[发明专利]基于运动意图诱发中枢神经系统微电刺激的运动功能障碍神经桥接系统

说明书

本发明公开了一种基于运动意图诱发中枢神经系统微电刺激的运动功能障碍神经桥接系统，属于面向运动功能重建的康复生物医学领域，即通过对大脑运动区域神经电生理信号和运动信息进行监测分析，能够对所采集到的神经电生理信号和运动信息进行特征分析和实时解码，模拟动作的轨迹或预判运动意图，并利用电极自动实施闭环反馈神经电刺激调控，进而有效改善运动功能障碍患者动作的协调性与准确性。本发明通过神经可塑性原理影响大脑各个区域之间的相互连接，在大脑中枢运动控制系统和人体运动执行相关系统之间建立人工闭环假体，进而实现运动功能障碍患者凭借自主运动意图驱动动作发生，达到康复训练的目的，对于运动功能障碍患者具有重要意义。

技术领域

本发明属于康复生物医学领域，涉及一种基于运动意图诱发中枢神经系统微电刺激的运动功能障碍神经桥接系统。

背景技术

运动功能障碍主要是指自主运动的能力发生障碍，动作不连贯、不能完成，或完全不能随意运动，其中所占比例较大的为脊髓损伤和脑血管疾病：脊髓损伤(spinal cordinjury，SCI)是指由于外界直接或间接因素导致，在损害的相应节段出现运动、感觉和括约肌功能障碍，肌张力异常及病理反射等相应改变的疾病。脊髓损伤是脊柱损伤最严重的并发症，往往导致损伤节段以下肢体严重的功能障碍；脑血管疾病是发生在脑部血管，因颅内血液循环障碍而造成脑组织损害的一组疾病。生活中所讲的“脑血管意外”、“卒中”和“中风”都属于脑血管疾病。临床上以急性发病居多，多为中、老年患者，表现为半身不遂、言语障碍等，具有高发病率、高致残率和高致死率的特点，对人类具有重大威胁。随着世界各国经济水平的发展，运动功能障碍发病率呈现逐年增高的趋势，该疾病不仅会给患者本人带来身体和精神双重性的巨大痛苦，还会对整个社会造成巨大的经济负担，正成为危害我国乃至世界人类健康的杀手。因此寻找一种既安全有效，又无痛微创的治疗康复手段，对帮助患者恢复肢体运动功能，提高生活自理能力，减轻社会负担具有重大意义。

临床中治疗运动功能障碍的方法有很多，在运动功能恢复方面，功能电刺激(Functional Electrical Stimulation，FES)技术被普遍认为是一种有效的临床工具。FES技术是在瘫痪肢体处安装刺激装置，通过预定程序的电脉冲序列来刺激失去神经控制的肌肉收缩，从而产生肢体运动，以矫正或替代肢体所丧失的运动功能。FES技术上本质上相当于人工重建运动神经(故FES康复训练也称为运动神经重建)。但迄今为止，FES技术仅限于对外周肌肉做刺激，在刺激精度上并未能达到较好的效果，对于中枢神经系统更多地是起到反馈的作用，并非直接对中枢神经系统产生影响。故现有的FES技术具有自适应差、易受干扰、难以学习掌握等致命弱点，严重制约了运动障碍患者的运动神经重建效果。究其原因在于被动式的治疗方式难以对中枢运动神经环路进行重塑改善，只有对受损侧肢体进行大量有针对性的主动训练才能使得大脑皮层运动神经环路功能发生有效重塑。因此，如何利用技术手段来实现对大脑皮层，特别是运动神经环路功能的重塑是目前运功功能障碍患者运动能力康复技术研究中的热点问题。

来自动物神经生理学和神经解剖学实验的新证据，以及人类的神经影像学研究表明，大脑各个区域之间，功能和结构相互连接关系极为紧密。大脑皮层较远位置不同脑区之间的通信联系，是通过神经元的同步放电来实现神经元网络中的功能性耦合。因此，即使只是大脑的独立区域受到损伤，未受损伤区域之间的相互连接也有可能被破坏，进而导致许许多多脑损伤后会持续存在的功能障碍。但同样地，大脑各个区域之间也具备可塑性的相互连接。这也成为大脑受损后，进行运动功能恢复的切入点与突破口。