Thermal Analysis of a Skull Implant in Brain-Computer Interfaces
Thermal Analysis of a Skull Implant in Brain-Computer Interfaces
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脑机接口中颅骨植入物的热分析
DOI：
10.1109/embc44109.2020.9175483
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Nenadic, Zoran
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Serrano-Amenos, Claudia;Hu, Frank;Wang, Po T.;Kellis, Spencer;Andersen, Richard A.;Liu, Charles Y.;Heydari, Payam;Do, An H.;Nenadic, Zoran
本研究的目的是评估钛头骨单元（SU）植入人类头骨外部的热影响。我们设想这个单元将容纳一个完全可植入的基于皮质电图（ECoG）的双向（BD）脑机接口（BCI）的前端。从具有生理和解剖约束的组织参数的生物传热方程出发，利用COMSOL实现的有限元方法（FEM）建立了SU热影响的计算模型。根据我们的模拟，我们预测SU可以消耗高达75兆瓦的功率，而不会将周围组织的温度提高到安全限度以上（温度升高1°C）。这个功率预算远远超过了我们的前端原型的功耗，这表明这种设计可以维持SU记录ECoG信号和传递皮层刺激的能力。这些预测将用于进一步完善现有的SU设计，并为未来SU原型的设计提供信息。
The goal of this study is to estimate the thermal impact of a titanium skull unit (SU) implanted on the exterior aspect of the human skull. We envision this unit to house the front-end of a fully implantable electrocorticogram (ECoG)-based bi-directional (BD) brain-computer interface (BCI). Starting from the bio-heat transfer equation with physiologically and anatomically constrained tissue parameters, we used the finite element method (FEM) implemented in COMSOL to build a computational model of the SU's thermal impact. Based on our simulations, we predicted that the SU could consume up to 75 mW of power without raising the temperature of surrounding tissues above the safe limits (increase in temperature of 1°C). This power budget by far exceeds the power consumption of our front-end prototypes, suggesting that this design can sustain the SU's ability to record ECoG signals and deliver cortical stimulation. These predictions will be used to further refine the existing SU design and inform the design of future SU prototypes.
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DOI：
10.1016/0022-5088(61)90064-9
发表时间：
1961-06
期刊：
Journal of The Less Common Metals
影响因子：
--
作者：
R. Powell;R. Tye
通讯作者：
R. Powell;R. Tye
DOI：
10.1097/00002480-199407000-00053
发表时间：
1994-07-01
期刊：
ASAIO journal (American Society for Artificial Internal Organs : 1992)
影响因子：
--
作者：
Davies, C R;Fukumura, F;Harasaki, H
通讯作者：
Harasaki, H
影响因子：
3.7
作者：
Haeussinger FB;Heinzel S;Hahn T;Schecklmann M;Ehlis AC;Fallgatter AJ
通讯作者：
Fallgatter AJ
影响因子：
5.4
作者：
Lee, Mao-Cheng;Karimi-Bidhendi, Alireza;Heydari, Payam
通讯作者：
Heydari, Payam
人的头皮厚度：正常和秃顶。
影响因子：
6.5
作者：
Hiroyuki Hori;Giuseppe Moretti;A. Rebora;Franco Crovato
通讯作者：
Franco Crovato