神經(jīng)微系統(tǒng)與機(jī)器人(編輯修改稿)
2025-01-31 15:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 不良反應(yīng)或機(jī)械損傷； ? 能 通過簡單易行的手術(shù)植入神經(jīng)束內(nèi)，體積小，易定位； ? 神經(jīng) 刺激和神經(jīng)紀(jì)錄電路必須有良好的特性； ? 電極 的物理和電學(xué)特性有高度的可重復(fù)性； ? 測點(diǎn) 的位置，形狀和間距均要精密地受到控制； ? 操作 安全，方便； ? 造價(jià) 低廉。 電極制造技術(shù)和信號(hào)記錄技術(shù)的發(fā)展 ? 基于先進(jìn)的微電子制造技術(shù)，神經(jīng)微電極陣列的進(jìn)一步發(fā)展需要繼續(xù)提高記錄點(diǎn)密度，增加記錄的范圍，以便同時(shí)檢測到更多神經(jīng)元的信號(hào)。與此同時(shí)還要減小植入部分的電極體積，從而減小對(duì)腦組織的損傷 。為了減小長期慢性植入微電極對(duì)于腦組織產(chǎn)生的傷害和影響，增強(qiáng)電極的生物相容性也是重要的研究課題。例如，在電極表面覆蓋生物活性物質(zhì)，可以抑制損傷部位的擴(kuò)大，形成一種能促使神經(jīng)細(xì)胞向電極針生長的電極 界面 … 神經(jīng)微電子系統(tǒng) ? 神經(jīng) 微電子系統(tǒng)背景簡介 ? 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 ? 采用 神經(jīng)微系統(tǒng)裝置的優(yōu)勢： ? 生物 信號(hào)檢測 ? 神經(jīng) 微電子 系統(tǒng)電路 設(shè)計(jì)的基本要求 ? 神經(jīng) 微電子系統(tǒng)的應(yīng)用 神經(jīng)微電子系統(tǒng)背景簡介 ? 神經(jīng)微電子系統(tǒng)，簡單的說就是一種可以長期埋置在生物體或人體內(nèi)的電子設(shè)備，用來測量生命體的生理，生化等參數(shù)的變化并輔助診斷或治療某些疾病 。實(shí)現(xiàn)生命體在無拘束的自然狀態(tài)下體內(nèi)參數(shù)的實(shí)時(shí)測量和控制，該系統(tǒng)可以在一定程度上代替某些已喪失功能的器官工作 。 ? 此 類系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容包括：各類植入式測量系統(tǒng)，植入式刺激器，植入式藥療控制裝置，植入式人工器官及輔助裝置等設(shè)備。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備可靠性的提高，醫(yī)學(xué)植入式微電子系統(tǒng)將成為未來數(shù)年增長最為迅速的醫(yī)療儀器設(shè)備。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? （ 1）感覺功能恢復(fù)和重建的研究，觸覺功能重建的神經(jīng)彌補(bǔ)裝置，閉環(huán)控制肌體功能重建裝置，聽覺，視覺功能重建（霍普金斯大學(xué)，哈佛大學(xué)，猶他州大學(xué)等）； ? （ 2）神經(jīng)受損后功能的恢復(fù)，膀胱泌尿反射，截癱，偏癱，四肢癱瘓的功能恢復(fù)等； ? （ 3）通過電激勵(lì)恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)功能，單通道神經(jīng)功能電刺激裝置，可植入式模數(shù)混合神經(jīng)激勵(lì)電路，基于周圍神經(jīng)信號(hào)記錄的精密控制功能重建（加拿大 ）； ? （ 4）用于功能和治療的電激勵(lì)仿生神經(jīng)元 采用神經(jīng)微系統(tǒng)裝置的優(yōu)勢 ? （ 1）可保證生物體在處于自然的生理功能狀態(tài)條件下對(duì)各種生理，生化參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時(shí)測量與控制； ? （ 2）采用植入式測量裝置后，體內(nèi)的各種信息不需經(jīng)皮膚測量，可大大減少各種干擾因素，因此可得到更加精確的數(shù)據(jù)； ? （ 3）便于對(duì)器官和組織的直接調(diào)控，能獲得理想的刺激和控制響應(yīng)，有利于損傷功能的恢復(fù)和病情的控制； ? （ 4）可以用來治療某些疾病，比如癲癇，四肢癱瘓等； ? （ 5）用來代替某些器官的功能 生物信號(hào)檢測 ? 