CN111481830A - 闭环神经电刺激系统和设置闭环神经电刺激参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种闭环神经电刺激系统，包括植入式神经电极和植入式控制器，所述植入式神经电极与所述植入式控制器电连接，所述植入式神经电极配置为接触选定神经的神经纤维，并检测所述选定神经的神经电信号，所述植入式控制器配置为根据所述神经电信号设置电刺激参数，使所述植入式神经电极根据所述电刺激参数对所述选定神经施加电刺激。本发明的闭环神经电刺激系统根据植入对象自身的生理特征，实时地动态调整电刺激参数，实现闭环的电刺激策略，使电刺激参数得到优化，从而达到最优的刺激效果。

Description

闭环神经电刺激系统和设置闭环神经电刺激参数的方法
技术领域
本发明涉及医疗仪器领域，具体地涉及一种闭环神经电刺激系统和设置闭环神经电刺激参数的方法。
背景技术
难治性高血压(Resist Hypertension,RH)指在改善生活方式的基础上，高血压患者应用了足量且合理搭配的3种降压药物(其中一种为利尿剂)一个月以后，血压仍然在目标水平之上。难治性高血压患者出现不良心血管事件的风险较高。目前除了使用4种及以上药物来治疗难治性高血压以外，非药物治疗手段受到越来越多的关注，其中包括颈动脉窦压力感受器反射激活疗法(Baroreflex Activation Therapy,BAT)，或简称颈动脉窦电刺激。
压力感受器反射激活疗法通过刺激颈动脉窦或主动脉弓附近的压力反射感受器，使位于颈动脉窦或主动脉弓处的压力感受器兴奋发放神经冲动，该神经冲动分别沿颈动脉窦神经和主动脉神经传至延髓心血管中枢，使心迷走紧张加强，而交感紧张和缩血管紧张减弱，导致心率减慢，血管舒张，外周阻力减小，从而使血压降低。目前市场上基于颈动脉窦压力感受器反射激活疗法的植入式压力反射刺激器可经手术将电极植入到患者双侧颈动脉窦附近，通过持续的向颈动脉窦施加电刺激，激活压力反射，从而实现对血压的控制。电刺激脉冲的幅度、频率等参数可以通过体外遥控装置来设置。然而，这种仪器存在以下几点问题：
1.刺激参数需要人为设定，参数一旦固定下来，刺激电极就会以固定的刺激方式施加刺激，是一种开环调控机制。在这种开环调控机制下，刺激参数不能实时地、自适应地随着用户的动态血压、心率和呼吸频率等的变化而改变。
2.采用包裹在颈动脉窦处的电极，覆盖面积较大，刺激选择性不高，在刺激靶点的同时刺激到了很多其他部位，带来吞咽困难、发音障碍、外壳并发症和呼吸系统问题等副作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以根据植入对象自身生理参数的动态特征来调节电刺激参数的闭环神经电刺激系统以及优化设置闭环神经电刺激参数的方法。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种闭环神经电刺激系统，其特征在于，包括：植入式神经电极和植入式控制器，所述植入式神经电极与所述植入式控制器电连接，所述植入式神经电极配置为接触选定神经的神经纤维，并检测所述选定神经的神经电信号，所述植入式控制器配置为根据所述神经电信号设置电刺激参数，使所述植入式神经电极根据所述电刺激参数对所述选定神经施加电刺激。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取生理参数，并根据所述生理参数设置电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述生理参数包括血压指示数据。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取所述神经电信号发放频率的变化，将所述发放频率的变化作为所述血压指示数据。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取所述神经电信号的幅度和宽度，将所述幅度和宽度作为所述血压指示数据。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为包括查找表，所述查找表中包括所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系，当所述生理参数落入目标范围之外时，所述植入式控制器根据所述生理参数查询所述查找表获得第一电刺激参数，并用所述第一电刺激参数设置所述电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述查找表中包括在不同的时间段中所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经之后，若所述生理参数落入所述目标范围之外，则调整所述电刺激参数为第二电刺激参数，并用所述第二电刺激参数替换所述查找表中的所述第一电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述植入式控制器还配置为：当所述生理参数落入目标范围以内时，控制所述植入式神经电极停止检测所述选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长之后再次检测所述神经电信号。
在本发明的一实施例中，所述植入式神经电极还配置为：在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，停止检测所述选定神经的神经电信号。
在本发明的一实施例中，所述植入式神经电极还配置为：在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，持续检测所述选定神经的神经电信号。
在本发明的一实施例中，所述电刺激参数包括：电刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长。
在本发明的一实施例中，还包括：体外控制器，所述体外控制器配置为与所述植入式控制器之间进行无线通信，所述植入式控制器配置为将所述神经电信号发送给所述体外控制器，所述体外控制器还配置为根据所述神经电信号生成电刺激参数，并将所述电刺激参数发送至所述植入式控制器。
在本发明的一实施例中，还包括体外生理参数传感器，用于无创采集人体的生理参数，并将所述生理参数发送至所述植入式控制器，所述植入式控制器配置为根据所述生理参数设置电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述植入式神经电极包括神经束内碳纳米管线电极。
在本发明的一实施例中，所述神经束内碳纳米管线电极外表面包裹绝缘层，所述绝缘层的厚度范围是10纳米到10微米。
本发明为解决上述技术问题还提出一种设置闭环神经电刺激参数的方法，其特征在于，包括：检测选定神经的神经纤维的神经电信号；以及根据所述神经电信号设置电刺激参数。
在本发明的一实施例中，还包括：从所述神经电信号中提取生理参数，根据所述生理参数设置电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述生理参数包括血压指示数据。
在本发明的一实施例中，从所述神经电信号中提取生理参数的步骤包括：从所述神经电信号中提取所述神经电信号发放频率的变化，将所述发放频率的变化作为所述血压指示数据。
在本发明的一实施例中，从所述神经电信号中提取生理参数的步骤包括：从所述神经电信号中提取所述神经电信号的幅度和宽度，将所述幅度和宽度作为所述血压指示数据。
