[发明专利]一种无线脑深部神经接口系统有效

专利信息
申请号: 201910940230.9 申请日: 2019-09-30
公开(公告)号: CN110801223B 公开(公告)日: 2021-09-14
发明(设计)人: 伏云发;周洲洲;李朝阳;王文乐;陈睿;李玉;熊馨 申请(专利权)人: 昆明理工大学
主分类号: A61B5/369 分类号: A61B5/369;A61N1/36
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地址: 650093 云*** 国省代码: 云南;53
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摘要:
搜索关键词: 一种 无线 脑深部 神经 接口 系统
【说明书】:

发明公开了一种无线脑深部神经接口系统,属于生理学及脑科学技术领域。本发明包括计算机、RS232、收发模块、天线、外部收发器、硬脑膜下收发器和无线脑深部神经接口7用于构建对于向外的前向通路和对于向内的后向通路。本发明不仅提供了外部设备对神经元刺激的通路,同时提供了外部设备对脑电信号的采集通路。

技术领域

本发明涉及一种无线脑深部神经接口系统,属于生理学及脑科学技术领域。

背景技术

随着神经科学、计算机科学、信号处理等技术的高速发展,实现大脑与计算机或其他设备通信和控制,让严重瘫痪病人用思维或意识控制外部设备,盲人利用人工视觉重见光明,正逐渐成为现实。而完成这种功能的系统称为神经接口(Neural interface, NI)。

神经接口研究是涉及神经生理学、计算科学、微电子技术等学科的交叉科学,在康复工程等领域具有重要研究价值,近年来发展迅猛。主要研究生物的神经系统(包括感官和执行体)与现代电子信息系统(包括机械系统)的接口,包括两大方面的内容,一方面是传感检测信息的神经输入(输入型神经接口),另一方面是生物神经系统输出的控制、执行功能(输出型神经接口)。理想的神经接口系统是输出复合型系统。

输入型神经接口主要用于向大脑传入感觉信息,通常是利用电子设备产生特定电信号,刺激大脑或肌体组织,向大脑传送某种感觉信息(如视觉、听觉或触觉等)或者是模拟特定的神经学功能。输入型神经接口包括:人工耳蜗,视觉假体,触觉刺激器和脑深部刺激器。输出型神经接口通常称为脑机接口,它是从生物神经系统活动(脑电或神经元放电信号)中提取出控制信号,用于控制计算机、假肢或其他电子设备,其最大特点是不依赖于脑的正常输出通路(外周神经及肌肉),直接实现大脑对外部环境的交流与控制。输出型神经接口通常包括信号采集、信号处理(特征提取)和“翻译”程序(模式识别)三个部分。输入型神经接口主要用于向大脑传入感觉信息,通常是利用电子设备产生特定电信号,刺激大脑或肌体组织,向大脑传送某种感觉信息(如视觉、听觉或触觉等)或者是模拟特定的神经学功能。输入型神经接口包括:人工耳蜗,视觉假体,触觉刺激器和脑深部刺激器等。

脑深部电刺激(Deep Brain Stimulation, DBS),脑起搏器治疗仅把刺激电极植入大脑特定部位,通过慢性电刺激来达到治疗效果,是一种可逆性的神经调节治疗,不破坏脑组织,不影响今后其他新的方法治疗,因而更体现当今微创外科治疗原则。脑起搏器的治疗效果完全可与毁损术相媲美,还能保护脑黑质组织起到对因治疗作用,延缓帕金森病本身病情进展。刺激参数可通过体外电脑程控随时调节刺激强度和频率,找到最佳刺激触点,具有疗效更好,更持久等优点国外已有 8 年的治疗随访结果。对双侧症状的帕金森病病人可同时双侧植入刺激电极,一次手术解决所有症状。治疗手术较为安全,并发症和副作用一般都是可逆的,手术死亡率在千分之一以下。脑起搏器治疗已逐步替代毁损术,是目前最理想的外科治疗方法,被认为是帕金森病治疗的第二个里程碑(第一个里程碑为 1968 年发明的左旋多巴)。

输出型神经接口主要是使用置于大脑头皮或者植入在大脑中的电极记录得到控制信号,又称作脑机接口(Brain Computer Interface, BCI)。目前还没有设备可以实时、连续的产生控制信号来实现流畅的运动。这种设备要求记录来自大脑各个运动控制区域神经元的神经信号。大脑的神经修复控制设备主要有4个部分:电极组建,信号处理组建。信号采集组建,信号传输组建,除了这些组件外还需要产生控制信号产生的装置。对于大量(大于64)单个神经元实行同步记录通常是在实验室环境下哺乳动物的身上进行的。多通道记录系统的发展为如何设计临床应用接口展现了蓝图。这种接口必须包括能够接纳电极的脑组织和与神经组织结合时无生物排斥性的电极。电极必须使用合适的信号处理电子元件进行集成,已从原始神经信号中提取有用数据,并使神经信号转化为控制信号。最后,很有必要用一个无线传输组件来调谐信号处理组件并将控制信号传送至神经修复装置处。

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