CN113546273A - 一种嵌入式电子颅骨脑机接口装置 - Google Patents

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Abstract

一种嵌入式电子颅骨脑机接口装置，包括：箱体，可嵌入安装在颅骨上，安装时箱体底部与颅骨内表面平齐；电子模块，安装在箱体内；信息采集模块，与电子模块电连接，安装在箱体外侧底部，用于采集大脑信号并传送给电子模块。采用如上结构，可以将脑机接口的零件集中在箱体内，箱体通过替换部分颅骨从而嵌入安装在颅骨上，箱体埋置在头皮以下实现隐藏安装的目的。

Description

一种嵌入式电子颅骨脑机接口装置
技术领域
本发明涉及脑机接口技术领域，特别是指一种安装在颅骨上的嵌入式电子颅骨脑机接口装置。
背景技术
脑机接口(brain-computer interface，BCI)，有时也称作“大脑端口”directneural interface或者“脑机融合感知”brain-machine interface，它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。脑机接口分为侵入式、非侵入式与部分侵入式三种，其中侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉(例如视觉)以及瘫痪病人的运动功能。此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因而所获取的神经信号的质量比较高。非侵入式脑机接口主要根据脑电图(EEG)原理工作。脑电图主要用于医学领域中观察和分析病人的脑电波活动。在医疗设备中，脑电图是通过将多个电极连接到病人头皮上来实现的。脑电图测量由大脑神经元内离子电流引起的电压波动。脑电图记录了大脑在一定时期内的自发电活动。大多数非侵入式脑机接口模型都使用脑电图的概念。部分侵入式脑机接口一般植入到颅腔内，但是位于灰质外。其获得脑电波的清晰度虽然不如侵入式，但优于非侵入式，且其另一优点是引发免疫反应和愈伤组织的几率较小。
以上三种脑机接口中侵入式与部分侵入式脑机接口一般分为两部分，一部分嵌入颅骨内，与大脑连接收集大脑信号，另一部分位于体外，用于与外界进行信息传递。对于这种设计，优点是除了必须的元件，其他部分都可设置在体外，这样可以减小嵌入颅骨内部分的体积，进而减小开颅的面积。但是由于部分零件设置在体外，使使用者在生活中时刻都要注意对该部分的保护，避免发生损伤或者遗失。同时由于位于体外的部分从大脑伸出，使使用者在形象上异于常人，非常容易受到他人异样的目光，对使用者造成巨大的困扰。因此，亟需一种脑机接口，可以将脑机接口的所有元件都集中隐藏安装与现有设备相比，体积更小，且抗干扰能力强、不破坏脑组织。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种嵌入式电子颅骨脑机接口装置，以能将脑机接口的所有零件集中在一起隐藏安装。
本发明提供的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，包括：箱体，可嵌入安装在颅骨上，安装时箱体底部与颅骨内表面平齐；电子模块，安装在箱体内；信息采集模块，与电子模块电连接，安装在箱体外侧底部，用于采集大脑信号并传送给电子模块。
采用如上结构，可以将脑机接口的零件集中在箱体内，箱体通过替换部分颅骨从而嵌入安装在颅骨上，箱体埋置在头皮以下实现隐藏安装的目的。
本发明优选，所述信息采集模块为阵列电极，每个电极的底部为柱形电极，电极的端部用于贴附在脑脊硬膜外，以采集大脑信号。
采用如上结构，可以减少电极与大脑之间的阻隔，避免颅骨对大脑信号的影响，可以使阵列电极采集的大脑信号更加清晰。
本发明优选，所述信息采集模块为阵列电极，每个电极延伸出柔性物质制成的导线，导线的端部用于植入大脑灰质，以采集大脑信号。
采用如上结构，通过植入大脑灰质的柔性材质的导线，可以使阵列电极直接采集大脑信号，从而减少了外界对信号的影响，提高了采集信号的清晰度。
本发明优选，所述电子模块具有电池及充电电路；箱体内固定设置有无线充电线圈；充电电路与电池及无线充电线圈电连接。
采用如上结构，可以实现通过无线充电装置为电子颅骨充电，省去了更换电池的烦恼。
本发明优选，还包括固定在箱体内与电子模块相抵接的散热器。
本发明优选，所述散热器呈等距螺旋线形设置。
采用如上结构，有利于将电子模块产生的热量散出，防止电子模块过热对大脑产生影响。
本发明优选，还包括设置在箱体顶部与电子模块电连接的通信部。
本发明优选，所述通信部为超声波传感器或光通讯传感器。
采用如上结构，可以方便电子颅骨与外界进行信息的传递，避免有线传递信息影响隐蔽性。
本发明优选，还包括与颅骨外表面相贴合固定的颅骨板，所述箱体固定安装在颅骨板上。
本发明优选，所述颅骨板及箱体由钛合金材料制成，颅骨板通过颅骨钉或者骨水泥固定在颅骨外边面。
采用如上结构，可以是电子颅骨安装的更加牢固，保证了嵌入式电子颅骨脑机接口装置运行的安全性。
附图说明
图1为第一实施方式两个方向的结构示意图；
图2为图1中箱体总成的结构示意图；
图3为第一实施方式的电连接关系示意图；
图4为第二实施方式的结构示意图。
附图标记说明
颅骨板 1；箱体总成 2；箱体 21；壳体 211；开口部 212；固定部 213；固定孔214；阵列电极 22；电极 221；电子模块 23；控制部 231；信息处理部 232；充电电路 233；电池 234；无线充电线圈 24；散热器 25；上盖 26；超声波传感器 27；光通讯传感器 27’。
具体实施方式
第一实施方式
图1为第一实施方式两个方向的结构示意图。如图1所示，本发明提供的嵌入式电子颅骨脑机接口装置具有与颅骨形状相同并可紧密覆盖在颅骨外表面的呈弧形板状的颅骨板1，以及嵌入式安装在颅骨板1中间位置的箱体总成2，箱体总成2的顶部与颅骨板1的顶部平齐，箱体总成2的底部从颅骨板1的底部伸出。
