本发明专利技术提供了一种用于硬膜外脊髓电刺激和/或硬膜下脊髓电刺激的实时控制的闭环系统，所述闭环系统包括：a)用于向受试者施加具有可调刺激参数的神经调制的装置，所述装置a)与实时监测部件b)在操作上连接；b)实时监测部件，所述实时监测部件b)包括从所述受试者连续获取反馈信号的传感器，所述信号是神经信号和/或提供所述受试者的运动特征的信号，所述部件b)与信号处理装置c)在操作上连接；以及c)信号处理装置，所述信号处理装置c)接收所述反馈信号并且运行实时自动控制算法，所述信号处理装置与所述装置a)在操作上连接并且以最小延迟向所述装置a)提供新的刺激参数。本发明专利技术的提供提高了具有神经运动损伤的受试者的行走的一致性。使用了实时自动控制算法，该实施自动控制算法包括采用单输入单输出模型(S1SO)或多输入单输出模型(MISO)的反馈部件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】递送自适应硬膜外和/或硬膜下脊髓电刺激以促进和恢复在神经功能损伤后的行动的系统
本专利技术涉及神经义肢领域，特别是涉及用于促进和恢复在神经障碍后，更具体地在脊髓损伤(SCI)、帕金森氏病、多发性硬化症和中风后之后，受试者的行动的装置和系统。
技术介绍
腰骶段处的硬膜外脊髓电刺激(EES)已被证明是能够促进具有SCI的大鼠、猫和人类的行动的非常有前景的干预(Ichiyama,R.M.,GeraS1menko,Y.P.,Zhong,H.,Roy,R.R.&Edgerton,V.R.Hindlimbsteppingmovementsincompletespinalratsinducedbyepiduralspinalcordstimulation.Neuroscienceletters383,339-344,doi:10.1016/j.neulet.2005年4月9日(2005)；MinasS1an等.HumanlumbarcordcircuitriescanbeactivatedbyextrinS1ctonicinputtogeneratelocomotor-likeactivity.Humanmovementscience26,275-295,doi:10.1016/j.humov.2007年1月5日(2007)；Harkema,S.等.Effectofepiduralstimulationofthelumbosacralspinalcordonvoluntarymovement,standing,andasS1stedsteppingaftermotorcompleteparaplegia:acasestudy.TheLancet377,1938-1947(2011)；GeraS1menko,Y.P.等.Epiduralspinalcordstimulationplusquipazineadministrationenablesteppingincompletespinaladultrats.JNeurophyS1ol98,2525-2536,doi:10.1152/jn.00836.2007(2007))。当与药物干预和行动训练相结合时，EES被证明影响功能的恢复，即脊椎大鼠能够在跑步机上恢复完全负重步进能力((Edgerton,V.R.等.Traininglocomotornetworks.Brainresearchreviews57,241-254,doi:10.1016/j.brainresrev.2007年9月2日(2008)；Ichiyama,R.M.等.Steptrainingreinforcesspecificspinallocomotorcircuitryinadultspinalrats.TheJournalofneuroscience:theofficialjournaloftheSocietyforNeuroscience28,7370-7375,doi:10.1523/JNEUROSCI.1881-08.2008(2008)；Courtine,G.等.Transformationofnonfunctionalspinalcircuitsintofunctionalstatesafterthelossofbraininput.Natureneuroscience12,1333-1342,doi:10.1038/nn.2401(2009)；MuS1enko,P.,Heutschi,J.,Friedli,L.,denBrand,R.V.&Courtine,G.Multi-systemneurorehabilitativestrategiestorestoremotorfunctionsfollowingseverespinalcordinjury.Experimentalneurology,doi:10.1016/j.expneurol.2011年8月25日(2011))。在现有技术中，可以发现关于神经义肢设备或系统的若干专利。US2005/090756公开了一种用于神经义肢控制的神经刺突检测系统，其中，接收神经信号并且在检测到神经刺突时发送信息信号。US2004/0267320公开了一种用于根据运动神经元的发放率来对装置进行编程的算法。具体地，检测电脉冲并且根据所述脉冲来计算移动。在受试者大脑皮质中优选地检测所述脉冲并且优选地提供脑至臂的控制(brain-to-armcontrol)。US2003/114894公开了一种表面神经义肢，该表面神经义肢使能够容易调整和微调经皮扫描电极的表面上的局部电流密度，以实现最佳肌肉反应。具体地，公开了一种施加在肢体的肌肉上的用于神经义肢的扫描电极。