一種人工喉返神經假體的製作方法
2023-11-03 02:56:02
專利名稱：一種人工喉返神經假體的製作方法
技術領域：
本發明屬神經科學和生物醫學工程技術領域，涉及一種人工喉返神經假體，該人工喉返神經假體能替代喉返神經功能。
背景技術：
現有技術公開了聲帶麻痺是喉返神經斷離或受損引起聲帶運動功能障礙。喉返神經支配環杓後肌，其興奮態可使環杓後肌收縮，拉聲帶向外，開大聲門。喉返神經失功能後聲帶固定於旁正中位，引起聲音撕啞，發聲障礙。喉返神經的病變可由感染性疾病、外傷、頸胸部和甲狀腺良惡性腫瘤或許多手術造成，多數是
不可避免並終身不愈，因此發病率高。由於神經細胞的不可再生和不可增殖性，喉返神經受損在臨床上尚缺乏有效的治療手段，目前臨床上應用於喉返神經斷離患者的治療方案主要是採用喉返神經吻合術(將喉返神經的兩斷端縫合連接)和神經移植術(取一段其他部位的神經連接斷離的喉返神經)。但是，實踐證實這兩種治療方法尚存在著一些待解決的問題，主要是神經軸突生長是從中樞端向周圍生長，移植的神經僅起橋梁作用，如果斷離位置很高，生長的喉返神經則需很長時間才能到達支配的肌肉。在該段時間內，常常發生支配肌肉萎縮、神經一肌接頭(運動終板)消失等情況，造成療效不佳。所以目前臨床上神經吻合術和移植術對喉返神經離斷療效有限，特別對於高位的迷走神經離斷。而對喉返神經缺失者，臨床上尚無任何治療方法。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足和缺陷，提供一種人工喉返神經假體，該人工喉返神經假體利用植入電極和晶片能直接替代喉返神經的功能，根據健側的正常環杓後肌肌電信號判斷肌肉運動的狀態，然後輸出電脈衝不通過神經直接刺激患側肌產生相應的對稱運動，維持雙側環杓後肌收縮對稱性和一致性，還可以刺激肌肉防止萎縮，促進離斷的神經生長，用於治療聲帶麻痺。具體而言，本發明的人工喉返神經假體，其特徵在於，其包括信號採集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈衝刺激模塊、反饋模塊、無線發射與接受模塊。所述的信號採集模塊在喉部健側採集環杓後肌肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成信號的分析和處理，並實現刺激脈衝的轉化處理，由供能模塊供能，刺激脈衝傳給多路的脈衝刺激模塊，通過微刺激電極實現對患側肌肉的電刺激，引發環杓後肌收縮；反饋模塊在喉部患側採集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現對刺激脈衝的調控；無線發射與接受模塊將體內的信息發射到體外，並將體外輸入的控制信號進行接收實現對喉返神經功能的人工假體的校準和調控。本發明中，所述的信號採集模塊，是由多路的具有柔性的微電極構成，採集喉部健側的喉返神經或環杓後肌信號；其採集電壓範圍為0. 5-50mv，採集方式採用連續實時採集。
本發明中，控制和處理模塊由供能模塊供能。所述的控制和處理模塊，將肌電信號的採集模塊傳來的信號進行分析和處理，判斷健側的環杓後肌運動， 產生患側肌肉的電刺激脈衝，並傳給多路的脈衝刺激模塊；
所述的控制和處理模塊可將反饋模塊採集的肌電信號進行分析和處理，分析患側肌肉運動情況；
所述的控制和處理模塊可與體內的無線發射與接受模塊進行雙向通訊；
所述的控制和處理模塊可以由通用可編程晶片實現，也可以設計專用集成電路來實現。本發明中，所述的供能模塊，為恢復喉返神經功能的人工假體實現供能，是指由電池、電容器、射頻無線供能、超聲供能、振動供能、溫差供能、紅外功能或直接利用生物體內的能量供能。本發明中，所述的脈衝刺激模塊，是由多路的具有柔性的微電極構成，實現刺激脈衝對喉部患側肌肉的控制；所述的刺激脈衝採用方波，波幅I mV -50 mV，刺激電流 0. 5-100mA，刺激間隔0. I-IOOOms或隨機出現。本發明中，所述的反饋模塊，是由多路的具有柔性的微電極構成，採集喉部患側環杓後肌信號，並將信號反饋到控制和處理模塊，調整脈衝刺激信號。本發明中，所述的無線發射與接受模塊，與控制和處理模塊相連接，將體內的信號經無線方式傳到體外，在體外進行分析，對控制和處理模塊輸出的脈衝刺激信號參數進行調整，並將體外的控制信號接收到體內，實現體外對植入的人工假體進行檢測和調整控制。 