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一种神经元电子脉冲发生系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种神经元电子脉冲发生系统及方法，用以解决现有的电子设备无法为神经元提供设定波形、设定噪声的电流脉冲刺激的问题。包括：中央处理模块，预先设定波形参数和噪声参数，根据噪声参数生成噪声数字信号。波形生成模块，根据波形参数生成模拟刺激信号。噪声数模转换模块，将噪声数字信号转换成噪声模拟信号。整合处理模块，用于将模拟刺激信号和噪声模拟信号叠加混合处理，得到混合后的电流模拟信号通过刺激电极输出。输出反馈模数转换模块，将混合后的电流模拟信号进行模数转换后反馈输入到中央处理模块。中央处理模块对反馈信号进行实时分析监测并调整刺激信号的输出。显示模块，实时显示输出波形及波形参数和噪声参数。

Description

一种神经元电子脉冲发生系统及方法
技术领域
本发明涉及电子脉冲发生技术领域，具体涉及一种神经元电子脉冲发生系统及方法。
背景技术
在进行帕金森大鼠黑质致密多巴胺神经元的随机共振特性及机制的研究过程中，需要对大鼠神经元进行电流脉冲刺激，目的是为了能给予大鼠脑深部核团黑质致密部核团给予低电压3.5HZ至10Hz的频率刺激，并通过神经电刺激针给予神经核团电刺激。经研究发现，信号中携带的噪声可能是帕金森病发病的一个重要原因。因此在对大鼠神经元施加电流脉冲刺激时应当有必要适当添加噪声。
为达到上述目的，急需一种能够提供定制的电流脉冲刺激的电子设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种神经元电子脉冲发生系统及方法，用以解决现有的电子设备无法为神经元提供设定波形、设定噪声的电流脉冲刺激的问题。
为实现上述目的，本发明方系统具体为：
一种神经元电子脉冲发生系统，包括神经元电子脉冲发生系统包括中央处理模块、波形生成模块、噪声数模转换模块、整合处理模块、刺激电极、输出反馈模数转换模块以及显示模块；
中央处理模块，用于预先设定波形参数和噪声参数，并依据噪声参数生成噪声数字信号；中央处理模块分别连接波形生成模块和噪声数模转换模块，用于将波形参数发送至波形生成模块，并将噪声数字信号发送至噪声数模转换模块。
波形生成模块，用于根据波形参数生成模拟刺激信号；波形生成模块连接至整合处理模块，用于将模拟刺激信号发送至整合处理模块。
噪声数模转换模块，用于将噪声数字信号转换成噪声模拟信号；噪声数模转换模块连接至整合处理模块，用于将噪声模拟信号发送至整合处理模块。
整合处理模块，用于将模拟刺激信号和噪声模拟信号叠加混合处理，得到混合后的电流模拟信号；整合处理模块分别与刺激电极和输出反馈模数转换模块相连，用于将混合后的电流模拟信号发送至刺激电极和输出反馈模数转换模块。
刺激电极，用于输出混合后的电流模拟信号。
输出反馈模数转换模块，将混合后的电流模拟信号进行模数转换后得到数字反馈信号；输出反馈模数转换模块连接至中央处理模块，用于将数字反馈信号发送至中央处理模块。
中央处理模块对数字反馈信号进行实时分析监测。
显示模块连接至中央处理模块，用于对数字反馈信号、噪声参数以及波形参数进行显示。
进一步地，波形生成模块为可编程波形发生器AD9833。
进一步地，还包括第一放大器；
第一放大器用于对模拟刺激信号进行幅值调节。
进一步地，还包括第二放大器；
第二放大器用于对噪声模拟信号进行幅值调节。
优选地，整合处理模块为同相加法器LF353。
进一步地，还包括第三放大器；第三放大器用于对反馈信号进行幅值调节。
进一步地，预先设定的波形参数包括波形的频率、强度和周期参数。
进一步地，还包括电源供电模块；
电源供电模块用于为中央处理模块、显示屏、波形生成模块、噪声数模转换模块以及整合处理模块供电。
本发明还提供了一种神经元电子脉冲发生方法，包括如下步骤：
设定波形参数和噪声参数；
根据波形参数生成脉冲信号；
根据噪声参数生成噪声信号；
