[发明专利]用于调节和恢复有运动病理的患者的独立踏步的方法和系统

说明书

本发明涉及用于步态功能障碍的运动活动的恢复。本发明提供了一种使用电刺激脊髓的方法，该方法包括同时连续刺激至少T11‑T12椎骨的水平处的脊髓以及时空和空间选择性刺激T11和L1椎骨的水平处的脊髓的根部。本发明提供了一种神经假体系统，包括用于对脊髓的经皮电刺激的多通道刺激器，该多通道刺激器包括至少一个存储装置和被加载到该至少一个存储装置中的一个或多个程序，其中该一个或多个程序包括指令；连接到该刺激器的电极或电极阵列；至少一个记录装置，该至少一个记录装置用于检测在运动期间下肢和/或上肢倚靠在其上的助行器的接触和/或离开；和用于触发或中止刺激的装置。

技术领域

本公开涉及医学和医疗装备，并且更具体地涉及神经生理学和康复。

背景技术

对有后肢瘫痪的猴子的脊髓的刺激的侵入性方法(Marco Capogrosso等人，“减轻灵长类动物脊髓损伤之后的步态缺陷的大脑脊柱接口”，《自然》，第539卷，第284-288页(2016年))和对有后肢瘫痪的老鼠的脊髓的刺激的侵入性方法(Parag Gad等人，“控制电子脊柱桥使老鼠脊髓完全损伤之后能够进行后肢踏步的基于前肢EMG的触发器”，《神经工程与康复杂志》(2012年))是已知的。对后肢屈肌和后肢伸肌的运动池的节律电刺激由大脑皮层的信号触发，这检测有脊髓单侧横切(半切)的猴子的运动周期的阶段。

通过由来自老鼠前肢肌肉的信号对脊髓的腰部区域的电刺激启动瘫痪后肢的运动，这些在胸部区域脊髓被完全切开的老鼠沿着踏车运动。发现由于对脊髓的刺激导致老鼠上肢和后肢的运动不协调。指令从大脑传输到后肢的运动池需要绕过分隔这些区域的脊髓损伤部分，两例研究都解决了这一问题。通过刺激低于损伤水平高度的脊髓来调节运动功能。

上述两种方法为与动物的大脑和脊髓手术(Marco Capogrosso等人)或脊髓和前肢肌肉手术(Parag Gad等人)相关联的侵入性刺激技术。采用侵入性刺激方法，就要考虑术后护理的必要性、炎症反应风险和植入装置排斥的可能性。此外，两个案例中运动都仅在对脊髓的刺激过程中实现，表明这种方法是对运动功能的弥补，不代表功能恢复。

已知可通过节律手臂运动启动对患者脊髓的非侵入性磁刺激，这些节律手臂运动触发对脊髓的节律电磁刺激(Syusaku Sasada等人，“通过上肢肌肉控制对人类腰部运动中心的刺激实现自愿行走”，《神经科学期刊》，2014年8月13日，第34卷第33期)。

磁刺激具有比电刺激更低的精度(靶向性)。产生磁场以冲击脊髓的磁线圈具有相当大的质量和复杂的形状。因此，需要另外的固定装置或保持线圈的辅助装置来将该线圈固定在脊髓附近。因此，磁刺激不可提供患者在平坦表面上的独立踏步。对脊髓的磁刺激即使在运动活动的短时间内(运动活动的时间与磁刺激的持续时间一致)，也要使用较高的信号强度，该磁刺激与电刺激相比需要巨大的电池容量。

最近，尽管是强化康复，对脊髓的硬膜外电刺激也能够控制先前已遭受超过四年的脊髓损伤并且具有永久运动缺陷或完全瘫痪的人类的踏步表现。(“靶向神经技术恢复有脊髓损伤的患者的独立踏步”，《自然》，第563卷，第65-71页(2018年))。使用具有触发实时刺激能力的植入脉冲发生器和放置在腰骶区域的脊髓后表面上的电极阵列进行脊髓刺激。实时处理关于患者踏步运动学的信息，包括测量腿部肌肉的电活动(肌电图，EMG)。

与踏步周期的某一阶段(站立或肢体转移)同步，进行对脊髓后根部的时空选择性刺激，从而以踏步表现所需的间隔来激活屈肌和伸肌的运动池。在康复过程期间改进了踏步特征。几个月后，有不完全脊髓损伤的患者恢复了在没有刺激的情况下对先前瘫痪的肌肉的任意控制；患者在进行对脊髓的刺激期间能够行走或在实验室外骑自行车。