随着生物科学技术的飞速发展,生物医学工程领域受到了广泛的关注和研究。生物电刺激器由于其便携、成本低、操作简单等优点已经成为生物生理药理学研究的一种重要实验仪器,在动物实验中被广泛使用。现有刺激器多采用开环控制结构、单波形输出,存在精度低、可调节性差、不稳定等缺点。因此,设计开发一款高精度、多功能、具备可视化模块的生物刺激器具有重要的现实意义,具体工作如下:(1)开展基于改进遗传算法的生物电阻抗特征参数提取研究。该方法针对传统遗传算法收敛速度慢、易陷入局部最优解的问题,分析种群个体特别是精英个体的特征,使用最小一乘法重新定义适应度函数,并制定精英保留策略;对标准阻抗数据集和实际测量情况进行分析,通过添加奇异点和随机噪声,建立符合实际情况的三类仿真数据集;基于仿真数据集进行实验,将所提算法与其他三种算法的拟合结果进行比较,结果表明本文提出的算法具有拟合精度高鲁棒性强的优点,为全面准确分析生物组织生理病理状态提供了有效工具。(2)设计基于阻抗反馈和电流反馈的高精度多波形生物刺激系统。首先,针对多波形输出需求,设计了基于高压运放和数控波形算法的高压多波形方案,实现正弦波、方波、三角波和可定制的任意波形编程输出;然后,针对高精度控制需求,采用阻抗反馈和高精度微弱电流测量技术,实现输出波形恒流或恒压控制,有效避免了阻抗变化导致的刺激电流不稳定的问题;接着,针对多台刺激器同步输出需求,采用单同步总线技术,实现微秒级同步效果;最后,通过引入GPRS通信技术,设计远程通信系统,实现设备远程联网功能。(3)搭建刺激系统测试平台验证系统性能。首先,针对刺激器功能,设计对应测试实验方案,完成实验测试系统搭建;然后,在给定阻抗负载模式下,对输出波形进行参数性能验证,实验结果表明,系统指标满足设计需求;最后,采用小鼠器脏作为实验对象,进一步验证生物阻抗特征参数提取方法,结果表明实际提取特征参数与阻抗理论模型相符,证明方法的有效性。