該無線發射與接受模塊可採用藍牙技術、紅外、射頻及超聲技術實現信號的發送和接收。與現有技術對比，本發明通過多個肌電信號採集電極接受健側喉返神經或環杓後肌的興奮電位信息，經過控制和處理模塊的分析判斷出對側環杓後肌的興奮模式，然後以相應的模式輸出電流，通過多個刺激電極直接刺激患側的環杓後肌，促使患側環杓後肌與健側同模式協調收縮，使聲帶對稱運動，改善聲音撕啞的臨床症狀。另外，本人工喉返神經假體在安靜時隨機發放電流，刺激患側環杓後肌維持輕微收縮功能，能防止環杓後肌廢用性萎縮，其功能主要包括三方面，一是替代患側的喉返神經中樞和喉返神經，直接刺激環杓後肌，完成表情動作，維持患側與健側對稱性；二是在喉返神經移植術後暫時維持環杓後肌肌張力，防止環杓後肌廢用性萎縮，待喉返神經功能恢復後停止使用；三是做為喉返神經移植手術的補充功能，當喉返神經移植術無效或效果差，提供刺激電流，增加環杓後肌收縮強度，使患側環杓後肌與健側對稱。本發明與以往單純的電刺激治療最大的區別在於，電極的置入除了刺激肌肉運動，防止萎縮，促進神經生長外，還能直接替代喉返神經的功能，直接刺激肌根據接受的對側正常電信號產生相應的對稱運動，維持表情的對稱性和一致性；使用本發明治療聲帶麻痺時，不需要解剖結構完整的喉返神經，也不需要神經-肌接頭的參與，因此，可獨立使用本人工喉返神經假體治療聲帶麻痺。
圖I為本發明模塊結構框圖示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例I 如圖I所示，本發明包括信號採集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈衝刺激模塊、反饋模塊、無線發射與接受模塊。通過多路信號採集模塊在喉部健側採集肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成信號的分析和處理，並實現刺激脈衝的轉化處理，由供能模塊供能，刺激脈衝傳給多路的脈衝刺激模塊，通過微刺激電極實現對患側肌肉的刺激，利用反饋模塊在喉部患側採集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現對刺激脈衝的調控，無線發射與接受模塊將體內的信息發射到體外，並將體外輸入的控制信號進行接收實現對喉返神經功能的人工假體的校準和調控。所述信號採集模塊由集成電路工藝技術製備柔性的微電極，以聚對二甲苯為微電極的襯底和電極絕緣層，且聚對二甲苯具有良好的密封性。對於喉返癱，選取喉部健側環杓後肌的2 - 3個重要部位埋入3 - 4路肌電信號的採集電極，採集語言時的肌電錶達，其採集電壓範圍0. 5-50mv，連續實時採集。所述控制和處理模塊由通用可編程器件(FPGA、CPLD或DSP等)，將從肌電信號的採集模塊傳來的信號進行處理和分析，判斷出健側環杓後肌的興奮模式，並產生刺激脈衝用於刺激喉部患側的肌肉。刺激脈衝主要採用雙相脈衝即正、負雙相電脈衝輸出，波幅ImV -50 mV，刺激電流0. 5-100mA，刺激間隔0. I-IOOOms或隨機出現。所述脈衝刺激模塊為集成電路工藝技術製備柔性的微電極，以聚對二甲苯為微電極的襯底和電極絕緣層。將刺激電極植入患側的環杓後肌肌肉內，刺激肌肉產生相應的對稱運動，維持聲帶運動的對稱性和一致性。所述反饋模塊由集成電路工藝技術製備柔性的微電極，將採集電極植入患側的環杓後肌，拾取肌肉因收縮產生相應的電信號，將信號反饋到控制和處理模塊。由控制和處理模塊調整刺激信號。所述無線發射與接受模塊將體內的信號經無線方式傳到體外並將體外的信號接收到體內，在體外進行分析，對控制和處理模塊輸出的脈衝刺激信號參數進行調整，並將體外的控制信號接收到體內，調整脈衝刺激信號的頻率、脈寬等。該無線發射與接受模塊採用藍牙技術的發送和接受。所述供能模塊，採用射頻線圈供能，頻率為5. OMHz0本發明利用植入電極直接替代喉返神經的功能，直接刺激環杓後肌根據接受的對側正常電信號產生相應的對稱運動，維持表情的對稱性和一致性，還能平時隨機刺激肌肉防止萎縮，促進神經生長外。與現有治療聲帶麻痺的技術相比，使用本發明治療的優點是不需要解剖和功能完整的喉返神經、也不需要神經-肌接頭的參與，可獨立使用本人工喉返神經假體治療聲帶麻痺，是治療喉返神經解剖不完整、功能完全缺失、且今後功能也無法恢復的病人的唯一技術。