关于脑脊髓接口(interface)，US2011/0208265除其他之外例如还公开了一种用于脊髓的多可编程试验刺激器。刺激器可以提供宽的频率范围，然而，在所述文献中未公开对用于实现行动功能的频率的具体选择。US2012/0330391公开了一种用于使用脊髓刺激来治疗运动障碍的症状的方法，其包括在硬膜外腔的腹侧部分内植入刺激引线。公开了大于100HZ并且具有小于20的脉冲宽度的频率。WO2012/094346公开了一种方法，其中，向具有神经学衍生瘫痪(neurologicallyderivedparalysis)的患者施加电刺激。任选地，可以使用具有不同参数值集合的电刺激来重复所公开的方法以获得由该方法的每次重复所产生的可计量的结果。然后，可以通过至少一个计算装置来执行机器学习方法。机器学习方法建立被施加于脊髓的电刺激与由至少一个脊椎回路的激活所生成的可计量的结果之间的关系的模型。可以基于该模型来选择新的参数集合。在US2002/0115945中公开了一种用于恢复具有SCI的个体的步态(gait)的方法，其中，硬膜外脊髓刺激与部分负重治疗相结合。在EP2486897中公开了一种闭环脑机接口，其中，获取神经信号并将其转化成由机器执行的移动。还提供了感官反馈。所述接口可以用于恢复行动的自主控制。然而，在所公开的接口中，直接从受试者的大脑获取信号，提取运动命令并且通过执行器来实现运动。在WO2013/071309中，在脊柱病理的康复中，使用经皮脊髓电刺激(tESCS)作为非侵入性方法。优选地，在5Hz至40Hz下以20mA至100mA来递送电刺激。如在WO2012/094346中一样，公开了方法的可能性以及电刺激与结果之间的关系的模型。WO2007/047852公开了一种提供电磁信号来对患者进行治疗的方法。闭环神经义肢装置是在现有技术中已知的以供使用，例如用于预测和防止癫痫发作(参见示例US8374696和US2007/0067003)。仍存在对用于改善或恢复具有神经运动损伤(特别是在脊髓损伤之后)的受试者的行动功能的方法。已知EES对于促进具有脊髓损伤和帕金森氏疾病的受试者的行动可以是非常有用的。还已知每个EES脉冲在肌肉中产生反射反应。在步进(stepping)期间，EMG由一连串这些反射反应来构建，这些反射反应在步态循环的不同阶段期间被自然地调制，但也可以直接受刺激的参本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于硬膜外脊髓电刺激和/或硬膜下脊髓电刺激的实时控制的闭环系统，其特征在于，所述闭环系统包括：a)用于向受试者施加具有可调刺激参数的神经调制的装置；b)实时监测部件；c)信号处理装置，其中，所述装置a)与所述实时监测部件b)在操作上连接，所述实时监测部件b)包括从所述受试者连续获取反馈信号的传感器，所述信号是神经信号和/或提供所述受试者的运动特征的信号，所述部件b)与所述装置c)在操作上连接，所述信号处理装置c)接收所述反馈信号并且运行实时自动控制算法，所述信号处理装置在操作上与所述装置a)连接并且以最小延迟向所述装置a)提供新的刺激参数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.31 EP 13191003.61.一种用于硬膜外脊髓电刺激和/或硬膜下脊髓电刺激的实时控制的闭环系统，其特征在于，所述闭环系统包括：a)用于向受试者施加具有可调刺激参数的神经调制的装置；b)实时监测部件；c)信号处理装置，其中，所述装置a)与所述实时监测部件b)在操作上连接，所述实时监测部件b)包括从所述受试者连续获取反馈信号的传感器，所述信号是神经信号和/或提供所述受试者的运动特征的信号，所述部件b)与所述装置c)在操作上连接，所述信号处理装置c)接收所述反馈信号并且运行实时自动控制算法，所述信号处理装置在操作上与所述装置a)连接并且以最小延迟向所述装置a)提供新的刺激参数，其中，所述刺激参数选自波形、幅度、脉冲宽度和频率，以及其中，所述控制算法包括反馈部件和前馈部件，以及其中，所述控制算法是基于在硬膜外和硬膜下空间中施加的电刺激的频率与步态的相关参数之间的线性关系而开发的。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置a)包括硬膜外电刺激装置和/或硬膜下电刺激装置。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述装置a)包括一个或更多个电极，或包括电极阵列。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述装置a)还包括可植入脉冲发生器。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置a)提供在5Hz与120Hz之间的、分辨率为1Hz的刺激频率。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置a)提供阶段刺激或突发刺激。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置a)被应用于至少两个刺激位点并且每个刺激位点能够被独立地接通或断开。8....
【专利技术属性】
技术研发人员：葛瑞哥尔·库尔坦，尼古拉斯·威格，爱德多华·马丁墨荷，西尔维斯特·米塞拉，马可·波尼撒托，
申请(专利权)人：洛桑联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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