BR102022010621A2

BR102022010621A2 - IMPLANTABLE SYSTEM FOR CAPTURING NEURAL SIGNALS AND GENERATING STIMULUS FOR PERIPHERAL NERVES AND MUSCLES

Info

Publication number: BR102022010621A2
Application number: BR102022010621-5A
Authority: BR
Inventors: Luis Eduardo Pedigoni Bulisani; Nelson Narimatu; Lucas Jun Sakai; Luma Rissatti Borges Do Prado
Original assignee: Foxconn Brasil Industria E Comercio Ltda.
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-12-12

Abstract

A presente invenção se refere a um Sistema implantável de captação de sinais neurais e geração de estímulo para nervos periféricos e musculatura compreendendo pelo menos um dispositivo implantável e um dispositivo externo; em que o dispositivo externo transfere energia e/ou dados para o dispositivo implantável por meio de uma interface sem fio; e em que o dispositivo implantável é ausente de bateria.The present invention relates to an implantable system for capturing neural signals and generating stimulation for peripheral nerves and muscles comprising at least one implantable device and one external device; wherein the external device transfers power and/or data to the implantable device via a wireless interface; and wherein the implantable device is battery-free.

Description

Field of invention:

[001] A presente invenção se insere no campo da tecnologia médica e refere-se a um dispositivo sem bateria implantado no corpo humano para captação de sinais neurais e geração de sinais de estímulos em nervos periféricos, musculatura e/ou em dispositivos eletrônicos. O sinal é captado por eletrodos e o sistema implantável funciona por meio de uma interface de energia e comunicação sem fio. Deste modo, o dispositivo proposto é capaz de auxiliar na reconstrução das funções motoras de indivíduos com deficiências causadas por lesões ou doenças no sistema nervoso periférico, e é destinado aos indivíduos que demandam de uma ponte neural ou que desejam fazer o controle de próteses externas e/ou dispositivos eletrônicos.[001] The present invention falls within the field of medical technology and refers to a battery-free device implanted in the human body for capturing neural signals and generating stimulus signals in peripheral nerves, muscles and/or electronic devices. The signal is captured by electrodes and the implantable system works through a power and wireless communication interface. In this way, the proposed device is capable of assisting in the reconstruction of the motor functions of individuals with deficiencies caused by injuries or diseases in the peripheral nervous system, and is intended for individuals who require a neural bridge or who wish to control external prostheses and /or electronic devices.

Fundamentals of the invention:

[002] O funcionamento do tecido neurológico se dá pela existência de potenciais elétricos através das membranas dos nervos periféricos. O potencial de ação nas células nervosas motoras tem sentido de propagação caudal, do corpo do neurônio até as terminações nervosas, ocasionando contato sináptico com outro neurônio ou com uma célula muscular, passando pelo axônio. Assim acontece o movimento muscular periférico subsequente ao estímulo neurológico.[002] The functioning of neurological tissue is due to the existence of electrical potentials across the membranes of peripheral nerves. The action potential in motor nerve cells propagates caudally, from the body of the neuron to the nerve endings, causing synaptic contact with another neuron or with a muscle cell, passing through the axon. This is how the peripheral muscle movement occurs subsequent to the neurological stimulus.

[003] As lesões nervosas periféricas podem ser causadas por fraturas, trações, choques elétricos ou lacerações por objetos cortantes. Este tipo de lesão acomete as capacidades funcionais, provocando dor, desconforto e prejudicando as aptidões motoras e de sensibilidade. Lesões nos nervos periféricos causam alterações imediatamente após a injúria e se mantêm durante todo o período até uma eventual recuperação. Essas mudanças podem ter um impacto negativo na qualidade de vida do paciente. A reabilitação com possibilidade de tratamentos é essencial para a recuperação e retorno da funcionalidade.[003] Peripheral nerve injuries can be caused by fractures, tractions, electric shocks or lacerations from sharp objects. This type of injury affects functional capabilities, causing pain, discomfort and impairing motor skills and sensitivity. Injuries to peripheral nerves cause changes immediately after the injury and persist throughout the period until eventual recovery. These changes can have a negative impact on the patient's quality of life. Rehabilitation with the possibility of treatments is essential for recovery and return of functionality.

[004] O eletroneurograma é um registro da atividade elétrica de um ou mais neurônios e normalmente se refere a registros feitos a partir dos feixes de axônio de nervos periféricos. A captação de sinas eletroneurográficos (ENG) permite obter informações a respeito da operação do nervo. O monitoramento do funcionamento do nervo permite níveis de intervenções por meio de controle de próteses para indivíduos amputados e de estimulação elétrica funcional para controle de membros que sofrem de lesões onde há a paralisia ou bloqueio indesejado dos sinais motores e sensoriais.[004] The electroneurogram is a recording of the electrical activity of one or more neurons and normally refers to recordings made from the axon bundles of peripheral nerves. The capture of electroneurographic (ENG) signals allows information to be obtained regarding the operation of the nerve. Monitoring the functioning of the nerve allows levels of interventions through the control of prostheses for amputees and functional electrical stimulation to control limbs suffering from injuries where there is paralysis or unwanted blockage of motor and sensory signals.

[005] Uma ponte neural microeletrônica pode ser usada para recuperação da função em nervos lesionados. Na ponte neural, um primeiro arranjo de eletrodo é usado para detectar o sinal neural do coto proximal das fibras nervosas lesadas, o sinal é amplificado, filtrado e enviado para um driver de estimulação elétrica funcional, que fornece uma corrente de estimulação para o segundo arranjo de eletrodos de modo que o sinal neural contorne os sinais neurais interrompidos e possa ser regenerado no coto do nervo distal.[005] A microelectronic neural bridge can be used to recover function in injured nerves. In the neural bridge, a first electrode array is used to detect the neural signal from the proximal stump of the injured nerve fibers, the signal is amplified, filtered and sent to a functional electrical stimulation driver, which delivers a stimulation current to the second array of electrodes so that the neural signal bypasses the interrupted neural signals and can be regenerated at the distal nerve stump.

[006] Entretanto, os sistemas de ponte neural existentes são robustos e não implantáveis. Para evoluir para aplicação em humanos, é necessário que esses sistemas sejam compactos e implantáveis. Este desenvolvimento de circuitos e componentes pequenos e de baixo consumo tratando do sinal neural, que é um sinal pequeno, da ordem de μV e muito susceptível a ruídos, é um desafio.[006] However, existing neural bridge systems are robust and non-implantable. To evolve for application in humans, these systems must be compact and implantable. This development of small, low-power circuits and components dealing with the neural signal, which is a small signal, on the order of μV and very susceptible to noise, is a challenge.

[007] A maioria dos sistemas existentes para esta finalidade são implantes que possuem bateria e, assim, exigem intervenções cirúrgicas subsequentes devido à quebra e falha da bateria. Cada cirurgia sucessiva adiciona custos e coloca o paciente em risco de complicações. Ainda que o uso de bateria recarregável amenize essas consequências, o sinal de carregamento indutivo sofre muita atenuação no corpo humano, devido à frequência e quantidade de água presente no tecido, podendo até mesmo gerar aquecimento indesejado.[007] Most existing systems for this purpose are implants that have a battery and, therefore, require subsequent surgical interventions due to battery breakage and failure. Each successive surgery adds costs and puts the patient at risk for complications. Even though the use of a rechargeable battery alleviates these consequences, the inductive charging signal suffers a lot of attenuation in the human body, due to the frequency and amount of water present in the tissue, and can even generate unwanted heating.

[008] Dentre dispositivos existentes que não utilizam bateria, é necessária a utilização de um computador para o processamento do sinal e o grande dimensional da antena ativa inviabiliza a utilização desses dispositivos de forma portátil. A interpretação do sinal neural captado em tempo real exige uma alta capacidade de processamento e por isso o pós processamento ou processamento offline é usualmente utilizado quando se trata desse tipo de sinal.[008] Among existing devices that do not use a battery, it is necessary to use a computer for signal processing and the large size of the active antenna makes it impossible to use these devices in a portable way. The interpretation of the neural signal captured in real time requires a high processing capacity and that is why post-processing or offline processing is usually used when dealing with this type of signal.

