一种脑电极后端调理装置及脑机接口的制作方法

1.本发明涉及神经科学领域，特别涉及一种脑电极后端调理装置及脑机接口。


背景技术：

2.脑机接口作为大脑和外界设备信息交互的通道，通过直接地采集神经元拓扑网络中的电化学信息并解码，协助理解健康大脑、脑神经疾病和高级认知功能的神经环路作用机制，是脑科学研究的重要工具和脑疾病诊治的关键手段。此外，利用解码后的脑电信号赋予外部智能设备脑-机界面，可以帮助我们在日常生活中实现高效的通讯和设备交互控制。然而上述需求和应用前景的实现，都依赖于长期稳定、安全地读写大规模神经元网络动态数据，因此脑机接口需要满足高通量和长期在体的要求。
3.而要实现脑机接口的高通量和长期在体，就需要脑电极与后端调理电路之间的输入/输出口(i/os)数在增加到成千上万的同时，能在数年至数十年的使用过程中保持精准可靠的电气互连，并且能维持小巧的硬件体积和外观，不影响脑机接口使用者的正常活动。然而现有技术中通常采用植球倒装焊、导电墨水喷墨打印和分立连接器等方式设计脑电极后端调理电路，导致现行的后端调理电路不易实现高通量，并且往往体积过大，不可拆卸，更换升级困难，不满足长期在体的要求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的是脑电极后端调理装置通量低、体积过大和不可拆卸的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本技术在一方面公开了一种脑电极后端调理装置，其包括后端调理插座和后端调理插头；
6.后端调理插座与脑电极后端连接；后端调理插头与后端调理插座可拆卸地连接；
7.后端调理插座包括第一电路板组和安装扣架插座，第一电路板组固定在所述安装扣架插座上；
8.后端调理插头包括第二电路板组和安装扣架插头；第二电路板组固定在安装扣架插头内；安装扣架插头与安装扣架插座匹配。
9.进一步的，第一电路板组包括第一电路板；
10.第一电路板的第一面上设有第一焊盘阵列，第一焊盘阵列的多个焊盘与脑电极后端的多条引出线一一对应连接。
11.进一步的，第一电路板的第二面上设有第二焊盘阵列，第二焊盘阵列的多个焊盘与第一焊盘阵列的多个焊盘一一对应连接。
12.进一步的，若脑电极后端的多条引出线为漆包线，第一电路板组包括第二电路板，第二电路板上设有第三焊盘阵列和多个通孔；多个通孔用于第二电路板与脑电极后端的多条引出线建立电气连接；
13.第三焊盘阵列的多个焊盘通过第二电路板的布线和过孔与多个通孔一一对应连
接。
14.进一步的，第一电路板组还包括板对板连接器；
15.板对板连接器包括第一连接器和第二连接器，第一连接器与第二连接器可拆卸地连接；
16.第一连接器包括多个第一引脚，多个第一引脚与第三焊盘阵列的多个焊盘一一对应连接；
17.第二连接器包括多个第二引脚，多个第二引脚与第一焊盘阵列的多个焊盘一一对应连接。
18.进一步的，第二电路板组包括预处理电路和信号输出电路；信号输出电路与预处理电路连接；
19.预处理电路包括放大电路、滤波电路和数模转换电路；
20.预处理电路通过第二电路板组的布线和过孔与第四焊盘阵列连接。
21.进一步的，后端调理插头还包括异方性导电膜，异方性导电膜贴附于第四焊盘阵列上。
22.进一步的，安装扣架插头上设有导向销，导向销与安装扣架插座上的导向槽匹配，导向销和导向槽用于定位并使第四焊盘阵列的多个焊盘与第二焊盘阵列的多个焊盘一一对应。
23.本技术在另一方面公开了一种脑机接口，其包括如上任一所述的脑电极后端调理装置。
24.采用上述技术方案，本技术提供的脑电极后端调理装置具有如下有益效果：