将脉冲信号和噪声信号叠加混合，获得模拟刺激信号；
模拟刺激信号通过刺激电极输出；
对模拟刺激信号进行分析和监测。
本发明方法具有如下优点：
本发明可根据设定的波形参数输出符合要求的电流模拟刺激信号，同时支持噪声叠加，以满足用户对鼠体脑神经的刺激需求。
本发明可通过显示屏，实时观测当前电流输出波形。
附图说明
图1本发明实施例1所提供的脉冲发生系统组成框图。
图2本发明实施例2所提供的脉冲发生系统具体器件连接关系图。
图3本发明实施例2中所使用的可编程波形发生器AD9833原理图。
图4本发明实施例2中所使用的程控增益放大器AD8320原理图。
图5本发明实施例2中所使用的同相加法器LF353原理图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
为实现上述目的，本发明系统具体框图如图1所示：一种神经元电子脉冲发生系统，神经元电子脉冲发生系统包括：
中央处理模块，预先设定波形参数和噪声参数，并依据噪声参数生成噪声数字信号。本发明实施例中，中央处理模块采用ARM Cortex-M3架构的嵌入式微控制器，主频100MHz；内存大小2M；NANDFLASH存储器大小128M；搭载实时操作系统保证系统的实时性与稳定性，负责整个系统的输入与输出控制、波形处理。中央处理模块分别连接波形生成模块和噪声数模转换模块，用于将波形参数发送至波形生成模块，并将噪声数字信号发送至噪声数模转换模块。
波形生成模块，用于根据波形参数生成模拟刺激信号。本发明实施例中该模块可生成包括正弦波、三角波、普通方波等常用波形在内的所有波形。波形生成模块连接至整合处理模块，用于将模拟刺激信号发送至整合处理模块。
噪声数模转换模块，用于将噪声数字信号转换成噪声模拟信号。噪声数模转换模块连接至整合处理模块，用于将噪声模拟信号发送至整合处理模块。
整合处理模块，用于将模拟刺激信号和噪声模拟信号叠加混合处理，得到混合后的电流模拟信号。整合处理模块分别与刺激电极和输出反馈模数转换模块相连，用于将混合后的电流模拟信号发送至刺激电极和输出反馈模数转换模块。
刺激电极，用于输出混合后的电流模拟信号。
输出反馈模数转换模块，将混合后的电流模拟信号进行模数转换后得到数字反馈信号，输出反馈模数转换模块连接至中央处理模块，用于将数字反馈信号发送至中央处理模块。
中央处理模块对数字反馈信号进行实时分析监测。
显示模块连接至所述中央处理模块，用于对数字反馈信号、噪声参数以及波形参数进行显示。
实施例2
本发明实施例在实施例1的基础上，具体可以采用如图2所示的连接形式，即
本发明实施例中，波形生成模块为可编程波形发生器AD9833作为波形输出源，AD9833原理图如图3所示，依据输入参数设定波形发生器的波形类型输出是正弦波还是方波或者其他波形。模拟刺激信号经滤波后送入第一放大器；第一放大器用于对模拟刺激信号进行幅值调节。本发明实施例中第一放大器可以采用程控增益放大器AD8320，AD8320原理图如图4所示。
本发明实施例中，噪声数模转换模块以高精度DAC转换芯片(DAC0832)为核心，依据处理器输出的波形参数进行高速数模转换，生成初级噪声电流信号，之后再通过第二放大器进行噪声幅值的调节(噪声强度由输入参数确定)。其中第二放大器可以采用程控增益放大器AD8320。
本发明实施例中，整合处理模块为同相加法器LF353对输出的刺激波形和噪声进行叠加混合，配合外围转换电路，实现最终符合用户需要的波形。LF353原理图如图5所示。
本发明实施例中，还包括第三放大器；第三放大器用于对反馈信号进行幅值调节。第三放大器也可以采用AD8320实现。
本发明实施例中，预先设定的波形参数包括波形的频率、强度和周期参数。
本发明实施例中，还包括显示屏；显示屏用于对反馈信号、噪声参数以及波形参数进行显示。具体的，显示屏可以采用5.7寸真彩LCD屏采用全中文显示界面。
本发明实施例中，还包括电源供电模块；电源供电模块用于为中央处理模块、显示屏、波形生成模块、噪声数模转换模块以及整合处理模块供电。
实施例3
