完全植入式神经刺激系统包括事件触发的闭环控制单元（５０），其通过一个或多个神经套箍电极从神经信号检测生理事件，例如脚后跟接触或脚尖提起事件的发生，并且向神经递送刺激脉冲，以产生预期的生理反应。该刺激系统包括：低噪声低功率神经信号放大器（１８０）；加速计（１５６），其检测患者大腿的取向角度；以及电池供电的处理器（１５０），其选择性地向系统中的组件供电，以便以使电池功率最小化的方式检测所述生理事件并递送所述刺激脉冲。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及医疗装置，具体地涉及神经刺激装置。
技术介绍
足下垂是严重丧失能力的情况，其通常作为脑血管意外或脑皮层、脑干和/或脊髓中的中枢神经损伤的结果而出现，例如能够伴随中风、多发性硬化、脑癌、跌打脑损伤、不完全脊髓损伤或大脑性麻痹而出现。引起的踝背屈肌的麻痹或局部麻痹妨碍人提起染病的脚，以致于脚被拖着并在行走期间步履蹒跚。当足下垂的原因是中枢神经损伤时，踝背屈肌肌肉组织和经由腓总神经的外围神经分布在生理上是完好的。然而，作为麻痹或局部麻痹的结果，复杂的病理后遗症发展包括踝伸肌痉挛、抽筋及伸展过度、髋部和膝盖屈肌无力、由不用引起的踝背屈肌的显著萎缩、包括髋部环行和膝盖伸展过度的代偿性步态和姿势畸形以及由步态和姿势畸形频繁导致的疼痛和慢性关节问题。足下垂残疾通常导致多种步态机能障碍，例如不对称、染病的腿的弱的体重支撑、慢而费力的行走、姿势和平衡的损害、以及减少的耐力、很快的疲劳和行走的高代谢值。足下垂情况妨碍了日常生活的活动，例如活动能力和独立性，并且通过跌倒和髋部骨折的增加的风险增加了发病率。到现在为止，主要用踝足矫具治疗患足下垂的人们，所述踝足矫具是以固定的角度夹住踝关节的支架，允许有限的活动或不能活动。这在行走时帮助了足下垂患者，因为步履不再蹒跚。然而，该治疗具有无数的问题。施加到腿部和膝盖下面的皮肤的持续不断的压力能够造成疼痛、皮肤破损以及甚至是腓骨神经麻痹。支架的使用还加强了不用的背屈肌的渐进性萎缩和骨质疏松的发病的过程。支架必须穿上和脱下，并且可能在装饰上不可接受，尤其是对孩子们。用于治疗足下垂的更加先进的方法包括对腓骨神经的以功能性电刺激(FES)或功能性神经肌肉刺激(FNS)著称的电刺激(ES)的应用，以便以适当的时机电刺激麻痹或局部麻痹的肌肉以在行走期间提起脚。当前可用的用于治疗足下垂的FES系统，或者完全在身体外部，或者以一定的组件植入而其他组件在身体外部的方式部分植入。完全外部的刺激系统典型地由以下组成刺激电极，其放置在腓总神经循行非常浅的膝盖下面的区域的皮肤上；电池电源；传感器(典型地或者是鞋里面或下面穿戴的脚接触机电开关，或者是基于加速计的运动传感器)；以及刺激控制电路。完全外部的刺激系统的问题包括由单信道刺激产生的过度足外翻；电极放置的困难；因为电极移动或皮肤电传导的变化引起的不定的结果；皮肤刺激造成的疼痛或不适；以及日常穿上和脱下的需要。机械开关和外部电缆的频繁故障和损坏也是共同的。进而，这样的系统在装饰上很差。历史上，由CA的Rancho Los Amigos医院的McNeal、Perry和Waters在1968-1977开发的神经肌肉辅助器(NMA)是第一个部分植入的腓骨神经刺激系统。它由三部分组成外部电源和RF发射器；连接到缠绕在腓骨神经周围的双极电极的植入的接收器；以及穿在鞋里面的在摇摆相期间发起刺激的脚后跟开关。这个小组在1971年11月和1974年1月之间植入了16位患者，并做了两年的跟踪研究。在16个患者的13个中获得了足下垂的校正。失败是由于感染、腓骨瘫痪或不连续的使用。刺激电压在6周后稳定，并且腓骨神经的传导速度在整个研究期间正常。背屈力矩(超大刺激)保持在直接手术后的值之上。然而，NMA装置证实并不实用。NMA的最初开发者中的一个报告了该装置的以下限制·需要完整的认知和可观的患者动机来每天穿戴并操作设备；以及·用单信道刺激难以获得平衡的背屈。Waters博士在1977年做出结论足下垂校正系统的广泛接受将需要完全植入的系统，然后他还预期多信道腓骨刺激将是必须的，以便获得更加平衡的背屈。在这期间，已开发了无数的其他基于FES的足下垂系统，但是在本专利技术之前，尚未开发出完全植入的足下垂校正装置。在迄今使用的部分植入的系统中，植入的组件典型地包括一个或多个刺激电极；植入的接收天线；以及有时某个刺激电路。