[009] Deste modo, a presente invenção tem a intenção de auxiliar pacientes com lesões em nervos periféricos, que venham a ocasionar limitação ou falta de movimentos em membros superiores ou inferiores, e o dispositivo aqui descrito tem capacidade e função de leitura do sinal neural e estimulação de dispositivos eletrônicos ou continuação do movimento motor através do nervo periférico acometido.[009] Therefore, the present invention is intended to help patients with injuries to peripheral nerves, which may cause limitation or lack of movement in upper or lower limbs, and the device described here has the capacity and function of reading the neural signal and stimulation from electronic devices or continuation of motor movement through the affected peripheral nerve.

[0010] Assim, a presente invenção apresenta um dispositivo implantável que não possui bateria interna ao corpo humano e atua tanto como um sensor neural, podendo estimular próteses externas e dispositivos eletrônicos, quanto como uma ponte neuromuscular, no caso de lesões e rupturas de nervos periféricos. A invenção de um algoritmo de processamento de sinais neurais otimizado adicionalmente ao desenvolvimento de uma interface RFID miniaturizada e eficiente, possibilita que o dispositivo realize processamento embarcado em tempo real e que a alimentação sem fio seja fornecida por um dispositivo externo portátil que é facilmente acoplado ao paciente como um acessório vestível.[0010] Thus, the present invention presents an implantable device that does not have a battery internal to the human body and acts both as a neural sensor, which can stimulate external prostheses and electronic devices, and as a neuromuscular bridge, in the case of nerve injuries and ruptures. peripherals. The invention of an optimized neural signal processing algorithm, in addition to the development of a miniaturized and efficient RFID interface, enables the device to perform real-time embedded processing and wireless power to be provided by an external portable device that is easily coupled to the patient as a wearable accessory.

State of the art:

[0011] Alguns documentos do estado da técnica descrevem diferentes tecnologias de sensores e estimuladores neurais. No entanto, ainda perduram limitações e problemas que motivam o desenvolvimento de novas tecnologias na área.[0011] Some prior art documents describe different sensor and neural stimulator technologies. However, limitations and problems that motivate the development of new technologies in the area still persist.

[0012] O documento US 20180192952 descreve um dispositivo implantável flexível configurado para interagir com tecidos biológicos. Em sua concretização preferida, é mostrado sistemas RF para transmissão de energia e uso de estimulação de nervos periféricos por LED. Não é descrito nenhuma abordagem para reconstrução de função motora, sendo aparentemente voltada para função sensorial e gerenciamento da dor. Diferente da invenção aqui descrita, cuja finalidade é captação de sinal neurológico com finalidade de recuperação motora e movimentos de membros.[0012] Document US 20180192952 describes a flexible implantable device configured to interact with biological tissues. In its preferred embodiment, RF systems for transmitting energy and using LED peripheral nerve stimulation are shown. No approach for reconstruction of motor function is described, being apparently focused on sensory function and pain management. Different from the invention described here, the purpose of which is to capture neurological signals for the purpose of motor recovery and limb movements.

[0013] O documento US 8676334 refere-se a um sistema de interface de nervo periférico para controle de próteses de membros superiores, capaz de medir, analisar e controlar sinais nervosos motores eferentes e sinais nervosos sensoriais aferentes regenerando um nervo periférico e controlando uma mão protética artificial por meio de medição, análise e controle dos sinais. O sistema inclui um conduto de nervo conectado a um terminal de um nervo periférico danificado, uma prótese para substituir a parte amputada do corpo e uma unidade de interface de nervo periférico eletricamente conectada ao conduto nervoso e à prótese para restaurar a função do nervo periférico danificado e controlar as operações da prótese transmitindo e recebendo sinais do nervo periférico danificado.[0013] Document US 8676334 refers to a peripheral nerve interface system for controlling upper limb prostheses, capable of measuring, analyzing and controlling efferent motor nerve signals and afferent sensory nerve signals regenerating a peripheral nerve and controlling a hand artificial prosthetics through measurement, analysis and control of signals. The system includes a nerve conduit connected to a terminal of a damaged peripheral nerve, a prosthesis to replace the amputated body part, and a peripheral nerve interface unit electrically connected to the nerve conduit and the prosthesis to restore function of the damaged peripheral nerve. and control the operations of the prosthesis by transmitting and receiving signals from the damaged peripheral nerve.

[0014] O documento US 2014/0343691 também se refere a um sistema e métodos para controle de dispositivos externos, como próteses, usando sinais biopotenciais de eletrodos em comunicação com músculos e nervos do paciente. Entretanto, os sistemas de controle de próteses apresentados em US 8676334 e US 2014/0343691 possuem bateria no módulo interno que é recarregada por um sistema sem fio, diferentemente da presente da invenção que revela um dispositivo implantável sem bateria. Além disso, a presente invenção não se limita apenas ao controle de próteses e pode ser utilizada como uma ponte neuromuscular para recuperação motora do membro lesionado não amputado.[0014] Document US 2014/0343691 also refers to a system and methods for controlling external devices, such as prostheses, using biopotential signals from electrodes in communication with the patient's muscles and nerves. However, the prosthesis control systems presented in US 8676334 and US 2014/0343691 have a battery in the internal module that is recharged by a wireless system, unlike the present invention which discloses an implantable device without a battery. Furthermore, the present invention is not limited to controlling prostheses and can be used as a neuromuscular bridge for motor recovery of the injured non-amputated limb.

[0015] O documento US 2019247664 revela sistemas e técnicas para dispositivos implantáveis sem fio, em que algumas modalidades compreendem um sistema de biomodulação, que pode incluir um conjunto não implantável para transferência de energia sem fio e um sistema de comunicação de dados, um módulo de controle conectado ao canal de comunicação e à uma saída de estimulação, um processador para processar informações detectadas, o qual, ao determinar a existência de uma condição, aciona a geração de um estímulo. Entretanto, o sistema de biomodulação é de aplicação ampla com proposta voltada para atuar tipicamente sobre o nervo vago com sinais de estímulos para desenvolvimento de novos tratamentos diversos, utilizando uma plataforma de placas eletrônicas com módulo de energia elétrica sem fio que recarrega bateria interna, diferentemente da presente invenção que é focada em reabilitação de funções motoras com pontes neuromusculares através de dispositivo implantado com alimentação de energia sem fio e sem bateria.[0015] Document US 2019247664 discloses systems and techniques for wireless implantable devices, wherein some embodiments comprise a biomodulation system, which may include a non-implantable assembly for wireless power transfer and a data communication system, a module control connected to the communication channel and to a stimulation output, a processor to process detected information, which, upon determining the existence of a condition, triggers the generation of a stimulus. However, the biomodulation system is of wide application with a proposal aimed at typically acting on the vagus nerve with stimulus signals for the development of diverse new treatments, using an electronic board platform with a wireless electrical energy module that recharges an internal battery, unlike of the present invention, which is focused on the rehabilitation of motor functions with neuromuscular bridges through an implanted device with wireless and battery-free power supply.

[0016] O documento US 8000806 refere-se a um método e equipamentos usados para regenerar sinais sensoriais, motores ou viscerais de nervos lesionados ou doentes de mamíferos. Em algumas modalidades, é revelado uma linha de canais ascendentes e descendentes para conectar canais neurais lesados. Os canais podem ser conectados a eletrodos que estão em contato com os cotos dos nervos superiores ou inferiores. Os canais podem ser usados para detectar, amplificar e reconhecer os sinais motores ou sensoriais, e para gerar sinais de Estimulação Elétrica Funcional (FES) aos eletrodos nos cotos dos nervos superiores ou inferiores. Os sinais neurais podem, portanto, ser regenerados e os canais motores ou sensoriais lesados podem ser interligados. O método, entretanto, tem limitações tecnológicas onde o sistema compreende um elemento processador único ligado aos eletrodos de forma confinada tratando apenas sinais FES, em oposição ao presente invento onde há interligação por comunicação sem fio para um processador externo que permite ajustar diferentes formas do sinal neural de forma flexível.[0016] Document US 8000806 refers to a method and equipment used to regenerate sensory, motor or visceral signals from injured or diseased mammalian nerves. In some embodiments, a line of ascending and descending channels is disclosed to connect injured neural channels. The channels can be connected to electrodes that are in contact with the upper or lower nerve stumps. The channels can be used to detect, amplify and recognize motor or sensory signals, and to generate Functional Electrical Stimulation (FES) signals to electrodes on the upper or lower nerve stumps. Neural signals can therefore be regenerated and injured motor or sensory channels can be bridged. The method, however, has technological limitations where the system comprises a single processing element connected to the electrodes in a confined manner, processing only FES signals, as opposed to the present invention where there is interconnection via wireless communication to an external processor that allows different signal shapes to be adjusted. neural network flexibly.

