CN102871663A - 一种灵长类动物生理信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灵长类动物生理信号采集系统，包括：供能模块，其用于为灵长类动物生理信号采集系统提供电能，包括位于被测动物体体外的无线充电输送端和机械充电端，以及植入被测动物体体内的无线充电接收端；刺激模块，用于对被测动物体加持刺激信号，并对被测动物体对该刺激信号产生的反馈信号进行分析处理；传感记录模块，其植入被测动物体的体内，用于采集被测动物体的生理信号并进行分析处理；信号接收模块，其位于被测动物体的体外，用于接收刺激模块返回的反馈信号和传感记录模块返回的生理信号。本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统，可在被测动物体的体外进行充电，实现长时间供电，满足科研与医学的需求。

Description

一种灵长类动物生理信号采集系统

技术领域

本发明涉及一种医疗器械领域，尤其涉及一种灵长类动物生理信号采集系统。

背景技术

目前，被测动物的生理信号的体外遥测和刺激仪器存在信号数据可靠性差，电池不耐用，通道数目不足等问题，无法满足高速发展的科学研究的需求，也不利于应对如今的个性化治疗、药理临床研究的发展。目前，植入式生理信号遥测系统和刺激系统的构建和功能的研究有了很大的进步，但是植入式生理信号遥测系统和刺激系统的体积，能耗和功能的稳定性和多样性方面仍未能完善；

随着药理、生理和病理等医学、科研领域对体外遥测系统和刺激系统的需求越加迫切，对于植入式生理信号遥测系统和刺激系统的工作时间要求越加严格。

中国专利申请CN 102013717A公开了一种灵长类动物生理信号采集系统用具对位自动提示功能的无线充电方法，它是一种以经皮无线供电和PPM通信决定供电参数并进行电刺激或生理信号检测的装置。该装置在供电上有其优势，但在生理信号的检测和刺激系统的设置上不够完善，只能进行单通道的检测，且刺激系统过于简单，无法实现刺激与信号检测同步的功能。

中国专利申请CN 201130422Y公开了一种植入式神经微刺激和采集遥控芯片。该植入式神经微刺激和采集遥控芯片可用于刺激动物大脑，并收集动物的脑内生理信号，其实现了刺激与记录的同步化，但只可用于动物大脑信号的刺激与记录，且供电模块不耐用，不能进行长时间的实验。

因此，十分有必要提供一种灵长类动物生理信号采集系统，该灵长类动物生理信号采集系统植入被测动物的身体中，并可于动物的体外进行充电，可以对被测动物进行刺激并在动物体外对其生理信号进行遥测，通过体外供电和低能耗、高可靠通信，并具有刺激与记录可同步实现等功能，满足现今科研与医学的需求。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种灵长类动物生理信号采集系统，可在被测动物体的体外进行充电，实现长时间供电；还可以在被测动物体体外或体内进行刺激并实时监测被测动物体的生理信号，满足科研与医学的需求。

本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统，包括：

供能模块，其用于为灵长类动物生理信号采集系统提供电能，包括位于被测动物体体外的无线充电输送端和位于被测动物体体内的机械充电端，以及植入被测动物体体内的无线充电接收端；所述无线充电输送端通过无线充电技术进行向所述无线充电接收端充电；所述机械充电端用于在所述被测动物运动时，利用机械能产生电流向所述无线充电接收端充电；

刺激模块，用于对所述被测动物体加持刺激信号，并对被测动物体对该刺激信号产生的反馈信号进行分析处理；

传感记录模块，其植入被测动物体的体内，用于采集被测动物体的生理信号并进行分析处理；

信号接收模块，其位于被测动物体的体外，用于接收所述刺激模块返回的反馈信号和所述传感记录模块返回的生理信号。

其中，所述无线充电输送端包括电源管理单元和发射电路单元；所述无线充电接收端包括次电流转换单元和充电单元；

所述无线充电输送端的电源管理单元为所述无线充电输送端提供基本的工作电流；所述发射电路单元由线圈阵列以及相关电学元件组成；

当所述无线充电输送端与所述无线充电接收端靠近时，所述无线充电接收端的线圈阵列与所述无线充电输送端的线圈阵列感应产生电流，进行能量输送。

其中，所述机械充电端包括:

