CN114326901B - 一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统，该系统包括第一电流调整模块、第二电流调整模块、镜像电流跟随电路、比例电流放大电路、H桥刺激电路、数字信号控制器；第一电流调整模块包括第一数模转换器，第一运算放大器、第一NPN型场效应管、第一电阻，第一数模转换器用以对数字信号控制器传输的第一信号进行数模转换后传输至第一运算放大器的正输入端，第一电阻的一端接地，第一电阻的另一端分别与第一运算放大器的负输入端、第一NPN型场效应管的源极连接。本发明通过复合式电流输出设计的系统结构，使电刺激参数实现宽范围与精度可调，同时通过修正算法，对数模转换器的静态误差进行修正，实现了电流幅值和时间精准可调。

Description

一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统

技术领域

本申请涉及生物医学工程技术领域，具体而言，涉及一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统。

背景技术

神经调控是治疗帕金森病、脊髓损伤、视觉和听觉障碍等各种神经疾病的疗法，目前已经实现了广泛的应用。使用电刺激的方法进行神经调控，目前有三种主要的刺激方式:电压刺激模式、电流刺激模式和电荷刺激模式。这三种模式都基于通过在神经细胞膜上积累电荷，从而引起神经细胞动作电位的变化，进而对指定区域施加刺激的原理。

电流刺激模式是最常用的刺激模式，在这种刺激模式下，可以通过控制注入组织的电流，以达到较为精准的控制效果。在传统的电流刺激模式中，由于电流刺激的幅值与时间难以实现较为精准的控制，导致电荷注入量和抽出量不相等，由此在电极上产生电荷残余，导致氧化产生有毒物质，对植入的安全性造成较大的隐患。

而在神经科学等前沿研究领域中，输入不同的输入电流，即使相互间区别十分微小，也会对实验的结果产生巨大的影响。传统的电流刺激系统当中，刺激电流精度较低，无法准确控制输入电流的幅值。即这种结构无法进行精准的电流控制，故难以在此基础上开展科学实验，也无法通过其来满足各类应用场景中精准控制的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统，所述系统包括：

第一电流调整模块、第二电流调整模块、镜像电流跟随电路、比例电流放大电路、H桥刺激电路、数字信号控制器；

所述第一电流调整模块包括第一数模转换器，第一运算放大器、第一NPN型场效应管、第一电阻，所述第一数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第一信号进行数模转换后传输至所述第一运算放大器的正输入端，所述第一电阻的一端接地，所述第一电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的负输入端、所述第一NPN型场效应管的源极连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一NPN型场效应管的栅极连接；

所述第二电流调整模块包括第二数模转换器，第二运算放大器、第二NPN型场效应管、第二电阻，所述第二数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第二信号进行数模转换后传输至所述第二运算放大器的正输入端，所述第二电阻的一端接地，所述第二电阻的另一端分别与所述第二运算放大器的负输入端、所述第二NPN型场效应管的源极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二NPN型场效应管的栅极连接，所述第二电阻大于所述第一电阻；

所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第一NPN型场效应管的漏极、第二NPN型场效应管的漏极连接，所述镜像电流跟随电路的输出端与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述镜像电流跟随电路用以向所述比例电流放大电路传输稳定的电流；

所述比例电流放大电路的输出端与所述H桥刺激电路的输入端连接，用以倍增向所述H桥刺激电路传输的电流；

所述H桥刺激电路用以在所述数字信号控制器的周期性信号控制下向电极神经产生电流刺激；

所述数字信号控制器包括存储器，所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正。

优选的，所述第一数模转换器与第二数模转换器均为12位数模转换器。

优选的，所述镜像电流跟随电路包括第一PNP型场效应管、第二PNP型场效应管、第三PNP型场效应管、第四PNP型场效应管、第三NPN型场效应管、第三电阻，所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第四PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第三PNP型场效应管的栅极连接，所述第四PNP型场效应管的源极分别与所述第二PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第一PNP型场效应管的栅极连接，所述第一PNP型场效应管的源极与所述第二PNP型场效应管的源极均接地，所述第一PNP型场效应管的漏极与所述第三PNP型场效应管的源极连接，所述第三PNP型场效应管的漏极分别与所述第三NPN型场效应管的栅极和漏极、所述镜像电流跟随电路的输出端连接，所述第三NPN型场效应管的源极通过所述第三电阻后接地。

