[實用新型]基于神經信號再生的生物感覺傳遞及控制系統裝置

有效

• 申請號: 201020135844.4
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN201631175U
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 王志功;呂曉迎;黃宗浩;李文淵;沈曉燕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/04;A61N1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

技術領域

本實用新型涉及神經信號的探測、遠距離傳輸及其控制運用，尤其是一種利用探測、放大、遠距離傳輸感覺神經信號和運動神經信號，從而實現生物體之間感覺傳遞的基于神經信號再生的生物感覺傳遞及控制方法，屬于醫學、神經信息學，通信科學、電路科學、微機械加工等技術領域。

背景技術

兩個遠隔千里的高等動物之間能否實現互感互動是一個有趣的話題。從科學理論上來講，如果兩個動物之間沒有任何物理上(聲、光、電、機械等)的聯系，要達到互感互動是不可能的。迄今為止，人類已經通過有線和無線電話、電視、互聯網等多種技術實現遠隔千里萬里的信息交流，實現了“順風耳”和“千里眼”的古代神話描述。然而，有一種設想目前還沒有實現，那就是“身臨其境”，感受痛、溫、觸、壓等皮膚感覺。

多年以來，已有人在為癱瘓病人康復設計控制肢體運動的功能電刺激裝置。由于人們現在還不知道人體的哪怕是一種最簡單的運動所對應的神經編碼是什么，所以用構思的電脈沖編碼作控制信號產生的肢體運動與正常人肢體運動的自由度與和諧度相去甚遠。并且目前大多數的研究還僅僅局限在利用神經信號控制假肢，利用神經信號直接控制生物體肌肉的運動的研究報道甚少。

在ZL200510135541.6的發明專利中，提出了“微電子系統輔助神經信道功能恢復方法及其裝置”，用于受損脊髓神經的信道橋接、信號再生和功能重建。這一專利技術要處理的是動作和感覺的神經電位脈沖序列(編碼)。然而，該發明專利的特征是：1)應用目標是同體受損的脊髓神經，2)采用近距離有線的生物神經-電子接口。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于神經信號再生的生物感覺傳遞及控制方法，利用自一個生物體神經元和神經纖維束中探測到的神經信號，通過一種或多種特別是無線通信技術的組合，對其他生物體相關部位進行電激勵，通過感覺神經信號與運動神經信號的傳輸與重建，從而實現不同生物體之間，感覺的遠距離傳遞與運動的遠距離控制。

實現上述實用新型目的采用的技術方案是：基于神經信號再生的生物感覺傳遞及控制系統裝置，其特征在于：將近端神經電極從近端生物體的不同神經上探測的感覺神經信號和運動神經信號經過包括放大、濾波、A/D轉換在內的近端信號處理電路后輸入計算機，然后通過通信傳輸至遠端，經過包括單片機、D/A轉換、激勵電路在內的遠端信號處理電路轉換成電流信號并通過遠端神經電極施加于至少另一生物體的對應相同神經上，分別重建出近端生物體上的感覺神經信號和運動神經信號，使遠端生物體獲得相同的感覺，或者在重建運動神經信號的作用下，控制遠端生物體肌肉產生相應的動作，實現不同生物體之間感覺的傳遞與不同生物體之間運動的控制。

所說近端神經電極含探測電極和參考電極，共同構成近端信號處理電路的差分輸入端，近端信號處理電路設有至少一路通道，設有一個正向輸入端與一個負向輸入端，不同的探測電極從不同的神經上探測神經電信號，送入不同通道的正向輸入端；各通道的負向輸入端與共用參考電極相連；近端信號處理電路設有依次連接的緩沖隔離器、低通RC濾波網絡、儀器放大器、高通濾波網絡、初級放大電路、級間耦合電路、二次放大電路、多路復用器、A/D轉換電路與接口電路，接口電路輸出至包括有線、無線或有線與無線混合的通信傳輸系統。上述電路中，隔離緩沖器的作用是為電路提供高的輸入阻抗，為電路與神經之間提供良好的隔離。由于神經信號為低頻信號，因此首先利用低通RC濾波網絡濾除高頻干擾信號，以減少干擾。儀器放大器是微弱信號探測中的常用放大器，它能夠為電路提供高的共模抑制比，由于近端信號處理電路采用差分探測方式，很多種干擾可以被具有高共模抑制比的儀器放大器所抑制。由于神經電極與神經接觸會發生類似原電池反應，因此存在一個極化電壓，該電壓為一個直流量，因此需要高通濾波網絡對可能產生的極化電壓進行抑制。初級放大電路、二次放大電路的作用是對信號進行放大，由于神經信號是微弱的電信號，因此需要高增益的放大器進行放大，考慮到一級放大器所能提供的增益有限，故采用兩級放大。級間耦合電路是一個高通放大器，將初級放大電路、二次放大電路的直流工作點分離。采用多路復用器是減少系統規模的途徑，多路通道通過多路復用器分時復用A/D轉換器，這樣減少了A/D轉換器的數量，降低了系統的功耗與成本。由于轉換為數字信號的神經電信號需要送入通信系統，不同的通信系統與其它外設之間滿足特定的通信協議，需要將信號轉化為符合特定通信協議的信號，故需要接口電路。