腦虎科技傾力打造「柔性腦機接口整體解決方案」

腦虎科技「柔性腦機接口整體解決方案」,包括柔性電極、手術(shù)機器人、植入式腦電采集器、腦電芯片、高頻數(shù)字腦電圖機、軟件算法云平臺等,是腦虎科技面向科研、醫(yī)療市場傾力打造的一套從端到端的整體解決方案。

1.柔性電極

主要有三種:鎢絲輔助深部柔性電極、蠶絲蛋白深部柔性電極和柔性皮層電極。柔性電極均由醫(yī)療器械結(jié)合mems工藝制成,能夠做到高密度、高通量、低創(chuàng)傷、超薄工藝、超服帖。不同于通道與工藝難度比例增加的半手工工藝,該類電極通道數(shù)增加可以快速迭代實現(xiàn)。

鎢絲輔助深部柔性電極,能同時記錄Spike信號和LFP信號。相比 Utah電極,這款電極一方面植入顱內(nèi)后因機械性能佳能夠與腦組織匹配,大腦運動不會造成腦組織與電極之間的移位和相互剪切,從而可以長期追蹤同一神經(jīng)元活動;另一方面單器件通道數(shù)更高;此外,在電極縱向也分布有多個檢測位點,可以采集三維高密度腦電信號,促進(jìn)精準(zhǔn)順暢的意念控制運動。

蠶絲蛋白深部柔性電極具有良好的機械順應(yīng)性、生物相容性、降解程度可控且安全無毒等特點。被蠶絲蛋白包裹的電極硬度介于血管和腦組織之間,可自動躲避血管,方便植入,同時令電極在腦組織中可以保持相對靜止的狀態(tài)。多功能柔性電極搭配蠶絲蛋白,可以實現(xiàn)記錄電生理信號的同時給光和給藥等其它功能。

柔性皮層電極電極具有高通量、高密度、高柔性的特點。該皮層電極可支持最高529通道的皮層腦電記錄,密度達(dá)43通道/cm2,電極片尺寸43mm×45mm,在保證高通量的同時,可減少手術(shù)創(chuàng)傷。此外,電極厚度僅20μm,超薄超高柔性使電極能夠?qū)崿F(xiàn)與腦組織的良好共形接觸。

2.手術(shù)機器人

腦虎科技手術(shù)機器人共有兩款:醫(yī)療版手術(shù)機器人和科研版手術(shù)機器人。顱骨開窗、腦區(qū)定位、電極的操作與植入等是其主要功能。

醫(yī)療版手術(shù)機器人擁有高精度多級精度視覺模塊設(shè)計,深度學(xué)習(xí)結(jié)合雙目定位,智能識別、精準(zhǔn)鎖定;借助5+1自由度機械臂,可以滿足大范圍全方位覆蓋顱骨,末端動作最高5g加速度,操控更容易;多模態(tài)傳感檢測實現(xiàn)自動安全停止的顱骨開孔;可兼容兼容鎢針穿刺柔性電極、蠶絲蛋白電極操作。適用于醫(yī)療場景下高密度柔性電極的逐根植入。

科研版手術(shù)機器人則采用力傳感器+電動顱鉆組合,可實現(xiàn)自動顱骨開窗;雙目視覺結(jié)合激光掃描自動顱骨面識別,實現(xiàn)自動腦區(qū)定位;基于標(biāo)準(zhǔn)大小鼠腦定位圖譜的3D腦區(qū)模型,最優(yōu)化計算手術(shù)路徑;6軸機械臂配合電動植入儀,實現(xiàn)電極自動精準(zhǔn)植入;統(tǒng)一接口快換裝置,自由切換顱鉆、植入儀、光纖、微型注射器。適用于科研場景下大小鼠實驗中的顱骨開窗、光纖植入、病毒注射、電極植入(剛性電極,硬化或鎢針輔助的柔性電極)等。

3.植入式腦電采集器

植入式腦電采集器由電極片、電路板、電路板保護(hù)殼及外殼構(gòu)成。通過外科開顱手術(shù)半植入大腦,外殼固定于顱骨,通過電極陣列將腦電信號傳導(dǎo)至外殼內(nèi)的電路板,實現(xiàn)腦電信號的提取。

植入式腦電采集器主要應(yīng)用于腦電信號的采集與監(jiān)測。主要用于滿足漸凍癥患者的需求,通過腦電信號采集,幫助漸凍癥患者完成語言、運動解碼,以幫助患者完成語言交流及日常生活輔助。

4.芯片

“上萬通道數(shù)的腦機接口芯片”,是服務(wù)于腦機接口設(shè)備的專業(yè)采集芯片。該芯片在信號采集的通道數(shù)、芯片的層次化架構(gòu)設(shè)計、放大器電路設(shè)計、封裝設(shè)計和硬件方案等方面,都具有獨特的創(chuàng)新性。主體由16384個放大器陣列組成,能夠?qū)⑽⑿〉哪X電波信號放大90倍左右,并帶有濾波功能,同時支持模擬SPI協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)高速地輸出。

主要用于國內(nèi)科研院所、高校等開展腦機接口和神經(jīng)科學(xué)研究的實驗室進(jìn)行動物腦電波信號采集。目前,腦虎科技已完成上萬通道的自研腦電信號采集芯片的流片,正在研發(fā)面向下一代的腦電采集芯片。

5.高頻數(shù)字腦電圖機

高頻數(shù)字腦電圖機是植入式腦機接口系統(tǒng)腦電數(shù)據(jù)采集端的重要部分。高帶寬、高采樣率、高通量是它的核心產(chǎn)品優(yōu)勢,整體按照醫(yī)療器械要求設(shè)計,有效地保障使用的安全性。最高支持2048通道,支持ECoG/LFP/Spike等多種類型的腦電信號的實時采集分析。不僅與腦虎科技自研的柔性皮層電極和深部電極適配,還適配傳統(tǒng)的ECoG電極和SEEG電極。主要應(yīng)用于運動意圖、語言輸出、情緒狀態(tài)等腦機接口的數(shù)據(jù)解碼場景。

6.軟件算法云平臺

MindExplorer是腦虎科技獨立開發(fā)的一款匯集多模塊終端、全鏈條算法庫、支持各類數(shù)據(jù)分析與處理的擴(kuò)展性開放式平臺。

該平臺采用先進(jìn)的云邊端架構(gòu),支持高性能邊緣計算節(jié)點,支持?jǐn)?shù)據(jù)云端同步儲存和分析。不僅可以在線更改數(shù)據(jù)的采樣率(1-30kHz),還能夠測量和查看每個通道的電極阻抗。此外,還具備一鍵Sorting功能,以及Spike數(shù)據(jù)與Event的相關(guān)性等深入的數(shù)據(jù)分析功能。

數(shù)據(jù)安全方面,采用非對稱加密技術(shù)對用戶登錄信息進(jìn)行保護(hù),而用戶原始數(shù)據(jù)則是采用變換域數(shù)字水印技術(shù)來進(jìn)行透明鑒權(quán),為使用者安全地共享數(shù)據(jù)提供最有力的保障。

目前,腦虎科技面向科研領(lǐng)域的「柔性腦機接口整體解決方案」包括柔性電極、高通量神經(jīng)信號采集系統(tǒng)、科研版手術(shù)機器人等已成功上市;面向醫(yī)療市場的「柔性腦機接口整體解決方案」已完成關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和核心器件制造,目前正在臨床驗證和注冊階段。

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