一种光电组合刺激装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电组合刺激装置及方法，针对脊髓损伤导致的运动功能丧失或部分丧失的病人，采用多传感融合的光电组合刺激方式，利用多通道电极同时采集大脑和脊髓不同运动状态下的运动意图信号。对比探讨不同运动状态下脑电信号和脊髓电信号差异，通过信号融合与预处理，实现不用运动意图信号的高信噪比精确采集，最终转化为高精度的下发命令信号，并利用亚阈值电刺激和光刺激的神经选择性，实现目标神经的靶向刺激激活。

【技术实现步骤摘要】
一种光电组合刺激装置及方法
本专利技术涉及医疗设备
，更具体的说是涉及一种光电组合刺激装置及方法。
技术介绍
脊髓损伤是常见的一种严重致残性疾病，可直接造成病人的运动、感觉和括约肌功能障碍，严重影响病人生存生活，损伤严重者甚至导致死亡。脊髓损伤不仅给病人带来灾难性后果，而且将会给家庭、社会甚至国家带来沉重的负担。其中，由脊髓损伤造成的运动功能丧失会严重影响病人生活，致使生活不能自理，严重影响病人心理健康状况，甚至会影响生命。目前脊髓损伤修复及功能重塑技术主要包括手术治疗、药物治疗、干细胞移植等，但由于脊髓损伤的临床情况复杂，其修复及功能重塑效果并不理想。近年来，基于脑/神经接口技术的脊髓电刺激功能修复技术已成为国内外脊髓损伤修复领域内的研究热点。但单纯的电刺激技术存在以下缺点：1)现存的神经接口技术信号提取时信噪比较低，不能精确采集运动意图信号。造成刺激命令下发不明确。2)中枢神经提取的运动意图信号不能分辨出动作大小、快慢等运动状态，不利于发出精确地命令信号。3)由于电流在体内的流动，刺激位置只能是一个区域，造成神经刺激选择性很低，不能靶向刺激目标神经。因此，如何实现高精度的下发命令信号，靶向刺激激活目标神经实现脊髓损伤修复是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种光电组合刺激装置及方法，针对脊髓损伤导致的运动功能丧失或部分丧失的病人，采用多传感融合的光电组合刺激方式，利用多通道电极同时采集大脑和脊髓不同运动状态下的运动意图信号。对比探讨不同运动状态下脑电信号和脊髓电信号差异，通过信号融合与预处理，实现不用运动意图信号的高信噪比精确采集，最终转化为高精度的下发命令信号，并利用亚阈值电刺激和光刺激的神经选择性，实现目标神经的靶向刺激激活。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光电组合刺激装置，包括脑电电极模块、处理器集成装置、脉冲发生器、光电组合刺激电极和电源；所述脑电电极模块无线连接所述处理器集成装置；所述处理器集成装置导线连接所述脉冲发生器；所述脉冲发生器通过导线和耦合光纤连接所述光电组合刺激电极；所述电源连接所述脑电电极模块和所述处理器集成装置。优选的，所述脑电电极模块包括依次连接的大脑电极、调理放大电路和天线，以及无线供电模块；所述调理放大电路和所述天线连接所述无线供电模块，所述无线供电模块无线连接所述电源，通过所述电源进行无线供电；所述大脑电极采集脑电信号。优选的，所述处理器集成装置包括集成设置的脊髓电极模块、处理器、信号接收装置、电刺激编程器和所述无线供电模块；所述脊髓电极模块包括脊髓电极和调理放大电路，所述脊髓电极采集脊髓电信号，并电连接所述调理放大电路，所述脊髓电信号经过所述调理放大电路传输至所述处理器；所述处理器集成装置的所述无线供电模块连接所述信号接收装置、所述处理器和所述电刺激编程器；所述电源无线连接所述处理器集成装置的所述无线供电模块，实现无线供电；所述信号接收装置和所述电刺激编程器连接所述处理器；所述电刺激编程器连接所述脉冲发生器；所述信号接收装置无线连接所述天线。优选的，所述处理器设置有串口和蓝牙模块，通过所述串口或所述蓝牙模块与上位机连接通讯。可以实现通过上位机设置处理器集成装置中处理器的参数，实现光电组合刺激装置的调整。优选的，所述光电组合刺激电极采用亚阈值电刺激的方式；所述光电组合刺激电极用于靶向刺激脊髓运动神经。优选的，所述光电组合刺激电极采用多通道阵列电极，采用柔性聚合物材料为基底，在所述基底上分布附着若干通道电极触点；所述电极触点由光纤触头和电极片组成，每一个所述电极片对应脊髓的不同区域；每个所述电极触点都具有通道，每个所述通道具有耦合光纤和导线，每根所述耦合光纤对应连接一个所述光纤触头，每根所述导线对应连接一个所述电极片，所有所述耦合光纤和所述导线汇总到所述多通道阵列电极的一端由总线导出。优选的，所述调理放大电路接收电信号，对电信号的处理包括依次进行前置放大、高/低通滤波、50HZ陷波、后置方法和电平抬升。一种光电组合刺激方法，包括以下具体步骤：步骤1：由脑电电极模块和脊髓电极模块同时采集脑电信号和脊髓电信号并发送至处理器；步骤2：所述处理器接收到信号后对所述信号进行特征识别，通过算法对比识别特征差异；步骤3：由对比识别到的所述特征信号确定运动意图，将所述运动意图进行编码，并转化为刺激命令信号；步骤4：将所述刺激命令信号传输至脉冲发生器；步骤5：由所述脉冲发生器将接收到的所述刺激命令信号转化为具体的刺激信号，通过导线和耦合光纤发送到光电组合刺激电极中，对目标神经组织进行靶向刺激，实现协调运动。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种光电组合刺激装置及方法，通过大脑电极和脊髓电极同步采集脑电信号和脊髓电信号，传输至处理器进行运动意图特征识别，根据获得的运动意图便携刺激控制命令，通过脉冲发生器向光电组合刺激电极发送刺激信号，光电组合刺激电极采用亚阈值电刺激的方式刺激目标区域，通过施加近红外光精确选择刺激目标神经，实现神经的高精度激活，将电刺激与光刺激结合，将电刺激处于亚阈值状态，此时增加光刺激照射目标神经，通过两种能量的相加，可以高度选择的激发目标神经产生动作电位而不会影响其他不相干神经，既可以保证刺激安全，又可以保证刺激精确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的光电组合刺激装置结构示意图；图2附图为本专利技术提供的光电组合刺激电极结构示意图；图3附图为本专利技术提供的电极触点结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种光电组合刺激装置，包括脑电电极模块、处理器集成装置、脉冲发生器、光电组合刺激电极和电源；脑电电极模块无线连接处理器集成装置；处理器集成装置导线连接脉冲发生器；脉冲发生器通过导线和耦合光纤连接光电组合刺激电极；电源连接脑电电极模块和处理器集成装置。为了进一步优化上述技术方案，脑电电极模块包括依次连接的大脑电极、调理放大电路和天线，以及无线供电模块；调理放大电路和天线连接无线供电模块，无线供电模块无线连接电源，通过电源进行体外无线供电；大脑电极采集脑电信号。为了进一步优化上述技术方案，大脑电极集成有电源模块，为大脑电极供电。为了进一步优化上述技术方案，处理器集成装置包括集成设置的脊髓电极模块、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电组合刺激装置，其特征在于，包括脑电电极模块、处理器集成装置、脉冲发生器、光电组合刺激电极和电源；所述脑电电极模块无线连接所述处理器集成装置；所述处理器集成装置导线连接所述脉冲发生器；所述脉冲发生器通过导线和耦合光纤连接所述光电组合刺激电极；所述电源连接所述脑电电极模块和所述处理器集成装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电组合刺激装置，其特征在于，包括脑电电极模块、处理器集成装置、脉冲发生器、光电组合刺激电极和电源；所述脑电电极模块无线连接所述处理器集成装置；所述处理器集成装置导线连接所述脉冲发生器；所述脉冲发生器通过导线和耦合光纤连接所述光电组合刺激电极；所述电源连接所述脑电电极模块和所述处理器集成装置。