优选的，所述比例电流放大电路包括多个相互并联的单位电流放大电路，所述单位电流放大电路包括第四NPN型场效应管、第四电阻，所述第四NPN型场效应管的栅极与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述第四NPN型场效应管的源极通过所述第四电阻后接地，所述第四NPN型场效应管的漏极与所述H桥刺激电路的输入端连接。

优选的，所述H桥刺激电路包括第五NPN型场效应管、第六NPN型场效应管、第五PNP型场效应管、第六PNP型场效应管，所述H桥刺激电路的输入端分别与所述第五NPN型场效应管的源极、第六NPN型场效应管的源极连接，所述第五NPN型场效应管的漏极分别与所述神经电极的正极、所述第五PNP型场效应管的漏极连接，所述第六NPN型场效应管的漏极分别与所述神经电极的负极、所述第六PNP型场效应管的漏极连接，所述第五PNP型场效应管的源极、第六PNP型场效应管的源极均接地，所述第五PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第三信号，所述第六PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第四信号，所述第五NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第五信号，所述第六NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第六信号。

优选的，所述系统还包括多路选择器，所述系统包括至少两个所述H桥刺激电路，所述多路选择器的输入端与所述比例电流放大电路的输出端连接，所述多路选择器的各输出端分别与各所述H桥刺激电路连接，用以使所述多路选择器的各输出端与各H桥刺激电路一一对应，所述多路选择器还接收所述数字信号控制器传输的第七信号，所述第七信号用以控制所述多路选择器的输入端与各输出端之间的连通。

优选的，所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器存储有电流矩阵，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，所述电流矩阵包括多个电流组合，各所述电流组合能够与比对矩阵中的各输出组合一一匹配，所述输出组合为基于预设的第一电流调整模块输入信号与第二电流调整模块输入信号而生成的模拟输出电流，所述比对矩阵包括遍历后的所有所述输出组合，且各所述输出组合在所述比对矩阵中基于所述模拟输出电流的数值有小到大排列，所述电流矩阵中任一所述电流组合的电流值处于可输出电流范围内，所述可输出电流范围的最小值为各所述输出组合中的最小值，所述可输出电流范围的最大值为各所述输出组合中的最大值。

优选的，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器还用以接收期望输出电流信号，根据所述期望输出电流信号查找所述电流矩阵，并分别确定所述第一电流调整模块与第二电流调整模块数字信号输入量。

本发明的有益效果为：1.设计了第一电流调整模块进行粗调与第二电流调整模块进行微调的复合式电流输出设计，使得电刺激参数同时实现宽范围与精准可调的要求。

2.将精度可调电流输出设计与电流跟随技术、电流镜象技术、H桥电流刺激技术相结合，保证了电流的宽范围与精度可调。

3.存储器通过修正算法，对数模转换器的静态误差进行了修正，避免了因为工艺等问题造成的数模转换器误差，进一步有效提高了输出电流的精度。

4.通过本申请设计，将修正算法与系统结构相结合，通过提高输入时钟频率，实现了电流幅值和时间精准可调的电流刺激系统，可以实现精准的电流刺激，防止氧化造成的损伤，进一步提高电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的电流调整模块的工作原理示意图；

图3为本申请实施例提供的镜像电流跟随电路的工作原理示意图；

图4为本申请实施例提供的比例电流放大电路的工作原理示意图；

图5为本申请实施例提供的H桥刺激电路进行正向电流刺激时的控制信号波形示意图；

图6为本申请实施例提供的H桥刺激电路进行负向电流刺激时的控制信号波形示意图；

图7为本申请实施例提供的一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统进行修正时的测试架构连接示意图；

