一種植入式多通道神經電信號采集電路及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信號采集領域，尤其是一種植入式多通道神經電信號采集電路及其實 現方法。
【背景技術】
[0002] 神經電信號采集電路，就是采用與生物體組織接觸的電極探頭感應組織中神經細 胞電活動所產生的微弱電信號，并且把感應到的微弱電信號進行放大、信號處理以及傳輸 的電路。
[0003] 神經電信號采集電路結構框架如圖1所示，主要由電極組、放大器組、通道信號整 合單元、通道信號發送預處理單元以及通道信號發送單元這5部分構成。電極組中的電極 通過植入的方式感應生物體組織內神經細胞活動所產生的微弱電信號，而放大器組中的放 大器再對該微弱電信號進行放大。由于需要對各個電極通道的神經電信號進行采集，而最 終進行信號發送的通道一般為串行化傳輸的通道，因此在對通道信號進行發送預處理之前 需要對各個通道的信號進行整合，通過時分復用、碼分復用或者頻分復用的方式把多個通 道的信號整合到1個信號通道上，以便進行信號傳輸。最后，對整合后的信號進行預處理后 由通道信號發送單元進行發送。
[0004] 目前，由于神經電信號是生物體的生命活動中具有較為直觀的表現方式，隨著電 子技術以及計算機技術的發展，神經電信號的采集和處理技術也有了很大的發展，使得其 在生物電子學這一級生物醫學的應用越來越廣泛，而用于神經電信號采集的各種系統以及 電路結構也越來越豐富。當前，在植入式多通道神經電信號采集方面，使用最多的系統架構 如圖2所示，其各個部分的功能及工作過程為：電極組中的電極通過植入的方式感應生物 體組織內神經細胞活動所產生的微弱電信號；放大器組中的放大器對各個電極通道所感應 到的微弱電信號進行放大；高隔離度高速通道切換開關對放大器組中放大器輸出的被放大 神經電信號進行時分輪詢傳輸；模數轉換器則對高隔離度高速通道切換開關輸出的各時分 通道信號變換成數字信號；通道數據打包模塊對模數轉換器輸出的數據進行打包處理，對 各通道的數據進行編址，以便后期進行通道數據解析；數據處理單元對通道數據進行數字 濾波、發送協議添加、數據串行化等發送前預處理，然后通過無線數據發送單元進行發送。
[0005] 上述的植入式多通道神經電信號采集電路采用了模數混合的設計方法，為業內較 為常規的信號采集方式，其通過采用現今的集成電路設計和制造技術，可以實現對百通道 數量級的神經電信號同時進行采集的功能。但是，隨著通道數的增加、對通道信號采樣速率 以及采樣精度要求的提高，通道切換開關的高隔離度、高速設計以及模數轉換器的低功耗 設計難度越來越高，限制了采集通道數的進一步增加、采集精度的進一步提高以及各通道 信號帶寬的進一步提高。

【發明內容】

[0006] 為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種結構簡單、設計難度低且精度 高的植入式多通道神經電信號采集電路。
[0007] 本發明的另一目的是：提供一種結構簡單、設計難度低且精度高的植入式多通道 神經電信號采集電路的實現方法。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種植入式多通道神經電信號采集電路，包括： 電極組，用于感應生物體組織內細胞電活動產生的微弱神經電信號； 放大器組，用于對感應的微弱電信號進行放大，得到被放大的神經電信號； 基準信號發生器，用于產生作為測量基準的正弦波信號； 調制器組，用于對正弦波信號和被放大的神經電信號進行幅度調制，輸出調幅波電壓 信號； 信號加和器，用于將調制器組中各個調制器輸出的調幅波電壓信號進行線性加和，得 到加和電信號； 上變頻器，用于對加和電信號進行上變頻，輸出射頻信號； 射頻發射器，用于對射頻信號進行功率放大和天線發射； 多路載波發生器，用于為調制器組和上變頻器提供載波信號； 所述電極組的輸出端依次通過放大器組、調制器組、信號加和器和上變頻器進而與射 頻發射器的輸入端連接，所述基準信號發生器的輸出端與調制器組的輸入端連接，所述多 路載波發生器的輸出端分別與調制器組的輸入端和上變頻器的輸入端連接。
[0009] 進一步，所述電極組由n個電極構成，所述放大器組由n個與電極組中電極一一對 應的放大器構成，所述調制器組由n個與放大器組中放大器一一對應的非基準調制器以及 1個與基準信號相對應的基準調制器構成，所述信號加和器輸入端的數量為n+1個，其中，n 為所采集的神經電信號通道數，且n彡2。
[0010] 進一步，所述非基準調制器以及基準調制器均采用模擬乘法器或開關斬波器進行 幅度調制。
[0011] 進一步，所述基準信號發生器由正弦波發生器和電壓比例縮放電路構成。
[0012] 進一步，所述信號加和器為由運算放大器、電阻和電容構成的加法電路。
[0013] 進一步，所述上變頻器由模擬乘法器和帶通濾波器組成或由具有乘法功能的電路 和帶通濾波器組成。