生物信號(hào)可分為直接信號(hào)與間接信號(hào)。 ? 直接信號(hào)又稱主動(dòng)信號(hào)，它是由生命體自身產(chǎn)生的。如心電圖（ electrocardiogram， ECG）是心臟活動(dòng)過程中心臟的肌肉和神經(jīng)電活動(dòng)的綜合；腦電圖（ electroencephalogram， EEG）是來自大腦神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)的綜合；神經(jīng)電圖（ electroneurogram，ENG）是記錄神經(jīng)電信號(hào)的活動(dòng)； ? 間接信號(hào)又稱被動(dòng)信號(hào)，信號(hào)源不是由生命體自身產(chǎn)生而是外加的。例如在超聲診斷儀器中為檢查臟器的形態(tài)而發(fā)射的超聲脈沖，在核醫(yī)學(xué)儀器中，為了檢查肌體的功能而施加的放射性核素等。 神經(jīng)微電子系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的基本要求 ? （ 1）低噪聲 ? （ 2）高穩(wěn)定性 ? （ 3）高增益，可調(diào)節(jié) ? （ 4）精確性 ? （ 5）高輸入阻抗，高共模抑制比 ? （ 6）低漂移 ? （ 7）合適的帶寬 ? （ 8）高安全性 神經(jīng)電信號(hào)的特征和提取 ? 單個(gè)脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間為數(shù)毫秒，將神經(jīng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可被測量到的電壓信號(hào)則是通過電極來實(shí)現(xiàn)的，即通過電極采用一定的導(dǎo)聯(lián)方式，將信號(hào)提取出來經(jīng)放大濾波等處理，然后去除掉原始信號(hào)中的干擾，再進(jìn)行信號(hào)特征識(shí)別。 神經(jīng)信號(hào)放大 ? 鑒于神經(jīng)信號(hào)的特點(diǎn)，必須要設(shè)計(jì)一款針對(duì)性強(qiáng)，性能優(yōu)越，穩(wěn)定可靠的神經(jīng)信號(hào)采集電路，符合此種要求的電路必須要具備以下性能：首先要具有很高的共模抑制比，抑制工頻干擾以及其它測量參數(shù)外的生理信號(hào)干擾。其次需要高輸入阻抗，高輸入阻抗可以有效地減小信號(hào)源高內(nèi)阻的影響， 神經(jīng)電信號(hào)的處理 ? 盡管神經(jīng)信號(hào)本質(zhì)上是具有非平穩(wěn)特征的生理信號(hào)，但當(dāng)反映生理變化的信號(hào)通過電極檢測采集并通過電信號(hào)表達(dá)之后 , 進(jìn)一步的處理問題就屬于電信號(hào)的處理問題了。這一方面我們有成熟的方法，技術(shù)和電路。為了簡化電路和減小功耗，可以優(yōu)先考慮采用信號(hào)放大加濾波的傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理方法。 芯片電源 ? 電磁感應(yīng)原理所設(shè)計(jì)的芯片電源具有如下優(yōu)點(diǎn)： ? （ 1）芯片完全植入體內(nèi) ,不會(huì)產(chǎn)生透出皮膚的引線彎曲、折斷、拉出、亦或是產(chǎn)生感染等種種問題； ? （ 2）電磁感應(yīng)與電子系統(tǒng)完全兼容，電磁感應(yīng)不僅可以傳遞能量，同時(shí)可以傳遞信息； ? （ 3）不會(huì)引起美觀問題。
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