图8为本申请实施例提供的根据遍历的所有输出组合生成的比对矩阵的架构示意图；

图9为本申请实施例提供的修正算法的原理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1是本申请实施例提供的一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统的架构示意图。在本申请实施例中，所述系统包括：

第一电流调整模块、第二电流调整模块、镜像电流跟随电路、比例电流放大电路、H桥刺激电路、数字信号控制器；

所述第一电流调整模块包括第一数模转换器，第一运算放大器、第一NPN型场效应管、第一电阻，所述第一数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第一信号进行数模转换后传输至所述第一运算放大器的正输入端，所述第一电阻的一端接地，所述第一电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的负输入端、所述第一NPN型场效应管的源极连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一NPN型场效应管的栅极连接；

所述第二电流调整模块包括第二数模转换器，第二运算放大器、第二NPN型场效应管、第二电阻，所述第二数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第二信号进行数模转换后传输至所述第二运算放大器的正输入端，所述第二电阻的一端接地，所述第二电阻的另一端分别与所述第二运算放大器的负输入端、所述第二NPN型场效应管的源极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二NPN型场效应管的栅极连接，所述第二电阻大于所述第一电阻；

所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第一NPN型场效应管的漏极、第二NPN型场效应管的漏极连接，所述镜像电流跟随电路的输出端与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述镜像电流跟随电路用以向所述比例电流放大电路传输稳定的电流；

所述比例电流放大电路的输出端与所述H桥刺激电路的输入端连接，用以倍增向所述H桥刺激电路传输的电流；

所述H桥刺激电路用以在所述数字信号控制器的周期性信号控制下向电极神经产生电流刺激；

所述数字信号控制器包括存储器，所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正。

在一种可实施方式中，所述第一数模转换器与第二数模转换器均为12位数模转换器。

在本申请实施例中，图中I即为第一电流调整模块，II即为第二电流调整模块，III即为镜像电流跟随电路，IV即为比例电流放大电路，VI即为H桥刺激电路，VII即为数字信号控制器。数字信号控制器可以产生指定的控制信号，对刺激电流的强度，刺激电流的方向，刺激通道的选择，刺激时间的长短进行精确控制。第一电流调整模块用来对输入电流进行粗略的调整，第二电流调整模块用来对输入电流进行细微的调整。由于二者具有相同原理，将以图2进行统一阐述。如图2所示，由数字信号控制器给出电压幅值设置的信号Set（Set既可以对应第一电流调整模块中的第一信号即Coarse信号，也可以对应第二电流调整模块中的第二信号即Fine信号），该数字信号经过12bitDAC后，将产生一个12位精度的精准电压信号Vs+，该信号将施加于运算放大器的正输入端。由于该运算放大器处于闭环深度反馈的工作状态，故可认为运算放大器的负输入端电压Vs-满足以下条件：

Vs+ = Vs- = Vs

由于运放输入阻抗远大于模块中的外接电阻R，故可认为该电流调整模块产生的电流Is满足以下条件：

Is = Vs/R

当电压Vs的改变量为时，对应的电流Is的改变量满足：

由于使用了12bitDAC，可知：

= Vsmax/（2^12-1）= Vsmax/4095

在第一电流调整模块和第二电流调整模块中，本系统将选择不同的电阻值，使得第一电流调整模块中的第一电阻Rc阻值与第二电流调整模块中的第二电阻Rf阻值满足以下关系：

Rc<Rf

在此情况下，第一电流调整模块中的电流Icmax>第二电流调整模块中的电流Ifmax，。

通过结合Ⅰ和Ⅱ，既可以用粗调输出大电流，又可以用微调输出小电流，同时实现宽范围精度可调的电流输出。

本发明使用了电流粗调与电流微调相互结合的方式，在硬件电路的设计上实现了同时满足输出范围与输出精度的要求。克服了传统电路无法同时实现输出范围与输出精度的要求。同时在此基础上，利用修正算法，对所使用的DAC进行了静态误差校正，最大程度上消除了DAC的静态误差造成的影响。避免了传统方法中DAC由于工艺等原因导致的静态误差。利用上述的技术方案，可以对输出电流的幅值进行精确控制，实现电流精度可调输出的要求。同时结合对刺激时间精度的控制，可以实现优良的电荷平衡性能，大大消除了由于电荷不平衡产生的氧化问题，提高了植入安全性。