充电单元，其包括植入被测动物体内的高强磁铁和线圈，所述被测动物运动时，所述线圈切割所述高强磁铁形成的磁场，产生电流；

整流单元，用于对所述充电单元产生的电流进行整流；

稳压电路单元，用于对所述整流单元进行整流处理后的电流进行稳压处理，并将其输送到无线充电接收端。

其中，所述无线充电接收端包括：

线圈阵列，其由铜线和生物材料组合而成；

电流转换单元，用于对所述无线充电输送端或所述机械充电端产生的电流进行转换处理；

充电电池，用于存储所述电流转换单元处理后的电流。

其中，所述灵长类动物生理信号采集系统还包括：

电压感应器，用于检测所述无线充电接收端的充电电池是否达到了额定工作电压，以确定启动所述无线充电输送端或机械充电端为无线充电接收端的充电电池进行充电。

其中，所述传感记录模块，包括：

生理信号采集单元，用于采集所述被测动物体体内的生理信号；

生理信号调整单元，用于对所述生理信号采集单元采集的生理信号进行调整处理；

无线信号发射单元，用于将所述生理信号调整单元调整得到的生理信号通过无线技术发射出去。

其中，所述刺激模块包括:

刺激源，用于向所述被测动物体附加电刺激、光刺激、磁刺激中的一种或多种刺激信号；

发射器，其与所述刺激源直接连接，用于采用无线发射信号的方式，将被测动物体体内产生的响应所述刺激源附加的刺激信号的反馈信号传递出去；

接收器，用于接收所述发射器传递的反馈信号；

处理器，其与所述接收器直接连接，与所述刺激源和所述发射器分别通过串行外设接口SPI方式连接，用于对所述反馈信号进行分析处理，并对所述刺激源进行控制。

其中，所述信号接收模块，包括：

无线信号接收单元，用于接收传感记录模块发送的生理信号以及所述刺激模块发送的反馈信号；

信号数据处理单元，用于对所述无线信号接收单元接收的生理信号和反馈信号进行分析处理；

信号数据储存单元，用于存储经过所述信号数据处理单元的生理信号和反馈信号。

其中，所述无线充电输送端安装在座椅上，或镶嵌在被测动物体所穿的马甲上，或布置在被测动物体所在的笼中。

实施本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统，由于提供了无线充电和机械充电两种充电技术，可以保证该医疗仪器供电模块的长时间正常工作，并且可以在被测动物体的体外或体内进行刺激，实时监测被测动物体的生理信号，采集该生理信号后进行处理分析，可以满足现代科研和医学的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例一的结构示意图；

图2是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例二的结构示意图；

图3是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例三的结构示意图；

图4是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例四的结构示意图；

图5是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例五的结构示意图；

图6是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例六的结构示意图；

图7是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例七的结构示意图；

图8是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例八的结构示意图；

图9是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例九的结构示意图；

图10是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例十的结构示意图；

图11是本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例十一的结构示意图。

具体实施方式

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种灵长类动物生理信号采集系统，可在被测动物体的体外进行充电，实现长时间供电；还可以在被测动物体体外进行刺激并实时监测被测动物体的生理信号，满足科研与医学的需求。

参见图1，为本发明提供一种灵长类动物生理信号采集系统实施例一的结构示意图。

本实施例一提供的灵长类动物生理信号采集系统，包括：

供能模块10，其用于为灵长类动物生理信号采集系统提供电能，包括位于被测动物体体外的无线充电输送端100和位于被测动物体体内的机械充电端101，以及植入被测动物体体内的无线充电接收端102；所述无线充电输送端100通过无线充电技术向所述无线充电接收端102充电；所述机械充电端101用于在所述被测动物运动时，利用机械能产生电流向所述无线充电接收端102充电；

刺激模块11，用于对所述被测动物体加持刺激信号，并对被测动物体对该刺激信号产生的反馈信号进行分析处理；

传感记录模块12，其植入被测动物体的体内，用于采集被测动物体的生理信号并进行分析处理；

信号接收模块13，其位于被测动物体的体外，用于接收所述刺激模块11返回的反馈信号和所述传感记录模块12返回的生理信号。

其中，所述灵长类动物生理信号采集系统还包括：

电压感应器14，用于检测所述无线充电接收端102的充电电池是否达到了额定工作电压，以确定启动所述无线充电输送端100或机械充电端101为无线充电接收端102的充电电池进行充电。

