本文關(guān)鍵詞： 植入式腦機(jī)接口 遙控遙測 神經(jīng)電刺激 神經(jīng)電信號檢測 MEMS神經(jīng)電極陣列 無線供能　出處：《浙江大學(xué)》2012年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：腦機(jī)接口(brain-computer interface, BCI)技術(shù)在生物體的神經(jīng)系統(tǒng)及其周圍環(huán)境之間建立了一種嶄新的通訊模式和交互界面,它的研究在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床康復(fù)和神經(jīng)修復(fù)等眾多領(lǐng)域具有重大的研究價值和廣泛的應(yīng)用價值。植入式腦機(jī)接口技術(shù)是指將電極置于顱內(nèi),直接從大腦皮層提取皮層腦電的研究方法。這種方法具有空間分辨率高、位置穩(wěn)定性好、特異性強(qiáng)、信噪比高和后處理簡單等優(yōu)點(diǎn),但該技術(shù)困難大、有創(chuàng)傷。植入式無線遙控遙測技術(shù)是植入式腦機(jī)接口技術(shù)中的關(guān)鍵核心技術(shù),它也是未來腦機(jī)接口技術(shù)十分重要的發(fā)展方向之一。以“動物機(jī)器人”的發(fā)展為例,隨著近年來生物材料、微機(jī)電系統(tǒng)(micro electromechanical systems, MEMS)加工、集成電路以及微系統(tǒng)封裝設(shè)計(jì)等技術(shù)的發(fā)展,植入式腦機(jī)接口技術(shù)正由早期遙控背包式技術(shù)向著全植入式無線遙控遙測技術(shù)發(fā)展�；谏鲜鲅芯勘尘�,本文圍繞著腦機(jī)接口中植入式無線遙控遙測的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。主要研究內(nèi)容如下： 首先,結(jié)合“動物機(jī)器人”相關(guān)課題研究,研制了基于嵌入式PDA手持機(jī)的便攜式植入式無線遙控遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)包括植入式微電極及其前置放大器(headstage)、無線遙控遙測背包、PDA手持機(jī)以及PC控制系統(tǒng)。構(gòu)建了BCI動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺并設(shè)計(jì)了多種BCI動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn),在上述平臺上完成了上述遙控遙測系統(tǒng)的功能測試以及相應(yīng)的動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)測試。其次,在上述無線背包系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了全植入式無線遙控遙測微系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究,完成了硅基MEMS神經(jīng)電極陣列、射頻無線供能CMOS芯片、單/多通道低噪聲神經(jīng)電信號放大器和低功耗A/D轉(zhuǎn)換器等核心部件的設(shè)計(jì)制作。這些研究成果為下一步全植入式無線遙控遙測微系統(tǒng)的完整實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。 本文的研究進(jìn)展和創(chuàng)新點(diǎn)整理如下： 1.設(shè)計(jì)研制了一種用于BCI研究的背包式植入式無線遙控遙測系統(tǒng),其神經(jīng)電信號采集與神經(jīng)電刺激一體化、無線雙向通訊、低功耗、重量輕和便攜式的特點(diǎn)。為自由活動狀態(tài)下的BCI動物實(shí)驗(yàn)研究和相關(guān)神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供了一種新的實(shí)驗(yàn)手段和方法。 2.搭建了BCI“動物機(jī)器人”動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺,開展了大鼠壓桿、八臂迷宮、3D復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)航等實(shí)驗(yàn)研究。在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了3D復(fù)雜環(huán)境下的大鼠導(dǎo)航實(shí)驗(yàn),為“動物機(jī)器人”的進(jìn)一步精細(xì)化深入研究奠定了基礎(chǔ)。 3.針對植入式BCI技術(shù),提出了一種基于MEMS神經(jīng)微電極陣列、CMOS集成電路和壓縮傳感(compressed sensing, CS)技術(shù)的全植入式無線遙控遙測微系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案。完成了硅基MEMS神經(jīng)電極陣列、低噪聲神經(jīng)電信號放大器、無線供能等模塊的原理及版圖設(shè)計(jì)。部分模塊已進(jìn)行流片和性能測試。相關(guān)結(jié)果對全植入式BCI技術(shù)的繼續(xù)深入開展具有一定的指導(dǎo)意義。 4.設(shè)計(jì)研制了一種新型的CMOS無線供能電源管理集成電路芯片,具有超低功耗待機(jī)(待機(jī)電流5pA)、無線供能及充電、無線喚醒/關(guān)閉的特點(diǎn)。該芯片在植入式裝置的無線供能及電源管理方面有廣泛的應(yīng)用價值,屬國內(nèi)首創(chuàng)。
[Abstract]:鑴戞満鎺ュ彛(brain-computer interface, BCI)鎶，

本文編號：1511156