CN114209332A - 一种神经接口系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种神经接口系统，包括微针、信号处理电路、电力线圈和保护装置，所述微针用于采集神经信号，并将所述神经信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于向所述微针输出刺激信号；所述微针与所述信号处理电路连接，所述信号处理电路与所述电力线圈电连接。本发明的神经接口系统结构紧凑、体积小，且能够通过多电极焊点采集脑电信号，可以提高空间分辨率和信号精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种神经接口系统，具体涉及一种神经接口系统。
背景技术
神经接口提供了一种连接大脑与外部设备的通路，它可以通过外部设备刺激神经细胞产生动作电位，也可以记录神经细胞产生的动作电位，以此实现大脑与外部设备的双向通信。因此，神经接口被广泛用于研究和治疗各种神经性疾病，如帕金森病、癫痫、抑郁症和特发性震颤等。
神经接口器件主要分为植入式和非植入式两种，相较于非植入式神经电极，植入式神经电极因其高分辨率受到了国内外学者的重点关注。目前神经接口领域中其信号采集和通信技术还存在许多困难，虽然使用先进的信号采集设备已能够检测非常微弱的脑电信号，但是脑电信号中不可避免的掺杂了各种噪声，使得数据的信噪比较低，要求采用可靠技术实现神经接口信号的通信，目前这方面研究应用成果不多。而且，已有神经接口的体电极记录点较少且多采用有线连接的方式与外界设备端连接，长期植入稳定性差且植入性创伤较大，且空间分辨率和信号精度不能满足未来临床神经接口的要求。
由此，目前需要有一种更好的方案来解决现有技术中的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种神经接口系统，用以解决现有技术中的问题，能够通过多电极焊点采集脑电信号，并对脑电信号通过ASIC进行处理后实现无线的传输。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：提供一种神经接口系统，包括微针和信号处理电路，所述微针与所述信号处理电路连接；
所述微针用于采集神经信号，并将所述神经信号发送至所述信号处理电路；
所述信号处理电路用于向所述微针输出刺激信号。
优选地，所述神经接口系统还包括电力线圈，所述电力线圈与所述信号处理电路连接；
所述电力线圈用于实现感应充电，还用于传输数据。
优选地，所述神经接口系统还包括保护装置，部分所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈组装于所述保护装置内，以固定限位、隔离外部干扰。
优选地，所述神经接口系统还包括固定装置，以固定所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈。
优选地，所述保护装置与所述固定装置连接。
优选地，所述微针包括至少一个微针组件，所述微针组件包括微针体和集成电路芯片，集成电路芯片设置于所述微针体的尾部。
优选地，所述微针体包括至少一个体电极，所述体电极上设置有至少一个体电极点。
优选地，所述微针体的尾部上具有至少一个第一焊点，每个所述体电极点与相应的所述第一焊点通过连接线连接。
优选地，所述第一焊点上设置有导电材料，所述集成电路芯片上具有至少一个第二焊点，每个所述第二焊点上设置有导电材料，所述第一焊点和所述第二焊点电连接。
优选地，相邻所述微针组件通过束缚装置组成在一起。
本发明提出了一种神经接口系统，包括微针、信号处理电路、电力线圈和保护装置，该神经接口系统结构紧凑、体积小，且本发明通过将微针系统植入大脑组织后，由多焊点微针记录脑部功能区电信号，并通过信号处理电路分析识别出场电位和动作电位，由电力线圈实现数据的无线传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提出的一种神经接口系统；
图2示出了本发明实施例提出的一种微针的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提出的另一种微针的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提出的多焊点微针示意图；
图5示出了本发明实施例提出的体电极点与铟柱连接示意图；
图6示出了本发明实施例提出铟柱连接集成电路芯片电路结构示意图。
其中：a、微针；b、信号处理电路；c、电力线圈；d、保护装置；e、固定装置；1、体电极；2、体电极点；3、铟柱；4、集成电路芯片；5、外部封装体；6、连接线；7、硅基底；8、接触电极；9、多晶门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本实施例提供一种神经接口系统，包括微针和信号处理电路，所述微针与所述信号处理电路连接；所述微针用于采集神经信号，并将所述神经信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于向所述微针输出刺激信号。