[0017] O documento EP 3302688 se refere a um sistema, método e dispositivo para interpretar sinais neurais para determinar um movimento desejado de um alvo, que pode ser um membro do corpo, próteses ou outro dispositivo, transmitir sinais elétricos e monitorar dinamicamente sinais neurais subsequentes ou movimento do alvo para alterar o sinal sendo entregue, se necessário, para que o movimento desejado seja alcançado. Entretanto, de modo distinto da presente invenção que apresenta um dispositivo implantável sem bateria e um algoritmo de processamento simplificado dos sinais captados para detecção de picos, o documento EP 3302688 refere-se a um processamento e interpretação dos sinais robusto e complexo.[0017] Document EP 3302688 refers to a system, method and device for interpreting neural signals to determine a desired movement of a target, which may be a body limb, prosthesis or other device, transmitting electrical signals and dynamically monitoring neural signals subsequent movements or movement of the target to alter the signal being delivered, if necessary, so that the desired movement is achieved. However, unlike the present invention, which presents a battery-free implantable device and a simplified processing algorithm for captured signals for peak detection, document EP 3302688 refers to robust and complex signal processing and interpretation.

Brief description of the invention:

[0018] A presente invenção tem como objetivo auxiliar na reconstrução das funções motoras, causadas por lesões ou doenças no sistema nervoso periférico, e é destinada aos indivíduos que demandam de uma ponte neural ou desejam fazer o controle de próteses externas e/ou dispositivos eletrônicos, como, por exemplo, indivíduos que sofreram lesão, ruptura ou amputação de nervos ou membros, entre outros.[0018] The present invention aims to assist in the reconstruction of motor functions, caused by injuries or diseases in the peripheral nervous system, and is intended for individuals who require a neural bridge or wish to control external prostheses and/or electronic devices , such as, for example, individuals who have suffered injury, rupture or amputation of nerves or limbs, among others.

[0019] A presente invenção compreende um sistema sem fio e implantável de captação de sinais neurais e geração de estímulo para nervos periféricos e musculatura. O sistema é composto de um dispositivo implantável, com comunicação sem fio e sem utilização de bateria interna que envia os dados captados para um dispositivo externo através de interface sem fio RFID e gera estímulo para nervos periféricos e musculatura. O dispositivo externo, alimentado por bateria, desempenha o papel de prover energia sem fio para o funcionamento do dispositivo implantável, e é também responsável por enviar comandos para controle de próteses externas ou dispositivos eletrônicos e/ou interpretar e retornar o sinal para continuação da função neural. Os sinais neurais captados podem ser processados com algoritmos adaptativos para gerar sinais neurais de estímulo para reconstrução adequada das funções motoras de cada indivíduo.[0019] The present invention comprises a wireless and implantable system for capturing neural signals and generating stimulation for peripheral nerves and muscles. The system consists of an implantable device, with wireless communication and without the use of an internal battery, which sends the captured data to an external device through a wireless RFID interface and generates stimulation for peripheral nerves and muscles. The external device, powered by a battery, plays the role of providing wireless energy for the operation of the implantable device, and is also responsible for sending commands to control external prostheses or electronic devices and/or interpreting and returning the signal to continue the function. neural. The captured neural signals can be processed with adaptive algorithms to generate stimulus neural signals for adequate reconstruction of each individual's motor functions.

Brief description of the figures:

[0020] Para obter uma total e completa visualização da disposição proposta, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, conforme se segue.[0020] To obtain a total and complete visualization of the proposed arrangement, the figures to which references are made are presented, as follows.

[0021] A figura 1 mostra o diagrama de blocos de funcionamento da presente invenção que contempla um sistema implantável sem fio e sem bateria para captação e eletroestimulação ou controle de dispositivos como próteses.[0021] Figure 1 shows the operating block diagram of the present invention, which includes a wireless and battery-free implantable system for capturing and electrical stimulation or controlling devices such as prostheses.

[0022] A figura 2 mostra as partes e componentes que compõe o dispositivo implantável que irá realizar a captação dos sinais e estimulação dos nervos.[0022] Figure 2 shows the parts and components that make up the implantable device that will capture signals and stimulate nerves.

[0023] A figura 3 mostra as partes e componentes que compõe o dispositivo externo que irá prover alimentação e comunicação sem fio ao dispositivo implantável.[0023] Figure 3 shows the parts and components that make up the external device that will provide power and wireless communication to the implantable device.

[0024] A figura 4 mostra as aplicações preferenciais da presente invenção, atuando como ponte neural - captação e estimulação - em pacientes que tiveram lesão nos nervos periféricos e atuando como dispositivo de controle de dispositivos como próteses, em pacientes que tiveram amputação de membro.[0024] Figure 4 shows the preferred applications of the present invention, acting as a neural bridge - capture and stimulation - in patients who have had peripheral nerve damage and acting as a control device for devices such as prostheses, in patients who have had limb amputation.

[0025] A figura 5 mostra de forma esquemática a interação entre o paciente, o dispositivo implantável e o dispositivo externo e a possibilidade de integração com outros sistemas de controle e interpretação de biossinais, como os de captação de eletroencefalograma, com a finalidade de aprimorar os movimentos finos dos membros.[0025] Figure 5 schematically shows the interaction between the patient, the implantable device and the external device and the possibility of integration with other systems for controlling and interpreting biosignals, such as those for capturing electroencephalograms, with the purpose of improving the fine movements of the limbs.

Detailed description of the invention:

[0026] O sistema (1) descrito pela presente invenção compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos um dispositivo implantável (2) para recuperação da função dos nervos periféricos e registro de sinais neurais. O sistema (1) compreende também um dispositivo externo (3) para processamento que desempenha as funções de prover energia para o dispositivo implantável (2) através de uma interface sem fio (9), interpretar os sinais neurais captados e/ou viabilizar a integração para o controle de próteses (14), dispositivos eletrônicos externos (15) e/ou o retorno do sinal para o dispositivo implantável (2) continuar a função do nervo periférico a partir do sinal neural captado.[0026] The system (1) described by the present invention comprises, in its preferred configuration, at least one implantable device (2) for recovering the function of peripheral nerves and recording neural signals. The system (1) also comprises an external device (3) for processing that performs the functions of providing energy to the implantable device (2) through a wireless interface (9), interpreting the captured neural signals and/or enabling integration for the control of prostheses (14), external electronic devices (15) and/or signal return to the implantable device (2) to continue the function of the peripheral nerve from the captured neural signal.

[0027] A Figura 1 mostra o diagrama de blocos de funcionamento de uma versão preferencial do sistema (1) que contempla um dispositivo implantável (2) sem fio e sem bateria, responsável pela captura de sinais neurais e pela geração de estímulos, e um dispositivo externo (3), capaz de prover comunicação e energia sem fio, interagir e controlar outros dispositivos, como próteses (14) e equipamentos eletrônicos (15).[0027] Figure 1 shows the operating block diagram of a preferred version of the system (1) which includes an implantable device (2) wireless and without battery, responsible for capturing neural signals and generating stimuli, and a external device (3), capable of providing wireless communication and power, interacting and controlling other devices, such as prostheses (14) and electronic equipment (15).

[0028] O dispositivo implantável (2), também chamado de sensor e estimulador neural, compreende pelo menos um eletrodo de captação (4), um eletrodo de estímulo (5), um circuito de captação (6), um circuito de estímulo (7), uma unidade de controle (8) e uma interface passiva de alimentação e comunicação sem fio (22), sendo todos os componentes dispostos em um envoltório implantável (16) lacrado hermeticamente e revestido com uma cobertura de baixa imunogenicidade.[0028] The implantable device (2), also called a neural sensor and stimulator, comprises at least one capture electrode (4), a stimulus electrode (5), a capture circuit (6), a stimulus circuit ( 7), a control unit (8) and a passive power and wireless communication interface (22), all components being arranged in an implantable casing (16) hermetically sealed and coated with a low immunogenicity coating.

