一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置。主要由植入脑区的微电极阵列、植入头部颅骨的与生物容性材料封装在一起的开关阵列、信号采集与刺激产生模块、控制模块和无线通信模块，无线电源管理模块，以及远端控制终端，手持式智能终端控制器，无线通信单元和无线充电换能器所组成。本发明专利技术的装置通过无线方式对生物体内的控制模块的控制软件进行无线升级，利用无线超声波/无线磁感应/磁共振原理实现生物体内电子设备的无线充电，避免了升级程序和充电二次手术的痛苦。

A small interface device of brain computer for skull implantation

【技术实现步骤摘要】
一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置
本专利技术涉及生物植入式医疗仪器
，特别涉及一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置。
技术介绍
脑机接口为神经肌肉损伤患者提供一种不依赖正常的外围神经和肌肉输出通道的通讯工具，采用脑机接口技术可以建立脑信号新的传导途径控制肌肉或者外部设备，可以用于治疗顽固性慢性疼痛、癫痫病、帕金森病、小儿麻痹症等顽固性疾病。脑机接口按照采集脑信号的方式可以分为非植入式和植入式两种类型。非植入式脑机接口技术的输入信号是宏观电活动透过头皮形成的头皮电信号（EEG），利EEG来实现对外部设备的控制，优点是不需要进行手术，不会造成创伤，易于实验，缺点是容易受外界电磁环境的干扰、信号不稳定、时空分辨率不高且个体差异大。植入式脑机接口技术将多通道微电极阵列植入大脑皮层，可以记录到试验对象的神经集群的峰电位发放，这些神经信号直接来自神经元，时空分辨率高，信息丢失少，控制外部设备的自由度和精度都更高，缺点是需要外科开颅手术，存在术后感染风险，且脑组织一旦损毁就不可逆。目前，国内外在植入式脑机接口技术研究方面取得了一系列的成果，通过植入式脑机接口技术可以利用被实验对象的脑电信号实时控制假肢，完成不同的动作，国内外的研究大多数都关注脑电信号识别准确性。然而，对利用植入式脑机接口技术对被实验对象进行人工智能、大数据预测反向闭环预测控制技术，基于植入式脑机接口技术的神经电刺激方法，植入式脑机接口中电子设备软件无线升级技术、无线充电技术等方面研究较少。将软件无线升级技术和无线充电技术应用到脑机接口
可以降低开颅手术的次数，降低被实验对象的手术痛苦，将人工智能和大数据预测反向闭环预测控制技术应用到脑机接口
可以提高脑机接口技术的智能化程度，降低人为干预控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是降低手术植入脑机接口系统的次数和风险，给出了一种可非接触无线充电、可二次重用、微小型化、可动态闭环刺激神经方案的、可动态调整处于活动状态的采集电极、可无线升级生物体内软件、智能化的颅骨植入闭环控制脑机接口系统。一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置，包括植入装置和体外装置；所述植入装置包括植入脑区的微电极阵列，与植入颅骨内的开关阵列相连；所述开关阵列与信号采集与刺激产生模块和无线电源管理模块相连；所述信号采集与刺激产生模块与控制模块相连；所述无线电源管理模块与信号采集与刺激产生模块、控制模块、和无线通信模块相连；所述控制模块与无线通信模块和信号采集与刺激产生模块相连；所述体外装置包括无线通信单元，与智能终端控制器相连；所述智能终端控制器与充电换能器和控制终端相连。所述智能终端控制器为手持式智能终端控制器。所述充电换能器为无线充电换能器；所述控制终端为远端控制终端。所述信号采集与刺激产生模块与生物容性材料封装在一起。所述信号采集与刺激产生模块通过数字接口和控制模块相连接。所述智能终端控制器通过以太网或无线方式和控制终端相连接，智能终端控制器可以具备数据缓存、数据离线记录功能。所述控制终端可以控制智能终端控制器通过无线通信单元对动物头部颅骨内控制模块的软件进行无线升级，无线充电换能器可以实现动物头部颅骨内无线电源管理模块的无线非接触充电。微电极阵列分布在需要采集和刺激的不同或相同脑区，通过开关矩阵和信号采集与刺激产生模块相连接，控制模块可以控制开关矩阵完成不同脑区神经信号的采集，同时也可以将模拟电刺激信号通过开关矩阵施加到微电极阵列，控制模块将采集的神经信号通过无线通信模块传输出去，无线通信的方式可以是WIFI、网桥等高速传输方式等。无线电源管理模块一方面为控制模块、信号采集与刺激产生模块和无线通信模块供电，另一方面，当颅骨内的电子设备的电源供电不足时，控制模块向生物体外无线充电换能器发出无线充电请求，无线充电换能器接收到无线充电请求后向无线电源管理模块辐射无线电波，无线电源管理模块将无线电波转换为电能；当充电完成时，向外无线充电换能器反馈充电完成信号，无线充电换能器收到充电完成信号时停止辐射无线电波。手持式智能终端控制器通过无线通信单元接收到采集的原始脑区神经信号，对脑区神经信号进行初步预处理后发送给远端控制终端，手持式智能终端控制器和远端控制终端的通信方式可以是WIFI、网桥等高速传输方式。