一种治疗脊髓损伤的脊机接口

摘要

本实用新型公开了一种治疗脊髓损伤的脊机接口，近端电极板、远端电极板通过柔性微电极连接脊髓损伤部位神经的轴突、树突或神经元胞体的上下游断端，微电极从电极板垂直伸出一定距离，微电极的外径小于轴突的最小内径，并且密集排列，以保证每一根轴突和树突都有微电极相连。每个微电极通过柔性导线连与微型计算机连接，微型计算机根据轴突断端传入传出信号的功能特性予以匹配和联通，从而恢复原有功能；能够克服中枢神经不能再生和近端轴突错位连接无法恢复功能的困境。

说明书

技术领域

本实用新型属于于医疗器具制造技术领域，具体涉及一种治疗脊髓损伤的脊机接口。

背景技术

脊髓是连接中枢神经和外周神经的通道，是把大脑的命令传递到人身体各个部分的关键环节。脊髓损伤通常是脊柱受到外力打击，导致脊椎骨折，引起脊髓受损；也可以是脊髓炎、脊髓肿瘤、脊髓血管病变等疾病或者感染造成的后果。

脊髓损伤为伤者和社会带来巨大的负担，但目前临床上仍无公认的理想的治疗方法，传统治疗方法和医疗器具的临床使用效果均不理想，其主要原因是脊髓神经细胞无再生能力。近年来经过科学技术不断发展和改进，现有技术中的治疗方法和医疗器具虽然对继发性脊髓损伤有一定效果，但对原发性和陈旧性损伤，临床试验效果仍然不理想。例如现有技术中的脑-机接口虽然起到了类似脊髓神经细胞连接功能的作用，但是要获得精准的信号，必须打开颅骨后在大脑表面植入电极，但颅骨非常坚硬，颅骨打开困难；电极植入操作不方便。且大脑是人类思维的场所，在本来正常运转的头部开颅植入电极，还存在较多的伦理风险。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，能够消除现有技术和传统技术中存在的上述缺陷，无须开颅手术就能连接损伤灶神经轴、树突或神经元胞体的上下游断端，恢复原有功能，结构简单，操作方便。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种治疗脊髓损伤的脊机接口，包括有近端电极板、远端电极板和微型计算机，所述近端电极板包括有近端电极座，近端电极座的外侧面上密集分布设置有若干柔性的微电极；所述远端电极板包括有远端电极座，远端电极座的外侧面上也密集设置有若干柔性的微电极；每个所述微电极外径均小于轴突、树突和/或神经元胞体的最小直径；每个所述微电极均通过柔性导线连接至微型计算机。

所述近端电极座和所述远端电极座均为圆形或者椭圆形，具体形状与脊髓断端的形状相匹配；近端电极座的面积和远端电极座的面积均大于或者等于脊髓断端的面积，每个所述微电极垂直设置于所述近端电极座和所述远端电极座的外侧面上；若干所述微电极的导线汇集为线束后，从所述近端电极座和所述远端电极座的边缘引出连接至微型计算机。

所述近端电极座、远端电极座均采用无线通讯连接方式连接至微型计算机。

所述近端电极板和远端电极板互相对称设置。

每个所述微电极外端半球体。

每个所述微电极外端均设置有医用水凝胶涂层。

所述微型计算机为单片微型计算机。

具体地，每个所述微电极的外径为0.1微米～0.3微米。

本实用新型的有益效果为：

一种治疗脊髓损伤的脊机接口，采用柔性微电极连接损伤神经的轴突、树突或神经元胞体的上下游断端，微电极从电极板垂直伸出一定距离，微电极的外径小于轴突的最小内径，并且密集排列，以保证每一根轴突和树突都有微电极相连。每个微电极通过柔性导线连与微电脑处理器连接，微电脑处理器根据轴突断端传入传出信号的功能特性予以匹配和联通，从而恢复原有功能；能够消除现有技术和传统技术中存在的上述缺陷，无须开颅手术就能连接损伤灶神经轴、树突或神经元胞体的上下游断端，恢复原有功能，结构简单，操作方便。

