[发明专利]一种基于组织工程的外周神经接口

说明书

一种基于组织工程的外周神经接口，包括牵拉神经束、镀有电极触点的牵拉膜、神经导管和外部神经接口，所述牵拉神经束由初代神经细胞于牵拉神经培养装置的牵拉膜上进行神经轴突牵拉培养获得，所述牵拉神经培养装置对神经轴突产生多维角度的牵拉刺激和电刺激，以控制神经轴突的生长长度、速度和方向，把牵拉膜上的牵拉神经束利用琼脂糖一并封装于神经导管中，神经导管的端部连接于外部神经接口上；植入体内后，所述牵拉神经束与宿主神经相连，外部神经接口与外部设备接口相连，以通过外部设备实现对肢体的控制。本发明的外周神经接口能保证信号的稳定性，解决了外周神经电极长期植入所存在的信号记录不可靠的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于组织工程的外周神经接口，尤其涉及一种基于组织工程的外周神经接口。

背景技术

创伤感染、恶性疾病、先天发育异常等原因造成不得已的截肢使人的部分运动功能缺失，严重影响患者生活质量和幸福感，并给家庭与社会带来沉重的负担。截肢患者是全国2412万肢体残疾人群体的主要来源之一，仅以糖尿病足为例，据欧美国家统计糖尿病足截肢率约为45％～50％，而目前我国的糖尿病足患者约1240万。截肢造成患者出行困难，导致其生活和工作能力丧失，已成为无法回避的社会问题。

对于已经截肢的神经损伤患者，需要通过安装假肢来重建运动功能。传统假肢存在笨重、难于穿戴、功能单一等缺陷，已不能满足患者需求。随着微电子技术和智能假肢技术的迅速发展，神经接口技术应用而生。该技术是依靠微电极提取人体神经信号，然后对运动意图进行解码，随后将解码的运动控制指令传递给假肢，同时假肢上的传感器所采集的信息将反馈给人体，实现人体与假肢之间的运动控制与传感反馈，使人体可以像使用自己肢体一样使用假肢。根据提取神经信号位置的不同，神经接口分为脑电神经接口、大脑皮层神经接口、外周神经接口及肌电神经接口，其中大脑皮层与外周神经接口分辨率最高。

基于EEG的神经接口技术起始于1973年，由于该技术信号采集是非侵入性的，且时间分辨率高，目前在疾病检测与康复技术中应用依然较广泛。S Shokur等通过EEG信号控制仿生外骨骼，并利用虚拟现实技术实现触觉反馈，最终使下肢的肌肉功能和感知功能得到了部分恢复。但基于EEG的神经接口依然有一些无法克服的问题，如：信号精确度低；电极安放麻烦，使用者舒适度低；训练时间长；需要使用者集中注意力控制假肢，容易疲劳等。这些问题导致依靠EEG技术，无法让截肢者自如地使用假肢，从而限制了EEG的临床应用。

随着微电极制造、抗免疫药物等技术的发展，在大脑皮层中植入电极采集信号逐渐成为可能。基于大脑皮层信号的神经接口技术是根据大脑皮层的功能分区，将电极植入对应的脑组织中获取神经信号。在大脑皮层中植入电极采集神经信号精确度与分辨率更高，借助相关算法，甚至可以辨识出单个神经元的信号，从而能够实现精确复杂的外部设备控制。在1999年，Chapin等将电极植入大鼠大脑皮层中，通过神经网络算法分析出多神经元信号的准确指令，可操作控制杆获取水。在2003年，JM Carmena等将电极植入灵长类动物大脑皮层运动区，猴子依靠视觉反馈，通过多数学模型分离出运动参数：如手部位置、握力、速度、肌肉肌电等，可以进行虚拟的抓握操作。在2013年，浙江大学求是高等研究院在一只叫做“建辉”的猴子的运动皮质区植入电极，其可操作机械臂进行简单的勾、抓、捏、握等操作。但是基于大脑皮层的神经接口，需进行开颅手术，手术难度高，对人体侵入性太大，后期要长期服用抗免疫药物，不易被患者接受。