在本发明的一实施例中，根据所述生理参数设置电刺激参数的步骤包括：在查找表中查询所述生理参数对应的第一电刺激参数，用所述第一电刺激参数设置所述电刺激参数。
在本发明的一实施例中，所述查找表中包括在不同的时间段中所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系。
在本发明的一实施例中，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经之后，若所述生理参数落入目标范围以外，则调整所述电刺激参数为第二电刺激参数，并用所述第二电刺激参数替换所述查找表中的第一电刺激参数。
在本发明的一实施例中，从所述神经电信号中提取生理参数之后，还包括：若所述生理参数落入目标范围以内，则停止检测所述选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长之后再次检测所述神经电信号。
在本发明的一实施例中，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，停止检测所述选定神经的神经电信号。
在本发明的一实施例中，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，持续检测所述选定神经的神经电信号。
在本发明的一实施例中，所述电刺激参数包括：电刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长。
本发明的闭环神经电刺激系统根据植入对象自身的生理特征，实时地动态调整电刺激参数，实现闭环的电刺激策略，提高了电刺激的效率；将神经电极植入到血压调控相关的外周神经束内，特别是迷走神经或迷走神经颈上心支，能获得高质稳定的神经电信号，实现对神经纤维的高选择性电刺激，减少副作用；可以克服现有颈动脉窦压力感受器反射激活仪器的缺点。本发明设置闭环神经电刺激电参数的方法，可以根据植入对象的生理特征，实时地动态调整电刺激参数，使电刺激参数得到优化，从而达到最优的刺激效果。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统应用于植入对象时的示意图；
图2是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统中的植入式控制器的模块框图；
图3是本发明一实施例的设置闭环神经电刺激参数的方法的示例性流程示意图；
图4A-4D是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统的工作时序示意图；
图5是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
图1是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统应用于植入对象时的示意图。参考图1所示，该实施例的闭环神经电刺激系统包括植入式神经电极110和植入式控制器120。该植入式神经电极110配置为接触选定神经的神经纤维，并检测该选定神经的神经电信号；植入式神经电极110与植入式控制器120电连接，可以将检测到的神经电信号发送给植入式控制器120。该植入式控制器120配置为根据该神经电信号设置电刺激参数，使该植入式神经电极110根据该电刺激参数对选定神经施加电刺激。
本发明的闭环神经电刺激系统可以根据所检测到的神经电信号来设置电刺激参数。具体地，可以对神经电信号进行重采样、滤波、特征提取等处理，从中提取出与所要施加的电刺激相关的特征，例如神经电信号的频率、峰值等，本发明对所提取处的特征不做限制。本领域技术人员可以根据从该神经电信号中获得所需的特征。
在一些实施例中，该植入式控制器120配置为从神经电信号中提取生理参数，并根据该生理参数设置电刺激参数。
需要说明，本发明的闭环神经电刺激系统以通过电刺激调节植入对象的血压为例来进行说明。然而，该闭环神经电刺激系统不限于仅应用于高血压患者。在针对其它类型疾病而施加电刺激的应用中，可以从神经电信号中提取需要的生理参数，并根据该生理参数设置电刺激参数，达到调节其它生理参数的目标。
在本说明书中所述的植入对象指本发明的闭环神经电刺激系统的植入对象，该植入对象可以是患者，例如但不限于难治性高血压患者，也可以是任意需要植入该闭环神经电刺激系统的人。
在图1所示的实施例中包括2根植入式神经电极110。需要说明，图1不用于限制该植入式神经电极110的数量。在本发明的实施例中，闭环神经电刺激系统中至少包括1根植入式神经电极110和1根地电极或参考电极。植入式神经电极110包括可以放置在神经纤维内部的神经束内电极，以及可以包裹或放置在神经纤维外部的神经束外电极。该地电极可以是植入式神经电极，也可以是非植入式电极。在一实施例中，地电极是非植入式的贴在人体体表的电极。在一实施例中，地电极是植入式的神经外电极，例如植入在皮下，在这种实施例中，闭环神经电刺激系统中可以包括1根作为检测电极的神经束内电极和1根作为地电极的神经束外电极。在优选的实施例中，该闭环神经电刺激系统中包括2根用于记录神经电信号的神经束内电极和一根设置于皮下的地电极，。
在本发明的实施例中，该选定神经包括外周神经，其中包括迷走神经、舌咽神经、交感神经及它们的分支。参考图1所示，颈动脉窦101位于人体颈部靠近头部位置。传统的颈动脉窦电刺激在颈动脉窦101附近植入电极，通过持续向颈动脉窦101施加电刺激，实现对血压的控制。然而，这种刺激的选择性不高，并且会带来副作用。迷走神经中含有血压信息相关的神经纤维，例如主动脉弓压力感受器的传入神经，也被称为主动脉减压神经(AorticDepressor Nerve)，为减压反射的感觉传入神经，并传入到迷走神经。同样的减压反射传出神经也位于迷走神经中。刺激主动脉神经可以反射性地引起血压下降，因此，通过对迷走神经中的传入神经纤维或传出神经纤维进行选择性电刺激均会有效降低血压。
参考图1所示，在颈动脉窦101下方，颈总动脉102、迷走神经103和迷走神经颈上心支104平行下行。在本发明的优选实施例中，选定神经是迷走神经103和/或迷走神经颈上心支104。图1并未完全示出迷走神经103和迷走神经颈上心支104的总体分布，主要示出其位于主动脉弓105到迷走神经上神经节106之间的部分，处于该部分的迷走神经103和迷走神经颈上心支104都适于作为植入式神经电极110的植入点。
如图1所示，该实施例中的2个植入式神经电极110的植入点分别位于迷走神经颈上心支104上的位置104a和迷走神经103上的位置103a。迷走神经颈上心支104在位置103b处进入迷走神经103。图1不用于限制植入式神经电极110植入点的具体位置。优选地，选择距离迷走神经上神经节106下方足够远的位置，这样可以降低植入手术过程和实施电刺激的风险，并减小电刺激的副作用。
参考图1所示，在应用该闭环神经电刺激系统时，植入式神经电极110的一端植入迷走神经103和/或迷走神经颈上心支104的神经纤维中，另一端与植入式控制器120相连接。通过植入式神经电极110从神经纤维中检测到的神经电信号可以被发送至植入式控制器120中，植入式控制器120可以控制该植入式神经电极110根据其所设置的电刺激参数向选定神经的神经纤维施加电刺激。也就是说，本发明的植入式神经电极110可以用于采集和记录神经电信号并对选定神经施加电刺激，既可以作为采集电极，也可以作为刺激电极。本发明所述的采集即包括采集信号也包括记录所采集到的信号。本发明的闭环神经电刺激系统实时地根据所采集到的神经电信号来设置电刺激参数，实现闭环的刺激策略。