[0029] Os eletrodos de captação (4) são conectados a um circuito de captação (6), em que o referido circuito de captação (6) pode compreender circuitos amplificadores para amplificar o sinal neural captado, filtros analógicos para remover os ruídos e interferências, conversor A/D analógico digital para converter o sinal neural para sinal digital, e/ou outros componentes ou circuitos necessários comuns na captação de biossinais. Deste modo, o sinal neural captado pelos eletrodos de captação (4) é tratado ao passar pelos componentes internos do dispositivo implantável (2) até ser digitalizado para ser entregue à unidade de controle (8).[0029] The pickup electrodes (4) are connected to a pickup circuit (6), wherein said pickup circuit (6) may comprise amplifier circuits to amplify the captured neural signal, analog filters to remove noise and interference , digital analog A/D converter to convert the neural signal to a digital signal, and/or other necessary components or circuits common in capturing biosignals. In this way, the neural signal captured by the capture electrodes (4) is processed by passing through the internal components of the implantable device (2) until it is digitized to be delivered to the control unit (8).

[0030] A unidade de controle (8) pode compreender um microcontrolador, microprocessador, dispositivos de programação lógica ou qualquer outro sistema capaz de processar o sinal e executar o controle de funções, tais como geração do sinal de estímulo, ativação ou desativação dos circuitos de captação (6) e estímulo (7), leituras para verificação do alinhamento entre os dispositivos, interação com interface passiva de comunicação sem fio (22), entre outras. De acordo com algumas aplicações, o processamento do sinal neural pode ser executado pela unidade de controle (10) do dispositivo externo (3).[0030] The control unit (8) may comprise a microcontroller, microprocessor, logic programming devices or any other system capable of processing the signal and performing control functions, such as generating the stimulus signal, activating or deactivating the circuits capture (6) and stimulus (7), readings to check alignment between devices, interaction with passive wireless communication interface (22), among others. According to some applications, neural signal processing can be performed by the control unit (10) of the external device (3).

[0031] Quando utilizado para recuperação e continuação da função de nervos periféricos, o dispositivo implantável (2) contém pelo menos um eletrodo de eletroestimulação (5) conectados a pelo menos um circuito de estímulo (7) para geração de eletroestimulação.[0031] When used for recovery and continuation of peripheral nerve function, the implantable device (2) contains at least one electrical stimulation electrode (5) connected to at least one stimulus circuit (7) for generating electrical stimulation.

[0032] O circuito de estímulo (7) pode compreender pelo menos um circuito de corrente para converter o sinal de estímulo gerado pela unidade de controle (8) em sinal de estímulo de corrente bifásico para ser aplicado através do eletrodo de estímulo (5). Para segurança do sistema (1), o circuito de estímulo (7) também pode compreender um circuito de realimentação de malha fechada e um conversor A/D para verificar a integridade do sinal do estímulo aplicado.[0032] The stimulus circuit (7) may comprise at least one current circuit for converting the stimulus signal generated by the control unit (8) into a biphasic current stimulus signal to be applied through the stimulus electrode (5) . For system safety (1), the stimulus circuit (7) may also comprise a closed-loop feedback circuit and an A/D converter to verify the integrity of the applied stimulus signal.

[0033] O dispositivo externo (3) é responsável pela transferência de dados e energia sem fio (9) para o dispositivo implantável (2) e, em sua versão preferencial, também é responsável pelo processamento do sinal neural e pelo controle de dispositivos eletrônicos (15), como próteses externas (14), e/ou por retornar o sinal para continuação da função neural dos nervos periféricos.[0033] The external device (3) is responsible for transferring data and wireless power (9) to the implantable device (2) and, in its preferred version, is also responsible for processing the neural signal and controlling electronic devices (15), as external prostheses (14), and/or by returning the signal to continue the neural function of peripheral nerves.

[0034] O dispositivo externo (3) compreende, em sua configuração preferencial, em pelo menos uma unidade de controle (10), um circuito de sinalização e alinhamento (11), uma fonte de alimentação (12), uma interface de comunicação externa (13) e uma interface ativa de comunicação de alimentação e comunicação sem fio (25).[0034] The external device (3) comprises, in its preferred configuration, at least one control unit (10), a signaling and alignment circuit (11), a power supply (12), an external communication interface (13) and an active power communication and wireless communication interface (25).

[0035] O controle e processamento das funcionalidades é realizado pela unidade de controle (10), que como descrito anteriormente, compreende em um microcontrolador, microprocessador ou similares. A unidade de controle (10) do dispositivo externo (3) pode executar funções tais como processamento do sinal neural recebido do dispositivo implantável (2) pela interface sem fio (9), envio de comandos de controle para ativação de funções do dispositivo implantável (2), como captação, estímulo e alinhamento, bem como envio de comandos através da interface de comunicação externa (13) à dispositivos eletrônicos (15), como próteses, para que executem funções específicas, entre outras.[0035] The control and processing of functionalities is carried out by the control unit (10), which as previously described, comprises a microcontroller, microprocessor or similar. The control unit (10) of the external device (3) can perform functions such as processing the neural signal received from the implantable device (2) via the wireless interface (9), sending control commands to activate functions of the implantable device ( 2), such as capture, stimulation and alignment, as well as sending commands through the external communication interface (13) to electronic devices (15), such as prostheses, so that they perform specific functions, among others.

[0036] O dispositivo externo (3) pode interagir com outros dispositivos, além do dispositivo implantável (2), através da interface de comunicação externa (13), que pode compreender em uma interface com ou sem fio, como USB, Serial, Bluetooth, Wi-fi ou qualquer outra que seja capaz de transferir e receber pacotes de dados de outros dispositivos eletrônicos (15), sendo preferencialmente por interface Bluetooth Low Power (BLE).[0036] The external device (3) can interact with other devices, in addition to the implantable device (2), through the external communication interface (13), which can comprise a wired or wireless interface, such as USB, Serial, Bluetooth , Wi-Fi or any other device capable of transferring and receiving data packets from other electronic devices (15), preferably via a Bluetooth Low Power (BLE) interface.

[0037] De acordo com algumas aplicações, os dispositivos eletrônicos (15) podem compreender computadores, tablets, celulares ou outros que suportam aplicações e softwares como uma interface de usuário. A interface de usuário pode ser utilizada para personalização das funções e configurações dos parâmetros ajustáveis do sistema (1), como configuração das características do processo de captação do sinal neural, por exemplo resolução e taxa de amostragem, e do processo de geração de estímulo, como por exemplo formato do sinal, amplitude da corrente, frequência, largura de pulso e duração.[0037] According to some applications, electronic devices (15) may comprise computers, tablets, cell phones or others that support applications and software as a user interface. The user interface can be used to customize the functions and settings of the system's adjustable parameters (1), such as configuring the characteristics of the neural signal capture process, for example resolution and sampling rate, and the stimulus generation process, such as signal shape, current amplitude, frequency, pulse width and duration.

[0038] A alimentação do dispositivo externo (3) é realizada preferencialmente através de uma entrada para alimentação DC fornecida por bateria recarregável ou por fonte de alimentação (12). A fim de facilitar a interação com o usuário, o dispositivo externo (3) compreende um circuito de sinalização e alinhamento (11) utilizado para informar o usuário sobre o alinhamento entre o dispositivo implantável (2) e externo (3), sobre o nível de bateria, sobre alertas ou qualquer outra sinalização necessária ao usuário. A sinalização é preferencialmente luminosa por meio de leds, por exemplo, ou pode compreender também dispositivos sonoros, vibratórios, entre outros.[0038] The external device (3) is powered preferably through a DC power input supplied by a rechargeable battery or power supply (12). In order to facilitate interaction with the user, the external device (3) comprises a signaling and alignment circuit (11) used to inform the user about the alignment between the implantable device (2) and external device (3), about the level battery, alerts or any other signaling necessary for the user. The signaling is preferably illuminated using LEDs, for example, or may also include sound, vibrating devices, among others.

