数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置制造方法
【专利摘要】数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置，属于脑内单个神经细胞电信号的信号处理技术。一数字电路由一高精度AD电路、一多个DSP芯片并行执行的DSP自动模板匹配除噪电路组成，其中高精度AD电路的输出端与DSP自动模板匹配除噪电路的输入端连接；多根采集电生理信号的微电极与一电压跟随器的输入端连接，后者的输出端与一信号放大和整理的模拟电路输入端连接，该模拟电路输出端与所说数字电路中的高精度AD电路的输入端连接，该数字电路的输出端与用于二次降噪处理、数据存储显示的微机输入端通过PXI数据通信总线相连接。在刺激伪迹大于神经元上百倍的情况也可稳定工作，采集存储和消除伪迹可同时进行，能实时显示实验结果，精度高效率高，操作方便。
【专利说明】数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属脑内单个神经细胞电信号的信号处理技术，特别涉及一种用于消除单个神经细胞放电信号中的电刺激伪迹的装置。
【背景技术】
[0002]在电生理研究中，通过刺激器向动物脑内运动控制核团输入一组一定频率的电脉冲来模仿电信号，观察动物对这一电刺激的行为反应来研究该核团的功能是一种极为重要和广泛应用的脑研究技术。为了更有效的研究脑内局部回路的功能，还常常需要在电刺激一个脑结构的同时，记录另一相关脑结构的神经元电活动。但是，当我们电刺激上游结构时，刺激电极释放的电脉冲将对下游神经元记录电极产生巨大的电磁干扰(称为电刺激伪迹)，使得同时观察其电活动不可能。
[0003]现有的电刺激伪迹消除主要通过电阻电容补偿电路来实现，但是通过电阻电容补偿电路来消除电刺激伪迹应用范围比较狭窄。首先，要求记录的两个电极要比较相似；其次，每次记录都需要手工调整电容和电阻来达到补偿效果，不仅麻烦，精确度差，还会在手动调整的过程中会错过了放电的记录，从而造成数据流失。另外，现有的电阻电容补偿电路最高只能处理不大于信号40倍的刺激伪迹，对高于信号40倍以上的刺激伪迹无法完全消除。而在实际应用中，高于40倍以上的刺激伪迹十分常见，所以电生理研究中迫切需要能够自动消除大幅度电刺激伪迹的记录装置。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服以上所述现有技术中的缺陷，提供一种用于消除大幅度电刺激伪迹的数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置。
[0005]本实用新型装置的结构:
[0006]一数字电路由一高精度AD电路、一多个DSP芯片并行执行的DSP自动模板匹配除噪电路组成，其中高精度AD电路的输出端与DSP自动模板匹配除噪电路的输入端连接；
[0007]多根采集电生理信号的微电极与一电压跟随器的输入端连接，电压跟随器的输出端与一信号放大和整理的模拟电路输入端连接，信号放大和整理的模拟电路输出端与所说数字电路中的高精度AD电路的输入端连接，该数字电路的输出端与用于二次降噪处理、数据存储显示的微机输入端通过PXI数据通信总线相连接。上述微电极的数量最好为16根。
[0008]所说高精度AD电路、多个DSP芯片并行执行的DSP自动模板匹配除噪电路、采集电生理信号的微电极、电压跟随器、信号放大和整理的模拟电路，用于二次降噪处理、数据存储显示的微机等均为现有技术，为本专业技术人员所知晓。
[0009]本实用新型装置的工作原理:包括若干根用于采集电生理信号的微电极，其中一根作为参考电极；所述微电极采集到的电生理信号经过一个电压跟随器之后，输入至由DSP控制的信号采集系统进行信号采集和存储，在原始信号存储的同时，DSP快速地对各道信号进行运算和模版匹配，得出各道噪声后分别进行消减，通过友好的人机界面实时显示出除噪后的电生理信号并存储。本实用新型装置采用数字化电路，把采集到的模拟信号快速转换成数字信号，然后用DSP进行快速运算处理；可以采用自动增益闭环控制电路来自动调整电极信号的放大倍数；取一道作为参考电极，利用信号处理方法，对多道信号自动进行比较和模版匹配，然后把刺激伪迹从原始信号中减除。装置的采集与消除伪迹过程都可自动完成。由于将电刺激技术和多通道神经记录，以及数字化自动化技术有机地结合起来，利用多通道采集技术，通过模拟电路和数字电路相结合，并运用信号处理方法提高系统的整体消除伪迹能，因此是一种能够自动消除大幅度电刺激伪迹的多通道记录装置。