具体地，所述神经接口系统还包括电力线圈，所述电力线圈与所述信号处理电路连接；所述电力线圈用于实现感应充电，还用于传输数据。
进一步地，所述神经接口系统还包括保护装置，部分所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈组装于所述保护装置内，以固定限位、隔离外部干扰。所述神经接口系统还包括固定装置，以固定所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈。所述保护装置与所述固定装置连接。
在可选的实施例中，所述固定装置可以为保护垫片。
实施例2
如图1所示，本发明实施例1公开了一种神经接口系统，包括微针a、信号处理电路b、电力线圈c、保护装置d；微针a与信号处理电路b电连接，信号处理电路b与电力线圈c电连接，微针a、信号处理电路b、电力线圈c组装于保护装置d内。其中，所述信号处理电路为ASIC芯片，包括低噪声放大、数模转换、串行器。
在本实施例中，所述神经接口系统还包括固定装置e，所述固定装置e可以为保护垫片，所述保护垫片设置有孔洞。所述微针包括外部封装体(具体详见下述描述)，所述孔洞与所述外部封装体组装成一起，以避免微针a相对孔洞发生位置偏移。
在本实施例中，所述保护装置的一端具有开口，另一端为封闭结构，所述开口处设置有螺纹，所述保护装置d与所述固定装置f螺纹连接，以将微针a、信号处理电路b、电力线圈c组装于保护装置d内。
在实际应用场景下，在手术过程中，至少植入一个微针，通过所述微针采集脑部功能区的神经信号，并将所述神经信号发送给所述信号处理电路；所述信号处理电路用于接收所述神经信号，并对所述神经信号进行分析，识别出电位信息，其中，所述电位信息包括场电位和动作电位；所述信号处理电路还用于将电位信息发送至所述电力线圈；所述电力线圈用于接收电位信息，并将电位信息无线传输至目标设备。所述电力线圈还用于接收来自于所述目标设备的刺激信号，并将刺激信号发送至微针，以对微针上的体电极点2施加刺激信号。
本实施例通过将微针系统植入大脑组织后，由多焊点微针记录脑部功能区电信号，并通过信号处理电路分析识别出场电位和动作电位，由电力线圈实现数据的无线传输。
在可选的实施例中，所述目标设备包括上位机，所述电力线圈用于将电位信息发送至所述上位机。
具体地，所述目标设备还包括转接器，所述转接器侧设置有第二电力线圈，所述电力线圈用于将电位信息转换为交流信号，并将该交流信号传输给所述第二电力线圈；所述第二电力线圈将所述交流信号还原为电位信息。
在本实施例中，转换器和神经接口系统之间的距离较近，保证二者可以通过电力线圈通信。
进一步地，所述转接器包括第一通信单元，所述上位机包括第二通信单元；所述第一通信单元用于将电位信息发送至所述第二通信单元。其中，所述第一通信单元和所述第二通信单元可以为有线通信单元，也可以为无线通信单元，所述无线通信单元为wifi模块或5G模块，在此不做具体限定。
在本实施例中，所述电力线圈还用于感应充电，实现所述神经接口系统的无线充电。
在本实施例中，所述微针包括至少一个微针组件，微针组件包括微针体(如图2所示)和集成电路芯片4；微针体与集成电路芯片4键合形成微针组件(如图3所示)；由多组微针组件封装形成基于集成电路芯片的微针结构。
具体的，所述微针体包括微针体尾部(未标示)，所述微针体尾部与所述集成电路芯片4键合形成微针组件，多组所述微针组件沿着垂直于所述微针体尾部的方向排布，以形成所述微针。
在本实施例中，所述微针体包括至少一个体电极，所述体电极上设置有至少一个体电极点所述微针体的尾部上具有至少一个第一焊点，每个所述体电极点与相应的所述第一焊点通过连接线连接。所述第一焊点上设置有导电材料，所述集成电路芯片上具有至少一个第二焊点，每个所述第二焊点上设置有导电材料，所述第一焊点和所述第二焊点电连接。相邻所述微针组件通过束缚装置组成在一起。
具体地，所述微针体和集成电路芯片4上分别植入有铟柱3，所述微针体和集成电路芯片4通过铟柱3键合形成微针组件。具体地，所述微针体尾部具有多个第一焊点，所述第一焊点和集成电路芯片4上分别设置有铟柱，所述微针体和集成电路芯片4通过铟柱键合形成微针组件。
具体的，如图6所示，所述微针体上的多个体电极点2与微针体上的铟柱3通过连接线6连接，其中，所述连接线为金属线，由金属材料制作而成，例如连接线由金制作而成。在实际应用场景下，体电极点2通过连接线6与微针体上的第一焊点连接，铟柱3设置在所述第一焊点上，从而将体电极点2与集成电路芯片4连接在一起。
在此需要说明的是，图6所示出的从每个体电极点2所引出的连接线并没有连接在一起，每个体电极点2对应与其中的一个第一焊点连接，以保证每个体电极点2所采集到的电信号均独立地传输给集成电路芯片4。
