[发明专利]一种重建步态运动功能的单端电极电子系统

说明书

本发明涉及一种重建步态运动功能的单端电极电子系统，包括：指令采集系统、脉冲信号产生系统和一对生物刺激电极。指令采集系统根据该指令信息生成控制指令并发送给脉冲信号产生系统，脉冲信号产生系统根据控制指令产生脉冲信号发送给生物刺激电极，通过生物刺激电极来对脊髓内诱发步态运动的关键位点进行电脉冲激励，脉冲信号由交替的正电压脉冲信号串和负电压脉冲信号串构成。以更接近生理状况的方式、以单对电极方式能有效地进行下肢步态运动功能的重建。本发明电子系统可应用于动物实验或康复训练。

技术领域

本发明涉及康复工程领域的智能控制电子系统及其控制方法，特别涉及重建下肢步态运动功能的脊髓电激励装置。

背景技术

脊髓损伤导致损伤节段以下肢体运动功能障碍，不仅会给患者本人带来身心伤害，还会对家庭及整个社会造成巨大的经济负担。因此，重建瘫痪肢体运动功能一直是神经科学研究中的一项重要课题。

成人中枢系统损伤后，上神经元轴突很难生长到原本连接的下神经元形成新的功能性突触连接，这给脊髓损伤后的运动功能重建带来了挑战。神经生物学的研究者一直通过神经营养因子联合诸如基因诱导、干细胞移植、脊髓支架等技术治疗脊髓损伤，但用这些方法恢复行走过程中复杂的腿肌激活模式和协调性，迄今尚未获得成功。

随着电子技术的不断发展，应用功能电刺激技术作为脊髓损伤患者潜在的功能重建方式已受到广泛关注。功能电刺激是以一定序列的脉冲电流刺激肌肉或神经，从而恢复丧失或受损的肢体运动功能,实现瘫痪病人的康复。

苏黎世联邦理工学院的 Courtine研究员分别于2016年和2018年在Nature上发表的研究论文证明，采用脊髓神经功能电激励技术恢复下肢运动功能是可行的。其缺点是，由于刺激靶点是运动神经元，所以文中提到需要多达147种刺激方式。而神经假体，使用时只能施加有限对电极。为了减少损伤和使用过程中的出错几率，当然希望电极数量越少越好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重建步态运动功能的单端电极电子系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：重建步态运动功能的单端电极电子系统，其特征在于包括：

—指令采集系统：用于采集指令信息，根据该指令信息生成控制指令并发送给脉冲信号产生系统；

—脉冲信号产生系统：接收指令采集系统发送的控制指令，根据该控制指令产生脉冲信号发送给生物刺激电极，所述脉冲信号包含交替的正电压脉冲信号串和负电压脉冲信号串，所述正电压脉冲信号串和负电压脉冲信号串中，脉冲信号的脉宽为200us，脉冲信号的间隔为30ms，脉冲信号的数量为25-35个，正电压脉冲信号串起始和负电压脉冲信号串起始之间的时间间隔为步态周期的二分之一；

—一对生物刺激电极：通过电极固定装置进行固定，生物刺激电极固定于脊髓表面诱发步态运动的关键位点，对该关键位点施加电激励以实现步态重建，所述脊髓表面诱发步态运动的关键位点是指位于脊髓L2节段背侧表面，对其施加电激励脉冲即能产生左右下肢中一个向前迈另一个往后蹬的动作、改变电激励脉冲的极性可使左右下肢动作方式交换反转的位点。

本发明重建步态运动功能的单端电极电子系统，可应用于动物实验或康复训练。

本发明电子系统产生一种脉冲信号，利用功能电刺激的生物医学工程方法，激活脊髓神经中产生下肢节律运动的固有中间神经元网络产生协调动作关键位点，以更接近生理状况的方式、以单对电极方式能有效地进行下肢步态运动功能的重建。

本发明通过单端电极刺激脊髓中控制步态运动的神经元网络，再生出相应的生物神经信号，实现了釆用微电子方法恢复受损脊髓神经的步态运动功能。而本发明所述装置实现微电子系统辅助神经功能恢复，即实现脊髓损伤后步态运动功能重建。

附图说明