基于FPGA的多通道視皮層電刺激器的設計.pdf

1、隨著醫(yī)學與工程學的發(fā)展，基于功能性電刺激的人工視覺假體技術(shù)的研究及其成果為失明患者帶來希望。人工視覺假體技術(shù)是將微電極陣列植入視覺通路中的某段神經(jīng)處，電刺激器把視覺信息轉(zhuǎn)換為電脈沖信號通過微電極陣列刺激相鄰的神經(jīng)節(jié)細胞，神經(jīng)節(jié)細胞再將信息傳入大腦，使患者感知到圖像。各種視覺假體刺激的部位不同，但是基本功能是相同的，都需要將外界的光信號轉(zhuǎn)換為可用的電流脈沖，通過微電極陣列刺激相關(guān)部位產(chǎn)生光幻視。電刺激器是視覺假體的關(guān)鍵部分，其功能是連接圖

2、像處理系統(tǒng)與刺激電極陣列，將圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髅}沖。
　　 本文設計了一款應用于視皮層假體的多通道電刺激器，實現(xiàn)將圖像編碼信號轉(zhuǎn)換為電流脈沖的功能。采用FPGA作為主控芯片，在FPGA內(nèi)部設計了刺激脈沖發(fā)生器，多路選擇器和串并轉(zhuǎn)換器。刺激脈沖發(fā)生器通過對FPGA的系統(tǒng)時鐘計數(shù)，能夠產(chǎn)生各種形式的脈沖信號，輸入到多路選擇器的信號輸入端。在74164宏功能函數(shù)的基礎上增加觸發(fā)器級數(shù)實現(xiàn)了32位的串/并轉(zhuǎn)換功能，通過讀取圖像處理系統(tǒng)傳

3、入的圖像編碼信號并將其轉(zhuǎn)換為并行信號，同時控制16個多路選擇器，從而實現(xiàn)16個通道的信號轉(zhuǎn)換。為了將FPGA輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，設計了外圍電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，外圍轉(zhuǎn)換電路由多個壓控雙向恒流源單元電路構(gòu)成。經(jīng)測試，本文所設計的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路具較好的轉(zhuǎn)換線性和恒流特性。在EP1C6核心板的基礎上制作了十六通道電刺激器初級樣機，利用十六通道電刺激器初級樣機與圖像處理系統(tǒng)搭建了視皮層假體系統(tǒng)初級樣機，并進行了圖像測試。測試結(jié)果表明