在一种可实施方式中，所述镜像电流跟随电路包括第一PNP型场效应管、第二PNP型场效应管、第三PNP型场效应管、第四PNP型场效应管、第三NPN型场效应管、第三电阻，所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第四PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第三PNP型场效应管的栅极连接，所述第四PNP型场效应管的源极分别与所述第二PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第一PNP型场效应管的栅极连接，所述第一PNP型场效应管的源极与所述第二PNP型场效应管的源极均接地，所述第一PNP型场效应管的漏极与所述第三PNP型场效应管的源极连接，所述第三PNP型场效应管的漏极分别与所述第三NPN型场效应管的栅极和漏极、所述镜像电流跟随电路的输出端连接，所述第三NPN型场效应管的源极通过所述第三电阻后接地。

在本申请实施例中，如图3所示，镜像电流跟随电路的工作原理为，经镜像电流跟随电路的输入端输入的电流Iin经过第二PNP型场效应管PMos2与第四PNP型场效应管PMos4后，会在第一PNP型场效应管PMos1与PMos2的栅极控制端产生控制电压Vg1，在第三PNP型场效应管PMos3与PMos4的栅极控制端产生控制电压Vg2。此时，我们可以选择合适的第三电阻R，使得PMos1与PMos3进入深度饱和区。此时，PMos1、PMos2、PMos3、PMos4均处于深度饱和区，Mos管进入恒流工作区，此时电流可认为仅受Vg1，Vg2控制。故流经PMos1、PMos2、PMos3、PMos4的电流均相等，Iin = Iout 。同时输出栅极控制电压Vg，用于后续电路的电流控制，Vg即为镜像电流跟随电路的输出端电压。

在一种可实施方式中，所述比例电流放大电路包括多个相互并联的单位电流放大电路，所述单位电流放大电路包括第四NPN型场效应管、第四电阻，所述第四NPN型场效应管的栅极与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述第四NPN型场效应管的源极通过所述第四电阻后接地，所述第四NPN型场效应管的漏极与所述H桥刺激电路的输入端连接。

在本申请实施例中，如图4所示，第四NPN型场效应管为与镜像电流跟随电路中所用规格相同的N沟道场效应管，由于受共同的栅极电压Vg控制四个功率管与Ⅲ中的第三NPN型场效应管NMos1都处于饱和工作区，具有恒流工作特性，输出电流仅和Vg有关，且电流相等。

因而电流 I1 = I2 = I3 = I4 = Iout = Iin。

Iload = 4*Iin。

需要说明的是，本例中选用了四个场效应管作为示例来使得电流输出为原来的四倍，实际应用当中，可以选择不同数量的场效应管，来实现电流的倍增。

在一种可实施方式中，所述H桥刺激电路包括第五NPN型场效应管、第六NPN型场效应管、第五PNP型场效应管、第六PNP型场效应管，所述H桥刺激电路的输入端分别与所述第五NPN型场效应管的源极、第六NPN型场效应管的源极连接，所述第五NPN型场效应管的漏极分别与所述神经电极的正极、所述第五PNP型场效应管的漏极连接，所述第六NPN型场效应管的漏极分别与所述神经电极的负极、所述第六PNP型场效应管的漏极连接，所述第五PNP型场效应管的源极、第六PNP型场效应管的源极均接地，所述第五PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第三信号，所述第六PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第四信号，所述第五NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第五信号，所述第六NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第六信号。

