基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统及方法技术方案

本发明专利技术一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统及方法，属于脑电刺激技术领域；所述系统包括信号发生器、信号发射平台和前端接收装置，通过所述信号发生器输出可调射频信号，通过信号发射平台进行射频信号的接受和发送，通过所述前端接收装置对信号发射平台发送的射频信号进行处理；所述前端接收装置包括放大器模块、阻抗匹配模块、脉冲稳定模块和双通电路模块，依次对射频信号进行放大、阻抗匹配、稳定、频率选择，得到所需频率的脉冲刺激信号。本发明专利技术所述系统能够应用于协助治疗目前多发的阿尔茨海默症、原发性癫痫和青少年抑郁症等神经学疾病的设备上。郁症等神经学疾病的设备上。郁症等神经学疾病的设备上。

【技术实现步骤摘要】
基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统及方法


[0001]本专利技术属于脑电刺激
，具体涉及一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统及方法。

技术介绍

[0002]神经病理学在经过近两个世纪的迅速发展，在二十一世纪的今天，正处于蓬勃发展的时期。在美国国会批准美国神经学提出的“脑的十年”(1991
‑
2000)后，美国政府又提出——二十一世纪将会是“脑的世纪”，人类对脑的研究将达到了前所未有的力度和高度。神经病理、神经免疫、神经病度、基因及蛋白质组学领域的进展，将使人们更加多层次、多方位的认识大脑，医学上基因、蛋白分子和干细胞技术等神经治疗的研究，更加丰富了神经系统的康复之树，许多之前的疑难杂症都得到了有效的解决。
[0003]近年来，许许多多的学者对神经电刺激的研究从未停歇，一直在寻找更加科学合理的刺激方式以及更为稳定的刺激系统，也产生了许多种不同种类的刺激方式，按照刺激位置的不同可以将刺激分为：脑皮质刺激、周围神经刺激(如迷走神经刺激、三叉神经刺激)和深部脑刺激等。
[0004]脑部对于电刺激的响应也是有巨大差异的，在选定合理的刺激强度之后，高频的信号虽然容易使得神经系统产生响应，但是也更容易对大脑产生损伤，甚至有可能导致神经系统的紊乱；低频的信号虽然对于人体更为温和，但是却神经系统对于低频信号的响应时间更长，对于系统整体的实时性不利。实际上，先使用高频信号使得神经系统产生响应，随后再加上低频响应温和刺激大脑便不失为一种更加科学合理的方法。
[0005]尽管在诊断和治疗方面都有了飞速的发展，但是神经学疾病的治疗仍存在，诊断复杂，治疗困难等问题，一些疾病存在难以及时发现、改善困难和无法根治等障碍。例如，帕金森病、阿尔茨海默症、原发性癫痫、青少年抑郁症和障碍性失聪等症状。这些疾病大多数都是由大脑神经性病变所引起的，临床的治疗除了药物治疗外，采用神经电刺激的设备同样是一个有效的治疗方法，对于一些重症患者甚至有更加显著的效果。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题：
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统及方法，该系统可以通过改变射频发射信号，产生一个频率幅度可以随时间变化的脉冲刺激信号；具体包括信号源、信号发射平台和前端接收装置，其中前端接收装置中采用放大器模块、阻抗匹配模块、脉冲稳定模块和双通电路模块依次对信号进行处理，最后得到所需频率的脉冲刺激信号。本专利技术所述系统能够应用于协助治疗目前多发的阿尔茨海默症、原发性癫痫和青少年抑郁症等神经学疾病的设备上。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，包括信号发生器、信号发射平台和前端接收装置，通过所述信号发生器输出可调射频信号，
通过信号发射平台进行射频信号的接受和发送，通过所述前端接收装置对信号发射平台发送的射频信号进行处理；
[0009]所述前端接收装置包括放大器模块、阻抗匹配模块、脉冲稳定模块和双通电路模块，依次对射频信号进行放大、阻抗匹配、稳定、频率选择，得到所需频率的脉冲刺激信号。
[0010]本专利技术的进一步技术方案是：所述信号发生器采用GNU radio，发生信号时使用两个信号源，分别产生三角和方波，同时将两个波形分别使用输出与门，得到可调射频信号。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述信号发射平台采用USRP装置，用于信号的接受/发送，同时根据脉冲刺激的需求，通过改变射频信号产生需要的脉冲刺激信号。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述放大器模块为低噪声放大器，采用BFP405芯片。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述阻抗匹配模块采用ADS中的Smith Chart Utility工具进行阻抗匹配。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述脉冲稳定模块采用了LMV331