(1)避免了脑机接口对人类思维干预、窥探的伦理危机。

(2)脊髓损伤多数需要脊柱减压手术，手术中顺带植入脊-机接口不过多地增加损伤。

(3)微电极对轴突和树突断端具有封堵作用，避免轴浆流失和轴突崩解。并且微电极的电刺激作用可防止远端效应器官的萎缩。

附图说明

图1是本实用新型实施例一治疗脊髓损伤的脊机接口结构示意图；

图2是本实用新型实施例一治疗脊髓损伤的脊机接口的近端电极板上密集分布设置微电极的结构放大示意图；

图3是本实用新型实施例一治疗脊髓损伤的脊机接口的立体结构示意图；

图4是本实用新型实施例一治疗脊髓损伤的脊机接口置入至脊髓上下游断端之间的立体结构示意图；

图5是本实用新型实施例一治疗脊髓损伤的脊机接口与脊髓上下游断端连接状态的立体结构示意图；

图6是是本实用新型实施例二治疗脊髓损伤的脊机接口的近端电极板上密集分布设置微电极的结构示意图；

图7是本实用新型实施例二治疗脊髓损伤的脊机接口与脊髓上下游损伤部位连接状态的立体结构示意图；

图8是本实用新型实施例三治疗脊髓损伤的脊机接口结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，能够消除现有技术和传统技术中存在的上述缺陷，无须开颅手术就能连接损伤灶神经轴、树突或神经元胞体的上下游断端，恢复原有功能，结构简单，操作方便。

本实用新型提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，整体策划方案为：

核心结构为近端电极板2、远端电极板3和微型计算机5，所述近端电极板包括有近端电极座21，在近端电极座31的外侧面上密集分布设置若干柔性的微电极1；所述远端电极板3设置一远端电极座31，在远端电极座31的外侧面上也密集设置若干柔性的微电极1；在实际操作中，近端电极板2和远端电极板3还可以设置相关辅助定位结构、防止对脊髓造成伤害加深的防护结构、防止体液侵袭腐蚀电极座的保护膜以及其他辅助结构等等，无论增加任何防护结构，均落入本实用新型保护范围；因以上辅助定位结构、防护结构和保护膜等等直接采用现有技术中的成熟结构即可，必要时可以进行适应改进。

每个所述微电极1的外径均小于轴突、树突和/或神经元胞体的最小直径，优选地，每个所述微电极1的外径值范围为0.1微米～0.3微米，本实施例中选择将每个所述柔性的微电极1的外径设置为0.2微米；将每个所述柔性的微电极分别通过一根柔性的导线4连接至微型计算机5；采用柔性的微电极连接损伤神经的轴突、树突或神经元胞体的上下游断端，微电极从电极板垂直伸出一定距离，微电极的外径小于轴突、树突和/或神经元胞体的最小外径，并且密集排列，以保证每一根轴突和树突都有微电极相连，轴突、树突和/或神经元胞体的直径较大、或者截面形状某一方向上的尺寸较大时，一个轴突、树突或神经元胞也可以同时与多个微电极配合插接连接。

每个微电极通过柔性的导线与微型计算机连接，微型计算机根据轴突断端传入传出信号的功能特性予以匹配和联通，从而恢复原有功能；能够消除现有技术和传统技术中存在的上述缺陷，无须开颅手术就能连接损伤灶神经轴突、树突或神经元胞体的上下游断端，恢复原有功能，结构简单，操作方便。

进一步地，因为脊髓损伤部位的上下游断端截面形状通常互相一致，因此，将所述近端电极板2和所述远端电极板3均设置为互相对称的结构，即近端电极板2和所述远端电极板3的形状和规格均一模一样，其上密集分布设置的若干柔性微电极1的数量、分布规则和结构特征也完全一模一样；实际应用操作中，无需区分近端和远端的方向性，操作方便，结构简单。

还将每个所述微电极1的外端设置为半球体形状结构，因为脊髓的物理形态特性呈半固体的豆腐状，比较脆弱，微电极1的外端没有尖锐棱角和尖端，不会对脊髓损伤部位的轴突、树突或神经元胞体造成进一步伤害。

并在每个所述微电极1的外端均涂敷医用水凝胶涂层，通过医用水凝胶涂层确保微电极1的外端与脊髓损伤部位的轴突、树突或神经元胞体稳定可靠地连接。

进一步地，作为替代方案，所述近端电极座、远端电极座也可以采用无线通讯连接方式连接至微型计算机，例如蓝牙连接，微波或者其他频率的电磁波连接等无线通讯连接方式。

最后，所述微型计算机5采用单片微型计算机，体积小，占用空间少，不会对脊髓或者脊椎等结构产生影响，可以根据实际使用需求置入硬膜外或者硬膜内。

本实用新型提供的治疗脊髓损伤的脊机接口，按照以下操作方法步骤进行使用：

第一步，备品；

根据磁共振的影像确定脊髓损伤病灶的位置和范围，根据脊髓损伤情况选择相应形状规格的近端电极板和远端电极板，并根据近端电极板和远端电极板的形状规格选择相应型号规格的微型计算机；

