[發明專利]選擇性時空刺激脊髓的系統

有效

• 申請號: 201611190172.5
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106902458B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 賈瑟琳·布洛赫;葛瑞哥爾·庫爾坦;尼古拉斯·威格;西爾維斯特·米塞拉;馬可·卡波格羅索
• 申請（專利權）人: 洛桑聯邦理工學院
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;A61N1/372;A61N1/05
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙) 11276
• 代理人: 宋菲;劉云貴

本發明涉及一種選擇性時空電神經刺激脊髓的系統。具體來說，本發明的目的是一種系統，其包括：接收來自個體的信號并且操作信號處理算法以推敲刺激參數設定的信號處理裝置，其與可植入脈沖發生器(IPG)可操作地連接，所述可植入脈沖發生器接收來自所述信號處理裝置的刺激參數設定并且能夠將獨立的電流或電壓脈沖同時傳輸到一個或多個多電極陣列；其與一個或多個多電極陣列可操作地連接，所述多電極陣列適合于覆蓋所述個體的脊髓的至少一部分以向所述個體應用脊柱回路和/或背側根的選擇性時空刺激，其中所述IPG與所述一個或多個多電極陣列可操作地連接以提供多極刺激。此類系統通過時空選擇性地刺激所述脊髓、特別是所述背側根而有利地使得可實現運動功能的有效控制。

技術領域

本發明涉及用于運動紊亂的脊髓神經修復的領域。

具體來說，其涉及選擇性時空刺激脊髓的系統。

背景技術

多種神經病癥會破壞脊柱上中心與脊柱回路之間的通信矩陣，由此導致一系列運動殘疾。

舉例來說，神經性運動障礙可以是脊髓損傷(SCI)、由中風造成的局部缺血性損傷或神經退化性疾病(如帕金森病(Parkinson disease))的結果。

具體來說，在脊髓病變之后，頸椎或胸部的運動神經群并不會接收來自脊柱上結構的輸入，但脊柱運動回路仍保留功能性。

神經調節策略提供了存活的回路和路徑以緩解這些缺陷(1、2)。具體來說，腰椎脊髓的電化學神經調節已介導患有SCI的動物模型(3-7)和人類(6、8-11)的下肢運動控制的顯著改善。

計算機模擬(12-14)和實驗研究(7、15-17)已證明應用于腰椎節段背面的電神經調節主要接合通過刺激背側根纖維恢復的本體感受反饋回路。普遍的看法是恢復這些神經路徑會激活中樞模式產生網絡(9、18)并且使脊柱回路的興奮性提高到能夠使感覺信息變為運動控制來源的程度(19)。

然而，動作產生通過沿脊髓協同激活運動神經群來安排，所述運動神經群在特定和精確時刻下通過中樞神經系統激活。

具體來說，肢體動作的產生涉及在精確時間順序(23、24)之后激活空間分布的運動神經元(21、22)，所述精確時間順序經由感覺反饋(25)連續調節。

因此，有效治療的目的應在于在空間和時間上精確激活脊柱回路。

這一框架對電神經調節治療的臨床應用制定了兩個基本限制。首先，刺激的空間位置仍限制于根據經驗映射實驗選擇的單個脊髓區域(9、20)。其次，刺激方案的時間結構限制于在運動執行期間保持恒定的非調節模式，這與下肢動作的當前狀態無關(8、9、15)。

因此，臨床環境中有助于運動控制的時空神經調節治療的設計依賴于一系列大型方法學進展。首先，可經由恢復背側根纖維特定地靶向運動回路的空間選擇性植入物的設計。其次，靶向位于有限空間區域中的實時運動神經元的特定時間的刺激模式的設計。

當前刺激方案和系統并不試圖再現有助于動作的運動神經元激活的這些時空模式。實際上，其保持非特異性，限制于單個區域并且連續傳輸。

因此，需要一種集成空間選擇性和時間結構的系統來改進刺激功效并且因此控制運動。

具體來說，仍需要一種在精確時間分辨率下刺激特定脊柱根的系統，以使得不同的特定的運動神經群可在不同步態階段期間激活。

計算模型和實驗工作(12、13、15、16)已顯示腰椎脊髓(EES)的硬膜外刺激主要恢復位于背側根的大的有髓神經傳入纖維。傳出纖維也可以具體地講在尾側/骶骨層面得以恢復。在脊髓損傷之后，在非特定EES期間，肌肉活動性由通常稱為脊柱反射的背側根傳入的恢復產生的單突觸和多突觸成分突發構成(12)。這一肌肉活動性通過脊柱回路調節(7、12)和閘控以建構運動模式并且調節運動變量(7)。