柔性丝状电极植入装置及方法

本发明涉及神经电极植入，尤其涉及一种柔性丝状电极植入装置及方法。

背景技术：

1、柔性神经电极能够植入大脑皮层并采集脑电信号，其作为脑机接口领域的重要工具目前正在被国内外科研及商业机构开发并逐渐完善中。柔性神经电极相比于传统硬质神经电极最大的优势在于其优良的机械相容性，不易在脑组织中形成瘢痕。但也由于电极丝本身机械强度低、易变形，在植入脑组织过程中容易断裂，不容易穿过脑膜进入到组织中。为了保证植入物的生物兼容性、最小化植入手术的创伤，柔性神经电极通常被设计为细丝状。

2、然而，细丝状柔性神经电极的尺寸非常细微、杨氏模量非常小，在实际操作中，细丝状柔性神经电极的操作和植入非常困难。相关技术中，主要利用“缝纫机”的工作原理来实现细丝状柔性神经电极的植入，即在待植入的电极丝末端设置一个环状结构，植入针的针尖能够穿过该环状结构，在植入过程中，植入针的针尖可以带着电极丝末端进入大脑皮层，当电极丝到达预定位置之后，撤离针尖，从而使得电极丝末端留在大脑皮层中。

3、在上述现有的植入方式中，存在以下问题：用于控制植入针和电极丝移动的结构紧凑度低，结构空间关系约束弱，占用过多的空间，影响操作；植入针和电极丝的运动自由度有限，无法方便地调节植入针的姿态以及电极丝的位置；在植入操作过程中既需要使用辅助夹钳来夹持电极丝，还需要频繁地进行显微镜变倍，操作复杂。

技术实现思路

1、本发明提供一种柔性丝状电极植入装置及方法，用以解决现有技术中控制植入针和电极丝移动的结构紧凑度低，结构空间关系约束弱，以及植入针和电极丝的运动自由度有限，无法方便地调节植入针的姿态以及电极丝的位置的缺陷。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种柔性丝状电极植入装置，包括：基座、摆放模组、运动模组、观测模组和植入针，其中，

3、所述基座可固定连接至外部运动机构，所述外部运动机构用于带动所述柔性丝状电极植入装置进行移动；

4、所述摆放模组包括摆放调节平台和电极丝摆放台，所述摆放调节平台固定连接至所述基座，所述摆放调节平台能够驱动所述电极丝摆放台移动，所述电极丝摆放台用于放置柔性丝状电极；

5、所述运动模组包括二维移动平台和直线驱动件，所述二维移动平台固定连接至所述基座，所述二维移动平台能够驱动所述直线驱动件在预定平面内移动，所述植入针连接至所述直线驱动件，所述直线驱动件能够驱动所述植入针沿垂直于所述预定平面的方向移动，以使得所述植入针能够完成柔性丝状电极钩取、植入大脑皮层、撤离大脑皮层的任务；

6、所述观测模组固定连接至所述基座，所述观测模组用于观测所述植入针与所述电极丝摆放台上的柔性丝状电极。

7、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述运动模组还包括运动支座，所述运动支座连接至所述二维移动平台，所述二维移动平台具有较高的运动分辨率，能够驱动所述运动支座沿x方向和y方向移动，所述x方向和所述y方向相互垂直，所述直线驱动件连接至所述运动支座，所述直线驱动件具有较高的加速度与最大速度，能够驱动所述植入针沿z方向移动，所述z方向垂直于所述x方向和所述y方向所在的平面。

8、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述运动模组还包括固定套，所述固定套连接至所述直线驱动件的末端，所述植入针经由所述固定套固定至所述直线驱动件的末端。

9、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述摆放模组还包括摆放支座，所述摆放支座连接至所述摆放调节平台，所述摆放调节平台能够驱动所述摆放支座沿所述x方向移动，所述电极丝摆放台连接至所述摆放支座并位于所述植入针的下方。

10、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述摆放模组还包括电子器件摆放台，所述电子器件摆放台连接至所述摆放支座，所述电子器件摆放台用于放置脑机接口电子器件。

11、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述电子器件摆放台与所述电极丝摆放台固定连接，所述电子器件摆放台固定连接有插接板，所述摆放支座设置有插接座，所述插接板能够插设在所述插接座中。

12、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述电极丝摆放台固定连接有电极丝支撑杆，所述电极丝支撑杆平行间隔设置在所述电极丝摆放台的下方。

13、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，所述观测模组包括观测调节平台、相机支撑架和多个相机，所述观测调节平台固定连接至所述基座，所述相机支撑架连接至所述观测调节平台，所述观测调节平台能够驱动所述相机支撑架移动，多个所述相机设置在所述相机支撑架上，所述观测调节平台能够驱动多个所述相机沿所述z方向移动，所述相机用于观测所述植入针和与所述电极丝摆放台上的柔性丝状电极。

14、根据本发明提供的一种柔性丝状电极植入装置，多个所述相机中包括用于高精密观测的高放大倍率相机和用于场景观测的低放大倍率相机。

15、根据本发明的第二方面，提供了一种柔性丝状电极植入方法，所述方法基于根据本发明的第一方面中所述的柔性丝状电极植入装置实现，所述方法包括：

16、s1：将已消毒的植入针安装于运动模组中；

17、s2：将脑机接口电子器件临时固定于摆放模组中，将n个柔性丝状电极间隔排列放置在摆放模组的电极丝摆放台中；

18、s3：借助外部运动机构的移动，调整柔性丝状电极植入装置的位置和姿态，使得植入针靠近目标植入区域；

19、s4：借助观测模组对目标植入区域进行观测，获取实时图像，得到目标植入区域的空间信息和m个可植入位置。

20、s5：借助外部运动机构的移动，调整植入针的位置，并使得植入针的末端靠近第i个可植入位置，1≤i≤m；

21、s6：借助观测模组实时观测植入针和第j个柔性丝状电极，1≤j≤n；

22、s7：借助自动控制或半自动控制，让运动模组驱动植入针移动，使植入针的针尖对准并钩取第j个柔性丝状电极的末端环状结构；

23、s8：运动模组驱动植入针带动第j个柔性丝状电极继续朝向目标植入区域移动，直到植入针的针尖与第j个柔性丝状电极的末端均到达第i个可植入位置的特定深度；

24、s9：直线驱动件驱动植入针进行高加速度高速运动，使得植入针迅速撤离，以将第j个柔性丝状电极留在目标植入区域的内部；

25、s10：重复步骤s5至s9，直到所有的柔性丝状电极全部植入目标植入区域的内部；

26、s11：将脑机接口电子器件从摆放模组中取下，外部运动机构带动柔性丝状电极植入装置离开目标植入区域。

27、本发明提供的柔性丝状电极植入装置包括：基座、摆放模组、运动模组、观测模组和植入针，在进行植入操作时，植入针和柔性丝状电极能够同时移动，整个装置的结构紧凑，体积小且功能完善，可以方便地安装于六自由度机械臂末端或大行程三轴滑台末端，同时植入针具有多个运动自由度，可以在x方向和y方向上进行高精度运动，在z方向上进行高加速度高速运动。而且，该装置能够将场景观测、显微观测、针尖控制、电极摆放等功能集成于一体，操作过程简洁，植入效率高。