[发明专利]用于进行有知觉的感觉反馈的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体进行有知觉的感觉反馈的系统；基于所述系统的用于进行有知觉的感觉反馈的方法；以及包含所述系统的手套、短袜及身体肢端假体；以及所述系统的使用。

背景技术

诸如手臂、腿、手、以及脚部假体这样的现行可得的假体都缺少有知觉的感觉反馈。

例如手的先天性或外伤性截肢是不但会影响职业生命和业余活动而且会影响身份、社会交往以及生活质量的灾难。为了弥补掩饰性缺陷，各种类型的掩饰性手假体可用，例如为了提供手的机能有用代换而使用肌电假体，虽然对许多病人而言具有相当大的限制。

肌电假体是可以块状EMG-信号(肌电图信号)来使手张开或合拢的电动设备，所述信号通过位于截断残肢的伸肌顶部上的表面电极和位于屈肌顶部上的表面电极得到监控。。肌电手假体在市场上可得。虽然有些病人使用这种神经控制的肌电假体，但是这种假体存在例如缺乏灵活移动的能力、假体通常仅允许诸如手张开或合拢这样的两个自由度、以及缺乏有知觉的感觉反馈这样的若干缺点。另外，像重量和有限电池使用时间之类的因素对这种假体也是不利的。

包括多个EMG记录地点和人造神经网络的组合使用的进行中发展研究工作不久将形成用于更高级手假体的神经控制的基础，这提供了如Sebelius等(2005)所描述的大量的自由度。然而，缺乏有知觉的感觉反馈仍代表基本的主要问题。当前创新明确地解决了该问题。

例如人手的功能基于运动控制的传出信号与来自用于提供感觉反馈的各种感觉系统的传入信号(Scott，2004)之间的复杂相互作用。中枢神经系统扮演用于对感觉输入和运动输出进行处理与整合的关键角色。虽然脊髓和脑干支持像四肢反射之类的″自动功能″，但是脑的运动皮层支持并控制诸如伸出去取物体或执行学习运动行为(Moran和Schwartz、1999；Gribble和Scott，2002)这样的自愿的和有计划的运动任务。虽然运动行为的计划包括诸如正面顶骨区域—运动前皮层(Rizzolatti和Luppino、2001；Battaglia-Mayer等，2003)这样的若干皮层区域，但是有用意的且熟练的运动任务的执行基于主运动皮层M1中的神经行为(Porter和Lemon，1993)。M1的活动受到来自诸如接触、视觉、听觉、以及本体感受这样的若干感觉的感觉反馈很大程度的调制与影响。M1中的许多神经细胞强烈地响应手的皮肤刺激(Picard和Smith，1992)，强烈地反射手的夹持功能这样的事实取决于构成了感觉反馈的肌肤接触和皮肤刺激(Scott，2004)。

触觉对于构成″属于身体″的手而言是必不可少的。不具有感觉功能的手被感觉为外来体甚至不被所有者接受(Ramachandran和Blakeslee，1998)。此外，对手的夹持力的调整和对灵活运动任务的执行取决于从手输入到中枢神经系统的感觉。典型地，手的光滑肌肤的敏感性基于位于表皮下和皮下区域中的并且响应于静压或震动触觉的刺激的四种机械感受器(Johansson和Vallbo，1979；Johansson和Birznieks，2004)。其中响应震动的感受器是位于具有小接受区的表皮下乳头中的麦斯纳氏小体(快适应—类型I-FA I感受器)以及位于拥有大接受区的皮下层中的帕西尼氏小体(快适应—类型II-FA II感受器)。恰好位于上皮之下的Merkel细胞响应静测量并且具有小接受区(慢适应—类型I-SAI感受器)。位于皮下的鲁菲尼器官主要响应伸展(SA II感受器)。手的发育极好的触觉功能使手成为感觉器官。触觉对于探测周围世界而言是必不可少的。在活动接触中我们无需使用视觉即可知道并识别出很小物品的纹理、形状以及构成(Klatsky等，1987；Katz，1989)。手的发育很好的感觉功能反映在体觉皮层中的手的代表区，其占据了非常重要的部分(Merzenich和Jenkins，1993；Kaas，1997)。

用于提供手假体中的感觉反馈的各种原理已试验了多年(参见(Riso，1999；Lundborg和Rosen，2001)的评述)。已使用了三个不同的方法：

1)感觉替换(使用完好感觉系统替换失灵的)；

2)完好神经的直接刺激；

3)暗含着对身体边远区域中的完好肌肤的刺激的已传送的皮肤感觉。