[0010]本实用新型装置的优点:本装置精确度高，在刺激伪迹大于神经元上百倍的情况也可以稳定工作，几乎满足了所有的实验条件的要求，在脑研究中会有广泛的应用。由于采用了多个DSP芯片并行执行，采集存储和消除伪迹过程可以同时进行，显示界面上能实时显示实验结果，效率极高，操作简单方便；可以采用PXI总线技术，很方便地扩展到数百道同时采集。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的电路框图。
[0012]图2为实施例中电压跟随器、信号放大和整理的模拟电路及这两部分连接的电原理图。
[0013]图3为实施例消除刺激伪迹的效果对比图。
【具体实施方式】
[0014]实施例:见图1?图3。
[0015]图1为电路框图。数字电路4由高精度AD电路5、多个DSP芯片并行执行的DSP自动模板匹配除噪电路6组成，其中高精度AD电路5的输出端与DSP自动模板匹配除噪电路6的输入端连接。16根采集电生理信号的微电极I与电压跟随器2的输入端连接，电压跟随器2的输出端与信号放大和整理的模拟电路3的输入端连接，信号放大和整理的模拟电路3的输出端与数字电路4中的高精度AD电路5的输入端连接，数字电路4的输出端与用于二次降噪处理、数据存储显示的微机7输入端通过PXI数据通信总线相连接。微机7的显示器具有友好的人机界面，显示除噪结果。高精度AD电路5为24位高精度低噪声板卡。
[0016]实施例包括多达16根用于米集电生理信号的微电极,在电刺激的情况下,取其中一根作为参考电极。微电极采集到的电生理信号经过一个电压跟随器之后，输入到DSP控制的采集系统进行采集和存储，在原始信号存储的同时，DSP快速地对各道信号进行运算和模版匹配，得出各道噪声后分别进行消减，实时显示出除噪后的电生理信号并存储。
[0017]图2为实施例中电压跟随器2、信号放大和整理的模拟电路3及这两部分连接的电原理图。
[0018]图3中前两道为通过电极采集进来的原始信号，其中第一道是参考电极所采集的信号；第三道为直接相减的信号，作为对比用；最后一道信号为通过我们的采集系统算法之后处理的结果。结果是在电刺激为大约2.5mV,电生理信号大约为25 μ V的情况下，噪声和信号比为100倍，噪声仍然可以消除得很干净，电生理信号得到了完美的再现。图3的横轴为时间，纵轴为电刺激信号强度。
[0019]下面是一个具体的使用例:
[0020]大鼠海马CA3区的锥体细胞通过ScafTer侧枝与CAl区的锥体细胞连结，为了研究Scaffer侧枝的兴奋对CAl区细胞放电的影响，我们把刺激电极放置在Scaffer侧枝上，记录电极放置在CAl锥体细胞层，如果在刺激电极上给予一定参数的电脉冲刺激，在记录电极上就可以记录到CAl锥体细胞放电的变化和刺激电流伪迹，而要观察Scaffer侧枝的兴奋对CAl区细胞放电的影响，电流伪迹的消除显得尤为重要。实验中用通过3道电极记录CAl锥体细胞放电，I道电极作为参考，在电刺激幅度为1.5mv，而电生理幅度为IOOyV左右的情况下，除噪后可见各道信号上的电生理放电数据能清晰地还原，丝毫不受电刺激的伪迹干扰。
[0021]技术效果参数如下:
[0022](I)静态噪声:Ιμν
[0023](2)室温下的正常工作时间:>10000小时；
[0024](3)噪声压制能力:信号/噪声比=34.0dB ；
[0025](4)补偿调节:自动；
[0026](5)道数:16;
[0027](6)放大器输入阻抗:IO13欧姆；
[0028](7)供电方式:直流；
[0029](8)信号处理软件:自带。
[0030]本数字化多通道智能电刺激伪迹消除记录系统不仅能够在电刺激伪迹大于神经元上百倍的情况下高效工作，而且由于整个系统数字化自动化，操作方便，控制精确稳定。
【权利要求】
1.一种数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置，其特征在于:一数字电路由一高精度AD电路、一多个DSP芯片并行执行的DSP自动模板匹配除噪电路组成，其中高精度AD电路的输出端与DSP自动模板匹配除噪电路的输入端连接； 多根采集电生理信号的微电极与一电压跟随器的输入端连接，电压跟随器的输出端与一信号放大和整理的模拟电路输入端连接，信号放大和整理的模拟电路输出端与所说数字电路中的高精度AD电路的输入端连接，该数字电路的输出端与用于二次降噪处理、数据存储显示的微机输入端通过PXI数据通信总线相连接。
2.如权利要求1所说的数字化多通道电刺激伪迹消除记录装置，其特征在于:所说微电极的数量为16根。
【文档编号】A61B5/0476GK203506713SQ201320593357
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】张玉华, 杨上川, 胡新天, 吴晶, 胡英周 申请人:中国科学院昆明动物研究所