專利名稱：替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的人工假體，具體是一種替代面神經(jīng)功能 的人工面神經(jīng)假體。
背景技術(shù)：
周圍性面癱是臨床上面神經(jīng)出腦干后斷離或受壓常常引起面神經(jīng)功能障礙。 面神經(jīng)的病變可由感染性疾病、外傷、耳源性疾病、面神經(jīng)、聽神經(jīng)等各種腫瘤 手術(shù)造成，有些是不可避免并終身不愈。由于神經(jīng)細胞的不可再生和不可增殖性， 面神經(jīng)受損在臨床上尚缺乏有效的治療手段，目前臨床上的主要治療有面神經(jīng)減 壓手術(shù)和面神經(jīng)移植手術(shù)。此外，還有一些非手術(shù)治療如電刺激治療和中國傳統(tǒng) 醫(yī)學(xué)治療。面神經(jīng)減壓術(shù)適合于面神經(jīng)受壓，其前提是面神經(jīng)解剖上必須保持完 整，且有一定的時間限制，神經(jīng)受壓時間過長即使手術(shù)也無法達到很好的效果， 所以對病患限制較多，應(yīng)用有局限。應(yīng)用于面神經(jīng)斷離患者的是面神經(jīng)吻合術(shù)(將 面神經(jīng)的兩斷端縫合連接)和神經(jīng)移植術(shù)(取一段其他部位的神經(jīng)連接斷離的面 神經(jīng))。但是這兩種治療方法尚存在著一些待解決的問題，主要是神經(jīng)軸突生長 是從中樞端向周圍生長，移植的神經(jīng)僅起橋梁作用，如果斷離位置很高，生長的 面神經(jīng)需很長時間才能到達支配的肌肉。目前臨床上神經(jīng)吻合術(shù)和移植術(shù)對面神 經(jīng)離斷療效有限，特別對于高位的面神經(jīng)離斷，而對面神經(jīng)缺失者，臨床上尚無 任何治療方法。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，昆單等在《醫(yī)療設(shè)備信息》19 (3) (2003) ppl4-16撰文"手持式面部神經(jīng)肌肉刺激治療儀的研制"，該技術(shù)是局部皮膚電 刺激促進面神經(jīng)生長，但是上述實驗中，刺激并不是持續(xù)的，長期刺激也只是指 每日6小時持續(xù)6個月的治療，而且即使是攜帶方便的刺激儀，在治療時對病人 的活動也會有一定的限制性。但是植入式控制就能持續(xù)發(fā)出電刺激，使面肌保持 一定的緊張性，阻止肌肉萎縮，而且治療過程融入病人的日常生活，對病人的影 響低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種替代面神經(jīng)功能的 人工面神經(jīng)假體，使其利用植入電極和芯片直接替代面神經(jīng)的功能，根據(jù)接受的 健側(cè)的正常電信號刺激患側(cè)面肌產(chǎn)生相應(yīng)的對稱運動，維持面部表情肌的對稱性 和一致性，還可以刺激肌肉防止萎縮，促進離斷的神經(jīng)生長，用于治療周圍性面 癱。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括信號采集模塊、控制和處理 模塊、供能模塊、脈沖刺激模塊、反饋模塊、無線發(fā)射與接受模塊。信號采集模 塊在臉部健側(cè)采集面肌肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成信號的分析和 處理，并實現(xiàn)刺激脈沖的轉(zhuǎn)化處理，由供能模塊供能，刺激脈沖傳給多路的脈沖 刺激模塊，通過微刺激電極實現(xiàn)對患側(cè)肌肉的電剌激，引發(fā)面肌收縮。反饋模塊 在臉部患側(cè)采集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現(xiàn)對刺激脈沖的調(diào)控，無 線發(fā)射與接受模塊將體內(nèi)的信息發(fā)射到體外，并將體外輸入的控制信號進行接收 實現(xiàn)對面神經(jīng)功能的人工假體的校準和調(diào)控。
所述的信號采集模塊，是由多路的具有柔性的微電極構(gòu)成，采集臉部健側(cè)的 面神經(jīng)或面肌信號。
所述的控制和處理模塊，將肌電信號的采集模塊傳來的信號進行分析和處 理，判斷健側(cè)的面肌運動，產(chǎn)生患側(cè)肌肉的電刺激脈沖，并傳給多路的脈沖刺激 模塊?？刂坪吞幚砟K由供能模塊供能?？刂坪吞幚砟K可將反饋模塊采集的肌 電信號進行分析和處理，分析患側(cè)肌肉運動情況?？刂坪吞幚砟K可與體內(nèi)的無 線發(fā)射與接受模塊進行雙向通訊?？刂坪吞幚砟K可以由通用可編程芯片實現(xiàn)， 也可以設(shè)計專用集成電路來實現(xiàn)。
所述的供能模塊，為恢復(fù)面神經(jīng)功能的人工假體實現(xiàn)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(nèi)的能量供能。
所述的脈沖刺激模塊，是由多路的具有柔性的微電極構(gòu)成，實現(xiàn)刺激脈沖對 臉部患側(cè)肌肉的控制。
