生成模拟刺激波形,输出8通道电流刺激,它与所述的刺激控制器之间通过并行DA模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的前置阻抗转换模块由一单倍增益的低漂移运放单元组成,将高阻抗神经信号转换为低阻抗信号;通过接口与微电极相连,实现对神经元阻抗的转换,并将信息传输给所述的模拟放大及模数转换模块。

3.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的模拟放大及模数转换模块由8个相同的模数转换电路板组成,每个模数转换电路板采集8通道的模拟信号经两级放大后进行24位AD转换,每个模数转换电路板的第一级放大采用仪表放大器,所有的输入通道为双极导联方式输入。

4.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的数据采集和处理模块采用208脚的FPGA芯片,实现并行采集,通过给8个模数转换电路板发送片选命令循环读取64个通道的并行24位数据,每个通道的24位数据根据采样信号的平均值自动选择16位数据位并接收控制指令选择数据传输模式,建立数据包存储在数据存储器中并向所述的数据传输控制模块发送数据存储信息;所述的数据采集和处理模块提供5种数据传输模式:64通道24位原始数据流、64通道16位原始数据流、64通道中任意通道组合的spike波形、所有64通道1ms内spike波形和任意单通道16位原始数据及这个通道的spike波形。

5.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的数据采集和处理模块中FPGA为原始数据和每个spike波形建立90bytes的数据包,并提取本地时间添加2bytes的时间标记和1byte的通道标记,并为64个采集通道建立相对应的64个FIFO存储区,将建立的各93bytes的数据包分别存放于对应通道的FIFO中,根据控制指令整合数据包并向所述的数据传输控制模块反馈存储信息。

6.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的数据传输控制模块根据所述的数据采集和处理模块反馈的存储信息选择数据存储器读取数据包,所述的数据传输控制模块接收19bytes上位机指令包,根据上位机指令包自动向所述的数据采集和处理模块发送数据传输模式控制命令,通过UART接口向所述的刺激控制器发送刺激波形控制命令,所述的数据传输控制模块根据反馈的存储信息选择存储器读取数据包并以100Mbit/s速度通过光纤接口发送给所述的网口/光纤转换模块,所述的网口/光纤转换模块集成了网口通信协议将读取的数据包按照网口协议以100Mbit/s速度发送给上位机的网口。

7.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的刺激控制器中有数据存储器,存储有双极性脉冲、单极性脉冲、单脉冲、正弦、半正弦、三角波、反余弦、lilly波、类lilly波和次lilly波的数字波形序列,所述的刺激控制器接收控制命令,根据命令选择波形并按照命令要求修改相关波形参数,向所述的刺激波形生成模块传输数字波形序列。

8.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的刺激波形生成模块包括:数模转换电路、电压调整电路、光耦隔离电路和电压-电流转换电路;所述的数模转换电路和所述的电压调整电路将所述的刺激控制器发送的数字波形序列转换为8通道模拟电压波形,所述的数模转换电路芯片采用AD8600,输入8位并行数据波形序列输出电压波形,8通道的电压波形经所述的光耦隔离电路和所述的电压-电流转换电路后得到稳定的刺激电流传输到刺激电极上。

9.根据权利要求1所述的一种多通道神经元信号采集调控与传输装置,其特征在于:

所述的移动电源采用由4块单个容量为4200mAH的锂电池组成,通过两块电池串联后并联组成输出电压为7.4V容量为16800mAH的锂电池供电组;所述的移动电源采用可充电设计并设有充电保护电路和放电保护电路,所述的充电保护电路与电池组的充电端连接并提供外接充电接口,电池组的放电端连接所述的放电保护电路为系统各个部分供电。