設(shè)計(jì)了一種用于外周神經(jīng)電刺激的干涉電流刺激器。該刺激器為兩路電流輸出,可以產(chǎn)生4種波形,每種波形的頻率、幅度等參數(shù)可在上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置,頻率分辨率為0.2 Hz,幅度分辨率為0.01 mA,時(shí)間分辨率為0.1μs。該刺激器的特點(diǎn)在于可在刺激強(qiáng)度一定的條件下連續(xù)改變電流比,或在電流比一定的情況下連續(xù)改變刺激強(qiáng)度。上位機(jī)采用LabVIEW開發(fā),下位機(jī)采用FPGA對3片DAC進(jìn)行控制,DAC產(chǎn)生的波形信號經(jīng)過隔離恒流源電路后施加到負(fù)載。經(jīng)過測試,刺激器能夠準(zhǔn)確產(chǎn)生4種波形,電流偏差在2.6%以內(nèi),恒流效果良好。該刺激器體積小,操作簡單,產(chǎn)生波形穩(wěn)定,可以用于無損選擇電刺激研究。 

【文章來源】：中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2020,37(08)CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

FPGA設(shè)計(jì)時(shí)序

利用TI法進(jìn)行干涉刺激，要求刺激器產(chǎn)生兩路電流信號，每路信號的幅度單獨(dú)控制。兩路信號在組織內(nèi)干涉后，產(chǎn)生3種波形，如圖1中的波形1～3所示。波形1是由兩路頻率不同的正弦波干涉而成的kHz波，包絡(luò)幅度連續(xù)變化；波形2的每個(gè)kHz正弦波之間有一定時(shí)間間隔，用來確定刺激閾值和延時(shí)；波形3是對波形2的擴(kuò)展，kHz波以猝發(fā)群的方式出現(xiàn)，可用于長時(shí)間刺激。波形4是正弦脈沖，為輔助波形，用于比較TI法和等幅波刺激的異同。圖1中標(biāo)注的所有時(shí)間參數(shù)均可設(shè)置，兩路電流的大小可根據(jù)設(shè)置參數(shù)連續(xù)變化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要求干涉電流刺激器所產(chǎn)生的正弦電流頻率為（1～20)kHz，頻率分辨率為0.2 Hz，誤差在0.1%以內(nèi)。兩路正弦電流幅值均為0～10 mA，分辨率為0.01 mA，誤差在3%以內(nèi)。刺激總時(shí)長Ts為0～10 000 ms，猝發(fā)周期T為0～5 000 ms，每個(gè)猝發(fā)中脈沖個(gè)數(shù)n為0～6535。調(diào)相寬度t為0～10 ms，調(diào)相周期Tb為0～5 000 ms。時(shí)間分辨率為0.1μs，誤差在1%以內(nèi)。

FPGA中波形產(chǎn)生基于DDS技術(shù)[21]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。整個(gè)系統(tǒng)在同一個(gè)時(shí)鐘下工作，頻率控制字K由上位機(jī)給出。相位累加器的輸出實(shí)質(zhì)上反映了信號的相位值，其溢出頻率決定了信號頻率。ROM中存有一個(gè)周期正弦數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被讀出后送入DAC，經(jīng)過低通濾波器得到理想正弦波。假設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘為fc，相位累加器位數(shù)為N，則輸出信號的頻率大小為：圖3 軟件設(shè)計(jì)框圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]時(shí)間相干電場的外周神經(jīng)無損刺激[J]. 吳永亮,王子木,丁孝宇,倉臣,鄭政.  中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2020(01)
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[3]外周神經(jīng)刺激器輔助聯(lián)合神經(jīng)阻滯在單側(cè)下肢手術(shù)中的應(yīng)用[J]. 曾秋谷,楊奕尤,黎達(dá)鋒,譚月仙,林保留.  中外醫(yī)學(xué)研究. 2013(05)

碩士論文
[1]經(jīng)顱微電流刺激儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 姜洪海.廣東工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3365093