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、手術機器人、植入式腦電采集器、腦電芯片、高頻數字腦電圖機、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,該類電極通道數增加可以快速迭代實現。

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元活動;另一方面單器件通道數更高;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,促進精準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,可減少手術創(chuàng)傷。此外,電極厚度僅20μm,超薄超高柔性使電極能夠實現與腦組織的良好共形接觸。

2.手術機器人

腦虎科技手術機器人共有兩款:醫(yī)療版手術機器人和科研版手術機器人。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)療版手術機器人擁有高精度多級精度視覺模塊設計,深度學習結合雙目定位,智能識別、精準鎖定;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。

科研版手術機器人則采用力傳感器+電動顱鉆組合,可實現自動顱骨開窗;雙目視覺結合激光掃描自動顱骨面識別,實現自動腦區(qū)定位;基于標準大小鼠腦定位圖譜的3D腦區(qū)模型,最優(yōu)化計算手術路徑;6軸機械臂配合電動植入儀,實現電極自動精準植入;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、電路板保護殼及外殼構成。通過外科開顱手術半植入大腦,外殼固定于顱骨,通過電極陣列將腦電信號傳導至外殼內的電路板,實現腦電信號的提取。

植入式腦電采集器主要應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

“上萬通道數的腦機接口芯片”,是服務于腦機接口設備的專業(yè)采集芯片。該芯片在信號采集的通道數、芯片的層次化架構設計、放大器電路設計、封裝設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,能夠將微小的腦電波信號放大90倍左右,并帶有濾波功能,同時支持模擬SPI協(xié)議將采集到的數據高速地輸出。

主要用于國內科研院所、高校等開展腦機接口和神經科學研究的實驗室進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.高頻數字腦電圖機

高頻數字腦電圖機是植入式腦機接口系統(tǒng)腦電數據采集端的重要部分。高帶寬、高采樣率、高通量是它的核心產品優(yōu)勢,整體按照醫(yī)療器械要求設計,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。主要應用于運動意圖、語言輸出、情緒狀態(tài)等腦機接口的數據解碼場景。

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、支持各類數據分析與處理的擴展性開放式平臺。

該平臺采用先進的云邊端架構,支持高性能邊緣計算節(jié)點,支持數據云端同步儲存和分析。不僅可以在線更改數據的采樣率(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數據與Event的相關性等深入的數據分析功能。

數據安全方面,采用非對稱加密技術對用戶登錄信息進行保護,而用戶原始數據則是采用變換域數字水印技術來進行透明鑒權,為使用者安全地共享數據提供最有力的保障。

目前,腦虎科技面向科研領域的「柔性腦機接口整體解決方案」包括柔性電極、高通量神經信號采集系統(tǒng)、科研版手術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」已完成關鍵技術研發(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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