可穿戴无线生物电反馈控制系统设计*

张云鹏,王计平,熊大曦,郭立泉

(中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163)

0 引 言

生物体任何的细微活动都与生物电有关,利用生物电信号可以有效推知生理过程和机体问题[1,2],从而有针对性的治疗和调节[3,4],因此生物电的获取和反馈对于临床和基础医学研究具有非常重要的意义[5]。目前,研究中常用的生物电反馈实验系统多用分立仪器搭建,造成成本高、体积大,难以便携及移动等问题,同时系统一般只能应用于特定实验范式,无法满足多类型生物电控制的需求[6,7]。

本文提出了一种可穿戴无线生物电反馈控制系统,并给出了具体电路实现。实验和测试结果表明：系统可以准确获取全动态范围生物电信号,并可根据算法反馈±5 V范围内的生物电脉冲刺激,实现生物电采集、控制和反馈的一体化实验需要。

1 系统基本原理

本文设计了一种便于携带、拆卸方便、灵活性和实用性强的无线生物电反馈控制系统,该系统以可拆卸的方式穿戴在人体的腰间、胸前或任意附近身体上,也可应用于灵长类动物实验中,通过电极获取指定位点的生物电信号,及输出生物电反馈至指定调节区域。计算机软件中提供了数据及波形显示界面及参数配置页,以及输入可调节阈值控制闭环反馈过程。系统与软件之间采用Wi-Fi协议透传。

2 系统设计

2.1 总体设计

系统框图如图1所示,主要包括通道选通电路、模拟前端电路、生物电反馈电路、安全保护电路以及数据采集与处理程序等几个部分。……