[发明专利]基于超大规模集成电路的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统

说明书

技术领域

本发明属于人体智能假肢康复工程技术领域，具体涉及一种基于VLSI的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统。 

背景技术

人工假肢也称义肢，它是目前为断肢、残肢患者服务的一项主要的康复工程。植入式智能假肢的控制离不开无线供能技术和通信技术。本发明旨在为医疗植入装置研制无线能源供应VLSI(超大规模集成电路)芯片，设计神经弱电信号的无线采集系统。由于受到布线、组网、环境、感染等多方面的限制，传统的EMG采集技术已经逐渐显出局限性。随着神经修复植入技术的发展，通信和无线供能技术则为神经修复研究提供重要的工程质量保证，最终使研究者比较方便、自由地记录和刺激志愿者的外周运动神经，摆脱布线的限制；可以有效抑制感染；并在保证检测信号稳定的情况下，保证信号的可靠性，并且降低了系统的功耗。所有的这些优势，确保研究者能采集到自然、最大程度真实的EMG信号，而这才有可能使研究者最终实现尽可能高水平的假肢训练质量。 

目前，国际上许多生物医学工程研究人员致力于开发肢残患者手臂运动神经的康复工程研究，尝试将电子修复装置应用在手臂修复系统中，通过修复肢残人士的手臂运动神经功能，部分程度地恢复患者的手臂功能。国际上的假手研究已经取得了很显著的成果，如Utah/MIT假手、Shadow灵巧手、Cyberhand都离市场应用很近。 

上海交通大学申请的申请号为200710045624.5、发明名称为“电磁软跟踪无线供能装置”的专利申请，是一种机电技术领域的电磁软跟踪无线功能装置，电压源与体外无线数据收发器、体外微处理器、D/A转换器相连，电压源输出端分别与Y向发射线 圈、X向发射线圈、Z向发射线圈相连，姿态传感器与A/D转换器相连，纽扣电池通过常闭模拟开与体内无线数据收发器、体内微处理器、A/D转换器相连，接收线圈的输出并联整流稳压电路，然后与体内无线数据收发器、体内微处理器、A/D转换器相连。能确保发射线圈磁力线最多的穿过接收线圈，使其改善电磁耦合系数，提高能量传输效率，能够对人体深处的器件，尤其是位置随机的运动器件进行持续的能量供应。上海交通大学申请的申请号为200810036568.3、发明名称为“用于生物植入体的可控高效能无线供能装置”的专利申请，采用单片机控制模块产生PWM波控制电压转换及放大模块的输出频率及效率，是一种体积小、实现简单、频率可调，且无线交流电能传递效率高，在医学植入装置的供能问题上实现了无线传输。本发明的优势为，一套生物植入装置既能实现无线供能，同时还能进行信号的无线传输；采用超大规模集成电路VLSI工艺制造电路芯片，为植入电子装置提供可能性；无线采集为在体采集老鼠的神经束动作电位提供技术可行性。 

发明内容

本发明针对现有的假肢实验研究阶段中的神经束植入电极在体记录实验中需要使用电源导线连接采集电路和需要数据导线连接采集电路到计算机系统会使在体数据采集受到布线的限制、导致感染、不能记录动物活动状态准确数据等问题，提出了一种基于VLSI的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统。所述系统基于射频的无线能源传输技术，包括针对神经束植入电极的神经束复合电位采集电路、编码电路、2ASK调制电路和2ASK解调电路，无线能量发射电路、采用超大规模集成电路VLSI工艺的无线能量传输接收电路，一对耦合线圈构成的耦合回路。 

本发明的技术方案：一种基于VLSI的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统，包括体内植入电路装置、体外电路装置，所述的体内植入电路装置的一端与植入体内的 神经束植入电极相连接，所述的体内植入电路装置的另一端与体内耦合线圈相连接；所述的体外电路装置的一端与计算机相连接，所述体外电路装置的另一端与体外耦合线圈相连接。 

所述体内植入电路装置包括神经束复合电位采集电路、编码电路、2ASK调制电路和无线能量传输接收电路的整流电路、稳压电路。神经束复合电位采集电路的输入端与神经束植入电极相连，所述的神经束复合电位采集电路的输出端与编码电路相连；编码电路再与2ASK调制电路相连；数据调制电路的输出端与体内耦合线圈相连；无线能量传输接收电路的输入端是体内耦合线圈，所述无线能量传输接收电路的输出端，即稳压电路的输出端为所述植入电路装置供应工作电压。无线能量传输接收电路的输入端与2ASK调制电路的输出端并联。 

体外电路装置包括2ASK解调电路和无线能量传输发射电路；2ASK解调电路的输入端与体外耦合线圈相连；无线能量传输发射电路包括射频振荡器、E类功率放大器，所述能量发射电路的输出端即功率放大器与体外耦合线圈两端相连。