在本申请实施例中，该部分电路受数字信号控制器控制，数字信号控制器通过周期性的控制第三信号P1_GP+，第六信号P1_SW+，可以产生正向的电流刺激，通过周期性的控制第四信号P1_GP-，第五信号P1_SW-,可以产生反向的电流刺激。

具体的，该部分电路的时间精度控制由数字信号控制器决定。如图所示，当P1_GP+取低电平，且P1_SW+取高电平时，H桥刺激电路产生正向刺激。当P1_GP-取低电平，且P1_SW-取高电平时，H桥刺激电路产生反向刺激。电路工作时必须保证，正向刺激与反向刺激之间存在间隔，避免同时导通产生的短路。控制原理如图所示，图5表示正向刺激，t3-t4时刻之间刺激开启。图6表示反向刺激，t3-t4时刻之间刺激开启。刺激电流时间的控制精度取决于数字信号控制器的时钟频率，提高时钟频率可以实现更高的时钟控制精度。

由于Q = I * T，本发明通过同时对I与T进行精度可调的控制，实现了精准的电荷注入与抽出的控制，提高了电荷平衡的性能。

在一种可实施方式中，所述系统还包括多路选择器，所述系统包括至少两个所述H桥刺激电路，所述多路选择器的输入端与所述比例电流放大电路的输出端连接，所述多路选择器的各输出端分别与各所述H桥刺激电路连接，用以使所述多路选择器的各输出端与各H桥刺激电路一一对应，所述多路选择器还接收所述数字信号控制器传输的第七信号，所述第七信号用以控制所述多路选择器的输入端与各输出端之间的连通。

在本申请实施例中，多路选择器受到数字信号控制器传输的第七信号Channel控制，可以对刺激通道进行选择。本例中以产生四路的电流刺激为例，故使用四通道选择器，在其他的应用场景中，可以根据所需产生刺激的通道数，来选择不同的多路选择器。

在一种可实施方式中，所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器存储有电流矩阵，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，所述电流矩阵包括多个电流组合，各所述电流组合能够与比对矩阵中的各输出组合一一匹配，所述输出组合为基于预设的第一电流调整模块输入信号与第二电流调整模块输入信号而生成的模拟输出电流，所述比对矩阵包括遍历后的所有所述输出组合，且各所述输出组合在所述比对矩阵中基于所述模拟输出电流的数值有小到大排列，所述电流矩阵中任一所述电流组合的电流值处于可输出电流范围内，所述可输出电流范围的最小值为各所述输出组合中的最小值，所述可输出电流范围的最大值为各所述输出组合中的最大值。

在本申请实施例中，如图7所示，由于数字输入与模拟输出存在偏差，故需要进行校正，以提高电流幅值的输出精度。故本申请还会基于修正算法对输出精度进行修正。本申请将该系统外接模拟神经组织，同时串联一个电流表，实时记录第一电流调整模块与第二电流调整模块中不同的输入值时，对应的实际输出电流。如第一电流调整模块输入数字信号m，第二电流调整模块输入信号n，对应的模拟输出电流则记录为I(m,n)。需要遍历所有可能的输出组合，如图8所示，本实例中使用了两个12位DAC，则一共需要记录2^12^2种可能的输出组合。此时，生成了比对矩阵，其为4096*4096矩阵。

如图9所示，在完成了所有可能的输出组合之后，首先利用快速排序算法进行排序，将各种组合的模拟输出电流大小从小到大排列。可以从排序队列中查找出模拟输出电流的最大值与最小值。而后在这个范围内，构造电流矩阵A。对所有需要输出的电流值进行遍历，如本系统需要输出h个不同的电流值，则生成h*3矩阵A。同时将h个电流值分别从小到大填入电流矩阵A中的第一行。