第二步，近端电极板和远端电极板置入

将近端电极板和远端电极板置入脊髓损伤部位的脊髓上游断端和脊髓下游断端之间空间内；并确定近端电极板覆盖脊髓上游断端所有损伤断面面积；远端电极板覆盖脊髓下游断端所有损伤断面面积。

第三步，近端电极板与脊髓连接；

排查确定脊髓上游断端的所有轴突、树突和/或神经元胞体所对应的近端电极板上的微电极位置；目的是为每个轴突、树突和/或神经元胞体配对尽可能多的微电极；

在近端电极板上的微电极外端部涂刷医用水凝胶层；

将近端电极板上的微电极外端部插入至相对应的脊髓上游断端的轴突、树突和/或神经元胞体的内部；

第四步，远端电极板与脊髓连接；

排查确定脊髓下游断端的所有轴突、树突和/或神经元胞体所对应的远端电极板上的微电极位置；目的是为每个轴突、树突和/或神经元胞体配对尽可能多的微电极；

在远端电极板上的微电极外端部涂刷医用水凝胶层；

将远端电极板上的微电极外端部插入至相对应的脊髓下游断端的轴突、树突和/或神经元胞体的内部；

第五步，将近端电极板和远端电极板上所有微电极的导线连接至微型计算机，并定位安置；微型计算机可以定位安置于硬膜内，也可以定位安置于硬膜内；甚至可以根据身体条件和使用需求定位安置于体外或者体内。

第六步，标记近端电极板上的微电极；

指令患者做特定动作，通过微型计算机检测出具有反应信号的近端电极板上的微电极，则将该微电极标记为相应肌肉运动电极；

本实用新型还可以应用于动物救治范畴，对动物则刺激特定皮层功能区；

依次轮流让近端电极板上的每个微电极进行放电刺激，如果受试者感觉到特定皮肤区域疼痛，则将该微电极标记为某区域感觉电极；

重复上述操作，直到对近端电极板上的所有微电极进行标记；

第七步，标记远端电极板上的微电极；

逐一对远端电极板上的微电极输入刺激信号，根据检测到的特定肌肉兴奋信号，将该微电极标记为进行相应肌肉运动电极；

对特定皮肤区域进行针刺，如果在远端电极板某些微电极上记录到电信号，则说明这些微电极是某区域感觉传入纤维对应电极，标记为某区域感觉电极；

重复上述操作，直到对远端电极板上的所有微电极进行标记；

第八步，将近端电极板和远端电极板上所有标记名称相同的微电极通过微型计算机予以接通，建立相应肌肉功能通道和区域感觉通道，即恢复脊髓损伤部位连接功能。

第二步置入近端电极板和远端电极板前，还需根据脊髓损伤情况进行轴突、树突和/或神经元胞体暴露操作；

若脊髓损伤为新伤，则可以直接置入端电极板和远端电极板，并继续执行后续步骤；

若脊髓损伤为陈旧的疤痕型损伤，则需需清创后充分暴露出有功能的轴突、树突和/或神经元胞体以后，才能置入端电极板和远端电极板，并继续执行后续步骤。

第五步中的微型计算机可以定位安置于体内或者体外，具体根据实际情况和患者自主要求进行适应性选择即可；

当微型计算机定位安置于体外时，所有导线需穿出体外并与微型计算机连接；所有导线穿出硬膜囊即体表处可以采用生物蛋白胶密封。

本实用新型治疗脊髓损伤的脊机接口及其使用方法，采用柔性微电极连接损伤神经的轴突、树突或神经元胞体的上下游断端，微电极从电极板垂直伸出一定距离，微电极的外径小于轴突的最小内径，并且密集排列，以保证每一根轴突和树突都有微电极相连。每个微电极通过柔性导线连与微电脑处理器连接，微电脑处理器根据轴突断端传入传出信号的功能特性予以匹配和联通，从而恢复原有功能；