[0039] A comunicação e o fornecimento de energia sem fio entre o dispositivo implantável (2) e o dispositivo externo (3) se dão, preferencialmente, por meio de interface de radiofrequência RFID (9), a qual constitui um método sem fio para transferência de dados e captação de energia - energy harvesting- aplicando o conceito de NFC (Near Field Communication). Seu funcionamento ocorre por ondas de radiofrequência que carregam a informação e a energia a ser transferida ao dispositivo passivo.[0039] Wireless communication and power supply between the implantable device (2) and the external device (3) preferably occurs through an RFID radio frequency interface (9), which constitutes a wireless method for data transfer and energy harvesting - applying the concept of NFC (Near Field Communication). It works using radio frequency waves that carry information and energy to be transferred to the passive device.

[0040] O RFID (9) pode operar na faixa de radiofrequência de alta frequência de 13,56 MHz, que integra a banda reservada internacionalmente para fins industriais, científico e médico (ISM). Na presente invenção, a alimentação e a transferência de dados são realizadas através da mesma interface RFID (9), de modo a otimizar o sistema (1), se diferenciando do estado da técnica que utiliza métodos separados para comunicação de dados e para transferência de energia. Assim, na presente invenção, através do RFID (9), pode ser gerada energia suficiente para prover alimentação sem bateria para o dispositivo implantável (2) e a transferência de dados entre o dispositivo externo (3) e o dispositivo implantável (2).[0040] RFID (9) can operate in the high frequency radio frequency band of 13.56 MHz, which is part of the band reserved internationally for industrial, scientific and medical (ISM) purposes. In the present invention, power supply and data transfer are carried out through the same RFID interface (9), in order to optimize the system (1), differentiating itself from the prior art which uses separate methods for data communication and data transfer. energy. Thus, in the present invention, through the RFID (9), sufficient energy can be generated to provide battery-free power supply to the implantable device (2) and the transfer of data between the external device (3) and the implantable device (2).

[0041] Em virtude dos circuitos e componentes low power desenvolvidos, a alimentação do dispositivo implantável (2) é realizada exclusivamente através de alimentação sem fio (9). O sinal captado no formato bruto e/ou processado é enviado para o dispositivo externo (3) através da mesma interface sem fio (22) utilizada para alimentação.[0041] Due to the low power circuits and components developed, the implantable device (2) is powered exclusively via wireless power supply (9). The captured signal in raw and/or processed format is sent to the external device (3) through the same wireless interface (22) used for power supply.

[0042] A interface passiva de alimentação e comunicação sem fio (22) do dispositivo implantável (2) pode compreender pelo menos um circuito RFID passivo, uma antena (23) para acoplamento entre os dispositivos implantável (2) e externo (3), um circuito de harvest para coletar a energia do RF, um circuito regulador para fornecer tensão DC estável para alimentar os circuitos do dispositivo implantável (2), um controlador UART ou SPI integrado à unidade de controle (8) para comunicação via RFID entre os dispositivos implantável (2) e externo (3), e outros componentes ou circuitos necessários comuns para comunicação ou alimentação sem fio.[0042] The passive power and wireless communication interface (22) of the implantable device (2) may comprise at least one passive RFID circuit, an antenna (23) for coupling between the implantable (2) and external (3) devices, a harvest circuit to collect RF energy, a regulator circuit to provide stable DC voltage to power the implantable device circuits (2), a UART or SPI controller integrated into the control unit (8) for communication via RFID between devices implantable (2) and external (3), and other common necessary components or circuits for wireless communication or power.

[0043] Enquanto a interface ativa de alimentação e comunicação sem fio (25) do dispositivo externo (3) compreende preferencialmente em pelo menos um circuito RFID ativo para gerar o RF para alimentação e comunicação com o dispositivo implantável (2), uma antena para acoplamento (24), um circuito capacitivo para detectar o dispositivo passivo, um oscilador, um controlador UART ou SPI integrado à unidade de controle (8) para comunicação via RFID entre os dispositivos implantável (2) e externo (3), e outros componentes ou circuitos necessários para comunicação ou alimentação sem fio. Formas alternativas para comunicação e alimentação sem fio podem compreender ultrassom, infravermelho, indução, entre outros. É conhecido, por exemplo, a utilização de indução de baixa frequência (100 a 300 kHz) para geração de energia e sinais de radiofrequência de alta frequência, como em 400 MHz, para comunicação sem fio. O diferencial da presente invenção está relacionado com a utilização de uma única tecnologia de radiofrequência, em 13,56 MHz, tanto para geração de energia, quanto para comunicação sem fio entre o dispositivo implantável (3) e o dispositivo externo (4).[0043] While the active power and wireless communication interface (25) of the external device (3) preferably comprises at least one active RFID circuit for generating the RF for power and communication with the implantable device (2), an antenna for coupling (24), a capacitive circuit to detect the passive device, an oscillator, a UART or SPI controller integrated into the control unit (8) for communication via RFID between the implantable (2) and external (3) devices, and other components or circuitry required for wireless communication or power. Alternative forms of wireless communication and power may include ultrasound, infrared, induction, among others. It is known, for example, to use low frequency induction (100 to 300 kHz) for power generation and high frequency radio frequency signals, as in 400 MHz, for wireless communication. The difference of the present invention is related to the use of a single radio frequency technology, at 13.56 MHz, both for power generation and for wireless communication between the implantable device (3) and the external device (4).

[0044] O desenvolvimento das antenas do RFID respeita as propriedades dielétricas do tecido, efeitos biológicos da irradiação RF, e atendimento às normas, como o SAR (Specific Absorption Rate). As antenas do dispositivo podem compreender espiras adjacentes separadas por uma distância específica (gaps) para ajuste da indutância. As espiras são configuradas para a frequência de 13,56MHz. As antenas do dispositivo implantável (2) e externo (3) foram ajustadas em termos de formato e indutância para prover a melhor distribuição e intensidade de campo magnético para a máxima eficiência. Para melhor acoplamento, elas devem ser posicionadas paralelamente.[0044] The development of RFID antennas respects the dielectric properties of the tissue, biological effects of RF irradiation, and compliance with standards, such as SAR (Specific Absorption Rate). The device's antennas may comprise adjacent turns separated by a specific distance (gaps) for inductance adjustment. The turns are configured for a frequency of 13.56MHz. The implantable device (2) and external (3) antennas were adjusted in terms of shape and inductance to provide the best magnetic field distribution and intensity for maximum efficiency. For better coupling, they must be positioned parallel.

[0045] A Figura 2 mostra uma modalidade de arranjo das partes que compõem o dispositivo implantável (2), em que o dispositivo implantável (2) possui sua eletrônica hermeticamente selada em um pequeno envoltório implantável (16) de formato de disco. A eletrônica compreende em um circuito de captação (6), circuito de estímulo (7), unidade de controle (8), interface passiva sem fio (22) e antena RFID (23) disposta ao redor dos componentes e ao longo do perímetro da placa de circuito impresso. O envoltório implantável (16) é confeccionado de material biocompatível podendo ser de, mas não se limitando a, materiais como uretano, epóxi, silicone, material polimérico ou qualquer combinação entre eles, desde que o material utilizado não possua características que possam impedir ou limitar a propagação do sinal de radiofrequência RFID (9) utilizado para comunicação e alimentação do dispositivo implantável (2).[0045] Figure 2 shows a modality of arrangement of the parts that make up the implantable device (2), in which the implantable device (2) has its electronics hermetically sealed in a small disc-shaped implantable casing (16). The electronics comprise a capture circuit (6), stimulus circuit (7), control unit (8), passive wireless interface (22) and RFID antenna (23) arranged around the components and along the perimeter of the Printed circuit board. The implantable casing (16) is made of biocompatible material and may be made of, but not limited to, materials such as urethane, epoxy, silicone, polymeric material or any combination thereof, provided that the material used does not have characteristics that could prevent or limit the propagation of the RFID radio frequency signal (9) used for communication and powering the implantable device (2).