而后，对于电流矩阵A中的电流A(1,1)，从比对矩阵中进行查找，可以查找到比对矩阵中的元素I（m1，n1）的值，与电流A（1，1）最为接近。此时，令矩阵A中元素A（1，2）= m1，A（1，3）= n1。对于电流矩阵A中的电流A(2,1)，进行相同的操作，填入A（2，2）=m2，A（2，3）=n2。剩余所有矩阵元素都进行类似的操作。完成对A的构造。之后，即可进行输出电流的精准控制。将矩阵A存入数字信号控制器的存储器当中。

在一种可实施方式中，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器还用以接收期望输出电流信号，根据所述期望输出电流信号查找所述电流矩阵，并分别确定所述第一电流调整模块与第二电流调整模块数字信号输入量。

在本申请实施例中，当存储器接收到期望输出电流信号时，若期望输出电流为A(x，1)，则对应控制两路DAC，使得第一电流调整模块输入数字信号为A（x，2），第二电流调整模块输入数字信号为A（x，3），即可实现电流精度可调控制。

示例性的，例如需要生成1mA，2mA，3mA三个不同的电流值，则构造3*3矩阵A。同时将1mA，2mA，3mA分别填入输出电流矩阵A的第一行。此时A（1，1）= 1mA，A（2，1）= 2mA，A（3，1）= 3mA。首先对比对矩阵中进行查找，查找到比对矩阵中元素I（m1，n1）与A（1，1）最为接近，故A（1，2）= m1，A（1，3） = n1。往后，若希望输出电流1mA，则可令第一电流调整模块的数字信号输入为m1，第二电流调整模块的数字信号输入为n1。随后，分别对A（2，1）与A（3，1）进行查找，构造出完全的电流矩阵A。此后，对于1mA，2mA，3mA这三个不同的输出，都可以借由查找矩阵A后，得到第一电流调整模块与第二电流调整模块各自的数字输入量，从而产生精度可调的电流输出。

利用该方式，可以实现双路12位精度DAC，输出14位精度或更高精度的电流。以此消除了外界干扰与工艺缺陷所导致的DAC静态误差，实现精度可调的电流输出控制。

本申请的工作流程为，使用者在使用本系统之前，应该首先进行系统的修正，即利用上文所述的校正算法，计算出每个期望电流所对应的DAC输出，将该结果存储在数字信号控制器当中。而后，使用者可以直接对数字信号控制器发出输出电流的幅值调节指令，数字信号控制器，将根据校正算法输出的结果，自动控制每个DAC的输入信号，从而实现输出电流幅值的精准控制。在此基础上，使用者可以更换该系统的输入时钟，通过提高输入时钟的频率，使用者可以对电流时间进行更加精准的控制。通过分别对电流的刺激幅值与电流的刺激时间进行精准控制，可以更好的满足电荷平衡的要求，更大程度保证植入的安全性。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGate Array，FPGA）、集成电路（Integrated Circuit，IC）等。

本申请实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本申请实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本申请实施例所述的功能的软件而实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种用于神经调控的参数精准可调电流刺激系统，其特征在于，所述系统包括：

第一电流调整模块、第二电流调整模块、镜像电流跟随电路、比例电流放大电路、H桥刺激电路、数字信号控制器；

所述第一电流调整模块包括第一数模转换器，第一运算放大器、第一NPN型场效应管、第一电阻，所述第一数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第一信号进行数模转换后传输至所述第一运算放大器的正输入端，所述第一电阻的一端接地，所述第一电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的负输入端、所述第一NPN型场效应管的源极连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一NPN型场效应管的栅极连接；

所述第二电流调整模块包括第二数模转换器，第二运算放大器、第二NPN型场效应管、第二电阻，所述第二数模转换器用以对所述数字信号控制器传输的第二信号进行数模转换后传输至所述第二运算放大器的正输入端，所述第二电阻的一端接地，所述第二电阻的另一端分别与所述第二运算放大器的负输入端、所述第二NPN型场效应管的源极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二NPN型场效应管的栅极连接，所述第二电阻大于所述第一电阻；