(1)避免了脑机接口对人类思维干预、窥探的伦理危机。

(2)脊髓损伤多数需要脊柱减压手术，手术中顺带植入脊-机接口不过多地增加损伤。

(3)微电极对轴突和树突断端具有封堵作用，避免轴浆流失和轴突崩解。并且微电极的电刺激作用可防止远端效应器官的萎缩。

本实用新型实施例一如图1～5所示，提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，适用于脊髓完全断裂；所述近端电极座21和所述远端电极座21均为与脊髓截面相适应的圆形或者椭圆形，根据脊髓断端的具体形状进行适应性选择与脊髓断端相匹配的形状即可。近端电极座21和远端电极座31的面积均大于或者等于脊髓断端的面积，若干所述微电极1沿着垂直于所述近端电极座和所述远端电极座外侧面的方向固定设置上；若干所述微电极1的导线4汇集为线束后，从所述近端电极座21和所述远端电极座31的边缘引出后，连接至微型计算机 5；从所述近端电极座21和所述远端电极座31的边缘引出导线，适用于脊髓在长度方向上缺损部分少，脊髓上下游断端之间空间小的情况。

作为替代方案，也可以将近端电极座和远端电极座均通过无线通讯连接方式连接至微型计算机。

本实用新型实施例二如图6～7所示，提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，适用于脊髓部分断裂；近端电极座21＇和所述远端电极座均为椭圆形，近端电极板2＇和所述远端电极板3＇的面积均小于脊髓总面积，并且与脊髓缺损部位的形状和面积相适应。

本实用新型实施例三如图8所示，提供一种治疗脊髓损伤的脊机接口，适用于脊髓完全断裂，并且脊髓在长度方向上缺损部分较多，脊髓上下游断端之间空间较大的情况。

脊髓损伤为伤者和社会带来巨大的负担，但仍无理想的治疗方法。临床试验效果均不理想。其重要原因是脊髓神经细胞无再生能力。近年兴起的脑机接口，尽管可能具备类似功能，但为了获得精准的信号，必须打开坚硬的颅骨才能植入电极，难度较大；而且大脑是人类思维的器官，在本来健康的大脑植入电极，有较大的伦理风险。本实用新型采用柔性微电极连接损伤神经轴、树突或神经元胞体的上下游断端，微电极从电极板垂直伸出一定距离，微电极的外径小于轴突的最小内径，并且密集排列，以保证每一根轴突和树突都有微电极相连。每个微电极通过柔性导线连与微电脑处理器连接，微电脑处理器根据轴突断端传入传出信号的功能特性予以匹配和联通，从而恢复原有功能。

现有的方法对继发性脊髓损伤有一定效果，但对原发性和陈旧性损伤，临床试验效果均不理想。其重要原因是脊髓神经细胞无再生能力。脑-机接口虽然起到了类似作用，但要得到精准的信号，必须在大脑表面植入电极，但颅骨坚硬，电极植入比较困难。且大脑是人类思维的场所，在本来正常的头部开颅植入电极，有较多的伦理风险。

为了克服以上弊端，本实用新型提供了一种治疗脊髓损伤的脊-机接口装置，即用柔性微电极连接损伤灶神经轴、树突或神经元胞体的上下游断端，通过微电脑处理器，予以匹配和联通，从而恢复原有功能。

柔性微电极穿过电极座分别与上下游轴突、树突和/或神经元胞体接触，电极线汇集到微型计算机，在微型计算机进行匹配并连接。

电极板可根据脊髓损伤截面的大小进行适应性调整。

微电极可伸出电极座一定长度，可记录神经电信号和释放电刺激信号。

柔性导线穿出硬膜囊处可用生物蛋白胶密封。

本实用新型治疗脊髓损伤的脊机接口通过微型计算机连接完成后，进行微电极标记连接，具体如下：

让患者做特定动作，例如抬大腿，近端电极板上对应股四头肌传出纤维的特定电极可以检测到电信号。微型计算机5对这些电极的功能做记录，标记为股四头肌运动电极。依次运动其他特定肌肉，测出对应的微电极。

逐一刺激远端电极板上的每一个微电极，如特定肌肉检测到兴奋信号，则标记为该肌肉名称的电极。

对近端电极板每个微电极进行电刺激，如果受试者感觉到特定皮肤区域疼痛，则将该微电极标记为某区域感觉电极。

对特定皮肤区域进行针刺，如果在远端电极板某些微电极上记录到电信号，则说明这些微电极是某区域感觉传入纤维对应微电极，标记为某区域感觉电极。

对上下游同名的微电极，微型计算机予以接通，这样就恢复了原有的通路。微型计算机的这些功能都是现有技术能达到的。脊髓部分损伤时电极板可做成与脊髓断面相吻合的形状。

刚断裂的脊髓可以直接插接对接。

陈旧性的疤痕型脊髓损伤需要进行清创去除疤痕，以便充分暴露出轴突、树突和/或神经元胞体，便于微电极插接连接。

微电极外径可以略小于轴突、树突和/或神经元胞体的直径。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。