[0014] 一種植入式多通道神經電信號采集電路的實現方法，包括： 51、 采用植入的方式將電極組放置在生物體組織內，對細胞電活動所產生的微弱神經 電信號進行感應； 52、 采用放大器組對電極組所感應的微弱神經電信號進行放大，輸出被放大的神經電 信號，同時由基準信號發生器產生作為測試基準的正弦波信號； 53、 調制器組根據多路載波發生器提供的第一載波信號對被放大的神經電信號和正弦 波信號進行幅度調制，輸出調幅波電壓信號； 54、 信號加和器對調制器組中各個調制器輸出的調幅波電壓信號進行線性加和，得到 加和電信號； 55、 上變頻器根據多路載波發生器提供的第二載波信號對加和電信號進行上變頻，輸 出射頻信號； S6、射頻發射器對上變頻器輸出的射頻信號進行功率放大以及天線發射。
[0015] 進一步，所述第二載波信號的頻率高于第一載波信號的頻率。
[0016] 進一步，所述第一載波信號滿足：為調制器組中每個調制器提供的載波信號的頻 率均不相同，且相鄰兩個載波頻率之間具有相等的頻率間隔。
[0017] 本發明的電路的有益效果是：省去了高隔離度高速通道切換開關和模數轉換器， 采用基本的模擬電路模塊來實現，避免了由于通道數量的增加所要求的高隔離度高速通道 切換開關以及高精度高速模數轉換器的設計，結構簡單，設計難度低；采用基本的模擬電路 模塊來實現，電路中傳輸的信號均是模擬信號，沒有經過模數轉換器的量化，不存在量化精 度的問題，精度高。
[0018] 本發明的方法的有益效果是：省去了采用高隔離度高速通道切換開關進行時分輪 詢傳輸和模數轉換器進行量化轉換為數字信號的步驟，傳輸的信號均為模擬信號，避免了 由于通道數量的增加所要求的高隔離度高速通道切換開關以及高精度高速模數轉換器的 設計，結構簡單，設計難度低；不需要經過模數轉換器的量化，不存在量化精度的問題，精度 商。
【附圖說明】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0020] 圖1為傳統植入式多通道神經電信號采集電路的結構框架圖； 圖2為現有基于模數轉換的植入式多通道神經電信號采集電路結構原理框圖； 圖3為本發明一種植入式多通道神經電信號采集電路的結構原理框圖； 圖4為本發明的采集電路中各個模塊的輸入輸出端口示意圖； 圖5為本發明實施例一中基于多頻點射頻技術的植入式多通道神經電信號采集方法 的工作波形圖； 圖6為本發明一種植入式多通道神經電信號采集電路的實現方法的整體流程圖。【具體實施方式】
[0021] 參照圖3,一種植入式多通道神經電信號采集電路，包括： 電極組，用于感應生物體組織內細胞電活動產生的微弱神經電信號； 放大器組，用于對感應的微弱電信號進行放大，得到被放大的神經電信號； 基準信號發生器，用于產生作為測量基準的正弦波信號； 調制器組，用于對正弦波信號和被放大的神經電信號進行幅度調制，輸出調幅波電壓 信號； 信號加和器，用于將調制器組中各個調制器輸出的調幅波電壓信號進行線性加和，得 到加和電信號； 上變頻器，用于對加和電信號進行上變頻，輸出射頻信號； 射頻發射器，用于對射頻信號進行功率放大和天線發射； 多路載波發生器，用于為調制器組和上變頻器提供載波信號； 所述電極組的輸出端依次通過放大器組、調制器組、信號加和器和上變頻器進而與射 頻發射器的輸入端連接，所述基準信號發生器的輸出端與調制器組的輸入端連接，所述多 路載波發生器的輸出端分別與調制器組的輸入端和上變頻器的輸入端連接。
[0022] 參照圖3,進一步作為優選的實施方式，所述電極組由n個電極構成，所述放大器 組由n個與電極組中電極一一對應的放大器構成，所述調制器組由n個與放大器組中放大 器一一對應的非基準調制器以及1個與基準信號相對應的基準調制器構成，所述信號加和 器輸入端的數量為n+1個，其中，n為所采集的神經電信號通道數，且n> 2。
[0023] 進一步作為優選的實施方式，所述非基準調制器以及基準調制器均采用模擬乘法 器或開關斬波器進行幅度調制。
[0024] 進一步作為優選的實施方式，所述基準信號發生器由正弦波發生器和電壓比例縮 放電路構成。
[0025] 進一步作為優選的實施方式，所述信號加和器為由運算放大器、電阻和電容構成 的加法電路。
[0026] 進一步作為優選的實施方式，所述上變頻器由模擬乘法器和帶通濾波器組成或由 具有乘法功能的電路和帶通濾波器組成。
[0027] 參照圖6,一種植入式多通道神經電信號采集電路的實現方法，包括： 51、 采用植入的方式將電極組放置在生物體組織內，對細胞電活動所產生的微弱神經 電信號進行感應； 52、 采用放大器組對電極組所感應的微弱神經電信號進行放大，輸出被放大的神經電 信號，同時由基準信號發生器產生作為測試基準的正弦波信號； 53、 調制器組根據多路載波發生器提供的第一載波信號對被放大的神經電信號和正弦 波信號進行幅度調制，輸出調幅波電壓信號； 54、 信號加和器對調制器組中各個調制器輸出的調幅波電壓信號進行線性加和，得到 加和電信號； 55、 上變頻器根據多路載波發生器提供的第二載波信號對加和電信號進行上變頻，輸 出射頻信號； 56、 射頻發射器對上變頻器輸出的射頻信號進行功率放大以及天線發射。
[0028] 進一步