参见图2，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例二的结构示意图。

本实施例二将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的具体功能和结构，包括：

其中，所述无线充电输送端100包括电源管理单元1001和发射电路单元1002；所述无线充电接收端102包括次电流转换单元1020和充电单元1021；

所述无线充电输送端100的电源管理单元1001为所述无线充电输送端100提供基本的工作电流；所述发射电路单元1002由线圈阵列组成；当所述无线充电输送端100与所述无线充电接收端102接触时，所述无线充电接收端102的线圈阵列与所述无线充电输送端100的线圈阵列感应产生电流，进行能量输送。

具体的，所述无线充电接收端102包括：

线圈阵列1020，其由磁性合金，铜线和生物材料组合而成；

电流转换单元1021，用于对所述无线充电输送端100或所述机械充电端101产生的电流进行转换处理；

充电电池1022，用于存储所述电流转换单元1021处理后的电流。

当所述无线充电输送端100与所述无线充电接收端102接触时，所述无线充电接收端102的线圈阵列1020（即次级线圈）与所述无线充电输送端100的发射电路单元1002线圈阵列（即初级线圈）感应产生电流，所述无线充电接收端102的充电单元1021利用该电流为所述灵长类动物生理信号采集系统植入在被测动物体体内的电池提供电能。

参见图3，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例三的结构示意图。

本实施例三中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的无线充电输送端100和无线充电接收端102的结构。

图3中，在无线充电输送端100添加的交流电是用于为该无线充电输送端100提供必备的启动电源，无线充电输送端100的发射电路单元1002具体为线圈阵列组成，也即图3中的初级线圈；而无线充电接收端102的电流转换单元1020具体为次级线圈。当初级线圈和次级线圈无线接触时，产生感应电流，无线充电输送端100将产生的电输入到无线充电接收端102。

其中，所述无线充电输送端100安装在座椅上，或镶嵌在被测动物体所穿的马甲上，或布置在被测动物体所在的笼中。下面将一一描述。

参见图4，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例四的结构示意图。

本实施例四中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的无线充电输送端100和无线充电接收端102的具体实现方式一。

如图4所示，无线充电输送端100具体在用绝缘材料制作的充电座椅上实现；电源管理单元1001和发射电路单元1002具体布置在充电座椅上，其与外界电源相连接；无线充电接收端10植入动物体内。

无线充电输送端100是在座椅内嵌入密集的线圈阵列（即初级线圈），与外界电源连接，包含电源管理单元1001与发射电路单元1002。无线充电接收端102为嵌入于被测动物体内的接收线圈（即次级线圈），由磁性合金、铜线以及生物材料组合而成，用于接收电能，为体内电池充电。充电时，机体（即被测动物体）坐在充电座椅上，使皮下的接收器102与椅子上的无线充电输送端100接触，形成接触位点。座椅通入交流电时，无线充电输送端100中的初级线圈产生感应磁场，无线充电接收端102里的次级线圈处于感应磁场中，会相应产生电流，经过无线充电接收端102的转换电路后，即可在接收点为灵长类动物生理信号采集系统充电。

参见图5，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例五的结构示意图。

本实施例五中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的无线充电输送端100和无线充电接收端102的具体实现方式二。

本实施例中，无线充电输送端100是在马甲内嵌入密集的线圈阵列实现的，其与外界电源连接，包含电源管理单元与发射电路单元。无线充电接收端102为嵌入于被测动物体内的线圈阵列，由磁性合金、铜线以及生物材料组合而成，用于接收电能，为被测动物体内植入的电池充电。充电时，被测动物体身穿紧身马甲，使皮下的无线充电接收端102与马甲上的无线充电输送端100接触，形成接触位点。马甲通入交流电时，无线充电输送端100中的初级线圈产生感应磁场，无线充电接收端102里的次级线圈处于感应磁场中，会相应产生电流，经过无线充电接收端102的转换处理后，即可在接收点为设备充电。另外，电流导线通过一个横杆把马甲和电源连通，这样在充电时可以不限制生物体的活动，使之活动自如。

参见图6，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例六的结构示意图。

本实施例六中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的无线充电输送端100和无线充电接收端102的具体实现方式三。

