一种无线脑深部神经接口系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术包括计算机、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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种无线脑深部神经接口系统
本专利技术涉及一种无线脑深部神经接口系统，属于生理学及脑科学

技术介绍
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（Neuralinterface,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（DeepBrainStimulation,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年专利技术的左旋多巴）。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（BrainComputerInterface,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。许多实验室已开展脑机接口（BCI）系统的研究，为严重病患提供交流和控制能力。未来发展和实际应用的实现取决于不同的脑电信号对比和系统评估，记录方法、处理算法、输出格式、运行协议。根据脑电信号不同获取方式，BCI系统分为植入式BCI和非植入式BCI。非植入式BCI是将头皮电极固定于在大脑头皮上记录脑电信号。植入式BCI是将头皮电极植入到大脑皮层特定区域得到单个或多个神经元活动信号。根据脑电信号不同产生方式，BCI系统可分为诱发式BCI和自发式BCI。诱发式BCI脑电信号是特定的感观刺激或事件诱发的脑电信号，如诱发电位（EvokedPotential,EP）和事件相关电位（EventRelatedPotential,ERP）。自发式BCI脑电信号是个人意识活动中自发产生的脑电信号。有创式BCI虽然是一种有损伤的方式，但由于植入的微电极离信号源很近，具有较高的空间和频率分辨率，并且植入电极不受肌肉运动的影响，可以在头部固定较长时间，具有较好的位置稳定性，这些都是它相比于无损的BCI所具有的优势。但是由于技术上的不成熟以及社会伦理、病人心理的限制，接受电极植入手术的病人几乎难以找到，目前的研究多以动物为实验对象。世界上有多个研究小组报道他们成功的将微电极阵列植入到白鼠或猴子的脑内，记录这些动物运动皮层区神经元群的电信号，实现了对一些机械装置的实时控制。科学家们以人为对象的实验也获得了成功。Kennedy等人研究的BCI系统中，病人的皮层信号通过无线的方式传送到一个接收器，接收到的信号通过计算机软件的处理，实现了对一个虚拟键盘或一个虚拟手的控制。研究的结果证明，利用非植入式技术来采集大脑信号，这种方法也许不可能采集到与直接植入脑中电极所获得的相同的精度的时空信息。如脑电（EEG）信号和场电位已经用来从大脑中提取一个二进制信息并作为开关信号。然而，这不可能实时、连续的控制肢体在空间和时间上做流畅的运动。非植入式技术也许可以采集到特定肢体对应的脑区中更多的神经元活动信息，但它不可能将神经信号解析到单个神经元水平或者利用大脑的控制信号实现流畅的运动控制。目前大多数神经刺激的行为学研究，需要通过导线将刺激器产生的刺激信号作用到与神经组织接口的电极阵列上，或者将神经刺激的诱发响应信号通过导线返回到记录器，这种有线连接方式妨碍了动物行为的自由度，使得研究结果不能真实反映神经刺激的效果。尤其是需要多通道刺激或记录的场合，导线束的长度和自由度均受限制。不同部位的神经或肌肉对电刺激发生的敏感水平、适应性不同，考虑到个体差异、不同病症，电刺激信号的波形、频率、脉宽、幅度需要有较宽的调节范围，灵活的调节方式。为了避免导线带来的不变和适应个体差异，本专利技术将着重探讨系统在实现基本功能的前提下做到小型化和低功耗。
技术实现思路
本专利技术提供一种无线脑深部神经接口系统，以用于通过该方法实现脑电信号与外部设备的交互。本专利技术的技术方案是：一种无线脑深部神经接口系统，包括计算机1、RS2322、收发模块3、天线4、外部收发器5、硬脑膜下收发器6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；对于向外的前向通路：计算机1输入刺激参数，通过RS2322传递至收发模块3，收发模块3对计算机1传送过来的刺激信号进行编码和调制后通过天线4发送给外部收发器5，外部收发器5对接收到的收发模块3发送过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线脑深部神经接口系统，其特征在于：包括计算机（1）、RS232（2）、收发模块（3）、天线（4）、外部收发器（5）、硬脑膜下收发器（6）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；/n对于向外的前向通路：计算机（1）输入刺激参数，通过RS232（2）传递至收发模块（3），收发模块（3）对计算机（1）传送过来的刺激信号进行编码和调制后通过天线（4）发送给外部收发器（5），外部收发器（5）对接收到的收发模块（3）发送过来的信号进行解调、放大，将放大后的解调信号转换为对应的超声波能量束发射至硬脑膜下收发器（6），硬脑膜下收发器（6）中的第一组刺激探针被接收到的由外部收发器（5）发射的超声波信号带动震动，硬脑膜下收发器（6）中的第一组刺激探针通过震动产生的电流通过硬脑膜下收发器（6）中的整流电路、硬脑膜下收发器（6）中的放大电路处理后传至硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器，硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器通过第二组刺激探针将放大的超声波信号发送至无线脑深部神经接口（7）中的第一组刺激探针，无线脑深部神经接口（7）中的第一组刺激探针依次通过整流电路、寄存器电路处理，当寄存在器电路中的电容充满通过无线脑深部神经接口（7）中的第二组刺激探针放电作用于神经元进行刺激；/n对于向内的后向通路：硬脑膜下收发器（6）中第一组刺激探针通过硬脑膜下收发器（6）中的整流电路、硬脑膜下收发器（6）中的放大电路处理后传至硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器，硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器通过第二组刺激探针将放大的电压信号传至外部收发器（5）进行编码、调制后经天线（4）发送至收发模块（3），收发模块（3）对外部收发器（5）发送回来的信号进行解调，并将解调后的信号通过RS232（2）发送给计算机（1）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无线脑深部神经接口系统，其特征在于：包括计算机（1）、RS232（2）、收发模块（3）、天线（4）、外部收发器（5）、硬脑膜下收发器（6）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；
对于向外的前向通路：计算机（1）输入刺激参数，通过RS232（2）传递至收发模块（3），收发模块（3）对计算机（1）传送过来的刺激信号进行编码和调制后通过天线（4）发送给外部收发器（5），外部收发器（5）对接收到的收发模块（3）发送过来的信号进行解调、放大，将放大后的解调信号转换为对应的超声波能量束发射至硬脑膜下收发器（6），硬脑膜下收发器（6）中的第一组刺激探针被接收到的由外部收发器（5）发射的超声波信号带动震动，硬脑膜下收发器（6）中的第一组刺激探针通过震动产生的电流通过硬脑膜下收发器（6）中的整流电路、硬脑膜下收发器（6）中的放大电路处理后传至硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器，硬脑膜下收发器（6）中的超声波收发器通过第二组刺激探针将放大的超声波信号发送至无线脑深部神经接口（7）中的第一组刺激探针，无线脑深部神经接口（7）中的第一组刺激探针依次通过整流电路、寄存器电路处理，当寄存在器电路中的电容充满通过无线脑深部神经接口（7）中的第二组刺激探针放电作用于神经元进行刺激；
对于向内的后向通路：硬脑膜下收发器（6）中第一组...

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
类型：发明
国别省市：云南;53