图2为图1中箱体总成2的结构示意图。如图2所示，箱体总成2由箱体21、阵列电极22、电子模块23、无线充电线圈24、散热器25、上盖26、超声波传感器27构成。其中，箱体21包括呈长方体的壳体211；壳体211顶部开放形成有长方形的开口部212；长方形的开口四周向外形成有一圈等宽的固定部213，固定部213呈薄片状且具有一定的弧度，使固定部213可以完美贴合在颅骨板1上；固定部213相对的两侧边缘位置各均匀设置有三个圆形的固定孔214，通过固定孔214可用螺栓将箱体21固定在颅骨板1上。阵列电极22为呈长方形的与箱体21底部相适配的薄片，阵列电极22安装在箱体21外侧底部，且向下伸出圆柱形的电极221，电极221有八个，以4×2的阵列方式均匀分布在阵列电极22上。电子模块23设置在箱体21内的底部，无线充电线圈24设置在箱体21内位于电子模块23的上方。散热器25呈等距螺旋线形设置，且螺旋线上具有十字形支撑架，支撑架的交叉点与螺旋中心重合，散热器25隐藏设置在无线充电线圈24的下部，并与电子模块23上容易发热的元器件相抵接。盖体为呈长方形的薄片，设置在箱体21的开口部212，用于密封箱体21。盖体的一角设置有超声波传感器27，可用于信息传递。
图3为第一实施方式的电连接关系示意图。如图3所示，电子模块23包括：控制部231以及与控制部231电连接的信息处理部232、充电电路233以及电池234。其中，信息处理部232与阵列电极22电连接，可以读取、清理和放大来自大脑的信号。另外，充电电路233与电池234电连接，无线充电线圈24与充电电路233电连接，超声波传感器27与控制部231电连接。
特别地，颅骨板1与箱体21由耐疲劳、耐腐蚀且具有优良的生物相容性的钛合金制成。安装时，在颅骨上开出形状大小与箱体21相同的嵌入口，箱体21固定在颅骨板1上后从嵌入口嵌入到颅骨上，颅骨板1与颅骨相贴合，颅骨板1通过颅骨钉以及骨水泥固定在颅骨上，整个电子颅骨埋设在头皮下。同时，箱体总成2嵌入到颅骨上以后，箱体总成2的底部与颅骨的内表面平齐，箱体总成2底部的阵列电极22的电极221的端部贴附在脑脊硬膜外。
工作时，阵列电极22通过电极221可以采集大脑信号，并将信号传递给信息处理部232；信息处理部232对信号进行读取、清理和放大后，将信号发送给控制部231，控制部231将信号通过超声波传感器27将信号发送出去。电池234可以为整个电子颅骨提供电能，当电池234电能耗尽时，可以通过无线通电对电池234进行充电。由于电子模块23长时间的工作后会发热，通过与电子模块23相抵接的散热器25可以将热量导出，可以防止由于局部过热损伤大脑。
第二实施方式
本申清还提供了第二实施方式。如图4示出了第二实施方式的结构示意图。与第一实施方式相比，第二实施方式将第一实施方式中的超声波传感器27替换为光通讯传感器27’；第二实施方式中阵列电极22的每个电极221上还伸出有若干导线线(图中未画出)，这种线由柔性物质制成，优选使用薄膜聚合物制成，导线的直径为5～7微米左右，一端与电极221相连，另一端可以直接植入大脑灰质，以此获得更高质量的大脑信号。其他部分与第一实施方式相同且使用与第一实施方式相同的数字进行标注。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，包括：
箱体，可嵌入安装在颅骨上，安装时箱体底部与颅骨内表面平齐；
电子模块，安装在箱体内；
信息采集模块，与电子模块电连接，安装在箱体外侧底部，用于采集大脑信号并传送给电子模块。
2.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述信息采集模块为阵列电极，每个电极的底部为柱形电极，电极的端部用于贴附在脑脊硬膜外，以采集大脑信号。
3.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述信息采集模块为阵列电极，每个电极延伸出柔性物质制成的导线，导线的端部用于植入大脑灰质，以采集大脑信号。
4.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述电子模块还具有电池及充电电路；箱体内固定设置有无线充电线圈；充电电路与电池及无线充电线圈电连接。
5.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，还包括固定在箱体内与电子模块相抵接的散热器。
6.根据权利要求5所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述散热器呈等距螺旋线形设置。
7.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，还包括设置在箱体顶部与电子模块电连接的通信部。
8.根据权利要求7所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述通信部为超声波传感器或光通讯传感器。
9.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，还包括与颅骨外表面相贴合固定的颅骨板，所述箱体固定安装在颅骨板上。
10.根据权利要求1所述的嵌入式电子颅骨脑机接口装置，其特征在于，所述颅骨板及箱体由钛合金材料制成，颅骨板通过颅骨钉或者骨水泥固定在颅骨外边面。
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CN114515152A (zh) * 2021-12-31 2022-05-20 武汉衷华脑机融合科技发展有限公司 一种植入式微针的辅助装置及微针植入系统

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