此外，体电极1上的体电极点2可以分布在同一列(如图2所示)，也可以分布在不同的列(如图6所示)，可以根据体电极1的宽度以及实际情况而定。当所述体电极点2分布在不同的列时，相邻列的体电极点2可以错位分布(如图6所示)。
在本实施例中，所述体电极点2用于采集到神经信号，并将采集到的神经信号传输给所述集成电路芯片4。所述集成电路芯片4一方面用于接收部分体电极点2所采集到的神经信号，另一方面可以向部分体电极点2发送电信号，以对脑部组织实施电刺激，以恢复脑部已丧失功能，即，将微针体与读出电路(集成电路芯片)集成，可实现信号的输入和输出功能，有效解决了现有侵入式微针只能实现单一的神经信号采集功能的问题。
进一步的，为了保证体电极采集电信号的准确性，还在基于集成电路芯片的微针结构阵列基底表面沉积一定厚度的低粘度氰基丙烯酸正丁酯(Vetbond，3M)，以填补平台的剩余缝隙和沟槽形成外部封装体。具体地，相邻所述微针组件粘接在一起，且相邻所述微针组件的COMS 4之间夹设有其中一个所述微针组件的微针体。所述微针还包括外部封装体5，所述外部封装体包裹已经粘接在一起的多组所述微针组件的COMS。其中，所述外部封装体具有合成橡胶，所述合成橡胶为氰基丙烯酸正丁酯。
具体的，如图6所示，所述集成电路芯片4为集成电路芯片硅器件，包括硅基底7，硅基底上植入有接触电极8和多晶门9。
具体的，所述硅基底为P型硅基底。
具体的，所述集成电路芯片4上植入的铟柱3通过连接线6与硅基底7电连接。
在本实施例中，将微针体和集成电路芯片通过铟柱键合形成微针组件，实现微针之间的快速绝缘并且有效提高针间的结合力，并且相较于目前的微针式神经接口器件，能够实现多电极焊点记录，进而提高空间分辨率和信号精确度，并同时能够保证输入输出功能。
实施例3
为了对本发明进行具体的说明，简要说明神经接口系统的工作方式：所述微针用于植入大脑组织，采集脑部功能区的电信号，并传输至所述信号处理电路。所述信号处理电路用于接受所述微针采集的脑部功能区的电信号，并分析识别出场电位和动作电位。所述电力线圈用于将所述信号处理电路分析识别出的场电位和动作电位无线传输至外部上位机，用于显示和分析。所述电力线圈还可以用于感应充电，实现所述神经接口系统的无线充电。
在工作时，当所述微针植入大脑组织后，通过所述体电极点记录脑部功能区电信号，并传输至所述信号处理电路，由所述信号处理电路进行信号分析识别出场电位和动作电位后，通过所述电力线圈实现数据的传输。
(1)微针包括微针体，微针体上具有至少一个体电极，无关乎是否具有集成电路芯片；
(2)微针包括微针体，微针体上具有至少三个体电极，至少两个体电极分布在一排或多排，无关乎是否具有集成电路芯片；
(3)微针包括微针组件，微针组件包括前述(1)或(2)所述的微针体和集成电路芯片，集成电路芯片与所述微针体键合形成微针组件；
(4)微针包括至少两个微针组件，至少两个微针组件组装在一起，且至少两个微针组件分布在一排或多排。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种神经接口系统，其特征在于，包括微针和信号处理电路，所述微针与所述信号处理电路连接；
所述微针用于采集神经信号，并将所述神经信号发送至所述信号处理电路；
所述信号处理电路用于向所述微针输出刺激信号。
2.如权利要求1所述的神经接口系统，其特征在于，所述神经接口系统还包括电力线圈，所述电力线圈与所述信号处理电路连接；
所述电力线圈用于实现感应充电，还用于传输数据。
3.如权利要求2所述的神经接口系统，其特征在于，所述神经接口系统还包括保护装置，部分所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈组装于所述保护装置内，以固定限位、隔离外部干扰。
4.如权利要求3所述的神经接口系统，其特征在于，所述神经接口系统还包括固定装置，以固定所述微针、所述信号处理电路和所述电力线圈。
5.如权利要求4所述的神经接口系统，其特征在于，所述保护装置与所述固定装置连接。
6.如权利要求1～5任一项所述的神经接口系统，其特征在于，所述微针包括至少一个微针组件，所述微针组件包括微针体和集成电路芯片，集成电路芯片设置于所述微针体上。
7.如权利要求6所述的神经接口系统，其特征在于，所述微针体包括至少一个体电极，所述体电极上设置有至少一个体电极点。
8.如权利要求7所述的神经接口系统，其特征在于，所述微针体的尾部上具有至少一个第一焊点，每个所述体电极点与相应的所述第一焊点通过连接线连接。
9.如权利要求8所述的神经接口系统，其特征在于，所述第一焊点上设置有导电材料，所述集成电路芯片上具有至少一个第二焊点，每个所述第二焊点上设置有导电材料，所述第一焊点和所述第二焊点电连接。
10.根据权利要求6所述的神经接口系统，其特征在于，相邻所述微针组件通过束缚装置组成在一起。
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