[0046] O envoltório (16) é hermeticamente vedado, impedindo a entrada de fluídos corporais e protegendo os componentes do dispositivo (2). O dispositivo implantável (2) pode incluir bordas arredondadas para melhorar a tolerância da pele ou tecidos próximos ao implante. E, possui cabos dos eletrodos de captação (4) e de estímulo (5) saindo de dentro do envoltório (16), sendo suas conexões com o envoltório (16) a serem selados com silicone, adesivo ou outro material com baixa imunogenicidade.[0046] The casing (16) is hermetically sealed, preventing the entry of bodily fluids and protecting the components of the device (2). The implantable device (2) may include rounded edges to improve tolerance of the skin or tissues near the implant. And, it has cables for the capture (4) and stimulus (5) electrodes coming out of the wrap (16), with their connections to the wrap (16) being sealed with silicone, adhesive or other material with low immunogenicity.

[0047] O dispositivo implantável (2) é introduzido no corpo humano através de processo cirúrgico. O implante e os eletrodos são projetados para manter as estruturas implantadas no lugar, incluindo fios de sutura e pontos de ancoragem. O envoltório (16) pode ser implantado abaixo da musculatura e/ou subcutâneo, dependendo da posição de implantação e/ou dos nervos aos quais os eletrodos serão acoplados. O implante deve ser posicionado em camadas mais superficiais para que a penetração do sinal de radiofrequência RFID seja suficiente para estabelecer a comunicação e alimentação sem fio entre o dispositivo implantável (2) e o dispositivo externo (3).[0047] The implantable device (2) is introduced into the human body through a surgical process. The implant and electrodes are designed to hold the implanted structures in place, including sutures and anchor points. The wrap (16) can be implanted below the muscles and/or subcutaneously, depending on the implantation position and/or the nerves to which the electrodes will be attached. The implant must be positioned in more superficial layers so that the penetration of the RFID radiofrequency signal is sufficient to establish wireless communication and power supply between the implantable device (2) and the external device (3).

[0048] A captação do sinal neural no dispositivo implantável (2) é realizada a partir de uma interface de entrada conectada em um eletrodo de captação (4) e a estimulação é realizada através de uma interface de saída conectada a um eletrodo de estimulação (5). Os eletrodos de captação (4) são configurados para registrar biossinais de nervos periféricos e músculos, e podem, por exemplo, ser posicionados em membros superiores, como braço e mão, em membros inferiores, como perna e pé, ou em qualquer nervo ou músculo que possa ser usado para extrair sinais eletroneurográficos que serão decodificados para gerar estímulo ou controlar próteses (14), computadores, exoesqueleto ou qualquer dispositivo eletrônico (15).[0048] The capture of the neural signal in the implantable device (2) is carried out from an input interface connected to a capture electrode (4) and the stimulation is carried out through an output interface connected to a stimulation electrode ( 5). The capture electrodes (4) are configured to record biosignals from peripheral nerves and muscles, and can, for example, be positioned on upper limbs, such as arm and hand, on lower limbs, such as leg and foot, or on any nerve or muscle that can be used to extract electroneurographic signals that will be decoded to generate stimuli or control prostheses (14), computers, exoskeletons or any electronic device (15).

[0049] Em uma modalidade de ponte neural, os eletrodos utilizados pelo dispositivo implantável (2) são posicionados em nervos ou junções neuromusculares de membros que sofreram lesões nervosas para que a função motora e/ou sensitiva seja recuperada, como uma ponte neuromuscular, na qual o eletrodo de captação (4) é posicionado no nervo antes da lesão (proximal) e o eletrodo de estímulo (5) é posicionado depois da lesão (distal).[0049] In a neural bridge modality, the electrodes used by the implantable device (2) are positioned on nerves or neuromuscular junctions of limbs that have suffered nerve injuries so that motor and/or sensory function is recovered, like a neuromuscular bridge, in the where the capture electrode (4) is positioned on the nerve before the injury (proximal) and the stimulus electrode (5) is positioned after the injury (distal).

[0050] Os eletrodos usados para aquisição dos sinais eletroneugráficos, eletrodo de captação (4), e para eletroestimulação de nervos e músculos, eletrodos de estímulo (5), podem ser tipo manguito, percutâneo, paddle, array, agulha ou qualquer outro que permita a captação de sinais e/ou estimulação. Por exemplo, o eletrodo preferencialmente utilizado é o tipo manguito, que envolve suavemente a parte externa do nervo periférico sem romper o epineuro, camada externa do nervo, sendo então classificado como extraneural. O manguito de nervo é amplamente utilizado para captação e estimulação de nervos periféricos devido a sua boa estabilidade em implantes de longo prazo e por serem menos propensos a gerar danos no tecido e serem de mais fácil técnica cirúrgica quando comparados a outros tipos de eletrodos.[0050] The electrodes used for acquiring electroneugraphic signals, capture electrode (4), and for electrical stimulation of nerves and muscles, stimulus electrodes (5), can be cuff, percutaneous, paddle, array, needle or any other type that allow the capture of signals and/or stimulation. For example, the electrode preferably used is the cuff type, which gently wraps the external part of the peripheral nerve without breaking the epineurium, the outer layer of the nerve, and is therefore classified as extraneural. The nerve cuff is widely used for capturing and stimulating peripheral nerves due to its good stability in long-term implants and because it is less likely to generate tissue damage and is an easier surgical technique when compared to other types of electrodes.

[0051] A eletroestimulação pode ser utilizada, caso necessário, para estimulação neural e muscular periférica à lesão, local onde se deseja estimular o movimento, através do eletrodo de estimulação (4) a partir de um sinal bifásico gerado pelo microcontrolador após o recebimento de um comando de controle do dispositivo externo (3). De acordo com algumas aplicações, o sinal de estímulo compreende em pulsos bifásicos controlados por corrente com amplitude, largura de pulso, frequência e duração ajustáveis, de acordo com os padrões de segurança para estimulação nervosa periférica de longo prazo conhecidos do estado da arte. A forma de onda bifásica pode ser utilizada por limitar as reações eletroquímicas e evitar danos ao tecido. Em algumas aplicações, o sinal de estímulo pode compreender na reprodução do sinal neural captado.[0051] Electrical stimulation can be used, if necessary, for neural and muscular stimulation peripheral to the lesion, the place where movement is desired, through the stimulation electrode (4) from a biphasic signal generated by the microcontroller after receiving a control command from the external device (3). According to some applications, the stimulus signal comprises current-controlled biphasic pulses with adjustable amplitude, pulse width, frequency and duration, in accordance with safety standards for long-term peripheral nerve stimulation known in the art. The biphasic waveform can be used to limit electrochemical reactions and avoid tissue damage. In some applications, the stimulus signal can comprise the reproduction of the captured neural signal.

[0052] A Figura 3 mostra uma modalidade de arranjo das partes que compõem o dispositivo externo (3), em que o envoltório do dispositivo externo (18) aloca a eletrônica, compreendida pela bateria (12), unidade de controle (10), circuitos de sinalização (11) e comunicação (13) e a antena RFID (24) conforme descritos anteriormente. O envoltório externo (18) é confeccionado de materiais como, mas não se limitando a, ABS, PLA, epóxi, acrílico, silicone ou qualquer combinação entre eles, desde que, assim como no dispositivo implantável (2), o material utilizado não possua características que possam impedir ou limitar a propagação do sinal de radiofrequência RFID (9) utilizado para comunicação e alimentação sem fio.[0052] Figure 3 shows an arrangement of the parts that make up the external device (3), in which the casing of the external device (18) houses the electronics, comprised of the battery (12), control unit (10), signaling (11) and communication (13) circuits and the RFID antenna (24) as previously described. The outer casing (18) is made of materials such as, but not limited to, ABS, PLA, epoxy, acrylic, silicone or any combination thereof, provided that, as in the implantable device (2), the material used does not have characteristics that may prevent or limit the propagation of the RFID radio frequency signal (9) used for wireless communication and power.

[0053] O dispositivo externo (3) é posicionado sobre a pele do paciente e alinhado ao dispositivo implantável (2) com auxílio de um suporte (17) como um acessório vestível e removível podendo ser no formato de cinta, bracelete ou similares, por exemplo.[0053] The external device (3) is positioned on the patient's skin and aligned with the implantable device (2) with the aid of a support (17) as a wearable and removable accessory that can be in the form of a strap, bracelet or similar, for example example.

