小型可穿戴植入式深部脑刺激装置原型

这款深部脑刺激装置原型的设计初衷，是面向生物医学研究场景下的长期神经调控实验需求，解决传统商用DBS设备体积偏大、难以适配小型实验动物植入、或是穿戴式受试场景下负重过高的痛点。在实际的神经科学研究场景中，受试对象无论是小型实验动物还是需要长期随身佩戴设备的临床受试志愿者，都对装置的整体体积、重量、功耗有着极为严苛的要求——过大的设备会造成植入部位的组织牵拉损伤，过高的功耗会缩短电池更换周期，增加实验干扰与受试对象的不适感。

设计阶段首先敲定了堆叠式PCB的架构方案，摒弃传统单块电路板平铺布局的思路，将核心控制回路、电源管理回路、刺激输出回路分层布置，层间采用板对板连接器实现信号与电源的连通，最大化压缩平面占用面积，让整体装置的轮廓可以适配颅骨表面或是颈部皮下的植入空间，也能满足可穿戴场景下贴附佩戴的尺寸要求。核心控制单元选用Seeed Studio XIAO微控制器作为主控，这款控制器本身的封装尺寸极小，同时具备足够的ADC、GPIO通道资源，能够满足刺激脉冲参数调节、电池电压监测、输出回路状态检测的全部功能需求，不需要额外扩展过多的外围电路，进一步压缩了电路板的占用空间。

电源部分采用了容量适配的LiPo电池作为供能单元，电池本身的薄型封装能够贴合堆叠后的电路板侧面布置，不会额外增加装置的整体厚度，电源管理回路集成了充放电保护、电压稳压输出功能，能够在电池电压波动的全周期内为刺激输出回路提供稳定的工作电压，避免刺激脉冲参数随电池电压下降出现漂移，影响实验数据的准确性。电池与电路板之间采用软线焊接连通，预留了足够的线长余量，方便组装过程中调整电池位置，适配不同的外壳封装尺寸需求。

从安装边界来看，整个装置的外轮廓没有突出的尖锐结构，所有电路板边缘都做了圆角处理，避免植入或佩戴过程中划伤周边组织；电路板上的元器件全部采用表贴封装，最高元件高度控制在堆叠结构的整体厚度范围内，不会出现局部凸起造成的佩戴异物感。刺激输出端预留了标准的电极连接焊盘，能够适配不同规格的植入式刺激电极，不需要额外修改电路板走线即可完成不同实验场景下的电极适配。

功能层面，这款原型装置能够输出参数可调的恒流刺激脉冲，支持通过预留的调试接口调整脉冲频率、脉宽、电流幅值参数，满足不同神经调控实验的参数需求；板载的电源监测单元能够实时采集电池剩余电量，在电量低于阈值时触发提示，避免实验过程中设备意外断电造成的数据中断。堆叠结构的每层电路板都预留了固定孔位，组装时可以采用绝缘螺柱完成层间固定，保证装置在受到轻微晃动、或是受试对象活动过程中不会出现层间移位、接触不良的问题。

在实际使用场景中，这款装置既可以经过生物相容性封装后完成动物体内植入实验，用于长期记录DBS干预下的神经电生理数据，也可以封装在轻薄的医用塑料外壳中，作为可穿戴设备用于临床受试阶段的参数验证，不需要外接庞大的有线供能与控制设备，能够最大程度还原受试对象的自然活动状态，提升实验数据的可靠性。设计过程中充分考虑了组装工艺的可行性，所有表贴元件都选用通用封装规格，不需要特殊的焊接工艺即可完成手工组装，方便研究人员根据实验需求快速修改电路参数、迭代装置版本，不需要依赖复杂的代工生产流程即可完成小批量的原型制作。装置的整体重量控制在极低水平，即便是植入小型实验动物体内，也不会对其正常活动造成明显的负重影响，可穿戴场景下贴附在耳后或是颈部皮肤表面，也不会造成明显的佩戴不适感。