基于閉環(huán)控制的神經(jīng)電刺激器設(shè)計.pdf

1、電刺激在神經(jīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)研究以及癲癇等大腦疾病治療過程中都得到越來越廣泛的應(yīng)用，但是，能夠基于大腦的電活動狀態(tài)發(fā)出刺激信號的閉環(huán)式電刺激器產(chǎn)品卻不多。因此，本文設(shè)計的閉環(huán)式刺激器對于各種電刺激實驗和臨床治療儀器的開發(fā)具有重要的意義。
　　 本文利用美國國家儀器公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡和普通PC機的聲卡，基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境，針對大鼠腦部海馬區(qū)場電位信號的特性，設(shè)計了一種閉環(huán)控制的電刺激器，主要設(shè)計工作包括如下3個部分：(1)設(shè)計場

2、電位信號的θ節(jié)律檢測及相位預(yù)測方法，能夠根據(jù)需要，使電刺激發(fā)生于θ節(jié)律的波峰或者波谷。(2)設(shè)計癲癇棘波的檢測方法，能夠按照預(yù)先的設(shè)置，在癇樣波出現(xiàn)后的不同延遲時間上發(fā)出電刺激，可用于大腦深部電刺激治療癲癇的實驗研究。(3)設(shè)計基于普通PC機聲卡的簡易癲癇腦電信號監(jiān)測器，并具有聲音提示功能，有利于相關(guān)儀器功能的家用普及。
　　 本文的主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)所設(shè)計的電刺激器能夠根據(jù)需要輸出脈沖波、正弦波、三角波和

3、鋸齒波等刺激波形，并能設(shè)置脈寬、刺激間隔、刺激個數(shù)等；最小脈寬可以達到50μs，能夠滿足大腦神經(jīng)系統(tǒng)電刺激實驗的要求。
　　 (2)大鼠海馬腦區(qū)場電位信號的檢測結(jié)果表明，該電刺激器預(yù)測θ節(jié)律波峰位置和波谷位置的平均誤差分別為波形周期的10％和15％左右，兩者的預(yù)測正確率都在92％以上。
　　 (3)癲癇信號識別實驗的結(jié)果表明，癲癇棘波檢測的正確率都能達到99％，能較好的區(qū)別正常腦電信號，并不受50 Hz工頻噪聲的干擾。<

4、br>　　 (4)PC機聲卡頻率響應(yīng)特性的測試結(jié)果表明，聲卡的頻響能夠滿足癲癇腦電的監(jiān)測要求，其檢測準(zhǔn)確率可達到97％以上。
　　 總之，本文開發(fā)的閉環(huán)式電刺激器，能夠自動預(yù)測腦電信號中的θ波等節(jié)律的相位，檢測癲癇刺波；并根據(jù)用戶的設(shè)置，在所需時刻發(fā)出各種波形的電刺激，為大腦神經(jīng)系統(tǒng)工作機理和電刺激作用機制的深入研究提供了有用的工具。同時，本文利用PC機聲卡實現(xiàn)的簡易癲癇棘波監(jiān)測器，檢測準(zhǔn)確率較高，可以用于家庭遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。