[0054] O dispositivo externo (3) é alimentado através de uma entrada para alimentação DC que pode ser fornecida por bateria recarregável (12) ou por outra fonte de alimentação. O envoltório do dispositivo externo (18) e o suporte (17) são projetados de modo que o dispositivo externo (3) seja facilmente removido quando o sistema (1) não estiver sendo utilizado e também de modo que a bateria recarregável (12) possa ser substituída e/ou removida para recarregar externamente quando necessário.[0054] The external device (3) is powered through a DC power input that can be supplied by a rechargeable battery (12) or another power source. The external device housing (18) and bracket (17) are designed so that the external device (3) is easily removed when the system (1) is not in use and also so that the rechargeable battery (12) can be removed. be replaced and/or removed for external recharging when necessary.

[0055] Para a transferência dos dados pela interface sem fio (9) entre o dispositivo implantável (2) e dispositivo externo (3) é utilizado um protocolo proprietário de comunicação sem fio otimizado e flexível para suportar diferentes pacotes.[0055] To transfer data via the wireless interface (9) between the implantable device (2) and external device (3), a proprietary wireless communication protocol that is optimized and flexible is used to support different packets.

[0056] A manutenção da estabilidade da comunicação entre o dispositivo implantável (2) e dispositivo externo (3) pode ser realizada por códigos inteligentes, quando detectado instabilidade ou falha na comunicação, devido ao mau posicionamento entre o dispositivo implantável (2) e o dispositivo externo (3) ou qualquer outra irregularidade.[0056] Maintaining the stability of communication between the implantable device (2) and external device (3) can be performed by intelligent codes, when instability or failure in communication is detected, due to poor positioning between the implantable device (2) and the external device (3) or any other irregularity.

[0057] Na presente invenção, via interface sem fio RFID (9), também pode ser realizado um processo de atualização do firmware do dispositivo implantável (2). Assim é possível realizar atualização e otimização do software embarcado no dispositivo (2) mesmo após a sua implantação.[0057] In the present invention, via the RFID wireless interface (9), a firmware update process for the implantable device (2) can also be carried out. This makes it possible to update and optimize the software embedded in the device (2) even after its implementation.

[0058] Para garantir o alinhamento correto entre os dispositivos implantável (2) e externo (3), o dispositivo externo (3) compreende um circuito de sinalização e alinhamento (11) que indica como o dispositivo implantável (2) está posicionado em relação ao dispositivo externo (3) a partir da detecção da energia de alimentação fornecida via RFID.[0058] To ensure correct alignment between the implantable (2) and external (3) devices, the external device (3) comprises a signaling and alignment circuit (11) that indicates how the implantable device (2) is positioned in relation to to the external device (3) upon detection of the power supply supplied via RFID.

[0059] Quando a alimentação do dispositivo implantável fornecida pela radiofrequência RFID (9) está em sua máxima transferência de potência, o circuito de sinalização e alinhamento (11) do dispositivo externo (3) indica posicionamento ótimo. Quando a alimentação não está em sua máxima transferência de potência é indicado mau posicionamento no circuito de sinalização e alinhamento (11). O circuito de sinalização e alinhamento (11) pode incluir sinalização luminosa no formato bargraph, por exemplo.[0059] When the power supply to the implantable device provided by the RFID radio frequency (9) is at its maximum power transfer, the signaling and alignment circuit (11) of the external device (3) indicates optimal positioning. When the power supply is not at its maximum power transfer, poor positioning in the signaling and alignment circuit (11) is indicated. The signaling and alignment circuit (11) may include light signaling in bargraph format, for example.

[0060] Por segurança, quando há detecção de mau posicionamento as demais funcionalidades do dispositivo são suspensas até que o usuário ajuste o posicionamento. Também pode ser incluído no sistema (1) um componente de alinhamento magnético a fim de facilitar o alinhamento entre o dispositivo implantável (2) e dispositivo externo (3).[0060] For safety, when poor positioning is detected, the device's other functionalities are suspended until the user adjusts the positioning. A magnetic alignment component may also be included in the system (1) in order to facilitate alignment between the implantable device (2) and external device (3).

[0061] O processamento dos sinais neurais realizado pela unidade de controle é baseado em um algoritmo de detecção de picos (spikes) a partir de determinados limiares ou características pré-estabelecidas do sinal captado. Os picos são interpretados como disparos e refletem os potenciais de ação dos nervos responsáveis por desencadear o movimento do indivíduo. Esse algoritmo atua como um filtro digital que é capaz de amenizar os ruídos presente no sinal e realçar os pontos do sinal de maior amplitude.[0061] The processing of neural signals carried out by the control unit is based on a spike detection algorithm based on certain thresholds or pre-established characteristics of the captured signal. The spikes are interpreted as shots and reflect the action potentials of the nerves responsible for triggering the individual's movement. This algorithm acts as a digital filter that is capable of reducing noise present in the signal and highlighting points in the signal with greater amplitude.

[0062] No algoritmo de detecção de picos, o sinal neural recebido pelo conversor A/D é processado e é realizada uma comparação das amostras processadas com determinados limiares de ativação e desativação. Para determinação dos limiares, pode haver um treinamento no qual o sinal neural é previamente capturado e analisado de forma off-line.[0062] In the peak detection algorithm, the neural signal received by the A/D converter is processed and a comparison of the processed samples with certain activation and deactivation thresholds is performed. To determine the thresholds, there may be training in which the neural signal is previously captured and analyzed offline.

[0063] Dessa forma, após o ajuste dos limiares e captação do sinal neural, ao detectar um pico a partir do algoritmo, a unidade de controle (10) é capaz de executar uma ação como enviar um comando de geração de estímulo para o dispositivo implantável (2), quando o sistema é utilizado na modalidade de ponte neural, ou enviar um comando associado, através da interface de comunicação externa (13) para que uma prótese externa (14) execute um gesto específico ou para que um dispositivo eletrônico externo (15) execute uma função específica.[0063] In this way, after adjusting the thresholds and capturing the neural signal, when detecting a peak from the algorithm, the control unit (10) is capable of performing an action such as sending a stimulus generation command to the device implantable device (2), when the system is used in the neural bridge modality, or send an associated command, through the external communication interface (13) so that an external prosthesis (14) performs a specific gesture or so that an external electronic device (15) perform a specific function.

[0064] A Figura 4 mostra as duas modalidades preferenciais da presente invenção, atuando como ponte neural e atuando como dispositivo de controle de dispositivos, como próteses. A ponte neural é voltada para pacientes que tiveram lesão nos nervos periféricos, como lacerações, por exemplo, onde o sinal neural gerado pelo sistema nervoso é interrompido acometendo a capacidade funcional motora e/ou sensitiva do membro inervado por aquele nervo. Na Figura 4 A, é apresentado um exemplo de uma laceração no nervo do membro superior. Nesse caso, o dispositivo (2) é implantado e o eletrodo de captação (4) é posicionado no nervo periférico (19) antes da lesão (proximal) e o eletrodo de estimulação (5) é posicionado no nervo periférico (19) ou em uma junção neuromuscular após a lesão (distal). O sinal eletroneugráfico captado é enviado via RFID para o dispositivo externo (3), que irá processar o sinal e quando detectado um pico, irá retornar um comando para o dispositivo implantável (2) para gerar um sinal de estímulo dando continuação à função motora do nervo.[0064] Figure 4 shows the two preferred embodiments of the present invention, acting as a neural bridge and acting as a control device for devices, such as prostheses. The neural bridge is aimed at patients who have suffered damage to peripheral nerves, such as lacerations, for example, where the neural signal generated by the nervous system is interrupted, affecting the motor and/or sensory functional capacity of the limb innervated by that nerve. In Figure 4 A, an example of a laceration in the nerve of the upper limb is shown. In this case, the device (2) is implanted and the capture electrode (4) is positioned on the peripheral nerve (19) before the lesion (proximal) and the stimulation electrode (5) is positioned on the peripheral nerve (19) or in a neuromuscular junction after injury (distal). The captured electroneugraphic signal is sent via RFID to the external device (3), which will process the signal and when a peak is detected, it will return a command to the implantable device (2) to generate a stimulus signal continuing the motor function of the device. nerve.

