创刊词
当意识即将挣脱肉身,当思维开始对话机器——我们已然站在人类进化的奇点上。这是一场比互联网诞生更为深刻的革命——互联网连接了信息,而脑机接口,将连接心智。在此背景下,脑医汇平台开设了【万有灵犀】栏目,专注于脑机接口与神经调控的前沿资讯。
在这里,“灵犀”,是方寸之间神经信号的微妙共鸣和意念即达的精度;“万有”,则是重塑边界、万物互联共生的广度。在这里,我们将做前沿的瞭望员,记录下脑机接口和神经调控的每一次脉动。从非侵入式的轻盈佩戴,到侵入式的深度探索;从治疗瘫痪的临床奇迹,到增强智力的伦理激辩。
因为相信,所以看见。因为看见,所以奔赴。欢迎你,和我们一道,于万有之中,灵犀相通。
在脊髓损伤、脑卒中后遗症引发的下肢瘫痪康复领域,传统脊髓电刺激(SCS)设备长期存在临床瓶颈。目前市面主流脊髓电刺激装置最初主要用于阻断脊髓背侧感觉神经、缓解慢性神经疼痛,已获批的临床适应证主要集中于疼痛管理,尚缺乏专门靶向调控运动神经元、重建下肢协调动作的成熟产品。当下临床成熟设备电极通道最多为16路,有限触点难以完整匹配腰段脊髓密集分布的下肢运动神经元群,实现多肌群、多关节协同激活存在技术挑战。
面对不同程度瘫痪患者差异化的康复需求,单一、有限的电极配对方案很难模拟人体自然行走时复杂的肌肉联动模式,刺激参数调节空间狭窄,输出电流、脉宽、频率无法精细化适配个体神经组织导电特性。同时,传统方案中部分设备缺乏实时电流电压闭环反馈机制,刺激强度容易偏离预设值,要么刺激不足无法有效激活休眠运动神经,要么过量刺激引发肌肉痉挛、非目标神经误激活等副作用,导致部分瘫痪患者长期卡在康复平台期,难以获得自主、协调的下肢活动能力。这也是临床长期亟待解决的核心痛点之一。
最近,新获授权的专利《用于直接靶向脊髓运动神经元的64路神经调控系统及方法》,在该方向上提出了一套从硬件架构到调控算法全链路创新的脊髓运动神经调控方案,不管是临床从业者还是普通大众,都能清晰看懂这项技术为瘫痪康复带来的变革前景。
原理图
这套系统最核心的突破性创新,是将刺激通道提升至64路,实现全通道电极自由配对协同控制,大幅拓展了传统16路设备的触点规模,也首次将该通道规模系统性地应用于靶向运动神经元、重建下肢协调运动功能,而非单纯追求通道数量。
硬件上采用模块化分体设计,主控集成模块整合低功耗微处理器、无线充电、蓝牙交互单元,刺激反馈模块搭载独立64路正负脉冲触发与采样反馈单元,通过128路控制总线完成信号互通,依靠双ADC通道实时采集每一路刺激的电流电压数据,形成毫秒级闭环校正机制,一旦输出参数偏离医生预设阈值,系统会自动重新输出适配脉冲,全程保障刺激稳定可控。
算法层面依托电磁场准静态模型精准计算脊髓生物组织内电流场分布,区分双极、单极两种刺激模式,双极模式下相邻正负电极形成局限电场,精准锁定目标运动神经元,减少周边神经干扰,单极模式可实现大范围神经环路激活,适配重度瘫痪患者基础肌力唤醒需求。
频率2-300Hz、电流0-17mA、脉宽35μs至8250μs全区间自由可调,十种标准化刺激模式覆盖从轻度肌力恢复到重度步态重建的全康复周期,有限元仿真实验也验证,该系统在灰质、脑脊液、骨骼等多层生物介质中均可形成目标清晰的可控电场,不会出现刺激信号弥散失控问题。
同时设备搭载无线充电与蓝牙程控功能,医生可通过外部设备远程配置康复刺激方案,人机交互模块简化临床调试流程,低功耗主控设计也大幅降低植入设备长期使用的能耗负担,兼顾临床实用性与患者佩戴舒适度。
工作流程图
电极结构示意图
调控算法流程图
从临床应用潜力来看,这套64路靶向调控系统的核心定位是直接激活脊髓运动神经元,目标适配脊髓损伤截瘫、脑卒中后下肢偏瘫、脑外伤遗留运动障碍等各类瘫痪人群。其依托海量电极组合方案,能够模拟人体行走、抬腿、屈膝、站立等连贯动作所需的多肌群时序刺激,帮助患者重建协调自主的下肢运动,摆脱外骨骼等外部器械的长期依赖。对于康复科、功能神经外科而言,多通道精细调控能力可实现个体化治疗,针对轻度、中度、重度瘫痪患者匹配差异化刺激方案,闭环反馈机制大幅降低术中、术后程控难度,减少肌肉痉挛、异常感觉等不良反应,提升长期康复疗效稳定性。
长远来看,该技术还可与脑机接口、康复机器人联动,搭建“大脑意图解码-脊髓精准电刺激-肢体运动输出”完整神经修复通路,同时无线植入式硬件架构具备小型化、微创化改造空间,未来有望开发全植入式长期神经调控医疗器械,为数千万肢体瘫痪人群带来恢复自主行动、回归正常生活的全新可能,也填补了国内靶向脊髓运动神经元多通道神经调控设备的技术空白,推动国内脊髓损伤康复神经调控技术从单纯镇痛向运动功能重建跨越式升级。
发明名称:用于直接靶向脊髓运动神经元的64路神经调控系统及方法
申请公布号:CN121668568A
授权公告日:2026-05-19
专利申请人:吉林大学
专利发明人:吴敏飞、杜巧玲、王中汉、沈亮
万有灵犀专栏
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