CN116035588A - 一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪 - Google Patents

一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪，神经接口包括光源、光纤和光极阵列模块；光纤与光源和光极阵列模块连接，用于将光源发出的光学信号传输至光极阵列模块；光极阵列模块用于采集器官的生理电信号变化引起的光学信号变化信息；心脏监测仪包括神经接口和数据处理模块；神经接口植入心脏，用于采集心脏的生理电信号变化引起的光学信号变化信息；数据处理模块与神经接口连接，用于接收光学信号变化信息，并将其转换为心电图。本发明采用光极阵列采集心脏多个点位的生理电信号，可解决现有技术电极阵列电阻过大导致生理电信号强度减小的问题，故本发明可以获得更全面的心脏生理活动信息，便于精确地监测分析心脏的生理病变。

Description

一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，特别涉及一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪。
背景技术
心脏血管类疾病一直是人们主要的致病因子之一，而其中心脏猝死的发病率近年来呈不断上升的态势。实时监控心脏的各项生理指标能挽救很多生命和减轻中风的病情。
人们通常是在医院中使用心电图进行心电信号检测，需要在人体粘贴多个测量电极，测量步骤繁杂，且无法随时对心脏状态进行监测。为解决上述问题，目前研制出了一种心脏检测仪，通过将含有多个电极的电极阵列植入心脏，接收心脏的生理电信号并将其传入数据处理装置，通过数据处理装置生成心电图来实时监测心脏的电活动。
然而，若要监测多个点位心电信息，往往需要增加心脏监测仪中电极的密度，在电极密集化的同时，电极尺寸也必然缩小，这将导致电极的电阻急剧增加，使数据处理装置接收的信号强度减小。故目前的心脏监测仪只能测量少量几个点位的心电信息，从而导致对心脏状态的分析不够全面。
发明内容
为解决现有技术中，心脏监测仪只能测量少量几个点位心电信息的问题，本发明公开了一种神经接口及基于神经接口的心脏监测仪。
本发明公开了一种神经接口，包括光源、光纤和光极阵列模块；
所述光纤与所述光源和所述光极阵列模块连接，用于将光源发出的光学信号传输至所述光极阵列模块；
所述光极阵列模块用于采集器官的生理电信号变化引起的光学信号变化信息。
可选地，所述光极阵列模块包括4通道电光转化阵列和1通道光电转化阵列；
所述光电转化阵列用于将所述光源发出的光学信号转换为电信号，刺激所述器官，使其生理电信号发生改变；
所述电光转化阵列用于采集所述器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
所述光极阵列模块中含有的光极数目为16个。
可选地，所述光极阵列模块包括16通道电光转化阵列和2通道光电转化阵列；
所述光电转化阵列用于将两个所述光源发出的光学信号转换为电信号，刺激所述器官，使其生理电信号发生改变；
所述电光转化阵列用于采集所述器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
所述光极阵列模块中含有的光极数目为196个。
优选地，所述光极阵列模块的光极包括环状波导和与环状波导相连的线形波导。
本发明还公开了一种心脏监测仪，包括神经接口和数据处理模块；
所述神经接口植入心脏，用于采集心脏的生理电信号变化引起的光学信号变化信息；
所述数据处理模块与所述神经接口连接，用于接收所述光学信号变化信息，并将其转换为心电图。
所述生理电信号包括血液的氧饱和度、血流量、血压、心率和心输出量中的一种或多种。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用光极阵列采集心脏多个点位的生理电信号，可解决现有技术电极阵列电阻过大导致生理电信号强度减小的问题，故本发明可以获得更全面的心脏生理活动，便于精确地监测分析心脏病变，从而使患者能得到及时治疗；
(2)本发明通过光纤联通神经接口与外界的数据处理装置，相较于电极阵列，可大幅度减少接线数量和线束体积，从而减少线路之间的相互影响并且保证相同的生理电信号采集精度和数据通量，降低制作成本，提高生理电信号采集效率；
(3)本发明神经接口的数据通路为光路，不存在电路短路的问题，因此在植入器官的过程中不必特别设计绝缘层，从而使得本发明植入器官和布置通信线路的过程更加容易。
附图说明
图1是本发明实施例中光极阵列模块的结构示意图；
图2是本发明实施例中环形波导和线形波导的模型图；
图3是是本发明实施例中环形波导和线形波导的实物图；
图4是本发明另一个实施例中光极阵列模块的结构示意图。
图中，1为线形波导；2为环状波导；3为光纤；4为光极阵列；5为光极；6为光极上的电路连接情况。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明公开了一种神经接口，包括光源、光纤3和光极阵列模块；
光纤3与光源和光极阵列模块连接，用于将光源发出的光学信号传输至光极阵列模块；
光极阵列模块用于采集器官的生理电信号变化引起的光学信号变化信息。
本发明的神经接口将神经系统与机器连接起来，对人类神经系统活动进行“写”、“读”。“写”指的是利用光电效应将对神经产生刺激，使得神经中的生理电信号发生改变，“读”即利用电光效应将发生改变的生理电信号转化为光信号取出，在其他实施例中，神经接口通常与外界数据处理装置连接，数据处理装置接收神经接口采集的光信号，分析相关数据，可以监测被植入神经接口的神经生理活动信息。
在本发明实施例中，神经接口将神经系统与机器直接互联，可以植入人体的各个器官，如：脑机接口、心电记录仪、心脏起搏器、运动记录仪、假体及义肢等。