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N比较器芯片。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述双通电路模块采用saw filter技术，产生变频变幅度的脑电脉冲刺激信号。
[0016]一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激的产生方法，具体步骤如下：
[0017]步骤1：搭建可调射频信号发生器、信号发射平台；
[0018]步骤2：建立信号前端接收装置，安装放大器模块、阻抗匹配模块、脉冲稳定模块和双通电路模块；
[0019]步骤3：通过放大器模块对接收信号进行放大处理；
[0020]步骤4：通过阻抗匹配模块匹配前后级电路，减小功率传输损耗，增大天线接收效率；
[0021]步骤5：通过脉冲稳定模块产生稳的脉冲刺激信号；
[0022]步骤6：通过双通道电路模块产生变频变幅度的脑电脉冲刺激信号；
[0023]步骤7：调节射频信号，得到用于刺激治疗的变频变幅度的脉冲刺激信号。
[0024]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤4中阻抗匹配的具体规则如下：
[0025]1)串联将会使Smith圆图上的相应阻抗点沿等电阻圆移动；
[0026]2)并联将会使Smith圆图上的相应导纳点沿等电导圆移动。
[0027]一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激的应用，所述变频变幅度脑电脉冲刺激应用于治疗神经学疾病的设备。
[0028]有益效果
[0029]本专利技术的有益效果在于：本专利技术在信号的接收端，为了提升接收灵敏度和检测精度，同时考虑到体内衰减等因素，加入低噪声放大器模块(LNA)，在接收端进行阻抗匹配，通过阻抗匹配和低噪声放大器两个方面进行优化，提升接收端的灵敏度。对接收的放大型号，在不改变其信息的情况下，加入包络检波模块，提取出信号的所包裹的有用信息，即实现了透明传输，也提供了外部可调节的脉冲刺激。在考虑到信号在体内衰减以及刺激信号的幅度要求，无法精准的得到所需要幅度的脉冲电刺激，放弃了可调放大器模块，在后端加入了电压比较器模块，在实现低功耗的情况下，达到需要的频率和幅度的脉冲电刺激。
[0030]1.本专利技术提出一种基于GUN Radio软件的射频信号自建平台，可以根据设计要求改变chirp信号的包长和包间隔，通过USRP进行射频信号的发送。
[0031]2.本专利技术提出了一种透明传输的信号传输方式，通过电路设计，将信号中的透明产生脉冲刺激信号，用于脑电刺激治疗。
[0032]3.本专利技术提出一种变频率变幅度的射频脑电刺激方法，通过改变前端射频发射平台，产生不同幅度频率的脉冲刺激信号。
[0033]4.本专利技术提出一种在频率滤波的电路设计方法，通过加入saw filter，对不同频率的射频信号进行选频，产生变频变幅度的脉冲刺激信号。
[0034]5.本专利技术提出一种硬件平台的实现方式，将设计电路以PCB的形式实现。
附图说明
[0035]图1GUN Radio信号产生模块图；
[0036]图2脑电脉冲刺激装置设计框图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，其特征在于：包括信号发生器、信号发射平台和前端接收装置，通过所述信号发生器输出可调射频信号，通过信号发射平台进行射频信号的接受和发送，通过所述前端接收装置对信号发射平台发送的射频信号进行处理；所述前端接收装置包括放大器模块、阻抗匹配模块、脉冲稳定模块和双通电路模块，依次对射频信号进行放大、阻抗匹配、稳定、频率选择，得到所需频率的脉冲刺激信号。2.根据权利要求1所述一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，其特征在于：所述信号发生器采用GNU radio，发生信号时使用两个信号源，分别产生三角和方波，同时将两个波形分别使用输出与门，得到可调射频信号。3.根据权利要求1所述一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，其特征在于：所述信号发射平台采用USRP装置，用于信号的接受/发送，同时根据脉冲刺激的需求，通过改变射频信号产生需要的脉冲刺激信号。4.根据权利要求1所述一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，其特征在于：所述放大器模块为低噪声放大器，采用BFP405芯片。5.根据权利要求1所述一种基于射频信号的变频变幅度脑电脉冲刺激产生系统，其特征在于：所述阻抗匹配模块采用ADS中的Smith Chart Utility工具进行阻抗匹配。6.根据权利要求1所述一种基于射频信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭瑶，李鑫鹏，何妮，陶帅，孙梓峰，周钦豫，杨闻宇，彭超，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：