本发明还提供了一种神经元电子脉冲发生方法，包括如下步骤：
设定波形参数和噪声参数；
根据波形参数生成脉冲信号；
根据噪声参数生成噪声信号；
将脉冲信号和噪声信号叠加混合，获得模拟刺激信号；
模拟刺激信号通过刺激电极输出；
对模拟刺激信号进行分析和监测。
本发明方法具有如下优点：
本发明可根据设定的波形参数输出符合要求的电流模拟刺激信号，同时支持噪声叠加，以满足用户对鼠体脑神经的刺激需求。
本发明可通过显示屏，实时观测当前电流输出波形。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种神经元电子脉冲发生系统，其特征在于，所述神经元电子脉冲发生系统包括中央处理模块、波形生成模块、噪声数模转换模块、整合处理模块、刺激电极、输出反馈模数转换模块以及显示模块；
所述中央处理模块，用于预先设定波形参数和噪声参数，并依据所述噪声参数生成噪声数字信号；所述中央处理模块分别连接所述波形生成模块和所述噪声数模转换模块，用于将所述波形参数发送至所述波形生成模块，并将所述噪声数字信号发送至所述噪声数模转换模块；
所述波形生成模块，用于根据所述波形参数生成模拟刺激信号；所述波形生成模块连接至所述整合处理模块，用于将所述模拟刺激信号发送至所述整合处理模块；
所述噪声数模转换模块，用于将所述噪声数字信号转换成噪声模拟信号；所述噪声数模转换模块连接至所述整合处理模块，用于将所述噪声模拟信号发送至所述整合处理模块；
所述整合处理模块，用于将所述模拟刺激信号和噪声模拟信号叠加混合处理，得到混合后的电流模拟信号；所述整合处理模块分别与所述刺激电极和所述输出反馈模数转换模块相连，用于将所述混合后的电流模拟信号发送至所述刺激电极和所述输出反馈模数转换模块；
所述刺激电极，用于输出所述混合后的电流模拟信号；
所述输出反馈模数转换模块，将所述混合后的电流模拟信号进行模数转换后得到数字反馈信号；所述输出反馈模数转换模块连接至所述中央处理模块，用于将所述数字反馈信号发送至所述中央处理模块；
所述中央处理模块对所述反馈信号进行实时分析监测；
所述显示模块连接至所述中央处理模块，用于对所述数字反馈信号、所述噪声参数以及所述波形参数进行显示。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，波形生成模块为可编程波形发生器AD9833。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一放大器；
所述第一放大器用于对所述刺激信号进行幅值调节。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二放大器；
所述第二放大器用于对所述噪声模拟信号进行幅值调节。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述整合处理模块为同相加法器LF353。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第三放大器；所述第三放大器用于对所述反馈信号进行幅值调节。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预先设定的波形参数包括波形的频率、强度和周期参数。
8.如权利要求1～7任一项权利要求所述的系统，其特征在于，还包括电源供电模块；
所述电源供电模块用于为所述中央处理模块、所述显示屏、所述波形生成模块、所述噪声数模转换模块以及所述整合处理模块供电。
9.一种神经元电子脉冲发生方法，其特征在于，所述方法包括：
设定波形参数和噪声参数；
根据所述波形参数生成脉冲信号；
根据所述噪声参数生成噪声信号；
将所述脉冲信号和所述噪声信号叠加混合，获得模拟刺激信号；
所述模拟刺激信号通过刺激电极输出；
对所述模拟刺激信号进行分析和监测；
同时对所述模拟刺激信号、所述波形参数和所述噪声参数进行显示。
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