基于植入式微電極的神經(jīng)電信號(hào)提取研究.pdf

1、肌電信號(hào)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(yīng)用，但其在多自由度假肢控制方面的應(yīng)用效果并不是很理想。由于肌肉的運(yùn)動(dòng)是由神經(jīng)控制的，神經(jīng)電信號(hào)是人腦控制意識(shí)的直接表征，因此以神經(jīng)電信號(hào)作為直接人機(jī)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(lái)國(guó)內(nèi)外在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。論文開(kāi)展了神經(jīng)電信號(hào)提取方案及運(yùn)用該方案于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(hào)的方法提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，探索將

2、神經(jīng)電信號(hào)作為前臂假肢的控制信源，為實(shí)現(xiàn)假肢的多自由度智能控制奠定基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1. 設(shè)計(jì)神經(jīng)電信號(hào)提取方案。根據(jù)神經(jīng)電信號(hào)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(hào)調(diào)理電路，組成了一個(gè)完整方案以用于提取神經(jīng)電信號(hào)。即將微電極傳導(dǎo)出的原始神經(jīng)電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行高倍放大、去除噪聲等處理后被提取。信號(hào)調(diào)理電路采用三級(jí)放大的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，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(hào)時(shí)遇到的工頻干擾和極化電壓等難題。后續(xù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了該方案用于提取動(dòng)物神經(jīng)電信號(hào)的實(shí)用可靠性。 2. 信號(hào)提取過(guò)程中的抗干擾設(shè)計(jì)。由于生物電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)的特點(diǎn)，因此如何有效抑制干擾是信號(hào)提取過(guò)程中的關(guān)鍵之處?；诖?，分析了提取信號(hào)時(shí)可能引入干擾的途徑，并采取了相應(yīng)的若干抗干擾措施。后續(xù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功提取到神經(jīng)電信號(hào)

4、證明了這些措施是有效的。 3. 進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。選取SD大鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，運(yùn)用神經(jīng)電信號(hào)提取方案提取大鼠的坐骨神經(jīng)電信號(hào)。即在SD大鼠坐骨神經(jīng)束內(nèi)植入微電極，若干個(gè)月后，進(jìn)行了多次神經(jīng)電信號(hào)提取的實(shí)驗(yàn)。在麻醉狀態(tài)下對(duì)大鼠進(jìn)行刺激，通過(guò)神經(jīng)電信號(hào)調(diào)理電路獲得了清晰的誘發(fā)神經(jīng)電信號(hào)；而在對(duì)大鼠的促醒過(guò)程中，則獲得了一系列自主意識(shí)的神經(jīng)電信號(hào)。通過(guò)分析，實(shí)驗(yàn)所提取到的信號(hào)具有神經(jīng)電信號(hào)的基本特征。這表明了神經(jīng)電信號(hào)提取方案中，微電極設(shè)計(jì)所