在一些实施例中，植入式神经电极110在根据电刺激参数刺激选定神经时，停止检测选定神经的神经电信号。在这些实施例中，闭环神经电刺激系统的多个植入式神经电极110分时段地执行采集和刺激的工作。即，多个植入式神经电极110采集一段时间的神经电信号之后，再施加电刺激。采集和刺激不是同时进行的。这种实施方式可以降低系统功耗，消除采集神经电信号时的电刺激干扰，为本发明的优选实施方式。此时，用于采集神经电信号和施加电刺激的电极可以为同一电极或不同电极。
在另一些实施例中，植入式神经电极110在根据电刺激参数刺激选定神经时，持续检测选定神经的神经电信号。在这些实施例中，闭环神经电刺激系统的多个植入式神经电极110中的一部分专门用于采集神经电信号，即为采集电极；另一部分专门用于施加电刺激，即为刺激电极。在这些实施例中采集电极和刺激电极成对的设置在选定神经的不同位置，采集电极和刺激电极可以同时工作。一对采集电极和刺激电极可以位于邻近的位置。这种实施方式可以不间断地获得植入对象的生理特征，更加及时地调整电刺激参数。植入对象的生理特征包括植入对象的生理参数的动态特征和变化，例如动态血压、实时心率等。
在另一些实施例中，该选定神经是舌咽神经。植入式神经电极110植入在舌咽神经附近，用于采集舌咽神经的神经电信号并向舌咽神经施加相应的电刺激，同样可以起到降压作用。
本发明对于植入式神经电极110采集神经电信号的方式不做限制。利用植入式神经电极110采集神经电信号的方式包括单极采集和双极采集。单极采集即将多个植入式神经电极110分别与参考电极的电压差信号作为每个植入式神经电极110所对应位置的神经纤维的神经电信号，这里的参考电极可以是多个植入式神经电极110中的任意一个；双极采集即将两个植入式神经电极110之间的电压差信号作为其中一个植入式神经电极110所对应位置的神经纤维的神经电信号，对于多个植入式神经电极110来说，采集多个植入式神经电极110中的两两电极之间的电压差信号。在图1所示的实施例中，若采用单极采集，则可以将该2根植入式神经电极110中的一根作为参考电极。在本发明的优选实施例中采用双极采集的方式，由于两根电极所受到的干扰相近，双极采集的方式可以有效地去除干扰，进一步抑制噪声。
本发明对于植入式神经电极110的具体实施方式不做限制。可作为植入式神经电极110的电极包括但不限于：Cuff电极、FINE(Flat Interface Nerve Electrode)电极、螺旋电极、LIFE(Longitudinal Intrafascicular Electrode)电极、Polymer-LIFE电极、TIME(Thin-film Intrafascicular Multichannel Electrode)电极或者CNTY(Carbon-Nanotube Yarn)碳纳米管线电极等。根据植入点的具体位置，植入式神经电极110可以是神经束内电极、神经束间电极或神经束外电极。
在本发明的一些实施例中，该植入式神经电极110采用神经束内电极。优选地，采用神经束内碳纳米管线电极。现有的压力感受器反射激活疗法中所采用的电极通常是神经束外电极，例如Cuff电极。这种电极位于神经外部，即位于神经束膜和神经外膜的外部。根据这样的电极所获得的神经电信号容易受到肌电等其它信号的干扰，故信噪比较低。而神经束内电极位于神经束内，一方面，由于神经束膜的绝缘作用，通过神经束内电极所采集的神经电信号受到的干扰较小；另一方面，神经束内电极暴露在神经束膜内的部分可以直接从局部的神经纤维采集到信号，因此可以获得高信噪比的神经电信号。根据神经束内电极的特点，使其相比大电极和神经外电极具有较高的空间选择性，当用神经束内电极实施电刺激时，可以直接对局部的神经纤维进行刺激，在提高电刺激部位的准确性的同时还可以提高电刺激调控的效率，进而减少对人体可能带来的副作用。此外，神经束内碳纳米管线电极具有良好的电化学特性，可进一步地增加信噪比。相比于铂铱合金丝等传统电极材料，神经束内碳纳米管线电极的强度和柔性使其不易对组织造成机械损伤，也不易被组织内力扯断，适合长期植入。
在本发明的一实施例中，神经束内碳纳米管线电极外表面包裹一层绝缘层。为了减少对神经纤维的机械损伤，神经束内碳纳米管线电极直径约为10nm至100μm。本发明采用医用硅胶(PDMS)或C型聚对二甲苯(C-Parylene)包裹神经束内碳纳米管线电极的外表面形成一薄层绝缘层，该绝缘层的厚度约为10nm至10μm之间。由于PDMS和C-Parylene具有良好的绝缘特性和生物相容性，因此该绝缘层能够实现良好的电极绝缘效果。
参考图1所示，当该植入式控制器120植入人体时，大致位于图1中所示的人体左前胸的皮下部位。可以理解，图1所示不用于限制本发明的植入式控制器120的具体大小、形状和位置。该植入式控制器120的控制功能可以由MPU、MCU、DSP、FPGA或其任意组合来实现，采用集成芯片的方式，并且可以包含OAD(Over-the-Air Download)功能，支持无线升级嵌入式程序。关于植入式控制器120的具体实施方式将在后文中说明。
参考图1所示，在一些实施例中，本发明的闭环神经电刺激系统还包括体外控制器130。该体外控制器130配置为与植入式控制器120之间进行无线通信。在这些实施例中，植入式控制器120还配置为将由植入式神经电极110所采集到的神经电信号发送给体外控制器130，体外控制器130根据该神经电信号生成电刺激参数，并将该电刺激参数发送至植入式控制器120。在这些实施例中，植入式神经电极110根据体外控制器130所生成的电刺激参数对选定神经施加电刺激。
由于植入式控制器120具有一定的尺寸限制，在一定程度上也限制了其运算能力。在包括体外控制器130的实施例中，可以在体外控制器130中对所采集到的神经电信号进行更加复杂和高级的运算处理，例如采用人工智能算法等，可以从该神经电信号中提取出更加精准的数据，可以更真实的反应植入对象的生理状态，从而用于设置电刺激参数。植入式控制器120接收该电刺激参数，并控制植入式神经电极110根据该电刺激参数向选定神经施加电刺激。
需要说明，对于包括体外控制器130的实施例，植入式控制器120同样可以具备处理神经电信号、提取生理参数，并根据该生理参数设置电刺激参数的功能。由植入式控制器120所获得的电刺激参数和由体外控制器130所获得的电刺激参数可以相同也可以不同。用户可以设定由植入式控制器120获得电刺激参数，或者由体外控制器130获得电刺激参数。
在一些实施例中，体外控制器130还可以包括对植入式控制器120的遥控功能，例如开关、手动设置电刺激参数、固件版本的升级等。本领域技术人员可以在体外控制器130中设置相关的功能单元和结构。
在一些实施例中，体外控制器130还包括可以显示模块，用于显示神经电信号和电刺激参数。本发明对显示装置和显示形式不做限制。显示形式可以包括波形、数字、表格等，可以实时的动态显示，也可以定时的静态显示。
在一些实施例中，体外控制器130可以是电脑、移动通信装置、可穿戴设备等。
图2是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统中的植入式控制器的模块框图。该植入式控制器200即图1中的植入式控制器120。由植入式神经电极110采集得到的选定神经的神经电信号在植入式控制器120中经过处理，植入式控制器120根据神经电信号设置电刺激参数；植入式控制器120再通过植入式神经电极110根据该电刺激参数对选定神经施加电刺激。
