用于运动功能重建的外周神经闭环刺激方法及全植入装置与流程

本发明涉及神经接口，尤其涉及用于运动功能重建的外周神经闭环刺激方法及全植入装置。

背景技术：

1、因中风、脊髓损伤等疾病导致的肢体运动功能缺失给患者的生活造成了很大的困扰，严重影响生活质量和患者自主生活的能力。目前，医学上并没有有效的治疗手段，只能依靠长期的康复训练来恢复肢体的部分运动功能，不能达到完全康复的目的。

2、脑机接口技术是一种新型的运动功能重建手段，它通过提取大脑或神经中的运动意愿信号，绕过受损的神经通路，直接控制外部机械设备(如机械手臂)来完成辅助性的功能动作。近年来，脑机接口技术进一步可以驱动外骨骼或者直接电刺激肌肉来辅助患者自身的肢体完成功能性动作。

3、公开号为cn113925746a的中国专利文献公开了一种基于脑机接口的外骨骼机器人控制方法及控制装置。该装置当接收到由脑机接口端发送的调用请求时，外骨骼依据运动方向确定目标运动角度、依据运动档位确定目标运动角速度、助力等级、助力时间、调整策略等信息，从而驱动外骨骼完成脑机接口提取的命令指令，完成想要的功能性动作。

4、公开号为cn101711908a的中国专利文献公开了一种针对下肢的层级式功能性电刺激康复系统。该系统包括脑机接口模块、中枢模式发生器模块和功能性电刺激模块，脑机接口模块与中枢模式发生器模块相连传输控制指令信息，中枢模式发生器模块与功能性电刺激模块相连传输节律运动模式信息，功能性电刺激模块发出弱电流脉冲信号，刺激患者肌肉完成一定的动作。

5、然而，基于外骨骼和肌肉电刺激的方案有其各自的弊端。首先，外骨骼的通常比较笨重，穿戴和使用都不是很方便，大大影响了日常生活的使用；其次，肌肉电刺激会在短时间内造成肌肉的疲劳，不能长期使用；最后，驱动两种方式的信号都来自大脑头皮脑电信号，其信息量有限，不能准确提取患者的运动意图，大大降低了患者的使用体验。

6、因此，需要一种系统，能够准确有效提取病人的运动意图，并且能够长期有效控制肢体运动，而且要能够做到轻量便携美观，不影响其他的日常生活。

技术实现思路

1、为克服上述问题，本发明提供用于运动功能重建的外周神经闭环刺激方法及全植入装置。

2、本发明的第一个方面提供一种用于运动功能重建的外周神经闭环刺激方法，包括以下步骤：

3、(1)将一根或多根刺激电极穿透外周神经的外膜，植入到神经束内的不同位置并固定；

4、(2)对所述刺激电极施加不同参数的刺激电流，找到能够完成目标功能动作的相关刺激电极及参数；

5、(3)组合所述刺激电极的刺激时序，直至找到能够完成连贯的组合功能性动作的刺激模式；

6、(4)将一根或多根肌电记录电极植入或贴附到相关肌肉并固定；

7、(5)记录病人在试图完成不同动作时通过所述肌电记录电极记到的肌电信号的模式，建立肌电信号模式和所述刺激模式的映射关系；

8、(6)实时检测病人不同动作意图的肌电信号模式，通过所述刺激电极施加时序刺激电流，完成外周神经的闭环刺激，实现运动功能的重建。

9、进一步，步骤(1)中刺激电极植入到神经束内的方法是沿着外周神经的走向顺行植入，或者是垂直于外周神经走向横穿植入。

10、进一步，步骤(2)中刺激电流的参数包括电流幅度、频率、脉冲宽度、脉冲间隔、刺激相位和刺激时长。

11、进一步，步骤(2)中如果不能达到预期的目标功能动作，需要更改所述刺激电极的植入位置，直到能够完成预期的目标功能动作。

12、进一步，步骤(3)中刺激模式包括调整不同所述刺激电极施加电刺激的相对相位和刺激时长。

13、进一步，步骤(6)中实时检测病人不同动作意图的方法为阈值法或模板匹配法。

14、进一步，步骤(6)中运动功能重建的部位包含上肢和手部、下肢和含脚部、以及其他运动关节的部位。

15、本发明的第二个方面提供一种用于运动功能重建的外周神经闭环刺激方法的全植入装置，包括全植入到体内的外周神经刺激电极、植入子和植入肌电记录电极、以及置于体外的无线充电环带和医用平板电脑；

