[发明专利]一种高精度低功耗多通道脑深部神经电信号无线采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，特别涉及一种高精度低功耗多通道脑深部神经电信号无线采集系统。

背景技术

脑深部刺激术(Deep Brain Stimulation,DBS)是一种有效的神经调控技术，主要通过在脑深部特定区域植入微脑电极，通过埋置在体内的脉冲发生器产生具有一定参数的刺激序列，改变局部神经元放电特性来缓解和治疗疾病。DBS以一种可控方式直接改变脑局部的活动，能长期有效的控制症状，且不造成永久性的破坏，是可逆的治疗方法，也是唯一允许暗箱研究的神经外科方法。目前，DBS主要用于治疗帕金森病(Parkinson's Disease,PD)、慢性疼痛、特发性震颤(Essential Tremor,ET)和肌张力障碍(Dystonia)等引起的运动失调和抑郁症等情感性精神障碍疾病。据统计，这些疾病正在危害着全球5.6亿人口的健康、生活质量乃至生命。

虽然DBS在临床应用越来越广泛，但其基本原理和作用机制仍然不清楚。DBS通常影响电极周围2-3mm范围的脑组织，电刺激可使周围神经元及纤维去极化而激活，也可阻断去极化过程而失活，这种细胞水平的作用机制复杂，可能引起同一靶点的刺激出现不同的临床效果。实验证明，电刺激的效果也取决于多种因素，包括基础电活动频率、与刺激电极的距离及刺激参数，神经元的形态以及神经元胞体与纤维对刺激的反应。

因此，如果能够采集到DBS前、中、后相关神经核团的神经放电信号，对比放电的异同，那么对于探索DBS的治疗机制和作用原理，拓展DBS的应用范围具有重大的实验和临床作用。此外，这对于探索诸如帕金森病、特发性震颤等一系列神经类疾病的发病机制具有重要的指导意义。

在CN102512109、CN103519807、CN201220428883及CN201210308665中所公开的脑电采集装置虽然可以采集脑电这类微弱的信号，但是相对于脑内神经核团电信号而言，其放电的特点与脑电这类信号具有非常大的区别。脑内神经核团放电信号不仅幅值微弱，而且放电频率快，如果想要采集到这样的信号，采样频率必须在2000Hz以上，而脑电采集频率一般为几百赫兹，这是与脑电信号采集的最大区别。因此，这些公开的脑电采集装置不适用于脑深部神经核团放电信号的采集。另外，这些产品的功耗与体积都是非常大的，不便于携带和移动，并且以上产品基本都是基于12或24位的AD转换芯片进行采集，由于芯片本身的精度原因，AD转换芯片的后几位是不可信的，达不到理想的精度要求。因此，迫切需要一种转换高精度、低功耗、体积小、便携式的脑深部神经核团采集系统。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是针对脑深部神经核团电信号的采集，提供一种高精度低功耗无线传输脑深部场电位信号采集器，为探索DBS的治疗机制和作用原理，以及诸如帕金森病、特发性震颤等一系列神经类疾病的发病机制提供有效的神经核团信号采集工具。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种高精度低功耗多通道脑深部神经电信号无线采集系统，包括8通道脑深部神经核团电信号的采集电极、多路开关、AD采集模块、数据存储模块、RF射频无线传输模块、液晶模块、按键控制模块、两个微处理器MCU、USB接口电路以及上位机，模拟多路开关选择任意一个采集电极，对脑深部神经核团放电信号进行采集，采集的模拟信号直接输入到AD采集模块中进行预处理和A/D转换，转换后的数据通过MCU存储在数据存储模块中，当采集一定时间数据后，存储的数据通过发送和接收两个RF射频无线传输模块传输到另外一个MCU中，然后通过USB接口把数据传输到上位机中进行显示和进一步处理。

所述的多路开关采用TI公司的8通道模拟开关芯片CD4051，通道切换速度小于0.2ms，可以方便快速地选择任一采集通道进行数据采集。

所述的微处理器MCU采用TI公司的MSP430F1611单片机，其不仅具有丰富的外围芯片以供方便使用，体积小，较大的10KB的RAM内部存储空间，而且更重要的是其低功耗性可以大大延长系统运行的时间。

所述的数据存储模块采用SD卡，SD卡具有成本低、体积小、存储量大等特点，系统长时间采集的数据可以临时存储在SD卡中，当达到一定数据量时系统可以存储在SD卡中的数据打包发送给上位机，以提供MCU的工作效率。

所述的按键控制模块，其主要功能是控制系统的启动和关闭，选择相应的采集通道，开始数据采集。