植入式中樞神經(jīng)恢復(fù)系統(tǒng)及其刺激電路的設(shè)計(jì).pdf

1、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷特別是脊柱、脊椎的損傷是普遍的。隨著微電子技術(shù)和神經(jīng)生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，在神經(jīng)受損傷的生物體內(nèi)植入的SOC集成電路芯片(即植入式神經(jīng)功能微電子恢復(fù)系統(tǒng))來恢復(fù)壞死或受損的神經(jīng)束的功能。因此，用于中樞神經(jīng)損傷方面的功能恢復(fù)系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)具有重要意義。 植入式中樞神經(jīng)功能恢復(fù)系統(tǒng)包括：神經(jīng)微電極、信號(hào)檢測電路、信號(hào)處理電路和功能電刺激電路。其中，電極是神經(jīng)與電路的接口，通過電極從上端神經(jīng)采集來的信號(hào)，經(jīng)過處

2、理電路對(duì)它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治龊吞幚?，再通過激勵(lì)產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)，最后通過電極對(duì)下端神經(jīng)進(jìn)行刺激，并且這種傳輸是雙向的。 功能電刺激電路是上述系統(tǒng)的主要組成部分之一，也是本文的主要研究對(duì)象。根據(jù)研究神經(jīng)刺激的相關(guān)特性，本文設(shè)計(jì)了包含數(shù)據(jù)信號(hào)源、核心刺激電路、微電極和電源模塊的刺激系統(tǒng)，尤其考慮了核心刺激電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本文提出了反相、移相兩種方案的電路實(shí)現(xiàn)、并且分別為卡膚電極和劍狀電極設(shè)計(jì)了輸出接口網(wǎng)絡(luò)。 利用本文設(shè)計(jì)的

3、多通道的刺激電路，在三次動(dòng)物試驗(yàn)中分別成功刺激了大鼠和兔子的脊髓、坐骨神經(jīng)，得到了刺激的閾值以及對(duì)于不同刺激信號(hào)動(dòng)物體的不同響應(yīng)；與信號(hào)檢測電路一起，實(shí)現(xiàn)了大鼠脊髓剪斷情況下的神經(jīng)功能再生；得到了大鼠坐骨神經(jīng)剪斷情況下的刺激的性質(zhì)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該電路可以實(shí)現(xiàn)用于植入式中樞神經(jīng)功能恢復(fù)系統(tǒng)的功能電刺激的功能。 此外，本文利用0.6μm的CMOS工藝設(shè)計(jì)了上述功能電刺激電路，該電路實(shí)現(xiàn)了滿擺幅的輸入輸出，在5V的工作電壓下，