權利要求
1.一種人工喉返神經假體，其特徵在於，其包括信號採集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈衝刺激模塊、反饋模塊、無線發射與接受模塊，所述信號採集模塊採集肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊；所述控制和處理模塊完成信號的分析和處理，並實現刺激脈衝的轉化處理，由供能模塊供能，刺激脈衝傳給多路的脈衝刺激模塊；所述脈衝刺激模塊通過微刺激電極進行選定部位電刺激；所述反饋模塊採集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現對刺激脈衝的調控；所述無線發射與接受模塊發射信息，並接收輸入的控制信號實現對人工假體的校準和調控。
2.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述信號採集模塊，是由多路的微電極構成，採集健側的喉返神經或環杓後肌信號；其採集電壓範圍為0. 5-50mv，採集方式採用連續實時採集。
3.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述控制和處理模塊，分析和處理採集的肌電信號，判斷健側的環杓後肌運動，產生患側肌肉的電刺激脈衝，並傳給多路的脈衝刺激模塊；所述的控制和處理模塊由供能模塊供能，分析和處理由反饋模塊採集的肌電信號，分析患側肌肉運動情況；所述的控制和處理模塊與體內的無線發射與接受模塊進行雙向通訊。
4.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述脈衝刺激模塊，是由多路微電極構成，實現刺激脈衝對喉部患側肌肉的控制；所述的刺激脈衝採用方波，波幅I mV-50 mV，刺激電流0. 5-100mA，刺激間隔0. I-IOOOms或隨機出現。
5.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述的反饋模塊，是由多路的微電極構成，採集喉部患側環杓後肌信號，並將信號反饋到控制和處理模塊，調整脈衝刺激信號。
6.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述無線發射與接受模塊，將體內的信號經無線方式傳到體外，在體外進行分析，對控制和處理模塊輸出的脈衝刺激信號參數進行調整，並將體外的控制信號接收到體內，實現體外對植入的人工假體進行檢測和調整控制。
7.根據權利要求I所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述供能模塊，採用電池、電容器、射頻無線供能、超聲供能、振動供能、溫差供能、紅外功能或直接利用生物體內的能量供能。
8.根據權利要求I或7所述的人工喉返神經假體，其特徵是，所述供能模塊為射頻線圈，頻率為5. OMHz。
全文摘要
本發明屬神經科學和生物醫學工程技術領域，涉及一種人工喉返神經假體，其包括信號採集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈衝刺激模塊、反饋模塊、無線發射與接受模塊；所述信號採集模塊採集肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成分析、處理並轉化為刺激脈衝，由供能模塊供能，刺激脈衝傳給脈衝刺激模塊實現電刺激，引發環杓後肌收縮；反饋模塊採集肌電信號，反饋到控制和處理模塊；無線發射與接受模塊將信息發射到體外，並接收控制信號實現校準和調控。本發明能替代喉返神經功能，可根據接受的電信號刺激患側環杓後肌，產生相應的對稱運動，維持喉返部表情肌的對稱性和一致性，並能刺激肌肉防止萎縮，促進離斷的神經生長，可用於治療聲帶麻痺。
文檔編號A61F2/20GK102614033SQ20111003321
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者李克勇, 黃昱 申請人:上海市第一人民醫院