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一种中枢神经刺激系统技术方案

技术编号:37594914 阅读:5 留言:0更新日期:2023-05-18 11:40
本发明专利技术公开了一种中枢神经刺激系统,包括有控制单元,刺激生成单元,刺激接收单元,刺激接单元是可植入的。控制单元包含能够进行中枢神经刺激波编程的可执行程序,刺激生成单元是一种可编程脉冲发生器/刺激隔离器,通过此刺激器编辑的刺激程序重复的经颅磁刺激施加于运动皮层,可使脊髓损伤的患者前肢运动功能恢复更好。大多数脊髓损伤患者损伤部位在颈椎,损伤部位以下的一些神经功能幸免。对于这些患者,他们的首要任务是恢复手臂和手的功能。大多数脊髓损伤保留了损伤部位以下的一些连接,即使是那些没有备用功能的脊髓损伤,通过成对的运动皮层刺激,可以明显提高患者手臂或者手指运动功能的恢复,在临床上具有重要指导意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种中枢神经刺激系统


[0001]本专利技术涉及神经电刺激
,尤其涉及一种中枢神经刺激系统,用于在如创伤之后改善诸如脊髓损伤(SCI)之类的神经疾病后的恢复。

技术介绍

[0002]在美国,大约有28.8万人患有脊髓损伤,几乎一半(47.2%)的新损伤发生在颈部水平,并在损伤部位以下保留了一些神经功能(NSCISC,2018)。对于颈椎损伤患者,他们的首要任务是手臂和手功能的恢复(Anderson,2004)。大多数脊髓损伤保留了损伤部位以下的一些连接,即使在那些没有备用功能的人中也是如此(Sherwood等人,1992;Dimitrijevic等人,1984;Dimitrijevic等人,1983;Bunge等人,1993;Kakulas和Kaelan,2015)。我们的方法一直是电刺激下行运动连接而不受损伤,以促进连通性。可以通过对运动皮质进行相性电刺激(卡梅尔和马丁,2014;卡梅尔等人,2014;卡梅尔等人,2010)或刺激脊髓(Gerasimenko等人,2007)来针对备用的皮质分离连接进行功能恢复。以协调的方式刺激脊髓和大脑有可能选择性地加强它们之间的联系(Harel和Carmel,2016)。
[0003]在人类中,控制自主运动的主要系统
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皮质脊髓系统
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也是受伤时导致功能丧失的最主要的系统。由于其在健康和疾病中的重要性,直接连接运动皮质和脊髓的皮质脊髓束(CST)一直是损伤和修复研究的主要目标。
[0004]皮质脊髓系统是我们将思想转化为行动的主要途径。CST作为唯一基于皮层的运动路径,高度适应于肢体控制;特别是手和前肢的控制。CST的大小及其功能重要性与前肢或手灵巧度高度相关(Iwaniuk et al., 1999)。作为一种源于皮层的下行运动系统,CST可以获得感觉输入和运动计划的内部框架。
[0005]然后发送控制信号来执行该计划。CST损伤伴随的大量功能丧失强调了它的重要性。中风(Stinear et al., 2007;Lindenberg et al., 2012)和脊髓损伤(Raineteau and Schwab, 2001), CST损伤的程度可以很好地预测由此产生的运动损伤。
[0006]使用电刺激对人类的运动皮质刺激(Carmel等人,2010、2013、2014)。会导致明确的运动系统
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皮质分离系统的活动增加,该系统包括直接的脊髓投射和到脑干的皮质投射(Carmel等人,2013年)。皮质脊髓运动系统刺激与强迫诱导运动疗法(CIMT)等行为方法的使用形成对比,后者可能改变多条运动和躯体感觉通路以及初级传入纤维的激活模式(Mark等人,2006年)。同时,运动皮层刺激产生了轴突密度的大量增加(3

5倍)。此外,在对侧大细胞红核的假定前肢区域还观察到皮质红核轴突终末密度的选择性增加。
[0007]在诸如脊髓损伤(SCI)等神经疾病之后 (如在创伤之后)恢复的领域中改善神经刺激系统,特别是可以自主调节的方式提供神经调节或神经刺激,适应患者的需求并对患者所需的训练和日常生活提供帮助,并根据患者的康复进度进行调整。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷,提供一种中枢神经刺激系统。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种中枢神经刺激系统,包括有:至少一个控制单元;至少一个刺激生成单元;至少一个刺激接收单元;其中所述的刺激接单元是可植入的。
[0010]所述的控制单元包括能够进行中枢神经刺激波编程的可执行程序。
[0011]所述的控制单元的可执行程序是使用Arduino开发环境用C++编写的,具有一个与Arduino兼容的 Stimjim库,允许低级别的设备控制,在DAC或ADC中写入寄存器或设置刺激控制模式。
[0012]所述的刺激生成单元是一种可编程脉冲发生器/刺激隔离器(类似于多通道系统的STG