16、所述植入子内部封装有电刺激信号发生模块、植入主控制模块、电池、无线充电接收模块、充电管理模块、无线数据收发模块和植入肌电信号采集调理电路模块；

17、所述植入肌电记录电极与植入肌电信号采集调理电路模块的信号输入端电连接，植入肌电记录电极将采集到的肌电信号传输至植入肌电信号采集调理电路模块；

18、所述植入肌电信号采集调理电路模块的信号输出端与植入主控制模块的信号输入端电连接，植入肌电信号采集调理电路模块将收到的肌电信号进行放大后传输至植入主控制模块；植入主控制模块对收到的肌电信号进行模数转换，并对肌电信号进行进一步预处理、特征提取和模式识别操作；

19、所述主控制模块与无线数据收发模块双向电连接，无线数据收发模块从医用平板电脑端接收刺激参数并发送至控制模块，或将主控制模块处理后的肌电信号发送至医用平板电脑端；

20、所述主控制模块信号输出端与电刺激信号发生模块的信号输入端电连接，主控制模块信号将医用平板电脑端发送的或者主控制模块生成的刺激参数传输至电刺激信号发生模块；

21、所述电刺激信号发生模块的信号输出端与外周神经刺激电极电连接，电刺激信号发生模块根据收到的刺激参数产生对应的刺激电流并通过外周神经刺激电极注入到神经中刺激肌肉收缩完成相应动作；

22、所述无线充电环带内部集成有无线充电发射模块，无线充电环带侧面设有电源接口；所述无线充电发射模块与所述植入子的无线充电接收模块电磁感应连接，无线充电接收模块与充电管理模块电连接，充电管理模块与电池电连接，电池为植入主控制模块、无线充电接收模块、无线数据收发模块和植入肌电信号采集调理电路模块供电。

23、所述医用平板电脑内部集成有无线连接模块、刺激参数配置模块、肌电信号显示模块、肌电信号处理模块、刺激参数写入模块、文件读写模块；无线连接模块与所述植入子的无线数据收发模块通讯连接，无线连接模块接收植入子发送的肌电信号或将文件读写模块收到的信息传至植入子；肌电信号处理模块处理接收到的肌电信号；刺激参数写入模块根据肌电信号特征配置刺激参数和刺激时序生成对应的刺激模式；文件读写模块储存肌电信号处理模块处理后的肌电信号和刺激参数写入模块生成的刺激模式。

24、进一步，所述外周神经刺激电极和所述植入肌电记录电极为金属微丝电极或以聚合物为基底的柔性可拉伸电极。

25、进一步，所述植入子外部设有金属外壳，金属外壳将植入子密封封装；植入子与外周神经刺激电极和植入肌电记录电极分别通过馈通连接器连接。

26、进一步，所述植入子与手机无线连接，手机用于显示植入子的电池电量、仪器状态、肌电信号。

27、进一步，所述植入子内还包括连接至所述植入主控制模块的速度传感器和加速度传感器。

28、进一步，植入主控制模块包括肌电信号数字化单元、肌电信号处理单元、肌电信号模式识别单元、刺激参数转化单元以及刺激参数存储单元。

29、进一步，植入子植入固定的位置包括胸部和腹部。

30、本发明的有益效果是：

31、1、本发明采用外周神经刺激的方法来实现运动功能重建，相较于肌肉功能电刺激的方法，可以大幅减少长期刺激导致的疲劳问题，实现稳定控制；

32、2、本发明实时检测患者不同类型的运动意愿，能够实现闭环有效的控制，避免很多不必要的外周神经电刺激；

33、3、本发明为一种新型的全植入式方案，该装置植入人体后不会留下任何经皮的接口，从美观和实用的角度为患者日常生活提供了诸多便利；

34、4、本发明不仅可以应用于运动功能的重建，也适用于其他功能的外周神经刺激，如疼痛、震颤等疾病的治疗。