[0065] Na Figura 4 B, é apresentado um exemplo do sistema (1) sendo utilizado como dispositivo de controle de próteses para pacientes que tiverem amputação de membro, como amputação de membro superior no punho. Nesses casos, o dispositivo (2) é implantado próximo ao coto do paciente e os eletrodos de captação (4) e estimulação (5) são posicionados na porção do nervo (19) ainda existente. O sinal eletroneugráfico captado é enviado via RFID para o dispositivo externo (3), que processa o sinal e, quando detectado um pico, envia um comando para que a prótese execute o movimento de acordo com o sinal neural.[0065] In Figure 4 B, an example of the system (1) is shown being used as a prosthetic control device for patients who have had a limb amputation, such as an upper limb amputation at the wrist. In these cases, the device (2) is implanted close to the patient's stump and the capture (4) and stimulation (5) electrodes are positioned on the portion of the nerve (19) that still exists. The captured electroneugraphic signal is sent via RFID to the external device (3), which processes the signal and, when a peak is detected, sends a command for the prosthesis to execute the movement in accordance with the neural signal.

[0066] O dispositivo externo (3) pode também retornar um comando para o dispositivo implantável (2) para gerar um sinal de estímulo sensorial representando o movimento da prótese.[0066] The external device (3) can also return a command to the implantable device (2) to generate a sensory stimulus signal representing the movement of the prosthesis.

[0067] A Figura 5 mostra de forma esquemática outra modalidade da presente invenção apresentando em B a interação entre o paciente, o dispositivo implantável (2) e o dispositivo externo (3), e em A a integração com outros sistemas de controle e interpretação de biossinais, como por exemplo, um sistema de captação de eletroencefalograma (20).[0067] Figure 5 schematically shows another embodiment of the present invention presenting in B the interaction between the patient, the implantable device (2) and the external device (3), and in A the integration with other control and interpretation systems of biosignals, such as an electroencephalogram capture system (20).

[0068] De acordo com algumas aplicações, o sistema (1) pode ser conectado com muitos outros dispositivos ou subsistemas, como por exemplo sistemas de eletroencefalograma (20) para que em conjunto com o processamento do sinal neural, o sinal cerebral possa ser utilizado para aprimorar os movimentos finos de uma prótese (14). Outro exemplo de aplicação, é a interação do sistema (1) com dispositivos de eletroestimulação transcutânea (TENS), como por exemplo para tratamento da síndrome do pé caído em pacientes com lesão no nervo fibular. Essas aplicações foram descritas com o propósito de explanação dos princípios da presente invenção e suas aplicações práticas, entretanto não foram exauridas, nem limitam a presente invenção. Muitas modificações e variações são possíveis a partir dos ensinamentos acima.[0068] According to some applications, the system (1) can be connected with many other devices or subsystems, such as electroencephalogram systems (20) so that together with the processing of the neural signal, the brain signal can be used to enhance the fine movements of a prosthesis (14). Another example of application is the interaction of the system (1) with transcutaneous electrical stimulation (TENS) devices, for example for the treatment of foot drop syndrome in patients with peroneal nerve damage. These applications were described for the purpose of explaining the principles of the present invention and its practical applications, however they were not exhausted, nor do they limit the present invention. Many modifications and variations are possible from the above teachings.

[0069] Sendo assim, os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a nova disposição nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas. Lista de referências (1) Sistema (2) Dispositivo implantável (3) Dispositivo externo (4) Eletrodo de captação (5) Eletrodo de estímulo (6) Circuito de captação (7) Circuito de estímulo (8) Unidade de controle (9) RFID (10) Unidade de controle (11) Circuito de sinalização e alinhamento (12) Fonte de alimentação (13) Interface de comunicação externa (14) Prótese (15) Equipamentos eletrônicos (16) Envoltório do dispositivo implantável (17) Suporte dispositivo externo (18) Envoltório do dispositivo externo (19) Nervo periférico (20) Sistema de captação de eletroencefalograma (21) Pele (22) Interface passiva de alimentação e comunicação sem fio (23) Antena RFID (24) Antena RFID (25) Interface ativa de alimentação e comunicação sem fio[0069] Therefore, those skilled in the art will value the knowledge presented here and will be able to reproduce the new arrangement in the presented modalities and in other variants, covered within the scope of the attached claims. Reference list (1) System (2) Implantable device (3) External device (4) Pickup electrode (5) Stimulus electrode (6) Pickup circuit (7) Stimulus circuit (8) Control unit (9) RFID (10) Control unit (11) Signaling and alignment circuit (12) Power supply (13) External communication interface (14) Prosthesis (15) Electronic equipment (16) Implantable device casing (17) External device holder (18) External device casing (19) Peripheral nerve (20) EEG capture system (21) Skin (22) Passive power and wireless communication interface (23) RFID antenna (24) RFID antenna (25) Active interface power and wireless communication

Claims

1. Implantable system for capturing neural signals and generating stimulation for peripheral nerves and muscles (1) characterized by the fact that it comprises at least one implantable device (2) and an external device (3); wherein the external device (3) transfers power and/or data to the implantable device (2) via a wireless interface; and wherein the implantable device (2) is battery-free.

2. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the implantable device (2) comprises at least one capture electrode (4), a stimulus electrode (5), a capture circuit (6), a stimulus circuit (7), a control unit (8) and a passive power and wireless communication interface (22).

3. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the external device (3) comprises at least one control unit (10), a power supply (12) and an active power and wireless communication (25).

4. Implantable system (1), according to claim 1, characterized in that the external device (3) may also comprise a signaling and alignment circuit (11) and external communication interface (13).

5. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the external device (3) can only provide wireless power to the implantable device.

6. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the wireless power and communication interface is a single RFID interface.

7. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the passive power supply and wireless communication interface (22) comprises at least one passive RFID circuit, an antenna (23), a harvest circuit, a regulator, a UART or SPI controller integrated into the control unit (8).

8. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the active power supply and wireless communication interface (25) comprises at least one active RF generation RFID circuit, an antenna (24), a capacitive circuit , an oscillator, a UART or SPI controller integrated into the control unit (8).

9. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that it is also a neural bridge.

10. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that it also acts to control devices, such as prostheses or electronic devices.

11. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the external device (3) also returns a command to the implantable device (2) to generate a sensory stimulus signal representing the movement of the prosthesis.

12. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the external device (3) comprises a signaling and alignment circuit (11) in which it analyzes the power transfer between said external device (3) and the implantable device (2).

13. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that it also comprises a magnetic alignment component.

14. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the support (17) comprises a wearable and removable accessory in the form of a strap, bracelet or similar.

15. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the capture electrodes (4) and stimulus electrodes (5) are of the cuff, percutaneous, paddle, array, needle or any other type that allows capture of signals and/or stimulation.

16. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the external device (3) also interacts with other devices such as prostheses and electronic devices, in addition to the implantable device (2), through the external communication interface (13 ); wherein said external communication interface (13) comprises a wired or wireless interface, such as USB, Serial, Bluetooth, Wi-Fi, preferably via a Bluetooth Low Power (BLE) interface.

17. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the electronic devices (15) comprise computers, tablets, cell phones or others that support applications and software as a user interface.

18. Implantable system (1), according to claim 17, characterized by the fact that the user interface customizes the functions and configurations of the adjustable parameters of the system (1).

19. Implantable system (1), according to claim 18, characterized by the fact that the adjustable parameters of the system (1) are resolution and sampling rate of neural signal capture, signal format, current amplitude, frequency, pulse width and duration of the electrical stimulation signal.

20. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the implantable envelope (16) is hermetically sealed and coated with a low immunogenicity coating.

21. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the implantable device (2) and the external device (3) integrate with other biosignal control and interpretation systems; in which said integration improves the fine movements of the prosthesis.

22. Implantable system (1), according to claim 21, characterized by the fact that the biosignal control and interpretation systems are an electroencephalogram capture system (20).

23. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that it interacts with transcutaneous electrical stimulation (TENS) devices.

24. Implantable system (1), according to claim 1, characterized by the fact that the firmware update process of the implantable device (2) is carried out via the wireless communication interface.