[发明专利]无创可赋形双模态脑机接口

说明书

本发明提供一种无创可赋形双模态脑机接口，所述无创可赋形双模态脑机接口包括：多个EEG电极(1)；多个fNIRS探头(2)，所述fNIRS探头(2)与所述EEG电极(1)成对配置；以及多根柔性导线(3)，各所述柔性导线(3)的一端与所述EEG电极(1)或所述fNIRS探头(2)连接，而另一端在被汇集到一起之后经由柔性引线接口与外部装置连接，其中所述EEG电极(1)包括微纳结构层(6)，并且所述EEG电极(1)和所述fNIRS探头(2)均包括在使用时将与头皮表面接触的仿生材料层(4)。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种无创可赋形双模态脑机接口。

背景技术

作为脑科学中极具应用价值的脑机接口，一直以来备受关注。脑机接口技术是一门涉及脑科学、心理认知科学、计算机科学和信号处理、模式识别等多学科的交叉技术。通过这项技术，人脑可以直接控制外部装置(例如，计算机或其他电子设备)，而不需要通过语言或肢体动作。此外，脑机接口技术可以实现对人脑状态的全面化、精准化检测，并有助于提升人们的认知水平；并且可以实现对外部装置的高效化、精准化信息控制，从而在军事、医疗等领域具有重大价值。

在传统无创脑机接口中，主要分为脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、功能核磁共振成像(fMRI)和功能近红外光谱技术(fNIRS)这四类。其中，EEG具有设备相对便宜，测量简单安全，时间分辨率高等特性；而fNIRS具有抗运动干扰、测试环境要求低、空间分辨率高等优势。为了弥补单一模态脑机接口的不足并探究多模态大脑活动信息以显著提升脑机接口的分类准确率、系统速度以及信息传输率，已经开展了基于EEG和fNIRS的双模态脑机接口的研究。

目前，现有的EEG和fNIRS双模态脑机接口设备存在以下问题：首先，设备体积臃肿、便携性和可移动性差，并且测试精度不高、集成度低。与高速集成的摩尔定律相比，其集成度还相差甚远。其次，EEG电极的尺寸和阻抗值无法兼顾，使得EEG脑电信号的空间分辨率低。此外，EEG电极和fNIRS探头与头皮表面贴附不紧密，其赋形能力较差，因而极易产生低信噪比的信号，使得测量不精确；并且EEG电极和fNIRS探头的制备材料的生物相容性差，杨氏模量不匹配，很难让被测长时间佩戴。

发明内容

鉴于现有EEG和fNIRS双模态脑机接口设备的诸多不足，本发明基于EEG和fNIRS采集大脑活动信号的基本原理，提供了一种无创可赋形双模态脑机接口技术。

其目的在于，降低EEG电极的阻抗值、实现同时采集EEG和fNIRS双模态大脑信号并实现实时监测大脑多模态信息的功能，使得脑机接口设备真正实现可穿戴化和可赋形化。

本发明提供一种无创可赋形双模态脑机接口，所述无创可赋形双模态脑机接口包括：多个EEG电极；多个fNIRS探头，所述fNIRS探头与所述EEG电极成对配置；以及多根柔性导线，各所述柔性导线的一端与所述EEG电极或所述fNIRS探头连接，而另一端在被汇集到一起之后经由柔性引线接口与外部装置连接，其中所述EEG电极包括微纳结构层，并且所述EEG电极和所述fNIRS探头均包括在使用时将与头皮表面接触的仿生材料层。

优选地，所述EEG电极和所述fNIRS探头的用于与头皮表面接触的面积均为4mm²至40mm²，数量均为64个至256个。

优选地，所述EEG电极从在使用时将与头皮表面接触的那侧开始依次包括所述仿生材料层、水凝胶电解液层、所述微纳结构层、金属/金属化合物电极以及柔性封装材料。

优选地，所述fNIRS探头从在使用时将与头皮表面接触的那侧开始依次包括：所述仿生材料层、柔性基底材料、导电金属、光源以及柔性封装材料。

优选地，所述无创可赋形双模态脑机接口还包括布置有柔性导线的柔性基底材料，以及在使用时位于布置有柔性导线的柔性基底材料与头皮表面之间的仿生材料层。