在一些实施例中，参考图2所示，植入式控制器200可以包括信号处理模块210，该信号处理模块210用于控制植入式神经电极110采集选定神经的神经电信号，并对该神经电信号进行处理。该信号处理模块210可以对该神经电信号进行例如模数转换、放大、滤波等信号处理，并可以通过一定的算法分析、提取该神经电信号的特征，从中提取出相关的生理参数。信号处理模块210的采样频率范围为2Hz至200kHz，在优选的实施例中，至少为20kHz，以获取频率在10kHz以下的全部神经电信号。
本发明对于所提取的生理参数不做限制，该生理参数可以包括本领域技术人员所熟悉的心率、血压、呼吸、血氧饱和度等。所提取的生理参数可以是间接的生理参数，即神经电信号的某些特征与该生理参数有关，则用该特征来表征该生理参数。例如，通过神经电信号所提取出的血压并不代表真实的血压值，而是与真实的血压值相关的量，例如可以指示血压高低程度或变化程度的血压指示数据。这里的血压高低程度可以包括偏低、正常、偏高等程度。
在本发明的优选实施例中，信号处理模块210可以从神经电信号中至少提取出血压指示数据。
在一些实施例中，植入式控制器200中的信号处理模块210通过从神经电信号中提取该神经电信号发放频率的变化，将该发放频率的变化作为血压指示数据。在这些实施例中，植入式神经电极110适于采用神经束内电极，例如神经束内碳纳米管线电极等。
使用神经束内电极通常可以采集到来自电极局部的单个或数个神经元的峰电位(Spike)信号，其中来自单个神经元的为Single-unit Spike，来自多个神经元的为Multi-unit Spike。同一类神经纤维的峰电位信号波形相似，并符合非全即无的特点，即单一的神经纤维一旦达到兴奋阈值，每次兴奋时的动作电位的幅值脉宽基本相同。本发明的植入式神经电极110从与血压相关的外周神经采集神经电信号，该神经电信号受到血压的影响。当血压不同时，来自单个或多个神经元的峰电位信号发放的频率会不同。例如，当单位时间内所采集到的峰电位信号的数量上升，即该峰电位信号的频率上升时，即表示血压升高，反之则表示血压下降。需要说明，本发明对于神经电信号发放频率的变化与血压的具体变化趋势之间的关系不做限制。对于不同类型的神经纤维、植入式神经电极110不同的采集位置等，该关系可能是不同的。在另一些实施例中，当峰电位信号的频率上升时，可以表示血压降低，反之则表示血压上升。
在一些实施例中，植入式控制器200中的信号处理模块210通过从神经电信号中提取该神经电信号的幅度和宽度，将该的幅度和宽度作为血压指示数据。在这些实施例中，植入式神经电极110适于采用神经束外电极，例如Cuff电极或FINE电极等。当血压变化时，由神经束外电极所获得的神经电信号的包络幅度和宽度会发生改变。因此，可以将神经电信号的幅度和宽度作为血压指示数据。本发明对于神经电信号的幅度和宽度与血压的具体变化趋势之间的关系不做限制。
信号处理模块210还可以通过神经电信号的幅度、宽度、周期等进行分析而获得心率、呼吸频率等生理参数。本发明对于获取心率、呼吸频率的方法不做限制。本领域技术人员可以根据本领域的常用方法来实施。
参考图2所示，该植入式控制器200中还可以包括查找表220。该查找表220中包括生理参数和电刺激参数的对应关系，当所检测到的生理参数落入目标范围之外时，植入式控制器200根据从植入式神经电极110所采集到的神经电信号中提取出的生理参数查询该查找表220，获得对应的电刺激参数，从而设置电刺激参数。该查找表220可以预先设定并存储在该植入式控制器200中。
在本发明的实施例中，电刺激参数包括刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长T3。植入式神经电极110根据该电刺激参数，向选定神经施加具有一定频率、幅度和脉宽的刺激脉冲，并在刺激持续时长后停止施加电刺激。当血压指示数据所指示的血压低于预先设定的血压阈值和/或心率低于预先设定的心率阈值时，可以设置T3＝0，即不实施电刺激。当血压指示数据所指示的血压高于预先设定的血压阈值和心率高于预先设定的心率阈值时，设置T3大于0，即开始实施电刺激，并持续刺激T3时长。当然，也可以通过设置开关参数来指示是否需要实施电刺激。
通常情况下，医生或用户根据经验设置一个初始的查找表，其中包括血压、心率、呼吸频率等和电刺激参数之间的关系。例如当所检测到的血压、心率和呼吸频率都达到第一阈值范围时，采用第一电刺激参数实施电刺激。
在一些实施例中，查找表220按照不同的时间段进行区分。由于人在一天中的血压本身就具有一定程度的波动。通常白天的平均动脉血压较高，晚上的平均动脉血压较低。因此针对一天内的不同时段可以设置不同的查找表内容，从而更加适于施加合理的电刺激参数。例如，在白天的时段，为血压设置较高的刺激阈值，当血压高于该刺激阈值时才实施电刺激，电刺激参数(例如幅度)也可以较大一些；在晚上的时段，为血压设置较低的刺激阈值，当血压高于该刺激阈值时才实施电刺激，该电刺激参数(例如幅度)也可以较小。更具体地，例如在白天(早8点到晚8点)以2个小时为一个时间段的时长，则白天的查找表包括6个表格；在晚上(晚8点到早8点)以4个小时为一个时间段的时长，晚上的查找表包括3个表格。这样将一天分为总共9个时间段，在这9个时间段中，生理参数对应特定的电刺激参数。
在一些实施例中，本发明的植入式控制器200中的查找表220可以根据所植入的对象自身的血压进行一对一的定制。为了获得这种一对一定制的查找表220，在使用该闭环神经电刺激系统的初期，可以通过植入式神经电极110采集选定神经在一段时间内的神经电信号，从这些神经电信号中提取出相关的生理参数。通过对生理参数进行分析，与大数据库中的生理参数与电刺激参数之间的对应关系进行对比，从而智能的设定针对该植入对象自身的查找表220。该大数据库中的数据可以来自于所有已经植入人体内的刺激系统。
设在原始的查找表220中，与第一生理参数对应的为第一电刺激参数，该第一生理参数属于第一阈值范围。则当检测到的生理参数属于第一阈值范围时，则该生理参数为查找表220中的第一生理参数，将第一电刺激参数设置为电刺激参数。在一些实施例中，植入式控制器200还配置为在根据该电刺激参数刺激选定神经之后，若生理参数落入目标范围以外，则调整电刺激参数为第二电刺激参数，并用第二电刺激参数替换查找表220中该生理参数对应的第一电刺激参数。在有些情况下，根据第一电刺激参数实施电刺激之后并不能使受刺激植入对象的生理参数达到目标范围，说明该第一电刺激参数已不适用。则调整电刺激参数为第二电刺激参数，并用该第二电刺激参数替换查找表中的第一电刺激参数。若第二电刺激参数仍不适用，则继续调整，直到根据该电刺激参数进行刺激之后，受刺激植入对象的生理参数达到目标范围以内。在这个过程中，逐步更新查找表中的内容。根据这些实施例，可以自适应地调整电刺激参数，使该电刺激参数得到优化，从而提高电刺激的效率。
上述的目标范围可以包括对血压、心率、呼吸频率等所设定的范围，也可以包括各个生理参数之间的逻辑关系，当检测到的生理参数满足该逻辑关系时，才算生理参数达到目标范围。对于以控制血压为目的的电刺激来说，在某些情况下，在施加电刺激后，植入对象的血压降低过于明显，或者血压下降不明显，但是心率和/或呼吸频率降低过大，这些情况都不适宜继续施加刺激。因此，目标范围的设定需要综合考虑各个生理参数的变化。该目标范围可以包括例如：收缩压在范围A并且心率在范围B并且呼吸频率在范围C。
对查找表220内容的更新可以是周期性的，也可以是由生理参数触发的。在周期性更新的模式下，以一定的更新周期对生理参数进行分析，当发现生理参数不能满足刺激目的时，对查找表进行更新。在实施电刺激的初期，所设置的更新周期较短，当电刺激参数已经较为适应植入对象的生理动态时，可以增长更新周期，降低系统的运算量。