所述的反饋模塊，是由多路的具有柔性的微電極構(gòu)成，采集臉部患側(cè)面肌信 號，并將信號反饋到控制和處理模塊，調(diào)整脈沖剌激信號。所述的無線發(fā)射與接受模塊，與控制和處理模塊相連接，將體內(nèi)的信號經(jīng)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沖刺激信號參數(shù) 進行調(diào)整，并將體外的控制信號接收到體內(nèi)，實現(xiàn)體外對植入的人工假體進行檢 測和調(diào)整控制。該無線發(fā)射與接受模塊可采用藍牙技術(shù)、紅外、射頻及超聲技術(shù) 實現(xiàn)信號的發(fā)送和接收。
與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明通過多個肌電信號采集電極接受健側(cè)面神經(jīng)或面肌 的興奮電位信息，經(jīng)過控制和處理模塊的分析判斷出對側(cè)面肌的興奮模式，然后 以相應(yīng)的模式輸出電流，通過多個刺激電極直接刺激患側(cè)的面肌，促使患側(cè)面肌 與健側(cè)同模式協(xié)調(diào)收縮，以維持面部表情對稱的結(jié)構(gòu)，糾正閉眼不能、口角歪斜、 漱口不能和鼻唇溝變淺的臨床癥狀。另外，安靜時隨機發(fā)放電流，刺激患側(cè)面肌 維持輕微收縮功能，可以防止面肌廢用性萎縮。其功能主要包括三方面， 一是替 代患側(cè)的面神經(jīng)中樞和面神經(jīng)，直接刺激面肌，完成表情動作，維持患側(cè)與健側(cè) 對稱性。二是在面神經(jīng)移植術(shù)后暫時維持面肌肌張力，防止面肌廢用性萎縮，待 面神經(jīng)功能恢復(fù)后停止使用。三是做為面神經(jīng)移植手術(shù)的補充功能，當(dāng)面神經(jīng)移 植術(shù)無效或效果差，可提供刺激電流，增加面肌收縮強度，使患側(cè)面肌與健側(cè)對 稱。
本發(fā)明與以往單純的電刺激治療最大的區(qū)別在于，電極的置入除了刺激肌肉 運動，防止萎縮，促進神經(jīng)生長外，還可以直接替代面神經(jīng)的功能，直接刺激面 肌根據(jù)接受的對側(cè)正常電信號產(chǎn)生相應(yīng)的對稱運動，維持表情的對稱性和一致 性。它不需要面神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)的完整，也不需要神經(jīng)-肌接頭的參與，是一種的 獨立治療面癱的方法。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)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(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括信號采集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈 沖刺激模塊、反饋模塊、無線發(fā)射與接受模塊。通過多路信號采集模塊在臉部健 側(cè)采集肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成信號的分析和處理，并實現(xiàn)刺 激脈沖的轉(zhuǎn)化處理，由供能模塊供能，刺激脈沖傳給多路的脈沖刺激模塊，通過 微刺激電極實現(xiàn)對患側(cè)肌肉的刺激，利用反饋模塊在臉部患側(cè)采集肌電信號，反 饋到控制和處理模塊，實現(xiàn)對刺激脈沖的調(diào)控，無線發(fā)射與接受模塊將體內(nèi)的信 息發(fā)射到體外，并將體外輸入的控制信號進行接收實現(xiàn)對面神經(jīng)功能的人工假體 的校準和調(diào)控。
所述信號采集模塊由集成電路工藝技術(shù)制備柔性的微電極，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。對于面癱，選取 臉部健側(cè)部位的5-6個重要部位的肌肉眼輪匝肌、頰肌、笑肌和口輪匝肌等，
通過埋入5-6路肌電信號的采集電極，采集日常情感如悲傷、微笑、大笑的肌電 表達。采集電壓范圍0. 5-50mv，連續(xù)實時采集。
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 信號的采集模塊傳來的信號進行處理和分析，判斷出健側(cè)面肌的興奮模式，如大 笑、哭等表情，并產(chǎn)生刺激脈沖用于刺激臉部患側(cè)的肌肉。剌激脈沖主要采用雙 相脈沖即正、負雙相電脈沖輸出，波幅l mV -50 mV，刺激電流0. 5-100mA， 剌激間隔0. 1-1000ms或隨機出現(xiàn)。
所述脈沖刺激模塊為集成電路工藝技術(shù)制備柔性的微電極，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(cè)的肌肉，如眼輪匝肌、頰肌和 口輪匝肌等，刺激肌肉產(chǎn)生相應(yīng)的對稱運動，維持表情的對稱性和一致性。
所述反饋模塊由集成電路工藝技術(shù)制備柔性的微電極，將采集電極植入患側(cè) 的肌肉，如眼輪匝肌、頰肌和口輪匝肌等，拾取肌肉因收縮產(chǎn)生相應(yīng)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(diào)整刺激信號。
所述無線發(fā)射與接受模塊將體內(nèi)的信號經(jīng)無線方式傳到體外并將體外的信 號接收到體內(nèi)，在體外進行分析，對控制和處理模塊輸出的脈沖刺激信號參數(shù)進 行調(diào)整，并將體外的控制信號接收到體內(nèi)，調(diào)整脈沖刺激信號的頻率、脈寬等。 該無線發(fā)射與接受模塊采用藍牙技術(shù)的發(fā)送和接受。
