[發(fā)明專利]一種光電組合刺激裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010819256.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN111973874B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石巖;寇建閣;蔡茂林;王娜;王一軒;任帥;許未晴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): A61N1/36
• 分類號(hào): A61N1/36;A61B5/00;A61B5/291;A61B5/369;A61N5/06;A61N1/05
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

本發(fā)明公開了一種光電組合刺激裝置及方法，針對(duì)脊髓損傷導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能喪失或部分喪失的病人，采用多傳感融合的光電組合刺激方式，利用多通道電極同時(shí)采集大腦和脊髓不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)。對(duì)比探討不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下腦電信號(hào)和脊髓電信號(hào)差異，通過信號(hào)融合與預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)不用運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)的高信噪比精確采集，最終轉(zhuǎn)化為高精度的下發(fā)命令信號(hào)，并利用亞閾值電刺激和光刺激的神經(jīng)選擇性，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)神經(jīng)的靶向刺激激活。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種光電組合刺激裝置及方法。

背景技術(shù)

脊髓損傷是常見的一種嚴(yán)重致殘性疾病，可直接造成病人的運(yùn)動(dòng)、感覺和括約肌功能障礙，嚴(yán)重影響病人生存生活，損傷嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致死亡。脊髓損傷不僅給病人帶來災(zāi)難性后果，而且將會(huì)給家庭、社會(huì)甚至國(guó)家?guī)沓林氐呢?fù)擔(dān)。其中，由脊髓損傷造成的運(yùn)動(dòng)功能喪失會(huì)嚴(yán)重影響病人生活，致使生活不能自理，嚴(yán)重影響病人心理健康狀況，甚至?xí)绊懮?/p>

目前脊髓損傷修復(fù)及功能重塑技術(shù)主要包括手術(shù)治療、藥物治療、干細(xì)胞移植等，但由于脊髓損傷的臨床情況復(fù)雜，其修復(fù)及功能重塑效果并不理想。近年來，基于腦/神經(jīng)接口技術(shù)的脊髓電刺激功能修復(fù)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外脊髓損傷修復(fù)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。但單純的電刺激技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：1)現(xiàn)存的神經(jīng)接口技術(shù)信號(hào)提取時(shí)信噪比較低，不能精確采集運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)。造成刺激命令下發(fā)不明確。2)中樞神經(jīng)提取的運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)不能分辨出動(dòng)作大小、快慢等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不利于發(fā)出精確地命令信號(hào)。3)由于電流在體內(nèi)的流動(dòng)，刺激位置只能是一個(gè)區(qū)域，造成神經(jīng)刺激選擇性很低，不能靶向刺激目標(biāo)神經(jīng)。

因此，如何實(shí)現(xiàn)高精度的下發(fā)命令信號(hào)，靶向刺激激活目標(biāo)神經(jīng)實(shí)現(xiàn)脊髓損傷修復(fù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種光電組合刺激裝置及方法，針對(duì)脊髓損傷導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能喪失或部分喪失的病人，采用多傳感融合的光電組合刺激方式，利用多通道電極同時(shí)采集大腦和脊髓不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)。對(duì)比探討不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下腦電信號(hào)和脊髓電信號(hào)差異，通過信號(hào)融合與預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)不用運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)的高信噪比精確采集，最終轉(zhuǎn)化為高精度的下發(fā)命令信號(hào)，并利用亞閾值電刺激和光刺激的神經(jīng)選擇性，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)神經(jīng)的靶向刺激激活。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種光電組合刺激裝置，包括腦電電極模塊、處理器集成裝置、脈沖發(fā)生器、光電組合刺激電極和電源；所述腦電電極模塊無線連接所述處理器集成裝置；所述處理器集成裝置導(dǎo)線連接所述脈沖發(fā)生器；所述脈沖發(fā)生器通過導(dǎo)線和耦合光纖連接所述光電組合刺激電極；所述電源連接所述腦電電極模塊和所述處理器集成裝置。

優(yōu)選的，所述腦電電極模塊包括依次連接的大腦電極、調(diào)理放大電路和天線，以及無線供電模塊；所述調(diào)理放大電路和所述天線連接所述無線供電模塊，所述無線供電模塊無線連接所述電源，通過所述電源進(jìn)行無線供電；所述大腦電極采集腦電信號(hào)。

優(yōu)選的，所述處理器集成裝置包括集成設(shè)置的脊髓電極模塊、處理器、信號(hào)接收裝置、電刺激編程器和所述無線供電模塊；所述脊髓電極模塊包括脊髓電極和調(diào)理放大電路，所述脊髓電極采集脊髓電信號(hào)，并電連接所述調(diào)理放大電路，所述脊髓電信號(hào)經(jīng)過所述調(diào)理放大電路傳輸至所述處理器；所述處理器集成裝置的所述無線供電模塊連接所述信號(hào)接收裝置、所述處理器和所述電刺激編程器；所述電源無線連接所述處理器集成裝置的所述無線供電模塊，實(shí)現(xiàn)無線供電；所述信號(hào)接收裝置和所述電刺激編程器連接所述處理器；所述電刺激編程器連接所述脈沖發(fā)生器；所述信號(hào)接收裝置無線連接所述天線。

優(yōu)選的，所述處理器設(shè)置有串口和藍(lán)牙模塊，通過所述串口或所述藍(lán)牙模塊與上位機(jī)連接通訊。可以實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)設(shè)置處理器集成裝置中處理器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)光電組合刺激裝置的調(diào)整。

優(yōu)選的，所述光電組合刺激電極采用亞閾值電刺激的方式；所述光電組合刺激電極用于靶向刺激脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。