基于CC2430的无线可植入微刺激器电路研究

　　0　引言

　　功能性神经电刺激(Fnuctional Electrical stimulation,FES)是依据人体自主运动机理,通过施加重复脉冲电刺激信号,利用神经对其响应来传递外加的人工控制信号,从而产生与自然激发完全一样的神经冲动来控制肌肉骨骼运动,使瘫痪或衰退的肌肉重建或恢复功能,达到治疗和功能康复与重建的技术, FES在神经功能失调治疗和神经损伤功能重建中具有重要的作用。特别是植入式神经肌肉电刺激疗法已被证实对20余种神经功能失调疾病具有确切的疗效,而且安全可逆。随着微电子技术和微纳技术高速发展,可植入式微刺激器的设计开始朝着以SOC为核心,实现与神经信号检测处理电路和神经电刺激电路混合集成或单片集成的方向发展。这种基于SOC的设计将使植入式神经电刺激系统具有更小的体积、更低的功耗、更高的可靠性和智能化功能,进而允许植入更小的空间如大脑、眼睛,实施更精确、协调的治疗或控制[1-2]。基于CC2430和双运放恒流源的无线可植入微刺激器就是依据以上思想设计的电刺激信号发生器件。

　　1　无线可植入微刺激器的电路设计原理与结构

　　利用无线可植入微刺激器治疗肌肉瘫痪的基本原理是:通过体外控制端将控制肌肉收缩的信号调制后由射频发射器送入体内的接受端。体内接收端在接到外部控制信号之后进行解　　调,产生的控制信号送入信号控制模块。信号控制模块在接受到这个控制信号之后,配合刺激信号发生模块产生相应的电刺激信号[3]。最后电刺激信号通过微电极施加到病变的肌肉组　　织,使得肌肉产生相应的收缩动作。基于以上的基本原理,无线可植入微刺激器采用如图1所示的结构。

　　由图可以看出,无线可植入微刺激器电路主要由以下3个部分构成:无线通信模块,信号控制模块,刺激信号发生模块

　　2　信号控制与无线通信电路硬件设计

　　本设计采用CC2430将无线通信模块与信号控制模块进行集成, CC2430内部集成基于Zigbee协议的功能强大的无线通信CC2420和增强型工业标准的8位8051微控制器。

　　2·1　信号控制电路设计

　　在无线可植入微刺激器中,信号控制模块是整个系统的核心部分。它的功能不仅是控制无线通信模块,接受体外控制器发送来的数据和发送体内植入部分的工作状态到体外控制器。　　而且也是控制刺激信号发生器工作,产生刺激波形。综合以上这些因素,通常信号控制模块需要提供与无线通信模块之间的接口、刺激信号发生模块接口和程序写入接口。CC2430集成的8051微控制器内核,运行时钟为32MHz。由于更高的执行频率和通过除去被浪费掉的总线状态的形式,使得使用标准8051指令集的CC2430增强型8051微控制器内核具有8倍于普通8051内核的性能[4]。