所述供能模塊，采用射頻線圈供能，頻率為5.0腿z。
本發(fā)明利用植入電極直接替代面神經(jīng)的功能，直接刺激面肌根據(jù)接受的對側(cè) 正常電信號產(chǎn)生相應(yīng)的對稱運動，維持表情的對稱性和一致性，還可以平時隨機
刺激肌肉防止萎縮，促進神經(jīng)生長外。這是一種治療面神經(jīng)解剖不完整，功能完 全缺失，且今后也無法恢復(fù)病人的唯一方法。而目前所有治療方法都需要面神經(jīng) 解剖和功能的完整。
權(quán)利要求
1、一種替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，包括信號采集模塊、控制和處理模塊、供能模塊、脈沖刺激模塊、反饋模塊、無線發(fā)射與接受模塊，其特征在于所述信號采集模塊在臉部健側(cè)采集面肌肌電信號，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，并實現(xiàn)刺激脈沖的轉(zhuǎn)化處理，由供能模塊供能，刺激脈沖傳給多路的脈沖刺激模塊；所述脈沖刺激模塊通過微刺激電極實現(xiàn)對患側(cè)肌肉的電刺激，引發(fā)面肌收縮；所述反饋模塊在臉部患側(cè)采集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現(xiàn)對刺激脈沖的調(diào)控；所述無線發(fā)射與接受模塊將體內(nèi)的信息發(fā)射到體外，并將體外輸入的控制信號進行接收實現(xiàn)對面神經(jīng)功能的人工假體的校準和調(diào)控。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述信號采集模塊，是由多路的微電極構(gòu)成，采集臉部健側(cè)的面神經(jīng)或面肌信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述控制和處理模塊，將肌電信號的采集模塊傳來的信號進行分析和處理，判斷 健側(cè)的面肌運動，產(chǎn)生患側(cè)肌肉的電刺激脈沖，并傳給多路的脈沖刺激模塊，控 制和處理模塊由供能模塊供能，控制和處理模塊將反饋模塊采集的肌電信號進行 分析和處理，分析患側(cè)肌肉運動情況，控制和處理模塊與體內(nèi)的無線發(fā)射與接受 模塊進行雙向通訊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述脈沖刺激模塊，是由多路微電極構(gòu)成，實現(xiàn)刺激脈沖對臉部患側(cè)肌肉的控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述反饋模塊，是由多路的微電極構(gòu)成，采集臉部患側(cè)面肌信號，并將信號反饋 到控制和處理模塊，調(diào)整脈沖刺激信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述無線發(fā)射與接受模塊，將體內(nèi)的信號經(jīng)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沖刺激信號參數(shù)進行調(diào)整，并將體外的控制信號接收 到體內(nèi)，實現(xiàn)體外對植入的人工假體進行檢測和調(diào)整控制。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征是， 所述供能模塊，為恢復(fù)面神經(jīng)功能的人工假體實現(xiàn)供能，具體采用電池、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(nèi) 的能量供能。
8、根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其特征 是，所述供能模塊為射頻線圈，頻率為5.0MHz。
全文摘要
一種生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的替代面神經(jīng)功能的人工面神經(jīng)假體，其中信號采集模塊在臉部健側(cè)采集面肌肌電信號，將信號傳到控制和處理模塊完成信號的分析和處理，并實現(xiàn)刺激脈沖的轉(zhuǎn)化處理，由供能模塊供能，刺激脈沖傳給多路的脈沖刺激模塊，通過微刺激電極實現(xiàn)對患側(cè)肌肉的電刺激，引發(fā)面肌收縮；反饋模塊在臉部患側(cè)采集肌電信號，反饋到控制和處理模塊，實現(xiàn)對刺激脈沖的調(diào)控，無線發(fā)射與接受模塊將體內(nèi)的信息發(fā)射到體外，并將體外輸入的控制信號進行接收實現(xiàn)對面神經(jīng)功能的人工假體的校準和調(diào)控。本發(fā)明根據(jù)接受的對側(cè)正常電信號刺激患側(cè)面肌產(chǎn)生相應(yīng)的對稱運動，維持面部表情肌的對稱性和一致性，還可以刺激肌肉防止萎縮，促進離斷的神經(jīng)生長。
文檔編號A61N1/00GK101185788SQ20071017075
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者劉景全, 李克勇 申請人:上海市第一人民醫(yī)院;上海交通大學(xué)