[发明专利]用于可植入肌肉接口的系统和方法

说明书

本文公开了一种可植入人机接口系统，其包括可植入肌肉接口设备，该可植入肌肉接口设备包括基板，该基板包括第一多个传感器和第二多个放大器，其在表示意志肢体移动的神经信号的控制下分别捕获和放大源自运动单元的肌电(EMG)信号；以及收发器设备，所述收发器设备连接到第一多个传感器，将信号无线地传送到外部解码器，该外部解码器产生对表示运动单元的移动的运动信号进行区分的解码信号，其中基板至少部分地围绕产生EMG信号的肌肉；以及接收器设备，其使用解码信号以用于与外部系统进行交互。系统包括第一多个电极和第二可植入功率源，该第二可植入功率源为了感觉反馈和神经调节的目的而将电刺激施加到下层组织和其内的感觉轴突。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月27日提交的美国临时专利申请第63/030,778号的优先权，该美国临时专利申请通过援引整体纳入于此。

技术领域

本教导总体上涉及用于可植入肌肉接口的系统和方法。

背景技术

对于许多因神经损伤而失去肢体功能的人来说，截肢仍然被认为是最后的手段，因为假体的功能在过去四十年或更长时间里一直保持相对不变。这一情况部分是由于机器和人类神经系统之间缺乏强有力的联系。因为人类缺乏与机器无缝通信的有意义的方式，这仍然是假体和外骨骼辅助技术进步的瓶颈，也是这种技术未来影响的瓶颈。

发明内容

根据本公开的示例，公开了一种可植入肌肉接口系统。所述可植入肌肉接口系统包括基板，该基板包括：第一多个传感器和第二多个放大器，该第一多个传感器和第二多个放大器在表示意志肢体移动的神经信号的控制下分别捕获和放大源自运动单元的肌电(EMG)信号；以及无线收发器设备，该无线收发器设备电连接到第一多个传感器，将信号无线地传送到外部解码器，该外部解码器产生用于对表示运动单元的移动的运动信号(motorsignal)进行区分的解码信号，其中基板至少部分地围绕产生EMG信号的肌肉，该可植入人机接口系统包括接收器设备，该接收器设备使用所述解码信号与外部系统进行交互。

在可植入肌肉接口系统中可包括各种附加特征，该可植入肌肉接口系统包括以下特征中的一个或多个。基板是柔性的、刚性的或半刚性的。接收器设备包括放大组件、滤波组件、无线通信组件或它们的组合。基板、第一多个传感器、第二多个放大器和无线收发器设备被封围在单个气密密封容器或封装涂层中。可植入肌肉接口系统可进一步包括功率源，该功率源对第一多个传感器、第二多个放大器和无线收发器设备供电。基板、第一多个传感器、第二多个放大器、无线收发器设备、以及功率源被封围在单个气密密封容器或封装涂层中。第一多个传感器、第二多个放大器和无线收发器设备由电磁功率源、超声功率源、压电功率源或光功率源从外部供电。由无线收发器设备传送的信号是从来自第一多个传感器的多个信道进行多路复用的模拟信号、或者是从来自第一多个传感器的多个信道进行多路复用并用模数转换器数字化的模拟信号、或者是用于安全通信的加密信号。基板由生物相容性材料构成，该生物相容性材料包括聚合物、聚对二甲苯、塑料、橡胶、硅树脂、聚合物纤维、丝素蛋白、3D打印聚合物、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、金属、水凝胶或脱细胞支架。基板由具有导电电极以及沉积或嵌入其中的导电迹线的生物相容性聚合物构成，该生物相容性聚合物包括：生物相容性金属；导电聚合物；包括纤维、纳米管和石墨烯的导电碳基材料；金；铂；聚吡咯；聚(3,4-乙二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-乙二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)；或其组合。外部系统包括假肢、矫形器、外骨骼、计算机、家用电器、遥控器、游戏设备、移动计算设备、音频设备、增强现实系统、虚拟现实系统或人类增强/强化设备。可植入肌肉接口设备与包括肌肉移植物或处于各种生物状态的肌肉的目标组织兼容，处于各种生物状态的所述肌肉包括保持不变、血管化-神经支配、血管化-去神经支配、去血管化-去神经支配、去血管化-神经支配的肌肉，所述肌肉移植物包括自体移植物、异种移植物、同种异体移植物、同系移植物、细胞培养物或合成替代物。基板包括第一多个电极(诸如一个或多个刺激电极)或超声换能器，该第一多个电极或超声换能器针对来自假肢或外骨骼的感觉反馈，向下层感觉轴突提供电刺激或超声刺激。