本实施例六中，无线充电输送端100是由密集的线圈阵列包环成的笼中实现的，线圈外接适宜的高频交流电，使线圈阵列包环成的空间产生变化迅速的动磁场。这种充电方式称为笼式磁感应充电。无线充电接收端102为嵌入于被测动物体内的线圈阵列，由磁性合金、铜线以及生物材料组合而成，当被测动物体在该笼中活动时，通过保持体内的线圈阵列平面应与磁场方向垂直，其磁通量变化迅速，最高效地接收电能，为体内电池充电。

应用这种原理，可把笼子做成长隧道型，被测动物在笼内行走或停留的时间足够，则可以完成一次完全的充电过程。示意图中的水果引诱物能指导被测动物完成该充电过程。

与马甲式充电相比，该笼式充电装置具有两个优势：

1、完全实现非接触性充电，对被测动物正常的生活活动几乎没有影响。

2、降低了对充电的技术要求以及更适合对群居的被测动物进行充电。

参见图7，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例七的结构示意图。

本实施例7中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的机械充电端101和无线充电接收端102的结构。

其中，所述机械充电端101包括:

充电单元1010，其包括植入被测动物体内的高强磁铁和线圈，所述被测动物运动时，所述线圈切割所述高强磁铁形成的磁场，产生电流；

整流单元1011，用于对所述充电单元1010产生的电流进行整流；

稳压电路单元1012，用于对所述整流单元1011进行整流处理后的电流进行稳压处理，并将其输送到无线充电接收端102。

无线充电接收端102的具体结构与图2中的相同，在此不再赘述。

参见图8，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例八的结构示意图。

本实施例八中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的供电模块10的机械充电端101和无线充电接收端102的具体实现方式。

图8中的1是选用的高强磁铁，其被植入被测动物体内，能在制定线圈空间内做生电运动。图7中的2是线圈阵列，与充电电池为串联关系。图7中的3是整流单元1011，起着把交流电转化为直流电作用。图7中的4是稳压电路单元1012，起着稳定充电电压的作用。

充电时，无线充电接收端102的线圈阵列与机械充电端101的高强磁铁的相对穿插运动，无线充电接收端102的线圈阵列产生感应电流，电能储存在可充电电池中。

本发明机械充电端101采用高强磁铁，从而能产生强磁场，安装在被测动物体的关节等运动结构，继而通过利用动物日常活动产生的动能带动导线切割强磁场，从而产生电压电流，并将此电能储存在充电电池中，为此设备供电。

由上述无线充电输送端和机械充电端的实施例可知，在本发明的充电方案中，结合无线充电方案与机械充电方案以解决充电的问题。当充电电池未能达到额定工作电压，电压感应器14则启动机械充电端以及通过发射器发出信号，告知实验员需要采取相应措施。在被测动物清醒活跃的状态下，体内机械充电系统运作，为体内电池充电，直至充电完毕方停止。如果机械充电端未能完成充电任务，充电电池未能达到额定工作电压，电压感应器14通过发射器发出信号，告知实验员需要启动无线充电输送端100，在动物相对安静或者在睡眠的状态下继续充电。总而言之，在被测动物能自由活动的状态下，机械充电端101将持续运行，而在机械充电端未能完成充电任务时，将由无线充电输送端100继续完成。

参见图9，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例九的结构示意图。

本实施例九中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的传感记录模块的具体实现方式。

本实施例提供的传感记录模块12，包括：

生理信号采集单元120，用于采集所述被测动物体体内的生理信号；

生理信号调整单元121，用于对所述生理信号采集单元120采集的生理信号进行调整处理；

无线信号发射单元122，用于将所述生理信号调整单元121调整得到的生理信号通过无线技术发射出去。

参见图10，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例十的结构示意图。

本实施例十中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的刺激模块的具体实现方式。

本实施例提供的所述刺激模块11包括:

刺激源110，用于向所述被测动物体附加电刺激、光刺激、磁刺激中的一种或多种刺激信号；

发射器111，其与所述刺激源110直接连接，用于采用无线发射信号的方式，将被测动物体体内产生的响应所述刺激源附加的刺激信号的反馈信号传递出去；

接收器112，用于接收所述发射器传递的反馈信号；

处理器113，其与所述接收器112直接连接，与所述刺激源110和所述发射器111分别通过串行外设接口SPI方式连接，用于对所述反馈信号进行分析处理，并对所述刺激源进行控制。

