電流定向技術(shù)的視皮層神經(jīng)電刺激裝置研究.pdf

1、視皮層視覺假體旨在通過電刺激誘發(fā)視盲患者“光幻視”而修復(fù)其視覺功能。光幻視的分辨率直接影響視覺功能重建的質(zhì)量。探索利用有限的電極來提高電刺激的高分辨率是視皮層視覺假體需要突破的難題之一。虛擬通道(Virtual Channel)，又名電流定向（Current Steering），提供了這種可能性，通過在相鄰兩電極上同步施加刺激電流脈沖以實現(xiàn)選擇性地激活兩電極間特定位置上的神經(jīng)區(qū)域，以達到增加有效刺激通道數(shù)目的效果。因此，基于電流定向原理

2、的視皮層神經(jīng)電刺激器是視皮層視覺假體的重要組成部分。
　　本論文通過梳理國內(nèi)外電流定向技術(shù)與神經(jīng)電刺激技術(shù)研究現(xiàn)狀，設(shè)計了一套基于電流定向技術(shù)的視皮層神經(jīng)電刺激器方案。該系統(tǒng)采用MSP430F149作為主控芯片，通過配置刺激波形發(fā)生模塊、幅度調(diào)節(jié)電路模塊、極性轉(zhuǎn)換電路、壓控恒流源電路模塊等外圍電路，利用串口實現(xiàn)與上位機之間的通信完成整了個系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分。在系統(tǒng)硬件電路中，電源電路供電給各模塊，

3、MSP430F149控制著刺激波形發(fā)生模塊、串口通信模塊及由可編程數(shù)字電位器構(gòu)成的幅度調(diào)節(jié)電路，而壓控恒流源電路和極性轉(zhuǎn)化電路負責將刺激波形發(fā)生模塊輸出的單相電壓信號轉(zhuǎn)化為雙相電流信號，串口通信電路用于實現(xiàn)MSP430F149單片機與上位機之間的通信。系統(tǒng)軟件設(shè)計由下位機程序設(shè)計與上位機程序設(shè)計兩個部分組成。下位機程序采用 C語言編寫，開發(fā)環(huán)境為IAR EW430，實現(xiàn)的主要功能有：生成電流定向系數(shù)、頻率、脈寬可調(diào)的刺激波形、生成控制幅

4、度調(diào)節(jié)電路的強度調(diào)節(jié)程序及用于控制串口通信電路實現(xiàn)通信的串口通信程序。系統(tǒng)利用VB軟件設(shè)計了用于控制刺激器的上位機，上位機界面包含電流定向系數(shù)、刺激頻率、脈寬和強度等參數(shù)設(shè)置。
　　經(jīng)測試，該系統(tǒng)能輸出滿足要求的電壓波形，且輸出的電流脈沖信號在一定的負載范圍內(nèi)具有較好的電壓/電流轉(zhuǎn)換線性和恒流特性。同時采用該電流定向視皮層神經(jīng)電刺激器開展了SD大鼠驗證實驗，在SD大鼠的視皮層植入兩刺激電極和多通道記錄電極，對記錄到的視皮層神經(jīng)響應(yīng)