25.本技术公开的脑电极后端调理装置，其包括后端调理插座和后端调理插头，后端调理插座与脑电极后端连接，后端调理插头与后端调理插座可拆卸地连接；后端调理插座包括第一电路板组和安装扣架插座，第一电路板组固定在所述安装扣架插座上；后端调理插头包括第二电路板组和安装扣架插头，第二电路板组固定在安装扣架插头内，安装扣架插头与安装扣架插座匹配。如此，得到的脑电极后端调理装置具有高通量、体积小和可拆卸的优点。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的结构示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第一电路板第一面的示意图；
29.图3为本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第一电路板第二面的示意图；
30.图4为本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第二电路板的示意图；
31.图5为本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第三电路板的示意图。
32.以下对附图作补充说明：
33.1-后端调理插座；2-后端调理插头；11-第一电路板组；111-第一电路板；1111第一电路板111的第一面；1112-第一电路板111的第二面；1113-第一焊盘阵列；1114-第二焊盘阵列；112-第二电路板；1121-第三焊盘阵列；1122-通孔；12-安装扣架插座；21-第二电路板组；211-第三电路板；2111-第四焊盘阵列；22安装扣架插头。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
36.图1示出了本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的结构示意图，如图1所示，该脑电极后端调理装置包括后端调理插座1和后端调理插头2。其中，后端调理插座1与脑电极后端连接，后端调理插头2与后端调理插座1可拆卸地连接。
37.在一个具体的实施例中，后端调理插座1包括第一电路板组11和安装扣架插座12，第一电路板组11固定在所述安装扣架插座12上。可选的，第一电路板组可以通过粘接的方式固定在安装扣架插座12上，也可以通过卡扣的方式固定在安装扣架插座12上。
38.在一个具体的实施例中，后端调理插头2包括第二电路板组21和安装扣架插头22，第二电路板组21固定在安装扣架插头22内。可选的，第二电路板组21上设置有螺纹底孔，通过螺钉穿过该螺纹底孔将第二电路板组21固定在安装扣架插头22内。可选的，该螺纹底孔的数量可以是2个、3个、4个或更多个。
39.在一个具体的实施例中，安装扣架插头22与安装扣架插座12匹配。可选的，安装扣架插座12可以采用弹性针状式插座，也可以根据脑机接口在体固定部位的需求，定制设计对应结构的安装扣架插座12。可选的，可以采用3d打印或cnc数控加工定制安装扣架插座12。对应的，安装扣架插头22与采用安装扣架插座12相同的插头形式，以与安装扣架插座12匹配。
40.在一种可选的实施方式中，安装扣架插座12上设有外螺纹，安装扣架插头21上设有与该外螺纹匹配的内螺纹，通过内、外螺纹配合，使安装扣架插座12与安装扣架插头21紧固连接，提高脑电极后端调理装置的可靠性与稳定性。
41.上述方案将脑电极后端调理装置设计为后端调理插座1和后端调理插头2两个部分，通过安装扣架插座12和安装扣架插头22实现后端调理插座1和后端调理插头2的可拆卸连接，方便换取。
42.在一种可选的实施方式中，第一电路板组11包括第一电路板111。第一电路板111实现与脑电极后端的电气连接。
43.图2示出了本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第一电路板第一面的示意图，如图2所示，第一电路板111的第一面1111上设有第一焊盘阵列1113，第一焊盘阵列1113的多个焊盘与脑电极后端的多条引出线一一对应连接。第一焊盘阵列1113的焊盘数量与脑电极的通道数，即脑电极的引出线数量相匹配，从而通过第一焊盘阵列1113实现第一电路板111与脑电极后端的电气连接。