参见图11，为本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统实施例十一的结构示意图。

本实施例十一中，将详细描述本发明提供的灵长类动物生理信号采集系统的信号接收模块的具体实现方式。

本实施例提供的信号接收模块13，包括：

无线信号接收单元130，用于接收传感记录模块12发送的生理信号以及所述刺激模块11发送的反馈信号；

信号数据处理单元131，用于对所述无线信号接收单元130接收的生理信号和反馈信号进行分析处理；

信号数据储存单元132，用于存储经过所述信号数据处理单元131的生理信号和反馈信号。

实施本发明提供的一种灵长类动物生理信号采集系统，由于提供了无线充电和机械充电两种充电技术，可以保证该医疗仪器供电模块的长时间正常工作，并且可以在被测动物体的体外进行刺激，实时监测被测动物体的生理信号，采集该生理信号后进行处理分析，可以满足现代科研和医学的需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，包括：

供能模块，其用于为灵长类动物生理信号采集系统提供电能，包括位于被测动物体体外的无线充电输送端，以及植入被测动物体体内的无线充电接收端和机械充电端；所述无线充电输送端用于在所述被测动物处于相对安静或一般活动状态时，通过无线充电技术进行向所述无线充电接收端充电；所述机械充电端用于在所述被测动物运动时，利用机械充电端把机械能转化为电能向所述无线充电接收端充电；

刺激模块，用于对所述被测动物体加持刺激信号，并对被测动物体对该刺激信号产生的反馈信号进行分析处理；

传感记录模块，其植入被测动物体的体内，用于采集被测动物体的生理信号并进行分析处理；

信号接收模块，其位于被测动物体的体外，用于接收所述刺激模块返回的反馈信号和所述传感记录模块返回的生理信号。

2.如权利要求1所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述无线充电输送端包括电源管理单元和发射电路单元；所述无线充电接收端包括次电流转换单元和充电单元；

所述无线充电输送端的电源管理单元为所述无线充电输送端提供基本的工作电流；所述发射电路单元由线圈阵列以及相关电学元件组成；

当所述无线充电输送端与所述无线充电接收端靠近时，所述无线充电接收端的线圈阵列与所述无线充电输送端的线圈阵列感应产生电流，进行能量输送。

3.如权利要求1所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述机械充电端包括:

充电单元，其包括植入被测动物体内的高强磁铁和线圈，所述被测动物运动时，所述线圈切割所述高强磁铁形成的磁场，产生电流；

整流单元，用于对所述充电单元产生的电流进行整流；

稳压电路单元，用于对所述整流单元进行整流处理后的电流进行稳压处理，并将其输送到无线充电接收端。

4.如权利要求2或3所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述无线充电接收端包括：

线圈阵列，其由铜线和生物材料组合而成；

电流转换单元，用于对所述无线充电输送端或所述机械充电端产生的电流进行转换处理；

充电电池，用于存储所述电流转换单元处理后的电流。

5.如权利要求4所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述灵长类动物生理信号采集系统还包括：

电压感应器，用于检测所述无线充电接收端的充电电池是否达到了额定工作电压，以确定启动所述无线充电输送端或机械充电端为无线充电接收端的充电电池进行充电。

6.如权利要求5所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述传感记录模块，包括：

生理信号采集单元，用于采集所述被测动物体体内的生理信号；

生理信号调整单元，用于对所述生理信号采集单元采集的生理信号进行调整处理；

无线信号发射单元，用于将所述生理信号调整单元调整得到的生理信号通过无线技术发射出去。

7.如权利要求5所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述刺激模块包括:

刺激源，用于向所述被测动物体附加电刺激、光刺激、磁刺激中的一种或多种刺激信号；

发射器，其与所述刺激源直接连接，用于采用无线发射信号的方式，将被测动物体体内产生的响应所述刺激源附加的刺激信号的反馈信号传递出去；

接收器，用于接收所述发射器传递的反馈信号；

处理器，其与所述接收器直接连接，与所述刺激源和所述发射器分别通过串行外设接口SPI方式连接，用于对所述反馈信号进行分析处理，并对所述刺激源进行控制。

8.如权利要求7所述的灵长类动物生理信号采集系统，其特征在于，所述信号接收模块，包括：

无线信号接收单元，用于接收传感记录模块发送的生理信号以及所述刺激模块发送的反馈信号；

信号数据处理单元，用于对所述无线信号接收单元接收的生理信号和反馈信号进行分析处理；

信号数据储存单元，用于存储经过所述信号数据处理单元的生理信号和反馈信号。

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