[發(fā)明專利]一種無線供電的植入式神經(jīng)信號記錄與刺激系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111431884.2
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN113995424A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程瑜華;鄧威;王明浩;胡月;王晶
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)溫州研究院有限公司;杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/388
• 分類號: A61B5/388;A61B5/294;A61B5/00;A61N1/36;H04Q9/00;H02J50/12
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明涉及一種無線供電的植入式神經(jīng)信號記錄與刺激系統(tǒng)。本發(fā)明無線供電系統(tǒng)為其他系統(tǒng)供電，神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)通過微電極對神經(jīng)進(jìn)行記錄或刺激；無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)通過SPI總線與神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，通過手機(jī)藍(lán)牙APP與數(shù)據(jù)接收與文件處理系統(tǒng)通訊；數(shù)據(jù)接收與文件處理系統(tǒng)對文件進(jìn)行Matlab可繪制處理。本發(fā)明采用無線供電、集成神經(jīng)信號采集與刺激功能，體積小，減小生物體因?yàn)楫愇锏呐女惙磻?yīng)，便于動物體在實(shí)驗(yàn)中能夠自由移動，電壓刺激精準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)在動物體體內(nèi)的長期植入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線供電的植入式神經(jīng)信號記錄與刺激系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著生物醫(yī)學(xué)電子的發(fā)展，以及神經(jīng)科學(xué)研究的快速發(fā)展，經(jīng)常需要一些動物開展一些神經(jīng)研究，需要通過設(shè)備與神經(jīng)元相連，以記錄神經(jīng)信號以及刺激神經(jīng)然后觀察動物的生理活動。研究神經(jīng)的電信號并確定其潛在的機(jī)理模式，可能在治療癲癇、帕金森綜合征和阿爾茨海默病等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)有的神經(jīng)記錄與刺激的設(shè)備，往往不是同一臺，記錄一臺刺激一臺，而且都是通過有線連接的方式將采集到的神經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)襟w外，以及把指令發(fā)送到體內(nèi)，而且是有線供電或者電池供電的方式，這將給動物體帶來較大的感染風(fēng)險，而且不利于動物的活動，采集的數(shù)據(jù)可能參考意義不大，并且，對于可植入的神經(jīng)記錄與刺激而言，對尺寸有著嚴(yán)格的要求，尺寸過大將不利于植入生物體內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無線供電的植入式神經(jīng)信號記錄與刺激的系統(tǒng)。

本發(fā)明包括無線供電系統(tǒng)、神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收與文件處理系統(tǒng)。無線供電系統(tǒng)為其他系統(tǒng)供電，神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)通過微電極對神經(jīng)進(jìn)行記錄或刺激；無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)通過SPI總線與神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)；通過手機(jī)藍(lán)牙APP向無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)發(fā)送指令，無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)通過SPI總線控制神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)產(chǎn)生對應(yīng)幅度的電刺激，并對神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)將收集到的模數(shù)轉(zhuǎn)換電壓值通過SPI總線發(fā)送給無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)將模數(shù)轉(zhuǎn)換電壓值通過藍(lán)牙發(fā)送到手機(jī)藍(lán)牙APP，手機(jī)藍(lán)牙APP將數(shù)據(jù)導(dǎo)出成文件交給數(shù)據(jù)接收與文件處理系統(tǒng)處理；數(shù)據(jù)接收與文件處理系統(tǒng)對文件處理產(chǎn)生Matlab能處理的文件，再通過Matlab計(jì)算真實(shí)電壓值并進(jìn)行圖像繪制。

所述的無線供電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)為SP型結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射端電路、接收端電路、整流橋、LDO穩(wěn)壓器、電荷泵。

所述的神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)包括Intan公司生產(chǎn)的RHS2116芯片，有多個神經(jīng)記錄與刺激的通道，上述通道與神經(jīng)微電極相連；

無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)的藍(lán)牙芯片通過SPI配置神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)RHS2116芯片的寄存器，進(jìn)而控制神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)，通過SPI對神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)置無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)的最大采樣頻率，設(shè)置交流耦合高增益放大器的上限與下限截止頻率，給芯片內(nèi)部的所有交流耦合高增益放大器通電，設(shè)置每個通道的刺激步長；

通過手機(jī)藍(lán)牙APP發(fā)送刺激指令給無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)再將刺激指令通過SPI發(fā)送給神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)，設(shè)置神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)的刺激功能是否打開，同時設(shè)置刺激的步長，神經(jīng)記錄與刺激系統(tǒng)由8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電刺激，8位的微調(diào)位來微調(diào)刺激電壓，控制正刺激或負(fù)刺激。

所述的無線數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)包括TI公司生產(chǎn)的CC2640R2F藍(lán)牙芯片。

本發(fā)明采用無線供電的方式，不存在電池供電，有效的減少了整個系統(tǒng)的所占的空間，更有利于植入，解決了可能因?yàn)殡姵貙?dǎo)致動物發(fā)生意外的風(fēng)險。

將神經(jīng)信號采集與刺激集成于一個系統(tǒng)，解決了由于刺激與記錄不是一個系統(tǒng)導(dǎo)致需要植入兩個系統(tǒng)從而占據(jù)較大空間，減小生物體因?yàn)楫愇锏呐女惙磻?yīng)，更有利于動物活動。