神经功能保护治疗仪的压控恒流源电路的研制

　　脑卒中是严重危害人类健康的一种疾病，其高发病率、高死亡率及高致残率己引起了世界范围内的广泛重视，目前是世界第三位的死亡病因，给社会和家庭造成了沉重的经济负担。近年来，脑卒中的治疗虽有许多进展，但多数药物效果常常仍不能令人满意^[1-2]。

　　目前发现，除了对大脑的各项运动指令加以调节外，小脑还对大脑的其他活动如血流、代谢，甚至认知功能都有明显的影响。许多学者注意到小脑顶核(Fastigial Nucleus，FN)在脑血流量的调节中占重要地位，小脑顶核刺激(Fastigial Nucleus Stimulation，FNS)可导致脑血流的改善，对缺血缺氧性脑损害具有一定的神经保护作用^[3]。

　　基于此，作者进行了基于小脑顶核电刺激的神经功能保护治疗仪的研究。小脑顶核电刺激神经功能保护治疗仪是利用随机信号调幅无极性指数脉冲以及生物仿生电流刺激小脑顶核，通过增加脑血流量来改善脑循环功能。而单极性输入双极性输出的压控恒流源电路设计是该神经保护治疗仪的关键组成部分，使电刺激波形电压转换为恒 流输出，通过体表电极无创的引入小脑顶核，并对其进行电刺激。

　　1 恒流源电路的设计

　　由于系统需要双极性刺激波形，所以设计了由单极性输入双极性输出的压控恒流源(VoltageControlledCurrent Source VCCS)，电路如图1所示，前级电路输出的单极性电压信号作为恒流源的输入信号，但在负载上要求在控制电压信号的偶次周期时间间隔内得到反极性的电流输出，本研究采用了 CPLD 产生的极性相反的脉冲和三极管来控制输出极性的转换，由于该刺激波形应用在人体，基于电气安全和抗干扰的考虑，本设计应用光电耦合电路来隔离。光电隔离器是近年来普遍采用的一种隔离器件，可实现隔离部分和接地部分电路的信号耦合或传送某些控制信号(如定标和闭锁信号等)。光电隔离器通常有二极管—三极管型和二极管-二极管型两种。前者为光发射器，隔离部分可把电信号转换为光信号;后者为光接收器，处于接地部分，可把光信号还原为电信号。由于光电隔离器的隔离电阻可达l011Ω,以人而分布电容仅为数pF，因此病人的安全得以充分保证^[4]。

　　该电路由运放 U12A 及晶体管Q1，Q2，Q3，Q4，Q6组成，U12A将输入信号V_⁰ⁱ转换为电流输出，则输出电流和输入电压关系为：

　　I^₁经光耦耦合，在光耦的三极管端得到的电流为I^₂，设光耦的电流转移系数为 A，则

　　三极管Q6的β值较大，故忽略Q6的基极电流，所以 R32 上的电压为 I^₂R32，Q6 的发射极电流为