学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线控制脑深部电刺激器（DBS）技术研究

作　者: 王晨光
导　师: 孙运强
学　校: 中北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: DBS 药物成瘾无线控制低功耗
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 155次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

长期以来,药物成瘾带来了严重的社会问题,寻找一种有效的“戒瘾”手段也成为医学界研究的重要课题。目前,治疗药物成瘾的方式主要为两种:药物治疗和非药物治疗。两种方法具有一定的疗效,但都存在着一些不足,应用上受到一定限制。随着脑深部电刺激器(deep brain stimulation,DBS)在运动障碍性疾病、癫痫、疼痛、精神疾病等外科治疗中的成功应用,DBS在手术戒毒治疗中的应用议题引起了学界的广泛关注。脑深部电刺激技术具有对脑结构损伤小、并发症少、可逆等优点,然而,该技术在药物成瘾治疗中的应用仍处于实验研究阶段,为了支撑该技术在药物成瘾治疗中的实验研究,满足众多患者临床应用的强烈需求,研究设计一套体积微小、功耗低、可靠性高的脑深部电刺激系统也显得尤为重要。本文在查阅大量文献的基础上,分析总结了脑深部电刺激技术治疗药物成瘾的机理及发展现状;根据脑深部电刺激器的组成结构及工作原理,深入研究了DBS设计的各项关键技术,包括供电技术、通信技术、低功耗技术、系统控制技术等。结合DBS微型化、低功耗的设计要求,提出了一种基于无线控制技术的DBS设计方案,并详细论述了方案的可行性。无线控制主要体现在两个方面:低功耗短距离射频通信技术和低频唤醒技术。为满足数据通信稳定可靠的需要,设计采用低功耗短距离射频通信技术实现DBS系统的数据传输;同时,出于低功耗的考虑,采用低频唤醒技术实现系统的任意时刻唤醒。整个DBS系统分为体外控制器和体内刺激器两大部分,论文重点分析研究体内刺激器的设计方法。根据体内刺激器设计指标,采用单片机ATmega48、低功耗短距离射频通信模块nRF24L01、低频唤醒芯片ATA5283及运算放大器TLV2404实现压控恒流输出刺激信号的体内刺激系统的软硬件设计,并进行了相应的刺激脉冲输出、通信质量、功耗等功能测试分析。实验结果表明,刺激脉冲可调恒流输出,数据通信稳定可靠,系统功耗较低,满足设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 本课题研究背景及意义  10-11
  1.2 DBS治疗药物成瘾研究现状  11-13
  1.3 DBS设计研究现状及发展趋势  13-14
  1.4 本文的研究内容及主要工作  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 脑深部电刺激器(DBS)技术  16-31
  2.1 脑深部电刺激器的组成结构及工作原理  16-17
  2.2 脑深部电刺激器的设计要求  17
  2.3 DBS的供电技术  17-22
    2.3.1 植入式电池供电  17-20
    2.3.2 射频供电  20-21
    2.3.3 光电供电  21-22
  2.4 DBS的数据通信技术  22-24
    2.4.1 载波的选择  23
    2.4.2 数据传输方式  23-24
    2.4.3 数据差错控制  24
  2.5 DBS的系统控制技术  24-27
  2.6 DBS的低功耗设计技术  27-30
    2.6.1 硬件方法  27-29
    2.6.2 软件方法  29-30
  2.7 本章小结  30-31
3 无线控制脑深部电刺激器总体方案设计  31-47
  3.1 脑深部电刺激器的功能与设计要求  31
  3.2 脑深部电刺激器设计需考虑解决的问题  31-32
  3.3 无线控制脑深部电刺激器总体方案设计  32-33
  3.4 无线控制DBS体外控制器方案设计  33-34
  3.5 无线控制DBS体内刺激器方案设计及可行性分析  34-46
    3.5.1 信号控制模块  36-37
    3.5.2 无线射频通信模块  37-43
    3.5.3 刺激信号发生模块  43-45
    3.5.4 低频唤醒控制模块  45-46
  3.6 本章小结  46-47
4 无线控制DBS体内刺激器系统软硬件设计  47-76
  4.1 DBS体内刺激器系统设计指标  47
  4.2 DBS体内刺激器核心控制单元设计  47-51
    4.2.1 核心控制电路设计  47-49
    4.2.2 核心控制程序设计  49-51
  4.3 低频唤醒无线控制单元设计  51-55
    4.3.1 低频唤醒电路设计  51-53
    4.3.2 低频唤醒控制程序设计  53-55
  4.4 射频通信单元设计  55-61
    4.4.1 nRF24L01射频通信电路设计  55-57
    4.4.2 射频通信程序设计  57-61
  4.5 刺激信号发生单元设计  61-70
    4.5.1 基于ATmega48定时器PWM输出的应用  61-63
    4.5.2 PWM实现D/A转换的理论分析  63-65
    4.5.3 D/A分辨率及误差分析  65-66
    4.5.4 低通滤波电路设计  66-67
    4.5.5 压控恒流源电路设计  67-69
    4.5.6 刺激脉冲输出程序设计  69-70
  4.6 电源供电单元设计  70-72
    4.6.1 电源管理电路设计  70-71
    4.6.2 电源电压监控电路设计  71-72
  4.7 实时时钟单元设计  72-73
  4.8 软硬件设计总结  73-74
  4.9 本章小结  74-76
5 实验调试与分析  76-82
  5.1 刺激脉冲测试  76-79
  5.2 通信质量测试  79-80
  5.3 功耗测试与分析  80-81
  5.4 本章小结  81-82
6 总结与展望  82-84
  6.1 论文工作总结  82-83
  6.2 未来工作展望  83-84
参考文献  84-89
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  89-90
致谢  90

无线控制脑深部电刺激器（DBS）技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文