在由生理参数触发的模式下，每次获得生理参数时都对生理参数进行分析，当发现生理参数不能满足刺激目的时，对查找表进行更新。
图1中所述的体外控制器130中也可以包括植入式控制器200中的查找表220，并可以实现相应的功能。本发明的植入式控制器200获得电刺激参数的所有说明都适于对体外控制器130的说明。
在一些实施例中可以手动设置电刺激参数。可以通过体外控制器130直接手动设置电刺激参数。
在一些实施例中，植入式控制器还配置为：若生理参数落入目标范围以内，则控制所述植入式神经电极停止检测选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长T1之后再次检测神经电信号。可以理解，这里的目标范围与前文所述的目标范围相同。当生理参数在目标范围之内时，无需施加电刺激。在这些实施例中，也停止对神经电信号的检测。在第一预设时长T1的时间段内，闭环神经电刺激系统可以处于休眠状态，整个系统的功耗降到最低。在经过第一预设时长T1之后，闭环神经电刺激系统处于唤醒状态，植入式神经电极110再次开始采集神经电信号，并且植入式控制器120从神经电信号中提取出生理参数。植入式神经电极110每次采集一定时长的神经电信号，将该时长定义为采集时长T2。
参考图2所示，本发明的植入式控制器200中还可以包括存储模块230、通信模块240和电源模块250。存储模块230用于存储所采集到的神经电信号、电刺激参数、查找表220等相关数据或运算过程中间数据。
通信模块240可以配置为使本发明的闭环神经电刺激系统与体外设备之间进行数据通信。在包括如图1所示的体外控制器130的实施例中，通信模块240可以将植入式神经电极110采集到的神经电信号传输至体外控制器130，体外控制器130根据该神经电信号生成电刺激参数，并将该电刺激参数发送给通信模块240。可以理解，体外控制器130也具有相应的通信模块以与植入式控制器200之间进行数据通信。
在一些实施例中，该通信模块240可以集成在处理芯片中，也可以由单独的无线通信芯片来实施。该通信模块240所采取的无线通信方式可以是蓝牙、WiFi或其它任何满足通讯速率要求的方式。在本发明的优选实施例中，采用双通道、16位精度、20K采样率的无线通信芯片，配有板载天线，每秒钟数据量为640Kbit。
电源模块250用于为本发明的闭环神经电刺激系统提供电源供给。在一些实施例中，电源模块250可以包括电池、转压稳压电路、电源管理芯片等，可以为本发明的闭环神经电刺激系统提供干净高效的电源。在本发明的优选实施例中，电源模块250中的电池采用锂离子电池，具有体积小容量大的优点；转压稳压电路采用低压差线性稳压器，具有低噪声的优点。
需要说明，图2所示仅为示例，为了实现本发明的植入式控制器200的功能，本领域技术人员可以在其中增加任何需要的模块或删减不需要的模块。例如，植入式控制器200中还可以包括电刺激模块，包括可编程恒流电刺激电路，可以根据所设置的电刺激参数产生相应的刺激脉冲，使植入式神经电极110向选定神经施加该刺激脉冲。恒流电刺激电路的优点在于可以控制植入式神经电极110向选定神经的神经纤维中注入的电荷量。优选地，刺激脉冲的波形为双相刺激。当然，电刺激功能也可以由植入式控制器200中的其它模块来实现。
图2也不用限制各个模块之间的关系。例如查找表220可以包括在存储模块230中。各个模块之间因其所要实现的功能而具有相应的连接关系，例如信号处理模块210与存储模块230相连接，信号处理模块210可以从存储模块230读取神经电信号，并将提取出的生理参数写入存储模块230中。
在一些实施例中，查找表220可以被读取或写入。例如写入查找表220以人为设置或自动更新电刺激参数。
在本发明的一些实施例中，该闭环神经电刺激系统还可以包括体外生理参数传感器，用于无创采集人体的生理参数，并将该生理参数发送至植入式控制器，植入式控制器配置为根据该生理参数设置电刺激参数。在这些实施例中，以图1所示为例，电刺激参数的设置有三处来源：1.植入式控制器120根据由植入式神经电极110所采集的神经电信号来设置电刺激参数；2.植入式控制器120根据体外生理参数传感器所获得的生理参数来设置电刺激参数；3.植入式控制器120从体外控制器130获得的电刺激参数直接设置电刺激参数。
在这些实施例中，体外生理参数传感器可以包括血压传感器、心率传感器、呼吸传感器、加速度传感器等或者其任意组合。本发明对体外生理参数传感器的具体实施方式不做限制，可以采用本领域的常用技术来从体外无创地获得所需的生理参数。优选地，采用腕带式或表贴式血压或心率传感器等可穿戴式传感器。
可以理解，本发明的闭环神经电刺激系统中的植入式神经电极110和植入式控制器120的材料都是符合医疗仪器相关标准和安全规定的材料。本发明所设置的电刺激参数都处于安全范围之内。
根据本发明的闭环神经电刺激系统可以克服现有的颈动脉窦电刺激仪器的缺点，根据用户自身的生理参数动态实时的调整电刺激参数，实现闭环的刺激策略，提高了电刺激的效率；采用神经束内电极植入迷走神经或迷走神经颈上心支，能获得高质稳定的神经电信号，实现对神经纤维的高选择性电刺激，并且降低了手术过程风险，减少副作用。
图3是本发明一实施例的设置闭环神经电刺激参数的方法的示例性流程示意图。该方法可以由图1和2所示的闭环神经电刺激系统来实施，因此前文关于闭环神经电刺激系统的说明内容也适用于对该方法的解释。参考图3所示，该实施例的方法包括以下步骤：
步骤310，检测选定神经的神经电信号。
本步骤可以由前文所述的闭环神经电刺激系统来实施。由植入式神经电极110检测选定神经的神经电信号，并将该神经电信号发送给植入式控制器120。植入式控制器120可以再将该神经电信号发送至体外控制器130。
步骤330，根据生理参数设置电刺激参数。
本步骤可以由植入式控制器120或体外控制器130实施。
在一些实施例中，本发明设置闭环神经电刺激参数的方法还包括：
步骤320，从神经电信号中提取出生理参数。
本步骤可以由植入式控制器120或体外控制器130实施。
在一些实施例中，该生理参数至少包括血压指示数据。
在一些实施例中，步骤320包括从神经电信号中提取神经电信号发放频率的变化，将该发放频率的变化作为血压指示数据。在另一些实施例中，步骤320包括从神经电信号中提取神经电信号的幅度和宽度，将该幅度和宽度作为血压指示数据。
在一些实施例中，从神经电信号中提取出生理参数之后还包括：若该生理参数落入目标范围以内，则停止检测选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长T1之后再次检测所述神经电信号。具体步骤参考前文的相关记载。
在一些实施例中，根据生理参数设置电刺激参数的步骤包括：在查找表中查询生理参数对应的第一电刺激参数，用所述第一电刺激参数设置所述电刺激参数。该查找表可以位于植入式控制器120或体外控制器130中。关于查找表的设置可以参考前文的相关记载。
本发明所要设置的电刺激参数包括：刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长T3。
根据步骤310-330可以对电刺激参数进行闭环的设置，对电刺激参数进行动态调整，自动逐渐地得到最适用于植入对象动态生理特征的电刺激参数，从而提高电刺激的效率，并减小副作用。
在一些实施例中，在根据所设置的电刺激参数刺激选定神经时，停止检测选定神经的神经电信号。这些实施例对应于前文所述的闭环神经电刺激系统的多个植入式神经电极110分时段的执行采集和刺激的工作的情况。