外部组件通常包括电源；传感器；电路或计算机，用于检测传感的信号中的与步态相关的事件的发生的电路或计算机；以及外部天线，用于通信和输电。一些用于治疗足下垂的部分植入的FES系统使用射频遥测通信，用于外部闭环控制单元在线控制刺激电路，并且有时还用于外部传感器和外部控制电路之间的通信。用于治疗足下垂的部分植入的FES系统的问题包括穿上/脱下外部组件的需要；粗糙的接通一断开控制；以及用户在使用脚开关时必须穿鞋的需要。最后，已知当前可用的系统展示了机械传感器或外部连接线的频繁损坏以及对准内部和外部天线用于可靠通信和运行所带来的问题。正在研制中的更加先进的部分植入的系统被设计用来检测生理信号，所述生理信号与步态相关，并且能够由例如放置在供给脚底的末梢神经上的神经套箍(cuff)电极的植入神经传感电极传感，并且这样的传感神经信号可以用作反馈信号以控制刺激装置，如Hoffer(1988)最初教导的那样。Strange和Hoffer(1999a，1999b)在猫前肢中实现了实时FES状态控制器，其被设计用来使用神经套箍电极传感自然感觉神经信号，并且使用传感的信号作为反馈，以在行走在踏旋器上期间控制掌长肌的FES的刺激时机。这样一来，使用感觉神经信号作为反馈以控制麻痹或局部麻痹的肌肉的原理就很好理解了。然而，到现在为止，在完全植入的临床上适用的FES系统中实现来自神经信号的反馈仍然是不可能的，因为无法得到用于放大并处理从神经传感的信号以及用于可靠地检测来自传感神经信号的需要的与步态相关的事件信息的适当的植入式电路。然而，到现在为止，实现该方法的能力的限制就是无法得到用于放大并处理从神经传感的信号以及用于可靠地检测来自传感神经信号的与步态相关的事件的适当的植入式电路。考虑到现有足下垂系统的这些问题和限制，存在对于低功率、完全植入式的、事件触发的、闭环电刺激系统的需要，所述系统用于控制足下垂或其他异常，以当需要行走、姿势调整或其他日常生活的正常活动时使受损的脚部、腿部或其他身体部位恢复适当的运动。
技术实现思路
为了处理上面讨论的问题，本专利技术是一种完全植入式的、事件触发的、闭环电刺激系统，用于选择性地刺激神经纤维，以便产生预期的生理反应，例如减轻足下垂。神经刺激系统包括电池供电的植入式传感与电刺激控制单元以及一个或多个其中具有若干电极的神经套箍，所述电极检测来自神经的信号并且向神经递送刺激。闭环控制单元包括若干信号调节电路，其调节由电极传感的神经信号。处理的神经信号被提供给低功率处理器或微控制器，其执行事件检测算法以从信号中检测生理事件的发生。事件的检测触发处理器，导致向神经施加一个或多个刺激脉冲，以便引起预期的生理反应。处理器同样被编程用来监视肢体或体节的位置，并且当用户不站立时关闭电路以最小化电池功耗，并以此延长电池的预期寿命。附图说明当通过结合附图参考随后的详细说明，本专利技术的前述方面和许多伴随的优点变得更好理解时，它们会变得更加容易被意识到，其中图1A显示了具有围绕患者的胫骨和腓总神经安置的神经套箍的用于治疗足下垂的植入式神经传感与电刺激系统的实施例的放置；图1B显示了具有围绕患者的腓总神经安置的单个神经套箍的根据本专利技术的用于治疗足下垂的植入式神经信号传感与电刺激系统的另一个实施例；图1C显示了具有围绕患者的坐骨神经安置的单个神经套箍的根据本专利技术的植入式神经传感与电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种完全植入式神经刺激系统，包括：一个或多个神经套箍，在其中具有接触一个或多个神经的电极；事件触发的闭环控制单元，其被连接以从神经套箍中的至少一个电极接收信号，并向至少一个电极递送刺激脉冲以产生预期的生理反应，该闭环控制单元包括：内部电源；处理器；若干信号调节电路；可编程开关，其由所述处理器控制，以将电极连接到信号调节电路；至少一个刺激电路，其向一个或多个所述电极递送刺激脉冲；其中，所述处理器选择性地使所述若干信号调节电路、所述可编程开关和所述至少一个刺激电路能够延长所述电源的寿命。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马赛罗巴鲁D法西欧，若阿金A霍费尔，安里克卡尔德龙，盖里B杰尼，艾伯特卡尔德龙，
申请(专利权)人：神经技术无限责任公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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