远端控制终端依据数据模型和历史神经数据记录情况提取出脑神经信号特征，对生物的行为进行预测判断后，通过手持式智能终端控制器控制无线通信单元以无线的方式动态调整生物颅骨内的电刺激信号的波形、刺激强度、刺激持续时间，同时并行动态调整采集神经信号的部位、采集数据量，完成生物大脑神经组织的闭环反向控制。另一方面，手持式智能终端控制器根据生物头部颅骨内的电子设备反馈的充电请求信号和充电完成信号动态开启或关闭无线充电换能器，完成对生物头部颅骨内的电子设备的无线充电，还可以通过无线方式动态升级生物头部颅骨内电子设备的软件。本专利技术的有益效果：本专利技术的装置通过微电极阵列采集生物大脑不同脑区的神经信号，并以无线方式发送给手持式智能终端控制器，手持式智能终端控制器对神经信号进行初步的信号处理后发送给远端控制终端，远端控制终端依据数据模型提取出神经信号特征，对生物的行为进行预测判断后，通过手持式智能终端控制器控制无线通信单元以无线的方式动态调整生物颅骨内的电刺激信号的波形、刺激强度、刺激持续时间，同时并行动态调整采集神经信号的部位、采集数据量，完成生物大脑神经组织的闭环反向控制。另一方面，本专利技术的装置通过无线方式对生物体内的控制模块的控制软件进行无线升级，利用无线超声波/无线磁感应/磁共振原理实现生物体内电子设备的无线充电，避免了升级程序和充电二次手术的痛苦。附图说明图1为颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置安装结构示意图。图2为颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置组成图。图3为颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置闭环预测控制框图。图4为颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置流程图。图5为软件无线升级流程图。图6为神经信号采集和神经电刺激的流程图。图7为神经信号采集和神经电刺激电路原理示意图。图8为无线充电电路原理示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解的是，本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。图1是颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置安装示意图。颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置由微电极阵列、路由开关阵列、智能神经信号采集与电刺激设备和无线电源管理模块所组成，其中开关阵列、智能神经信号采集与电刺激设备、无线电源管理模块均由生物容性材料封装在一起。微电极阵列分布在不同的脑区，用于采集原始神经信号或刺激脑神经。开关阵列、智能神经信号采集与电刺激设备、无线电源管理模块互相靠近安装，通过专用生物容性线缆连接起来。智能神经信号采集与电刺激设备是颅骨植入核心电子设备，包括无线通信模块、控制模块、信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置，其特征在于，包括植入装置和体外装置；/n所述植入装置包括植入脑区的微电极阵列，与植入颅骨内的开关阵列相连；所述开关阵列与信号采集与刺激产生模块和无线电源管理模块相连；所述信号采集与刺激产生模块与控制模块相连；所述无线电源管理模块与信号采集与刺激产生模块、控制模块、和无线通信模块相连；所述控制模块与无线通信模块和信号采集与刺激产生模块相连；/n所述体外装置包括无线通信单元，与智能终端控制器相连；所述智能终端控制器与充电换能器和控制终端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置，其特征在于，包括植入装置和体外装置；
所述植入装置包括植入脑区的微电极阵列，与植入颅骨内的开关阵列相连；所述开关阵列与信号采集与刺激产生模块和无线电源管理模块相连；所述信号采集与刺激产生模块与控制模块相连；所述无线电源管理模块与信号采集与刺激产生模块、控制模块、和无线通信模块相连；所述控制模块与无线通信模块和信号采集与刺激产生模块相连；
所述体外装置包括无线通信单元，与智能终端控制器相连；所述智能终端控制器与充电换能器和控制终端相连。


2.根据权利要求1所述颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置，其特征在于，所述智能终端控制器为手持式智能终端控制器。


3.根据权利要求1所述颅骨植入的小型化脑机接口系统植入装置，其特征在于，所述充电换能器为无线充电换能器；所述控制终端为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王常勇，徐葛森，周瑾，柯昂，孙洪吉，赵宇伟，张华亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院军事医学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11