2.根据权利要求1所述的一种光电组合刺激装置，其特征在于，所述脑电电极模块包括依次连接的大脑电极、调理放大电路和天线，以及无线供电模块；所述调理放大电路和所述天线连接所述无线供电模块，所述无线供电模块无线连接所述电源，实现无线供电；所述大脑电极采集脑电信号。


3.根据权利要求2所述的一种光电组合刺激装置，其特征在于，所述处理器集成装置包括集成设置的脊髓电极模块、处理器、信号接收装置、电刺激编程器和所述无线供电模块；所述脊髓电极模块包括脊髓电极和调理放大电路，所述脊髓电极采集脊髓电信号，并电连接所述调理放大电路，所述脊髓电信号经过所述调理放大电路传输至所述处理器；所述处理器集成装置的所述无线供电模块连接所述信号接收装置、所述处理器和所述电刺激编程器；所述电源无线连接所述处理器集成装置的所述无线供电模块，实现无线供电；所述信号接收装置和所述电刺激编程器连接所述处理器；所述电刺激编程器连接所述脉冲发生器；所述信号接收装置无线连接所述天线。


4.根据权利要求3所述的一种光电组合刺激装置，其特征在于，所述处理器设置有串口和蓝牙模块，通过所述串口或所述蓝牙模块与上位机连接通讯。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，寇建阁，蔡茂林，王娜，王一轩，任帅，许未晴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11