在另一些实施例中，在根据所设置的电刺激参数刺激选定神经时，持续检测所述选定神经的神经电信号。这些实施例对应于前文所述的闭环神经电刺激系统中采集电极和刺激电极同时工作的情况。
在一些实施例中，在根据所设置的电刺激参数刺激选定神经之后，若生理参数落入目标范围以外，则调整电刺激参数为第二电刺激参数，并用第二电刺激参数替换查找表中该血压指示数据对应的第一电刺激参数。具体步骤参考前文的相关记载。在这些实施例中，查找表中的内容可以得到更新，使电刺激参数进一步地被优化，适于植入对象自身的具体情况。该替换步骤可以重复进行，以不断地调整查找表内容。
根据本发明的设置闭环神经电刺激参数的方法，可以根据植入对象的生理动态实时地调整电刺激参数，使根据该方法所设置的电刺激参数可以达到最优的刺激效果。
图4A-4D是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统的工作时序示意图。其中，图4A是该实施例的闭环神经电刺激系统的休眠-唤醒时序示意图。参考图4A所示，当闭环神经电刺激系统在唤醒状态时，植入式神经电极110对选定神经的神经电信号进行采集，采集时长为T2，相当于执行步骤310。根据所采集的神经电信号获得生理参数。若生理参数落入目标范围以内，则停止检测，待经过第一预设时长T1之后再次检测神经电信号。该第一预设时长T1对应于闭环神经电刺激系统的休眠状态。在图4A所示的工作时序中，植入式神经电极110仅用于检测神经电信号，尚未开始实施电刺激。可以理解，由于植入对象的生理参数处于目标范围内，也无需施加电刺激。在图4A所示的工作时序中，系统每休眠T1时长之后，被有规律的唤醒并执行T2时长的采集工作，是一种定时唤醒模式。此外，还可以自定义唤醒时间。
图4B是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统的自定义唤醒时序示意图。参考图4B所示，在第一预设时长T1的时间段内，通过用户设置的自定义唤醒任务可以将系统在Tuser时刻唤醒，植入式神经电极110执行T2时长的采集工作。该自定义唤醒可以由用户设置为规律性的定时唤醒任务，例如每天早上8点唤醒一次，也可以是一次性的唤醒任务。
图4C是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统执行电刺激的时序示意图之一。参考图4C所示，在第一次采集时间T2结束时，根据所采集的神经电信号所获得的生理参数，若该生理参数落入目标范围以外，则根据查找表获得第一电刺激参数，并将该第一电刺激参数设置为电刺激参数。植入式神经电极110根据所设置的电刺激参数执行T3时长的刺激工作。例如，此时的血压指示数据所指示的血压高于预先设定的血压阈值，并且心率高于预先设定的心率阈值时，即可在查找表中根据血压和心率的具体数值获得第一电刺激参数。
如图4C所示，在经过T3时长之后，植入式神经电极110紧接着执行T2时长的采集工作，判断此时的生理参数，若该生理参数落入目标范围以内，则不再执行刺激工作，而是休眠T1时长。例如，此时的血压指示数据所指示的血压低于预先设定的血压阈值，或心率低于预先设定的心率阈值。
图4D是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统执行电刺激的时序示意图之二。在图4D所示的情况，经过了第一次T3时长的电刺激之后，植入式神经电极110紧接着执行T2时长的采集工作，判断生理参数落入目标范围以外，此时继续执行第二次T3时长的电刺激，之后再经过T2时长的采集工作，判断此时的生理参数落入目标范围以内，才停止刺激，系统休眠T1时长。
图4A-4D仅为本发明的闭环神经电刺激系统的工作时序的示例，并不用于限制该系统的实际工作时序。其中的休眠时长T1、采集时长T2和刺激持续时长T3可以由医生或植入对象设置，也可以由植入式控制器120根据生理参数来设置，并在使用过程中修改。例如对于一天中血压波动较大的植入对象，所设置的休眠时长T1可以比血压波动较小的植入对象短。其中刺激持续时长T3作为电刺激参数中的一个参数，可以由本发明的闭环神经电刺激系统自适应的设置，从而适应植入对象自身的生理动态。
图5是本发明一实施例的闭环神经电刺激系统的工作流程示意图。该工作流程可以由本发明的闭环神经电刺激系统来执行，其中可以采用本发明的设置闭环神经电刺激参数的方法来设置电刺激参数。因此，本说明书中关于闭环神经电刺激系统和设置闭环神经电刺激参数的方法的内容都可以用于解释该工作流程。一些重复的内容在此不再展开。参考图5所示，该实施例的闭环神经电刺激系统的工作流程包括：
步骤510，系统初始化。
步骤512，计数器清零。
在本实施例的闭环神经电刺激系统中设置一计数器。该计数器可以设置于植入式控制器120或体外控制器130中。
步骤514，系统进入休眠状态，休眠T1时长。
步骤516，系统进入唤醒状态，植入式神经电极采集T2时长的神经电信号。
步骤518，系统根据神经电信号获得生理参数。
步骤520，比较血压指示数据所指示的血压与血压阈值。若血压大于血压阈值，则执行步骤522；若血压低于血压阈值，则执行步骤514。
步骤522，比较心率与心率阈值。若心率大于心率阈值，则执行步骤524；若心率小于心率阈值，则执行步骤512。
步骤524，根据生理参数设置电刺激参数。可选地，可以通过在步骤534中读取查找表获得电刺激参数，并且也可以将所设置的电刺激参数写入查找表。
步骤526，实施电刺激。
步骤528，计数器加1。
步骤530，比较计数器的计数值和设定值。若计数值等于设定值，则执行步骤532；若计数值还未达到设定值，执行步骤516。
在优选的实施例中，设定值为3。当计数值等于3时，表示已经连续实施三次电刺激。在这种情况下，表示所设置的电刺激参数不能有效的降低植入对象的血压，因此需要调整电刺激参数。本发明对设定值不做具体限制。
步骤532，调整电刺激参数。
步骤534，读取或写入查找表。将调整后的电刺激参数写入查找表以更新查找表中生理参数与电刺激参数的关系。
步骤536，在调整电刺激参数之后使计数器清零，并继续执行步骤516。
图5所示的工作流程可以由图1中的植入式控制器120来实施，即由植入式控制器120设置电刺激参数。当采用体外控制器130设置电刺激参数时，可以采用类似的工作流程，本领域计数人员可以基于本发明的构思，增加或删减工作流程步骤，以实现本发明所要达到的效果，在此不再展开描述。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种闭环神经电刺激系统，其特征在于，包括：植入式神经电极和植入式控制器，所述植入式神经电极与所述植入式控制器电连接，所述植入式神经电极配置为接触选定神经的神经纤维，并检测所述选定神经的神经电信号，所述植入式控制器配置为根据所述神经电信号设置电刺激参数，使所述植入式神经电极根据所述电刺激参数对所述选定神经施加电刺激。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取生理参数，并根据所述生理参数设置电刺激参数。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述生理参数包括血压指示数据。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取所述神经电信号发放频率的变化，将所述发放频率的变化作为所述血压指示数据。