A Programmable Multi-biomarker Neural Sensor for Closed-loop DBS.
A Programmable Multi-biomarker Neural Sensor for Closed-loop DBS.
复制标题
用于闭环 DBS 的可编程多生物标记神经传感器。
DOI：
10.1109/access.2018.2885336
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Sillitoe,RoyV
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Parastarfeizabadi,Mahboubeh;Kouzani,AbbasZ;Beckinghausen,Jaclyn;Lin,Tao;Sillitoe,RoyV
目前大多数闭环脑深部电刺激（DBS）设备在其反馈回路中使用单一生物标志物，这可能会限制其性能和应用。本文介绍了一种可编程的多生物标志物神经传感器，它可以集成到闭环DBS设备的设计，制造和验证。该设备能够感测低频（7-45 Hz）和高频（200-1000 Hz）神经信号的组合。信号可以以50-100 dB范围内的数字可编程增益进行放大。神经信号可以被存储到本地存储器中用于处理和验证。传感和存储功能通过模拟和数字电路的组合实现，包括前置放大器、滤波器、可编程后置放大器、微控制器、数字电位计和闪存。制造该装置，并通过以下方式验证其性能：1）使用正弦和预先记录的神经信号的台架测试; 2）使用预先记录的生理盐水溶液中的神经信号的体外测试;以及3）通过记录来自自由移动的实验室小鼠的神经信号的体内测试。在动物体内植入PlasticsOne电极，在电极植入手术恢复后进行记录。实验结果的介绍和讨论，确认该设备的成功操作。该设备的尺寸和重量使其能够在临床前试验中进行无系绳背装使用。
Most of the current closed-loop deep brain stimulation (DBS) devices use a single biomarker in their feedback loop, which may limit their performance and applications. This paper presents the design, fabrication, and validation of a programmable multi-biomarker neural sensor which can be integrated into closed-loop DBS devices. The device is capable of sensing a combination of low-frequency (7–45 Hz), and high-frequency (200–1000 Hz) neural signals. The signals can be amplified with a digitally programmable gain within the range of 50–100 dB. The neural signals can be stored into a local memory for processing and validation. The sensing and storage functions are implemented via a combination of analog and digital circuits involving pre-amplifiers, filters, programmable post-amplifiers, microcontroller, digital potentiometer, and flash memory. The device is fabricated, and its performance is validated through: 1) bench tests using sinusoidal and pre-recorded neural signals; 2)in-vitrotests using pre-recorded neural signals in saline solution; and 3)in-vivotests by recording neural signals from freely moving laboratory mice. The animals were implanted with a PlasticsOne electrode, and recording was conducted after recovery from the electrode implantation surgery. The experimental results are presented and discussed confirming the successful operation of the device. The size and weight of the device enable tetherless back-mountable use in pre-clinical trials.
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