轻量级、无电池且无线的传感器，用于监测猪的神经活动

《IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology》：Lightweight, Battery-Less and Wireless Sensor for Monitoring Neuronal Activity in Swine

本研究提出了一种基于3D打印技术的无线神经传感系统（WiNS），相比前代产品最小检测信号（MDS）提升10倍。首次在猪模型中进行完整植入实验，成功记录诱发神经电位，为慢性癫痫监测奠定了基础。

　　

影响声明：

主要亮点：我们提出了一种全新的3D打印无线神经传感系统（WiNS），其在最小信号检测能力方面比以往的设计提高了10倍...显示更多

摘要：

皮层电图（ECoG）常用于确定癫痫发作的起源。然而，ECoG记录具有高度侵入性，通常需要将导线从颅骨中穿出。为此，人们设计了可植入的ECoG系统。但这些系统需要高功耗的电源，这可能会产生热量并导致组织损伤。此前，我们的团队开发了一种无需电池的无线神经传感系统（WiNS）。类似的无需电池的传感器在实验室测试中使用的阻抗电极下，其最小可检测信号（MDS）为60 μVpp至200 μVpp（ 33 k Ω）。在本文中，我们介绍了一种体积比以往设计缩小50%的3D打印神经记录器。此外，我们还设计了匹配电路和天线，以优化通信和耦合效果，从而使最小可检测信号提高了10倍。我们首次在大型受控动物模型（猪）中完成了完整的植入实验，并成功记录到了诱发的神经电位。这为在慢性癫痫患者和人类身上评估该系统奠定了基础。总体而言，本文展示了我们提出的记录器在神经活动监测领域的先进技术。

引言

最新研究表明，全球约有三分之一的人在生命中的某个阶段会经历神经系统疾病[1]。神经活动监测能够提供关于大脑功能的重要信息，并有助于早期发现包括癫痫和阿尔茨海默病在内的神经系统疾病。皮层电图（ECoG）是癫痫研究中最常用的技术，用于识别癫痫发作。众所周知，ECoG记录属于侵入性脑电图（EEG）信号采集方法，通常需要将导线从颅骨中穿出以连接到静态记录设备。这导致患者需要长时间住院治疗，期间基本处于卧床限制状态，给患者带来了高昂的医疗费用和不适的生活体验[2]、[3]。为了解决这些问题，人们设计了多种可植入的ECoG系统。然而，这些系统需要高功耗的电池，而电池会产生热量，可能对组织造成损伤。组织内的温度升幅应控制在正常温度以上不超过1摄氏度[4]。此外，电池供电的系统体积庞大且重量较重，同时电池还具有毒性且使用寿命有限[5]、[6]。