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为从所述神经电信号中提取所述神经电信号的幅度和宽度，将所述幅度和宽度作为所述血压指示数据。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为包括查找表，所述查找表中包括所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系，当所述生理参数落入目标范围之外时，所述植入式控制器根据所述生理参数查询所述查找表获得第一电刺激参数，并用所述第一电刺激参数设置所述电刺激参数。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述查找表中包括在不同的时间段中所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经之后，若所述生理参数落入所述目标范围之外，则调整所述电刺激参数为第二电刺激参数，并用所述第二电刺激参数替换所述查找表中的所述第一电刺激参数。
9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述植入式控制器还配置为：当所述生理参数落入目标范围以内时，控制所述植入式神经电极停止检测所述选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长之后再次检测所述神经电信号。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植入式神经电极还配置为：在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，停止检测所述选定神经的神经电信号。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植入式神经电极还配置为：在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，持续检测所述选定神经的神经电信号。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电刺激参数包括：电刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长。
13.如权利要求1所述的系统，还包括：体外控制器，所述体外控制器配置为与所述植入式控制器之间进行无线通信，所述植入式控制器配置为将所述神经电信号发送给所述体外控制器，所述体外控制器还配置为根据所述神经电信号生成电刺激参数，并将所述电刺激参数发送至所述植入式控制器。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括体外生理参数传感器，用于无创采集人体的生理参数，并将所述生理参数发送至所述植入式控制器，所述植入式控制器配置为根据所述生理参数设置电刺激参数。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植入式神经电极包括神经束内碳纳米管线电极。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述神经束内碳纳米管线电极外表面包裹绝缘层，所述绝缘层的厚度范围是10纳米到10微米。
17.一种设置闭环神经电刺激参数的方法，其特征在于，包括：
检测选定神经的神经纤维的神经电信号；以及
根据所述神经电信号设置电刺激参数。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：从所述神经电信号中提取生理参数，根据所述生理参数设置电刺激参数。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述生理参数包括血压指示数据。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，从所述神经电信号中提取生理参数的步骤包括：从所述神经电信号中提取所述神经电信号发放频率的变化，将所述发放频率的变化作为所述血压指示数据。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，从所述神经电信号中提取生理参数的步骤包括：从所述神经电信号中提取所述神经电信号的幅度和宽度，将所述幅度和宽度作为所述血压指示数据。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，根据所述生理参数设置电刺激参数的步骤包括：在查找表中查询所述生理参数对应的第一电刺激参数，用所述第一电刺激参数设置所述电刺激参数。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述查找表中包括在不同的时间段中所述生理参数和所述电刺激参数的对应关系。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经之后，若所述生理参数落入目标范围以外，则调整所述电刺激参数为第二电刺激参数，并用所述第二电刺激参数替换所述查找表中的第一电刺激参数。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，从所述神经电信号中提取生理参数之后，还包括：若所述生理参数落入目标范围以内，则停止检测所述选定神经的神经电信号，待经过第一预设时长之后再次检测所述神经电信号。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，停止检测所述选定神经的神经电信号。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在根据所述电刺激参数刺激所述选定神经时，持续检测所述选定神经的神经电信号。
28.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述电刺激参数包括：电刺激脉冲的频率、幅度、脉宽和刺激持续时长。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112774035A (zh) * 2021-02-05 2021-05-11 杭州诺为医疗技术有限公司 用于植入式电刺激装置的自适应闭环检测方法及系统
CN113171553A (zh) * 2021-03-18 2021-07-27 上海骊霄医疗技术有限公司 神经肌肉电刺激校准系统
CN113244533A (zh) * 2021-06-24 2021-08-13 景昱医疗器械(长沙)有限公司 参数调整方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN113515561A (zh) * 2021-07-20 2021-10-19 苏州景昱医疗器械有限公司 参数比对方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
WO2022166686A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 杭州诺为医疗技术有限公司 一种植入式闭环系统中生物电信号处理方法和装置
WO2023005353A1 (zh) * 2021-07-30 2023-02-02 苏州景昱医疗器械有限公司 基于多模态数据的配置信息获取装置及相关设备
