【摘要】：神經(jīng)系統(tǒng)疾病作為一種功能性疾病,嚴(yán)重威脅著人類(lèi)健康,且目前仍未發(fā)現(xiàn)有效的治療方法。諸如經(jīng)顱磁刺激及經(jīng)顱電刺激等無(wú)創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)均存在刺激深度不足以及空間分辨率低的缺點(diǎn)。超聲刺激作為一種新型的無(wú)創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù),其具有足夠的刺激深度和良好的空間分辨率。但目前尚沒(méi)有同時(shí)具備多參數(shù)發(fā)射脈沖可調(diào)及串口控制的超聲刺激系統(tǒng)。為了克服該缺陷,該文研制了一種便攜式參數(shù)可調(diào)的低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng),并通過(guò)神經(jīng)元響應(yīng)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。首先,研制了低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng),以此為核心,搭建了超聲生物刺激平臺(tái)并對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行了分析測(cè)試。超聲刺激系統(tǒng)硬件電路以FPGA為控制核心,包含激勵(lì)脈沖可調(diào)的發(fā)射模塊電路以及FPGA邏輯控制電路模塊。發(fā)射模塊包括MOS管驅(qū)動(dòng)器、反激式開(kāi)關(guān)電源電路模塊、功率放大模塊。FPGA邏輯控制模塊包括系統(tǒng)的供電模塊、時(shí)鐘模塊以及FPGA芯片。軟件設(shè)計(jì)主要包括FPGA邏輯軟件以及上位機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)。FPGA邏輯軟件主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)超聲刺激系統(tǒng)激勵(lì)脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié),FPGA通過(guò)規(guī)定的通信協(xié)議與上位機(jī)通信,在PC端顯示所要監(jiān)測(cè)的信息,并且可以通過(guò)該協(xié)議來(lái)完成FPGA對(duì)控制發(fā)射超聲信號(hào)參數(shù)的調(diào)整。超聲生物刺激平臺(tái)性能指標(biāo)分析及測(cè)試包括超聲刺激信號(hào)分辨率的理論計(jì)算、超聲刺激信號(hào)的聚焦測(cè)試以及超聲刺激聲強(qiáng)的測(cè)量計(jì)算。其次,獲取了低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激神經(jīng)元興奮性響應(yīng)數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,驗(yàn)證了超聲波控制機(jī)械敏感離子通道打開(kāi)與閉合的機(jī)理。設(shè)計(jì)了一種基于低強(qiáng)度超聲的離體腦組織刺激方法,以超聲刺激前后神經(jīng)元的場(chǎng)電位以及胞內(nèi)鈣離子濃度變化作為經(jīng)顱超聲刺激對(duì)神經(jīng)元興奮性的觀測(cè)指標(biāo),揭示了經(jīng)顱超聲對(duì)神經(jīng)元興奮性的作用機(jī)制問(wèn)題。最后,獲取了低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育的數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,驗(yàn)證了超聲波控制胞內(nèi)鈣離子濃度變化的機(jī)理。設(shè)計(jì)了一種基于低強(qiáng)度超聲的原代神經(jīng)元刺激方法,以刺激前后神經(jīng)元胞體面積、突起長(zhǎng)度、存活率及突起個(gè)數(shù)作為觀測(cè)指標(biāo),揭示了低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激影響神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育的可能性。
【圖文】：

第 2 章 低強(qiáng)度經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)研制度經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)的研制主要有硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。其中，超聲刺激系便是硬件電路設(shè)計(jì)部分，硬件電路也是超聲刺激系統(tǒng)功能能否實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。影響所研制系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)以及性能�；谟布娐返耐瓿蛇M(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，猶如系統(tǒng)的靈魂，能夠更穩(wěn)定的發(fā)揮系統(tǒng)硬件電路的功能。本章主要設(shè)計(jì)各硬件電路，并通過(guò)分析各個(gè)模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)發(fā)射硬件電路模塊及 FPGA 邏輯控制電路模塊，整圖如圖 2-1 所示。發(fā)射模塊主要由反激式開(kāi)關(guān)電源電路模塊、MOS 管驅(qū)動(dòng)率放大模塊三部分構(gòu)成。FPGA 邏輯控制電路模塊包括系統(tǒng)的供電和時(shí)鐘PGA 模塊、串口控制模塊。升壓模塊發(fā)射模塊控制電壓FPGA芯片串口控制、觸發(fā)波形、

脈沖周期個(gè)數(shù)和脈沖電壓幅度可調(diào)，因此提高了超聲換能器的觸發(fā)效率，超聲發(fā)射模塊實(shí)物圖2-2 所示。首先，超聲刺激系統(tǒng)需要能夠發(fā)射出高壓激勵(lì)脈沖信號(hào)來(lái)作用于超聲換能器，通過(guò)超聲換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)超聲刺激系統(tǒng)發(fā)射模塊的功能，便需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)且性能穩(wěn)定性良好的升壓電路。PCMOS管驅(qū)動(dòng)器升壓模塊高壓脈沖激勵(lì)電路高壓激勵(lì)脈沖發(fā)射模塊控制電壓激勵(lì)脈沖信號(hào)FPGA芯片F(xiàn)PGA配置接口串口控制、觸發(fā)波形、觸發(fā)電壓接口全局時(shí)鐘接口CH340串口轉(zhuǎn)USB
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN791;TN911.7;TH789

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本文編號(hào)：2688727