暖芯迦推出可編程神經(jīng)調(diào)控平臺(tái)芯片-元神ENS001

一、簡(jiǎn)介

生物芯片研發(fā)商暖芯迦(Nanochap)于近日發(fā)布了一款全新的專為神經(jīng)調(diào)控應(yīng)用而設(shè)計(jì)的芯片系統(tǒng)（SoC）-元神ENS001（圖1）。這款芯片是業(yè)內(nèi)首款多通道、刺激參數(shù)與波形完全可編程并支持多種刺激模式的SoC芯片，可靈活應(yīng)用于各種可穿戴、植入式神經(jīng)/肌肉電刺激和神經(jīng)調(diào)控應(yīng)用。作為一款神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域的平臺(tái)型芯片，可以幫助該領(lǐng)域內(nèi)廠商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)建獨(dú)特、高度靈活性的系統(tǒng)解決方案。

圖1 元神ENS001芯片實(shí)物圖

隨著神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的不斷發(fā)展，神經(jīng)調(diào)控研究與應(yīng)用正迅速的發(fā)展。在過去的幾十年里，神經(jīng)調(diào)控在越來越多的領(lǐng)域被應(yīng)用，讓眾多的患者接受神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的治療，并得到了改善。神經(jīng)系統(tǒng)是人體極其復(fù)雜的系統(tǒng)，影響著人體的各個(gè)方面，因此神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用范疇非常廣泛，包括了體外應(yīng)用和植入式應(yīng)用的設(shè)備，覆蓋包括如神經(jīng)系統(tǒng)損傷、運(yùn)動(dòng)功能障礙、慢性疼痛、痙攣狀態(tài)、癲癇、胃腸及膀胱功能障礙、外周血管疾病、心臟缺血、視聽覺障礙以及心因性疾?。ㄈ缫钟舭Y、強(qiáng)迫癥）等眾多領(lǐng)域。

正因?yàn)樯窠?jīng)調(diào)控技術(shù)具有可調(diào)控、可逆性、持久性和靶向性等諸多特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)導(dǎo)致的各種病癥，具有非常廣闊的開發(fā)空間，也為該技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模的快速提升創(chuàng)造了空間，正成為目前市場(chǎng)的熱點(diǎn)。

二、系統(tǒng)介紹

元神ENS001芯片集成了32MHz ARM 處理器、多通道高靈活刺激驅(qū)動(dòng)電路、片上充電電路、可配置升壓直流轉(zhuǎn)換器以及溫度傳感器等模塊，如圖2所示，是一款高度集成的可編程的神經(jīng)/肌肉刺激和神經(jīng)調(diào)控解決方案芯片。

圖2 ENS001系統(tǒng)框圖

ENS001芯片輸出電流和輸出電壓調(diào)節(jié)幅度大，自由度高。單個(gè)通道電流可以從幾個(gè)uA調(diào)節(jié)到70mA，升壓電路輸出電壓可以從0V調(diào)節(jié)到60V。芯片集成三種刺激電路（驅(qū)動(dòng)器A，驅(qū)動(dòng)器B，驅(qū)動(dòng)器C），支持從DC到50kHz以上的單/雙向電流波形輸出，包括正弦波/方波/三角波及各種調(diào)制波形，并可通過對(duì)芯片編程實(shí)現(xiàn)任意波形，可應(yīng)用于絕大部分刺激器的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)器A支持4通道同時(shí)輸出，可在45V-60V電壓下輸出33uA-67mA電流，采用動(dòng)態(tài)電荷復(fù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電荷平衡，適用于TENS、IFT和EMS等設(shè)備。驅(qū)動(dòng)器C支持8通道同時(shí)輸出，可在10V-25V下輸出100uA-25mA電流，同樣實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電荷平衡，適用于DBS和SCS等植入體。驅(qū)動(dòng)器B可支持最高23通道分時(shí)輸出，可在10V-20V電壓下輸出8uA-2mA電流，并達(dá)到100%電荷平衡，適用于人工耳蝸等植入體。

系統(tǒng)集成ARM處理器，可以靈活控制刺激器以及其它模塊。芯片的模擬部分配備了可編程增益放大器、比較器、12位SAR ADC以及溫度傳感器，可以采集相關(guān)人體信號(hào)并與刺激器形成聯(lián)動(dòng)閉環(huán)控制。芯片的片上充電電路可滿足用戶充電功能需求，支持I2C，UART，SPI通信接口以及常用的具有4個(gè)公用端子(COM)和16個(gè)區(qū)段端子(SEG) 的LCD屏幕驅(qū)動(dòng)。

三、應(yīng)用范圍

元神ENS001是一款高度集成的，可任意編程的神經(jīng)/肌肉刺激芯片（刺激波形及參數(shù)均可自由定制），其大范圍高精度可調(diào)的輸出電流幅值與頻率以及多通道的屬性，決定了ENS001芯片可應(yīng)用于目前我們已知的絕大部分的神經(jīng)調(diào)控應(yīng)用場(chǎng)景，如圖3所示。

圖3 神經(jīng)調(diào)控應(yīng)用

芯片自帶高溫、高壓、高電流等檢測(cè)與安全保障系統(tǒng)，可以很好的滿足植入式或高性能神經(jīng)調(diào)控設(shè)備對(duì)于微型化和安全性的要求；并且支持多模式刺激，具有很強(qiáng)的拓展性，可廣泛應(yīng)用于圖4所列的應(yīng)用中。

圖4 ENS001典型應(yīng)用列表

四、總結(jié)

隨著未來研究的推進(jìn)，神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域必定會(huì)衍生出更大發(fā)展空間，更多與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的疾病將可能成為神經(jīng)調(diào)控產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)前景非常廣闊。元神ENS001芯片作為可編程平臺(tái)型芯片可以滿足大部分電刺激的應(yīng)用場(chǎng)景，提供了高度靈活性、適配性以及閉環(huán)控制，可以大幅簡(jiǎn)化下游廠商的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)和研發(fā)周期，是具有顛覆行業(yè)潛力的一款產(chǎn)品。