[发明专利]基于人体媒介信息与能量传输的植入式脑机接口

说明书

本发明属于植入式医疗设备领域，具体涉及一种基于人体媒介信息与能量传输的植入式脑机接口，旨在为了解决植入式脑机接口电路中面临的通信数据速率较低、传输距离不够远、功耗高的问题。本发明包括神经信号采集电极、采集前端模块、处理单元、人体媒介信息传输模块、人体媒介能量收集模块、信息能量传输电极，神经信号采集电极获取的神经信号，经采集前端模块进行放大、滤波并数字化后发送至处理单元，处理单元通过人体媒介信息传输模块、信息能量传输电极与外部设备进行信息交互，人体媒介能量收集模块通过信息能量传输电极获取能量并为其他部件提供工作电能。本发明提高了植入式脑机接口通信数据速率、传输距离，降低了功耗，并可长距离使用。

技术领域

本发明属于植入式医疗设备领域，具体涉及一种基于人体媒介信息与能量传输的植入式脑机接口。

背景技术

由于疾病、自然灾害、交通事故等因素造成的身体残疾给患者及家庭带来了严重的伤害。调查显示，全球有大约15％的人口带有某种形式的残疾而生存，其中约2％的人面临严重的功能性障碍，如四肢瘫痪、严重的抑郁症或失明等。随着全球人口的增长以及老龄化问题的加剧，残疾人口的数量也在持续增加。其中，神经或运动疾病患者，比如脊髓侧索硬化症、脊髓损伤、肌萎缩、肢体瘫痪等患者，他们的大脑到肢体的神经和肌肉通路已经被破坏，大脑发出的指令无法被执行，因而丧失了运动能力。传统的药物或手术的手段无法对其进行有效修复，患者的日常生活受到极大影响。近年来，随着科技的发展，一种不依赖于常规的外围的神经肌肉组织，直接利用大脑信号跟外部设备进行交互的技术，即脑机接口技术应运而生，为这些感觉或运动功能障碍者的治疗和康复提供了一种解决方案。脑机接口技术在医学治疗和康复领域、军事领域以及休闲娱乐领域中均具有广泛地应用价值。

根据信号来源方式的不同，可以将脑机接口分为非植入式和植入式两大类。其中，非植入式脑机接口电路是将电极置于头皮上来提取脑电信号，采集的方式无创的。但是头皮脑电信号的信噪比低，周围环境干扰以及人主观的精神状态对脑电信号的影响比较大。而植入式采集的信号来源于植入到大脑颅骨以下组织的电极记录的信号，可以精确记录单个神经元的电活动。采集的信号时空分辨率高，能够提取更加丰富的信息，在精确运动控制以及大脑激励探索等方面具有很大的优势。因此，植入式脑机接口电路成为学术界和工业届的研究热点。

植入式脑机接口通常包括神经电信号前端采集电路、植入式无线通信电路、数字控制电路以及无线供能电路。总结目前已有的各种类型的植入式脑机接口电路，其仍然存在的问题有以下几点：首先，数据传输电路是植入式脑机接口电路的重要模块，它可以接收体外程控器的控制命令并向体外传输实时的神经电信号。目前的植入式芯片的传输速率大部分在kbps量级。对于时空分辨率更高的动作电位来说，高采样率和多通道的采样会使数据量增加到几十甚至上百Mb。为了提高采集到的神经信号的分辨率，获取更多的信息，需要提高数据传输电路的数据率。同时，数据传输电路是整个植入式脑机接口芯片功耗的最大来源，为了降低供能电路的设计压力，减小整个系统的体积，需要降低数据传输电路的功耗。因此，低功耗、高数据率的数据传输电路是植入式脑机接口电路面临的主要问题之一；其次，为了使植入式脑机接口电路能够长期植入应用，免除患者再次开刀更换植入的后顾之忧，高能效的无线供电技术是关键。现有的无线供电技术面临着能效低、充电距离短、体积大以及充电装置限制实验对象活动性的问题。因此，需要进一步的研究适用于植入式脑机接口电路的小体积、高能效的无线供电技术。

总结来说，目前植入式脑机接口电路中面临通信数据速率较低、传输距离不够远、功耗高，无线供电方式能效低、充电距离短、体积大以及充电装置限制实验对象活动性的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决植入式脑机接口电路中面临的通信数据速率较低、传输距离不够远、功耗高的问题，本发明提出了一种基于人体媒介信息与能量传输的植入式脑机接口，包括神经信号采集电极、采集前端模块、处理单元、人体媒介信息传输模块、人体媒介能量收集模块、信息能量传输电极；

所述神经信号采集电极，配置为采集神经信号；