44.图3示出了本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第一电路板第二面的示意图，如图3所示，第一电路板111的第二面1112上设有第二焊盘阵列1114，第二焊盘阵列1114的多个焊盘与第一焊盘阵列1113的多个焊盘一一对应连接。第二焊盘阵列1114的焊盘通过第一电路板111中间互联层的布线和过孔分别与第一焊盘阵列1113上对应的焊盘一对一连接，从而通过第一焊盘阵列1113实现第二焊盘阵列1114与脑电极后端通道的连接。
45.在一种可选的实施方式中，第二焊盘阵列1114为焊盘栅格阵列(lga)封装焊盘。焊盘栅格阵列(lga)封装基板的栅格排列可以实现较高的焊盘数，常见于电脑核心处理器cpu的封装中，可以满足高通量的需求。
46.可选的，第二焊盘阵列1114的焊盘的铜箔厚度可以在2盎司及以上，焊盘表面处理工艺可以选择化学镍金或化学镍钯金。
47.在一种可选的实施方式中，脑电极后端的多条引出线一一焊接在第一焊盘阵列1113对应的焊盘上。可选的，可以采用倒装焊或热压焊的方式进行焊接。在此种方案下，脑电极后端与第一电路板111不可拆卸地连接在一起，第一电路板组11仅包含第一电路板111，后端调理插座1结构简单，组装方便，易于实现。
48.在一种可选的实施方式中，脑电极后端的多条引出线可以是但不限于柔性扁平电缆(ffc)、漆包线和一体化片上制备柔性pi线缆等形式，脑电极可以是但不限于柔性脑深部电极和柔性脑皮层电极等类型的脑电极。
49.在一种可选的实施方式中，若脑电极后端的多条引出线为漆包线，第一电路板组11还可以包括第二电路板112。图4示出了本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第二电路板的示意图，如图4所示，第二电路板112上设有第三焊盘阵列1121和多个通孔1122。该多个通孔1122用于放置脑电极后端的多条引出线，脑电极后端的多条引出线一一焊接在对应的通孔1122上。第三焊盘阵列1121的多个焊盘通过第二电路板112的布线和过孔与多个通孔1122一一对应连接，从而与脑电极后端建立电气连接。
50.在一种可选的实施方式中，第一电路板组11还包括板对板连接器。板对板连接器包括第一连接器和第二连接器，第一连接器与第二连接器可拆卸地连接。第一连接器包括多个第一引脚，多个第一引脚与第三焊盘阵列1121的多个焊盘一一对应连接，从而在第一连接器与脑电极后端间建立电气连接。第二连接器包括多个第二引脚，多个第二引脚与第一焊盘阵列1113的多个焊盘一一对应连接，从而在第二连接器与第一电路板111间建立电气连接。通过第一连接器与第二连接器可拆卸连接的特性，在第一连接器与第二连接器连
接时，能够同时建立第一电路板111与第二电路板112间的电气连接和机械连接，而第一连接器与第二连接器断开时，能够同时断开第一电路板111与第二电路板112间的电气连接和机械连接，从而实现了脑电极后端与后端调理插座1在电气连接和机械连接上的可拆卸连接。
51.在一种可选的实施方式中，图5示出了本技术实施例提供的一种脑电极后端调理装置的第三电路板的示意图，如图5所示，第二电路板组21包括第三电路板211，第三电路板211上设有第四焊盘阵列2111，第四焊盘阵列2111的多个焊盘与第二焊盘阵列1114的多个焊盘一一对应。
52.在一种可选的实施方式中，第四焊盘阵列2111为焊盘栅格阵列(lga)封装焊盘。对应的，第二焊盘阵列1114为焊盘栅格阵列(lga)封装引脚焊盘，第四焊盘阵列2111为焊盘栅格阵列(lga)封装触点焊盘，第四焊盘阵列2111的焊盘的大小、焊盘铜厚以及表面处理方式与第二焊盘阵列1114一致。
53.通过将第四焊盘阵列2111的焊盘与第二焊盘阵列1114的焊盘一一对应接触互连，实现第二电路板组21与第一电路板组间11的电气连接，由此实现从脑电极后端到后端调理插座1、后端调理插座1到后端调理插头2的电气连接，从而实现脑电信号由脑电极到后端调理装置的高质量、高通量的传输。
