[發(fā)明專利]無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010599504.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111714119B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮雪;張曉佳;馬寅佶
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: A61B5/369
• 分類號: A61B5/369;A61B5/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

本發(fā)明提供一種無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口，所述無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口包括：多個EEG電極(1)；多個fNIRS探頭(2)，所述fNIRS探頭(2)與所述EEG電極(1)成對配置；以及多根柔性導(dǎo)線(3)，各所述柔性導(dǎo)線(3)的一端與所述EEG電極(1)或所述fNIRS探頭(2)連接，而另一端在被匯集到一起之后經(jīng)由柔性引線接口與外部裝置連接，其中所述EEG電極(1)包括微納結(jié)構(gòu)層(6)，并且所述EEG電極(1)和所述fNIRS探頭(2)均包括在使用時將與頭皮表面接觸的仿生材料層(4)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口。

背景技術(shù)

作為腦科學(xué)中極具應(yīng)用價值的腦機接口，一直以來備受關(guān)注。腦機接口技術(shù)是一門涉及腦科學(xué)、心理認知科學(xué)、計算機科學(xué)和信號處理、模式識別等多學(xué)科的交叉技術(shù)。通過這項技術(shù)，人腦可以直接控制外部裝置(例如，計算機或其他電子設(shè)備)，而不需要通過語言或肢體動作。此外，腦機接口技術(shù)可以實現(xiàn)對人腦狀態(tài)的全面化、精準化檢測，并有助于提升人們的認知水平；并且可以實現(xiàn)對外部裝置的高效化、精準化信息控制，從而在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域具有重大價值。

在傳統(tǒng)無創(chuàng)腦機接口中，主要分為腦電圖(EEG)、腦磁圖(MEG)、功能核磁共振成像(fMRI)和功能近紅外光譜技術(shù)(fNIRS)這四類。其中，EEG具有設(shè)備相對便宜，測量簡單安全，時間分辨率高等特性；而fNIRS具有抗運動干擾、測試環(huán)境要求低、空間分辨率高等優(yōu)勢。為了彌補單一模態(tài)腦機接口的不足并探究多模態(tài)大腦活動信息以顯著提升腦機接口的分類準確率、系統(tǒng)速度以及信息傳輸率，已經(jīng)開展了基于EEG和fNIRS的雙模態(tài)腦機接口的研究。

目前，現(xiàn)有的EEG和fNIRS雙模態(tài)腦機接口設(shè)備存在以下問題：首先，設(shè)備體積臃腫、便攜性和可移動性差，并且測試精度不高、集成度低。與高速集成的摩爾定律相比，其集成度還相差甚遠。其次，EEG電極的尺寸和阻抗值無法兼顧，使得EEG腦電信號的空間分辨率低。此外，EEG電極和fNIRS探頭與頭皮表面貼附不緊密，其賦形能力較差，因而極易產(chǎn)生低信噪比的信號，使得測量不精確；并且EEG電極和fNIRS探頭的制備材料的生物相容性差，楊氏模量不匹配，很難讓被測長時間佩戴。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有EEG和fNIRS雙模態(tài)腦機接口設(shè)備的諸多不足，本發(fā)明基于EEG和fNIRS采集大腦活動信號的基本原理，提供了一種無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口技術(shù)。

其目的在于，降低EEG電極的阻抗值、實現(xiàn)同時采集EEG和fNIRS雙模態(tài)大腦信號并實現(xiàn)實時監(jiān)測大腦多模態(tài)信息的功能，使得腦機接口設(shè)備真正實現(xiàn)可穿戴化和可賦形化。

本發(fā)明提供一種無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口，所述無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口包括：多個EEG電極；多個fNIRS探頭，所述fNIRS探頭與所述EEG電極成對配置；以及多根柔性導(dǎo)線，各所述柔性導(dǎo)線的一端與所述EEG電極或所述fNIRS探頭連接，而另一端在被匯集到一起之后經(jīng)由柔性引線接口與外部裝置連接，其中所述EEG電極包括微納結(jié)構(gòu)層，并且所述EEG電極和所述fNIRS探頭均包括在使用時將與頭皮表面接觸的仿生材料層。

優(yōu)選地，所述EEG電極和所述fNIRS探頭的用于與頭皮表面接觸的面積均為4mm²至40mm²，數(shù)量均為64個至256個。

優(yōu)選地，所述EEG電極從在使用時將與頭皮表面接觸的那側(cè)開始依次包括所述仿生材料層、水凝膠電解液層、所述微納結(jié)構(gòu)層、金屬/金屬化合物電極以及柔性封裝材料。

優(yōu)選地，所述fNIRS探頭從在使用時將與頭皮表面接觸的那側(cè)開始依次包括：所述仿生材料層、柔性基底材料、導(dǎo)電金屬、光源以及柔性封裝材料。

優(yōu)選地，所述無創(chuàng)可賦形雙模態(tài)腦機接口還包括布置有柔性導(dǎo)線的柔性基底材料，以及在使用時位于布置有柔性導(dǎo)線的柔性基底材料與頭皮表面之間的仿生材料層。