应用于癫痫诊疗的植入式神经调节芯片组研发成功
2020-02-24
2027
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芯片照片及植入式深脑刺激癫痫治疗器外观
因受疫情影响，张鸿课题组委托在美国高通公司工作的西安交大2006级校友朱泷汇报论文，课题组通过远程工具与现场与会者进行了交流。
日前，被誉为芯片领域的“奥林匹克运动会”——国际固态电路会议（ISSCC）在美国旧金山召开，西安交大研发的植入式神经调节芯片组在大会上进行了分组汇报，入选论文的第一作者为西安交大微电子学院教授张鸿指导的博士生王玉伟，他同时还获得了ISSCC的“Silkroad Award”奖（丝绸之路奖），也实现了西安交大集成电路领域的研究成果在ISSCC的突破。
据相关文献表明，癫痫是仅次于头痛的神经科第二大常见病。截至2019年，中国约有900万左右的癫痫患者，通常有1/3无法通过药物根治疾病。
而西安交大微电子学院有关专家介绍，此次研发的植入式神经调节芯片主要应用于植入式癫痫诊疗装置。因此，植入式神经调节器逐渐被应用于难治性癫痫的治疗。
由于脑电信号低至微伏级别，且面临各种干扰，提取十分困难。同时，当前的分类机对癫痫的诊断不够准确、功耗高、无法在神经刺激的同时进行诊断。为此，以往的方案难以有效实现癫痫的准确识别和精准刺激治疗。
张鸿课题组通过对大量文献和产业界芯片的调研，针对植入式癫痫治疗芯片面临的设计难题，提出了宽范围的共模抑制反馈电路、快速刺激干扰抑制电路等新的设计方案。同时，针对现有癫痫分类器运算功耗过大的问题，创新性地提出了两级分类的概念，采用粗分类对脑电信号进行超高灵敏度的预分类，大大降低了细分类的工作时间，在实现精准识别的同时大大降低了芯片的功耗。
据了解，经过长达两年的芯片设计、流片、封装、测试等环节，在西安航天民芯、杭州诺为医疗两家公司的合作下，该课题组研发的芯片组最终在植入式深脑刺激癫痫治疗器上得到了验证，相关论文在ISSCC 2020上发表。
据悉，该神经调节器实现了闭环神经调节，当癫痫患者发病时能够自行进行刺激并在发作结束时及时停止刺激。
与当前国际先进的研究成果相比，其能够抑制种类更多、范围更宽的干扰，实现更优的输入阻抗、噪声因子、共模抑制比、谐波失真等性能，同时1.16微瓦的分类机功耗与97.8%的灵敏度均达到了国际领先水平。该神经调节器当前已在小鼠、猪上进行了体内测试验证。
作者：张行勇
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