54.在一种可选的实施方式中，第二焊盘阵列1114与第四焊盘阵列2111的焊盘可以为直径0.4mm的圆形焊盘，焊盘中心间距为0.8mm，焊盘铜厚为160μm，表面处理方式为化学镍金。
55.在一种可选的实施方式中，第二电路板组21还包括预处理电路和信号输出电路。预处理电路和信号输出电路由第三电路板211或包括第三电路板211在内的更多电路板的电路布线实现。
56.预处理电路通过第二电路板组21的布线和过孔与第四焊盘阵列2111连接，从而接收脑电极发出的脑电信号，并对脑电信号进行预处理。可选的，预处理电路可以包括放大电路、滤波电路和数模转换电路。可选的，预处理电路还可以包括其他信号输出电路或脑机接口应用需求的预处理电路。
57.信号输出电路与预处理电路连接，接收预处理电路经预处理后的脑电信号，并将预处理后的脑电信号输出，以供应用端处理。
58.在一种可选的实施方式中，脑电信号可以以有线传输的方式进行传输。在此种方案下，可以采用高清多媒体接口(hdmi)、串行外设接口(spi)或其他总线方式传输。
59.在一种可选的实施方式中，脑电信号也可以以无线传输的方式进行传输。
60.在一种可选的实施方式中，后端调理插头2还包括异方性导电膜(acf)，异方性导电膜(acf)贴附于第四焊盘阵列2111上，用于增强第一电路板111与第三电路板211之间电气连接的可靠性与稳定性。异方性导电膜(acf)贴附在第四焊盘阵列2111上，当第三电路板211与第一电路板111贴合时，异方性导电膜(acf)夹在第二焊盘阵列1114与第四焊盘阵列2111之间，为第二焊盘阵列1114与第四焊盘阵列2111提供均匀的导电介质，并且相对于异方性导电膜(acf)表面的垂直方向导电，而水平方向绝缘，增强第二焊盘阵列1114与第四焊盘阵列2111之间电气可靠性的同时，能够消除串扰。
61.在一种可选的实施方式中，异方性导电膜(acf)的厚度可以大于0.07mm，由硅橡胶
和倾斜穿插其中的镀金金属丝构成，其中镀金金属丝的横纵向间隔应小于第四焊盘阵列2111中相邻两个焊盘的中心间距与焊盘直径的差值。可选的，异方性导电膜(acf)的厚度为0.25mm，镀金金属丝的横纵向间隔均为0.1mm。
62.在一种可选的实施方式中，安装扣架插头2上设有导向销，对应的安装扣架插座1上设有导向槽，导向销与导向槽匹配。导向销和导向槽用于定位并使第四焊盘阵列2111的多个焊盘与第二焊盘阵列1114的多个焊盘一一对应，防止第四焊盘阵列2111的焊盘与不对应的第二焊盘阵列1114的焊盘建立电气连接，使脑电信号的传输出错。
63.在一种可选的实施方式中，安装扣架插头2上的导向销构成的形状不同时满足轴对称和中心对称，以保证导向销与导向槽的匹配方式是唯一的，防止第四焊盘阵列2111的焊盘与不对应的第二焊盘阵列1114的焊盘建立电气连接。
64.在一种可选的实施方式中，安装扣架插头2上的导向销的数量为3个，该3个导向销成等腰三角形分布在安装扣架插头2上，对应的安装扣架插座1上的导向槽的数量为3个，该3个导向槽与对应的导向槽一致，成同样的等腰三角形分布在安装扣架插座1上。可选的，该等腰三角形可以是任何非等边三角形的等腰三角形。
65.另一方面，本技术还公开了一种脑机接口，其包括如上任一所述的脑电极后端调理装置。
66.本技术公开的脑电极后端调理装置及脑机接口，该脑电极后端调理装置包括后端调理插座和后端调理插头，后端调理插座与脑电极后端连接，后端调理插头与后端调理插座可拆卸地连接；后端调理插座包括第一电路板组和安装扣架插座，第一电路板组固定在所述安装扣架插座上；后端调理插头包括第二电路板组和安装扣架插头，第二电路板组固定在安装扣架插头内，安装扣架插头与安装扣架插座匹配。如此，得到的脑电极后端调理装置具有高通量、体积小和可拆卸的优点。
67.以上所述仅为本技术可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。