WO2023142659A1 (zh) * 2022-01-27 2023-08-03 上海交通大学 用于痉挛性脑瘫患者肌张力异常的电刺激调控装置及方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1652841A (zh) * 2002-03-14 2005-08-10 布雷恩斯盖特有限公司 血压调节技术
US20070282376A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-06 Shuros Allan C Method and apparatus for neural stimulation via the lymphatic system
CN101244312A (zh) * 2007-02-16 2008-08-20 上海塔瑞莎健康科技有限公司 一种植入式自动反馈调整的神经肌肉电刺激系统
US20090030493A1 (en) * 2007-07-27 2009-01-29 Colborn John C Ribbon Electrode
CN203724633U (zh) * 2014-01-23 2014-07-23 上海诺诚电气有限公司 实时反馈智能型电刺激装置
CN104225790A (zh) * 2014-09-19 2014-12-24 清华大学 闭环神经刺激系统
CN206026870U (zh) * 2016-05-13 2017-03-22 北京品驰医疗设备有限公司 一种植入式迷走神经刺激系统
CN106621041A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 北京品驰医疗设备有限公司 一种迷走神经刺激器电子处方配置系统
CN107106840A (zh) * 2014-10-07 2017-08-29 纽罗路普有限公司 能植入的组件
CN108904972A (zh) * 2017-04-14 2018-11-30 上海交通大学 一种基于碳纳米管线的植入式神经电极
CN109806497A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 李顺裕 具有人工智能与物联网功能的医疗系统
CN209059205U (zh) * 2018-08-06 2019-07-05 重庆金山医疗器械有限公司 食道多参数检测、理疗一体系统
CN110368577A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 天津大学 可编程柔性经颅电刺激与脑电采集一体系统

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1652841A (zh) * 2002-03-14 2005-08-10 布雷恩斯盖特有限公司 血压调节技术
US20070282376A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-06 Shuros Allan C Method and apparatus for neural stimulation via the lymphatic system
CN101244312A (zh) * 2007-02-16 2008-08-20 上海塔瑞莎健康科技有限公司 一种植入式自动反馈调整的神经肌肉电刺激系统
US20090030493A1 (en) * 2007-07-27 2009-01-29 Colborn John C Ribbon Electrode
CN203724633U (zh) * 2014-01-23 2014-07-23 上海诺诚电气有限公司 实时反馈智能型电刺激装置
CN104225790A (zh) * 2014-09-19 2014-12-24 清华大学 闭环神经刺激系统
CN107106840A (zh) * 2014-10-07 2017-08-29 纽罗路普有限公司 能植入的组件
CN206026870U (zh) * 2016-05-13 2017-03-22 北京品驰医疗设备有限公司 一种植入式迷走神经刺激系统
CN106621041A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 北京品驰医疗设备有限公司 一种迷走神经刺激器电子处方配置系统
CN108904972A (zh) * 2017-04-14 2018-11-30 上海交通大学 一种基于碳纳米管线的植入式神经电极
CN109806497A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 李顺裕 具有人工智能与物联网功能的医疗系统
CN209059205U (zh) * 2018-08-06 2019-07-05 重庆金山医疗器械有限公司 食道多参数检测、理疗一体系统
CN110368577A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 天津大学 可编程柔性经颅电刺激与脑电采集一体系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱妙章，袁文俊等主编: "《康复医学理论与实践》", 上海科学技术出版社, pages: 1118 - 1119 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112774035A (zh) * 2021-02-05 2021-05-11 杭州诺为医疗技术有限公司 用于植入式电刺激装置的自适应闭环检测方法及系统
WO2022166686A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 杭州诺为医疗技术有限公司 一种植入式闭环系统中生物电信号处理方法和装置
CN113171553A (zh) * 2021-03-18 2021-07-27 上海骊霄医疗技术有限公司 神经肌肉电刺激校准系统
CN113244533A (zh) * 2021-06-24 2021-08-13 景昱医疗器械(长沙)有限公司 参数调整方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN113515561A (zh) * 2021-07-20 2021-10-19 苏州景昱医疗器械有限公司 参数比对方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN113515561B (zh) * 2021-07-20 2023-12-12 苏州景昱医疗器械有限公司 参数比对方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
WO2023005353A1 (zh) * 2021-07-30 2023-02-02 苏州景昱医疗器械有限公司 基于多模态数据的配置信息获取装置及相关设备
WO2023142659A1 (zh) * 2022-01-27 2023-08-03 上海交通大学 用于痉挛性脑瘫患者肌张力异常的电刺激调控装置及方法

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