基于植入式微電極的神經(jīng)電信號提取研究.pdf

1、肌電信號用作控制信息源的單自由度肌電假肢在臨床上已得到了成功應用，但其在多自由度假肢控制方面的應用效果并不是很理想。由于肌肉的運動是由神經(jīng)控制的，神經(jīng)電信號是人腦控制意識的直接表征，因此以神經(jīng)電信號作為直接人機控制接口是解決多自由前臂假肢控制信息源的一種可行途徑，也是近年來國內(nèi)外在生物醫(yī)學工程領域研究的熱點。論文開展了神經(jīng)電信號提取方案及運用該方案于動物實驗方面的研究，旨在為用神經(jīng)植入式微電極獲取周圍神經(jīng)電信號的方法提供實驗依據(jù)，探索將

2、神經(jīng)電信號作為前臂假肢的控制信源，為實現(xiàn)假肢的多自由度智能控制奠定基礎。本論文主要研究內(nèi)容如下： 1. 設計神經(jīng)電信號提取方案。根據(jù)神經(jīng)電信號的特征，基于已研制的神經(jīng)微電極，制作了四路神經(jīng)電信號調(diào)理電路，組成了一個完整方案以用于提取神經(jīng)電信號。即將微電極傳導出的原始神經(jīng)電信號，通過信號調(diào)理電路進行高倍放大、去除噪聲等處理后被提取。信號調(diào)理電路采用三級放大的設計方法，主要分為前置輸入放大、輔助放大和增益調(diào)節(jié)放大。特別是電路中前置放

3、大器的設計，使得該電路具有很高的輸入阻抗和共模抑制比，能有效地解決提取微弱神經(jīng)電信號時遇到的工頻干擾和極化電壓等難題。后續(xù)的動物實驗也進一步驗證了該方案用于提取動物神經(jīng)電信號的實用可靠性。 2. 信號提取過程中的抗干擾設計。由于生物電信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號的特點，因此如何有效抑制干擾是信號提取過程中的關鍵之處?；诖?，分析了提取信號時可能引入干擾的途徑，并采取了相應的若干抗干擾措施。后續(xù)的動物實驗成功提取到神經(jīng)電信號

4、證明了這些措施是有效的。 3. 進行動物實驗。選取SD大鼠為實驗動物，運用神經(jīng)電信號提取方案提取大鼠的坐骨神經(jīng)電信號。即在SD大鼠坐骨神經(jīng)束內(nèi)植入微電極，若干個月后，進行了多次神經(jīng)電信號提取的實驗。在麻醉狀態(tài)下對大鼠進行刺激，通過神經(jīng)電信號調(diào)理電路獲得了清晰的誘發(fā)神經(jīng)電信號；而在對大鼠的促醒過程中，則獲得了一系列自主意識的神經(jīng)電信號。通過分析，實驗所提取到的信號具有神經(jīng)電信號的基本特征。這表明了神經(jīng)電信號提取方案中，微電極設計所