所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第一NPN型场效应管的漏极、第二NPN型场效应管的漏极连接，所述镜像电流跟随电路的输出端与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述镜像电流跟随电路用以向所述比例电流放大电路传输稳定的电流；

所述比例电流放大电路的输出端与所述H桥刺激电路的输入端连接，用以倍增向所述H桥刺激电路传输的电流；

所述H桥刺激电路用以在所述数字信号控制器的周期性信号控制下向电极神经产生电流刺激；

所述数字信号控制器包括存储器，所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正；

所述存储器用以基于修正算法对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器存储有电流矩阵，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，所述电流矩阵包括多个电流组合，各所述电流组合能够与比对矩阵中的各输出组合一一匹配，所述输出组合为基于预设的第一电流调整模块输入信号与第二电流调整模块输入信号而生成的模拟输出电流，所述比对矩阵包括遍历后的所有所述输出组合，且各所述输出组合在所述比对矩阵中基于所述模拟输出电流的数值有小到大排列，所述电流矩阵中任一所述电流组合的电流值处于可输出电流范围内，所述可输出电流范围的最小值为各所述输出组合中的最小值，所述可输出电流范围的最大值为各所述输出组合中的最大值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一数模转换器与第二数模转换器均为12位数模转换器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述镜像电流跟随电路包括第一PNP型场效应管、第二PNP型场效应管、第三PNP型场效应管、第四PNP型场效应管、第三NPN型场效应管、第三电阻，所述镜像电流跟随电路的输入端分别与所述第四PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第三PNP型场效应管的栅极连接，所述第四PNP型场效应管的源极分别与所述第二PNP型场效应管的栅极和漏极、所述第一PNP型场效应管的栅极连接，所述第一PNP型场效应管的源极与所述第二PNP型场效应管的源极均接地，所述第一PNP型场效应管的漏极与所述第三PNP型场效应管的源极连接，所述第三PNP型场效应管的漏极分别与所述第三NPN型场效应管的栅极和漏极、所述镜像电流跟随电路的输出端连接，所述第三NPN型场效应管的源极通过所述第三电阻后接地。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述比例电流放大电路包括多个相互并联的单位电流放大电路，所述单位电流放大电路包括第四NPN型场效应管、第四电阻，所述第四NPN型场效应管的栅极与所述比例电流放大电路的输入端连接，所述第四NPN型场效应管的源极通过所述第四电阻后接地，所述第四NPN型场效应管的漏极与所述H桥刺激电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述H桥刺激电路包括第五NPN型场效应管、第六NPN型场效应管、第五PNP型场效应管、第六PNP型场效应管，所述H桥刺激电路的输入端分别与所述第五NPN型场效应管的源极、第六NPN型场效应管的源极连接，所述第五NPN型场效应管的漏极分别与神经电极的正极、所述第五PNP型场效应管的漏极连接，所述第六NPN型场效应管的漏极分别与所述神经电极的负极、所述第六PNP型场效应管的漏极连接，所述第五PNP型场效应管的源极、第六PNP型场效应管的源极均接地，所述第五PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第三信号，所述第六PNP型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第四信号，所述第五NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第五信号，所述第六NPN型场效应管的栅极用以接收所述数字信号控制器传输的第六信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多路选择器，所述系统包括至少两个所述H桥刺激电路，所述多路选择器的输入端与所述比例电流放大电路的输出端连接，所述多路选择器的各输出端分别与各所述H桥刺激电路连接，用以使所述多路选择器的各输出端与各H桥刺激电路一一对应，所述多路选择器还接收所述数字信号控制器传输的第七信号，所述第七信号用以控制所述多路选择器的输入端与各输出端之间的连通。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述存储器用以根据所述电流矩阵对所述第一数模转换器、第二数模转换器进行静态误差校正，包括：

所述存储器还用以接收期望输出电流信号，根据所述期望输出电流信号查找所述电流矩阵，并分别确定所述第一电流调整模块与第二电流调整模块数字信号输入量。

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