4002),刺激生成单元的脉冲振幅通过USB电缆连接到stimjim程序来控制。
[0013]所述的刺激生成单元是一种用于刺激神经组织的电流和电压刺激器,一个灵活,精确,廉价的开源刺激器。
[0014]所述的刺激生成单元是一种电隔离刺激发生器,是基于teensy 3.5的微控制器板,使用32位Arm 55 Cortex

M4F处理器,运行频率为120 MHz。
[0015]所述的刺激生成单元包括有USB接口、两个绿色指示灯、两个输入1和输入2的 BNC连接器和两个可独立控制的电刺激输出通道,所述的USB接口连接与控制单元连接;所述的两个绿色指示灯,当控制单元与刺激生成单元连接时,指示灯闪烁半秒,显示连接成功;所述的两个输入1和输入2 的BNC连接器接受外界电刺激输入,组成一个闭环系统;所述的两个可独立控制的电刺激输出通道,每个通道具有电流和电压输出模式。
[0016]所述的刺激接收单元为两个脑刺激电极,一部分植入运动皮层,一部分裸露在外。
[0017]所述刺激接收单元通过医用牙科水泥锚定在头部。
[0018]所述的刺激接收单元由接插件连接器接线插座、接插件连接器接线端子、无绝缘层电极丝和1.2mm直径的螺丝组成。
[0019]所述控制单元能够独立地控制且打开和关闭所述刺激生成单元。
[0020]本专利技术可自主进行刺激编程,与传统刺激器相比,能够产生复杂的刺激波。
[0021]本专利技术采用微侵入式的方式将螺丝电极精准的植入到大脑运动皮层,相比较于传统的侵入式刺激方法,首先是对患者的基本生活影响更小,其次是对患者损伤更小,我们使用的刺激电极由两个不锈钢螺钉(直径1.2,毫米,塑料)组成。绝缘不锈钢丝将螺丝连接到塑料连接器上,一部分植入运动皮层,一部分裸露在外。最初的研究使用“L”形电线电极来刺激运动皮层,用牙科水泥固定(Carmel et al., 2010, 2013;Carmel et al., 2014)。在复制研究中通过使用螺钉电极改变了这一情况,这种电极可以更快地放置,并且损伤下层硬脑膜物质的可能性更低(Garcia

Sandoval等人,2018;Mishra等人,2017)。试图确定使用螺旋电极刺激皮质是否与“L”形电极引起的生理效应相似。我们之前观察到刺激电极形状的改变对刺激效果没有影响(Carmel et al., 2010)。针对中枢运动神经的电刺激器是一款灵活,精确,廉价的开源刺激器,具有两个可独立控制的输出通道,每个通道具有电流和电压输出模式,总费用:200 美元。电流模式下的输出范围:

3.33mA 至 +3.33mA。电压模式下的输出范围:

15V 至 15V。脉冲宽度低至 0.02 ms(使用默认固件配置)电流模式下的顺
从电压为 +

13.7V(对于高达 4k 的电阻,输出可能为 +/
本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中枢神经刺激系统,其特征在于:包括有:至少一个控制单元;至少一个刺激生成单元;至少一个刺激接收单元;其中所述的刺激接单元是可植入的。2.根据权利要求1所述的一种中枢神经刺激系统,其特征在于:所述的控制单元包括能够进行中枢神经刺激波编程的可执行程序。3.根据权利要求2所述的一种中枢神经刺激系统,其特征在于:所述的控制单元的可执行程序是使用Arduino开发环境用C++编写的,具有一个与Arduino兼容的 Stimjim库,允许低级别的设备控制,在DAC或ADC中写入寄存器或设置刺激控制模式。4.根据权利要求1所述的一种中枢神经刺激系统,其特征在于:所述的刺激生成单元是一种可编程脉冲发生器/刺激隔离器,刺激生成单元的脉冲振幅通过USB电缆连接到stimjim程序来控制。5.根据权利要求1所述的一种中枢神经刺激系统,其特征在于:所述的刺激生成单元是一种用于刺激神经组织的电流和电压刺激器。6.根据权利要求1所述的一种中枢神经刺激系统,其特征在于:所述的刺激生成单元是一种电隔离刺激发生器,是基于teensy 3.5的微控制器板,使用32位...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨琦张翠
申请(专利权)人:安徽大学
类型:发明
国别省市:

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