[發(fā)明專利]用于超聲脊髓刺激的設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780094100.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN110997066B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·M·阿萊姆;鄭永平
• 申請（專利權(quán)）人: 香港理工大學(xué)
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 北京世峰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11713
• 代理人: 卓霖;許向彤

提供了一種用于超聲刺激脊髓的設(shè)備和方法。該方法包括至少兩個刺激周期，每個周期包括以下步驟：a)使用第一組超聲換能器獲得第一實時脊髓圖像(S1)；b)從第一實時脊髓圖像中選擇脊髓的預(yù)定刺激區(qū)域(S2)；c)計算所選擇的刺激區(qū)域相對于第二組超聲換能器的位置和取向(S3)；d)使用第二組超聲換能器在計算出的相對位置和取向處刺激脊髓的所選擇的刺激區(qū)域(S4)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體涉及用于癱瘓后的功能康復(fù)的脊髓刺激的設(shè)備和方法，尤其涉及用于超聲圖像引導(dǎo)的超聲脊髓神經(jīng)調(diào)節(jié)的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

哺乳動物脊髓由能夠控制日常生活的不同功能的專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (SNN)組成。特殊的中間神經(jīng)元位于脊髓的頸椎和腰椎增大處。它們形成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在涉及到達、抓握、呼吸、咳嗽、說話、站立、踩踏、膀胱和碗狀排尿、姿勢控制等的神經(jīng)肌肉活動中起重要作用。相信包括人類在內(nèi)的所有哺乳動物都在頸椎和腰骶脊髓區(qū)域具有SNN。位于腰骶脊髓的SNN組織有規(guī)律的腿部運動，該有規(guī)律的腿部運動對于運動(例如步行)至關(guān)重要。

正常情況下，SNN的活動以脊椎上的方式并且由周圍的感覺輸入調(diào)節(jié)。在大腦和脊髓之間的連接中斷的情況下(例如，由于受傷或疾病引起)，仍然可以通過外部刺激(例如對腰骶SNN的電刺激)來實現(xiàn)運動功能。因此，可以通過神經(jīng)調(diào)節(jié)，特別是通過SNN的脊髓刺激來恢復(fù)或改善截癱患者的步行功能。

有幾種刺激脊髓神經(jīng)回路的方法。這些包括電刺激和磁刺激兩者。通過電壓或電流進行的脊柱刺激主要分為三種：脊柱內(nèi)刺激(IS)，硬膜外刺激(ES)和經(jīng)皮刺激(TS)。在這些電刺激方法中，脊柱內(nèi)刺激和硬膜外刺激通常是侵入性的。它們分別通過脊柱內(nèi)穿透電極和硬膜外放置的電極遞送。對于經(jīng)皮刺激，通過經(jīng)皮表面電極傳遞電刺激。換句話說，它是非侵入性的。磁刺激方法通常是非侵入性的。磁刺激利用放置在脊柱上的常規(guī)經(jīng)顱磁刺激(TMS)線圈。

研究人員和醫(yī)學(xué)從業(yè)人員發(fā)現(xiàn)很難在非侵入性和有效性之間取得平衡。侵入性刺激方法允許更精確地定位刺激。脊柱內(nèi)刺激方法能夠瞄準(zhǔn)微米范圍內(nèi)的區(qū)域。它可以將刺激傳遞到任何區(qū)域，包括脊髓的背側(cè)和腹側(cè)結(jié)構(gòu)。侵入性較小的硬膜外刺激方法可以實現(xiàn)毫米范圍內(nèi)的精度，并且背側(cè)刺激的深度不能深過背側(cè)結(jié)構(gòu)(即它不能到達腹側(cè)結(jié)構(gòu))。重要的是要注意，由于外科手術(shù)非常復(fù)雜且危險，使硬膜外植入物達到脊髓的腹側(cè)表面是不可行的。非侵入性磁刺激方法具有厘米分辨率，而經(jīng)皮刺激方法只能執(zhí)行廣泛的非特異性刺激，該刺激通過傳入途徑激活脊髓。更好的刺激定位通常意味著更有效的康復(fù)。通過脊髓內(nèi)的脊柱內(nèi)刺激來達到支撐體重的站立被認為是可行的。另一方面，傳統(tǒng)上發(fā)現(xiàn)硬膜外刺激對抑制疼痛有效，但最近的研究表明其在癱瘓后康復(fù)中具有潛力。發(fā)現(xiàn)僅經(jīng)皮刺激不比在中性重力位置誘發(fā)腿的有規(guī)律的活動或在機器人驅(qū)動的支撐體重的直立姿勢下更有效。最后，研究表明，磁刺激只能在支撐體重的直立姿勢中誘導(dǎo)出非常有限的步行狀模式。

關(guān)于侵入性刺激方法的有效性，存在手術(shù)、生物相容性和誘導(dǎo)的可塑性的問題。脊柱內(nèi)電刺激和硬膜外電刺激兩者都需要對脊柱進行手術(shù)椎板切除術(shù)，以植入刺激電極。需要在患者的背部做另一個切口以植入刺激器。植入的電極和刺激器通常保持工作幾年，因此可能需要頻繁手術(shù)以更換電極、電池或刺激器。此外，由于無法接受手術(shù)，許多癱瘓的患者可能無法被納入這些治療。這些問題是在癱瘓后使用侵入性(脊柱內(nèi)和硬膜外)刺激方法進行功能康復(fù)的主要障礙。

發(fā)明內(nèi)容

因此，存在對于一種新型的消除或減少上述缺點和問題的神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)的需要。特別是，理想的干預(yù)措施應(yīng)該是非侵入性的并且又有足夠定位能力。

提供了一種用于超聲刺激脊髓的方法，該方法包括至少兩個刺激周期，每個周期包括以下步驟：a)使用第一組超聲換能器獲得第一實時脊髓圖像；以及b)從第一實時脊髓圖像中選擇脊髓的預(yù)定刺激區(qū)域；c)計算所選擇的刺激區(qū)域相對于第二組超聲換能器的位置和取向；以及d)使用第二組超聲換能器在計算出的相對位置和取向上刺激脊髓的所選擇的刺激區(qū)域。