本文關(guān)鍵詞：便攜式經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)設(shè)計與研究

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【摘要】：經(jīng)顱超聲刺激(Transcranial Ultrasound Stimulation,TUS)技術(shù)是新近發(fā)展起來的一種大腦功能刺激技術(shù),該技術(shù)中,超聲能量透過完整的顱骨傳遞到腦神經(jīng)組織進行刺激,能無創(chuàng)地調(diào)制大腦的神經(jīng)活動。與傳統(tǒng)的腦刺激技術(shù)如經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱直流電刺激相比,經(jīng)顱超聲刺激具有空間分辨率高、無損傷性、高穿透性的優(yōu)點,并且它與功能性磁共振成像技術(shù)兼容性良好,為TUS的精確定位和神經(jīng)生理研究提供了良好的條件。作為一種新興的腦刺激技術(shù),經(jīng)顱超聲刺激對于神經(jīng)的調(diào)節(jié)已被證實具有興奮與抑制兩種效果,而且研究結(jié)果表明,神經(jīng)組織的激發(fā)和抑制都不會損傷經(jīng)顱超聲刺激的組織�？梢灶A(yù)見,利用超聲刺激,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中很多令人頭痛的神經(jīng)疾病的治療將會迎來新的突破口。雖然越來越多的科學(xué)家研究經(jīng)顱超聲刺激,但是目前,該類研究還處于基礎(chǔ)實驗階段,除了少數(shù)實驗應(yīng)用在人腦上,大部分實驗?zāi)壳皯?yīng)用在動物身上,科學(xué)家們搭建實驗平臺,將超聲作用于動物大腦并通過后期分析動物腦電(Electroencephalography,EEG)、肌電(Electromyography,EMG)等生物電信號來研究經(jīng)顱超聲刺激對腦神經(jīng)的影響。目前市場上的低強度超聲治療設(shè)備功能單一、參數(shù)固定、不能滿足實驗研究和臨床治療中多參數(shù)可調(diào)節(jié)的要求,所以為了實現(xiàn)各個的參數(shù)調(diào)節(jié),專門用于動物實驗的經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng)都是通過搭建實驗平臺實現(xiàn)的,該平臺包括函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、示波器等設(shè)備,實驗平臺設(shè)備體積龐大、成本高并且不具有便攜性。為克服已有技術(shù)的上述不足和缺陷,并為經(jīng)顱超聲刺激技術(shù)的研究提供一整套專門的實驗設(shè)備,從而分析經(jīng)顱超聲刺激技術(shù)對于腦疾病的治療的作用。本課題設(shè)計了一套便攜式經(jīng)顱超聲刺激系統(tǒng),該系統(tǒng)包括超聲換能器激勵電路和超聲回波接收電路,超聲換能器激勵電路能夠激勵不同中心頻率的超聲換能器,使其發(fā)射超聲波,此電路可調(diào)參數(shù)包括:電壓峰峰值VP-P、基波頻率F、脈沖重復(fù)頻率PRF和脈沖占空比D。同時,超聲回波接收電路接收超聲回波信號,經(jīng)過信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路將數(shù)字信號傳入上位機,上位機能夠?qū)V波器中心頻率F0和壓控放大器增益G進行調(diào)節(jié)并對超聲回波信號進行顯示。這樣能時刻確保超聲信號的準(zhǔn)確發(fā)送,以提高實驗的可靠性。設(shè)計基于VC++的上位機界面,用戶可以根據(jù)實際需要快捷地設(shè)置相應(yīng)參數(shù),并且觀察接收到的回波信號。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、成本低且具備較好的產(chǎn)業(yè)化價值。
【關(guān)鍵詞】：經(jīng)顱超聲刺激 超聲換能器 激勵信號 回波顯示
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH789
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 課題背景及研究目的和意義11-12
• 1.2 經(jīng)顱超聲刺激技術(shù)發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 經(jīng)顱超聲刺激技術(shù)作用機理13
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第2章 經(jīng)顱超聲刺激技術(shù)基礎(chǔ)15-21
• 2.1 脈沖超聲信號15-17
• 2.1.1 脈沖超聲信號波形15
• 2.1.2 脈沖超聲信號參數(shù)15-16
• 2.1.3 超聲能量的衰減16-17
• 2.2 經(jīng)顱超聲刺激裝置17
• 2.3 超聲換能器17-19
• 2.4 超聲換能器激勵信號19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計21-43
• 3.1 系統(tǒng)整體方案21-23
• 3.1.1 整體框架圖21-22
• 3.1.2 超聲發(fā)射模塊框架圖22
• 3.1.3 回波接收模塊框架圖22-23
• 3.1.4 供電模塊框架圖23
• 3.2 超聲發(fā)射模塊電路設(shè)計23-31
• 3.2.1 微控制器芯片選擇24
• 3.2.2 微控制器與上位機通信24-25
• 3.2.3 升壓模塊設(shè)計25-27
• 3.2.4 功率放大模塊設(shè)計27-31
• 3.3 超聲回波信號調(diào)理電路設(shè)計31-36
• 3.3.1 壓控放大電路31-33
• 3.3.2 有源帶通濾波電路33-36
• 3.4 信號處理電路設(shè)計36-41
• 3.4.1 A/D轉(zhuǎn)換電路36-38
• 3.4.2 FPGA信號處理模塊38-39
• 3.4.3 USB傳輸模塊39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)43-55
• 4.1 STM32程序設(shè)計43-48
• 4.1.1 控制程序整體設(shè)計43-44
• 4.1.2 定時器配置44-46
• 4.1.3 電壓峰峰值VP-P控制46-47
• 4.1.4 基波頻率F控制47
• 4.1.5 脈沖重復(fù)頻率PRF和脈沖占空比D控制47-48
• 4.2 FPGA程序設(shè)計48-52
• 4.2.1 二階有源帶通濾波選擇48-49
• 4.2.2 增益G控制49-51
• 4.2.3 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計51-52
• 4.3 USB固件程序52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第5章 上位機程序設(shè)計55-63
• 5.1 驅(qū)動程序設(shè)計55
• 5.2 上位機開發(fā)環(huán)境55-56
• 5.3 控制界面設(shè)計56-58
• 5.4 波形顯示界面設(shè)計58-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果69-71
• 致謝71

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