本发明通过光纤3联通神经接口与外界的数据处理装置，相较于电极阵列，可大幅度减少接线数量和线束体积，从而减少线路之间的相互影响并且保证相同的生理电信号采集精度和数据通量，降低制作成本，提高生理电信号采集效率。
在一个实施例中，如图1、图2和图3所示，光极阵列模块的光极包括环状波导2和与环状波导2相连的线形波导1。
在另一个实施例中，如图4所示，光极阵列模块的光极5由六边形的波导组成，光极阵列为紧密排列六边形波导，每一个光极5上都有二极管组成的电路单元。
本发明选用压电材料(如压电陶瓷)，或者具有较强线性电光效应的材料(如氮化硅)来进行波导设计与波分复用元件的设计，并且评估压电材料和强线性电光材料的效果，选取有较高灵敏度、能够识别微弱的电生理信号(约10到100微伏)的电光转化机制制作单通道和多通道的目标器件。
在一个实施例中，光极阵列模块包括4通道电光转化阵列和1通道光电转化阵列；
光电转化阵列用于将光源发出的光学信号转换为电信号，刺激器官，使其生理电信号发生改变；
电光转化阵列用于采集器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
光极阵列模块中含有的光极数目为16个。
传统的电极阵列在布线过程中，由于电极和导线过密导致互容互感增大，在相邻通道间形成串扰。而本发明的光极阵列4由于没有互容互感现象，故所有信道间的串扰不超过-60dB。且本发明神经接口的数据通路为光路，不存在电路短路的问题，因此在植入器官的过程中不必特别设计绝缘层，从而使得本发明植入器官和布置通信线路的过程更加容易。
在另一个实施例中，光极阵列模块包括16通道电光转化阵列和2通道光电转化阵列；
光电转化阵列用于将两个光源发出的光学信号转换为电信号，刺激器官，使其生理电信号发生改变；
电光转化阵列用于采集器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
光极阵列模块中含有的光极数目为196个。
本发明中，光极阵列模块可以为正方形排列，也可以为长方形或其他形状排列。相应的，关于光极的数目也可根据排列形状做调整，本发明中以“4乘4”和16乘16”为例，也可以根据实际需要来设置，本发明对此不做限制。
传统方法由于电极阵列通道之间的串扰大，当计算能力和通道密度增加时，整体功耗增加，热量容易堆积时，容易损害神经组织；而本发明由于光极之间没有电阻，故本发明可以根据测量需求增加光极阵列的密度，即增加光极数量，提高神经接口的时空分辨率，并降低数据采集和处理的难度。
本发明还公开了一种心脏监测仪，包括神经接口和数据处理模块；
神经接口植入心脏，用于采集心脏的生理电信号变化引起的光学信号变化信息；
数据处理模块与神经接口连接，用于接收光学信号变化信息，并将其转换为心电图。
生理电信号包括血液的氧饱和度、血流量、血压、心率和心输出量中的一种或多种。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用光极阵列采集心脏多个点位的生理电信号，可解决现有技术电极阵列电阻过大导致生理电信号强度减小的问题，故本发明可以获得更全面的心脏生理活动，便于精确地监测分析心脏病变，从而使患者能得到及时治疗；
(2)本发明通过光纤联通神经接口与外界的数据处理装置，相较于电极阵列，可大幅度减少接线数量和线束体积，从而减少线路之间的相互影响并且保证相同的生理电信号采集精度和数据通量，降低制作成本，提高生理电信号采集效率；
(3)本发明神经接口的数据通路为光路，不存在电路短路的问题，因此在植入器官的过程中不必特别设计绝缘层，从而使得本发明植入器官和布置通信线路的过程更加容易。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种神经接口，其特征在于，包括光源、光纤和光极阵列模块；
所述光纤与所述光源和所述光极阵列模块连接，用于将光源发出的光学信号传输至所述光极阵列模块；
所述光极阵列模块用于采集器官的生理电信号变化引起的光学信号变化信息。
2.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述光极阵列模块包括4通道电光转化阵列和1通道光电转化阵列；
所述光电转化阵列用于将所述光源发出的光学信号转换为电信号，刺激所述器官，使其生理电信号发生改变；
所述电光转化阵列用于采集所述器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
3.根据权利要求2所述的神经接口，其特征在于，所述光极阵列模块中含有的光极数目为16个。
4.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述光极阵列模块包括16通道电光转化阵列和2通道光电转化阵列；
所述光电转化阵列用于将两个所述光源发出的光学信号转换为电信号，刺激所述器官，使其生理电信号发生改变；
所述电光转化阵列用于采集所述器官的生理电信号的变化，并将其转换为光学信号变化信息。
5.根据权利要求4所述的神经接口，其特征在于，所述光极阵列模块中含有的光极数目为196个。
6.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述光极阵列模块的光极包括环状波导和与环状波导相连的线形波导。
7.一种心脏监测仪，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的神经接口和数据处理模块；
所述神经接口植入心脏，用于采集心脏的生理电信号变化引起的光学信号变化信息；
所述数据处理模块与所述神经接口连接，用于接收所述光学信号变化信息，并将其转换为心电图。
8.根据权利要求7所述的心脏监测仪，其特征在于，所述生理电信号包括血液的氧饱和度、血流量、血压、心率和心输出量中的一种或多种。
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