CN212466834U - 一种可植入式多通道人工前庭装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可植入式多通道人工前庭装置，包括电源管理系统、多轴运动传感器、中央处理器、信息处理模块、闭环输出驱动器、电极管理系统、服务软件系统、生物电极阵列、神经网络；所述电源管理系统电性连接中央处理器，所述中央处理器电性连接信息处理模块、多轴运动传感器、闭环输出驱动器，所述闭环输出驱动器电性连接电极管理系统，所述电极管理系统电性连接生物电极阵列，所述电源管理系统信号连接服务软件系统，所述生物电极阵列信号连接神经网络。从根本上解决了前庭神经系统感知信息的输入问题。用以将头部运动信息转化为前庭神经信号，输入前庭感觉通路，重建缺失的前庭神经功能，与人工耳蜗重建听觉类似。

Description

一种可植入式多通道人工前庭装置

技术领域

本实用新型涉及可植入式精密的电子设备技术领域，具体是一种可植入式多通道人工前庭装置。

背景技术

前庭感觉(vestibular sense)是人体功能最为强大的感觉之一，由前庭神经系统(vestibular system)提供，被誉为人类的“第六感觉”。然而，直到19世纪的中叶，前庭神经系统，才作为独立的感觉实体，被人们逐渐的发现以及认识。

每侧前庭迷路包含三个半规管(horizontal,anterior,posterior semicircularcanal)，他们在空间中彼此正交垂直并感知头部旋转运动，双侧前庭病(bilateralvestibulopathy,BVP)为是一种严重的致残性疾病，指由各种病因所导致的双侧前庭神经系统活性减弱或功能丧失。既往研究显示，BVP的相对发病率约为4-7％，成年人BVP患病率为0.28‰，可导致多种机体功能障碍，如振动幻视、姿势平衡障碍、认知障碍、空间定位障碍等，以及因以上症状所引发的抑郁等精神症状，严重影响患者的生活、工作、社交以及精神健康。

然而目前在国内外，对BVP尚无有效的治疗方法，主要依靠康复训练最大限度的激活机体其他多种感觉神经通路进行前庭功能的代偿。尽管这些额外的神经通路可以部分性的弥补BVP缺陷，然而代偿性的信号处理过程却需要较长的潜伏期，且代偿十分有限脆弱，因此在较快速的头部运动过程中，即使是日常生活中的一些头部运动，例如行走或者开车，均会使这些代偿信息输入失败，进而产生失代偿症状，导致代偿机制失败。此外严重的BVP患者几乎不可能通过其他代偿机制来改善原有症状。在BVP代偿失败之后或非代偿状况下，几乎所有的患者将遭受慢性视振荡，自身平衡丧失、姿势的不稳定维持，以及焦虑抑郁等，遗留永久性功能障碍甚至终生致残，医生能够给予的帮助只是健康宣教和康复指导。

针对BVP患者，潜在的治疗方案有二。其一，为干细胞移植。目前干细胞移植方法在内耳的应用主要集中在由于听神经系统疾病或者损伤引起的听力障碍,在前庭神经系统障碍方面的研究以及应用相对较少且仅限于实验室研究，因此在未来，该治疗方案用于临床治疗前庭功能障碍还有很长的一段路要走。其二，为神经调控技术。神经活动的基础及原理是神经细胞之间的电活动(electrical event)，神经信息编码及传递的本质是神经放电活动的发生及传递。因此可以通过模拟正常的神经通路中的携带重要信息编码来修复重建相关疾病或者损伤后的神经功能障碍。一般状况下，通过人为的、携带相关信息的电流刺激，激活受损的神经通路内残存的健康神经细胞(树突或者神经元胞体)，进而激活神经通路后续部分，完成相应的神经功能。BVP患者之所以所罹患的诸多症状是由于中枢神经系统缺失了头部运动信息及重力场方位信息的输入。因此基于神经调控技术而进行的前庭神经信息编码输入技术成为了有效治疗BVP的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可植入式多通道人工前庭装置，以解决上述背景技术中提的问题。主要用于修复因各种原因导致的受损的前庭神经系统功能。本实用新型通过多维度传感器，感知头部在空间中的运动状态，并通过电流刺激调控前庭神经，驱使其编码感知信息，经中枢整合后，重建受损和缺失的前庭功能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种可植入式多通道人工前庭装置，包括电源管理系统、多轴运动传感器、中央处理器、信息处理模块、闭环输出驱动器、电极管理系统、服务软件系统、生物电极阵列、神经网络；

所述电源管理系统电性连接中央处理器，所述中央处理器电性连接信息处理模块、多轴运动传感器、闭环输出驱动器，所述闭环输出驱动器电性连接电极管理系统，所述电极管理系统电性连接生物电极阵列，所述电源管理系统信号连接服务软件系统，所述生物电极阵列信号连接神经网络。

优选的，所述电源管理系统为可植入式多通道人工前庭所有元器件提供能量，主要完成电池管理、无线充电、以及程序升级或修改参数的数据接口(无线)。

优选的，所述多轴运动传感器用于动态记录头部在空间中的运动及在重力场中的方位、姿态和运行状态。

优选的，所述中央处理器为人工前庭的信息处理核心，用于数据计算、各硬件系统管理、工作协调等。

优选的，所述信息处理模块为人工前庭核心之一，在中央处理器支持下，根据运动输入数据进行实时数据处理、空间信息解调计算、存储，完成信息调制解调，并完成驱动刺激器发放神经编码调控信息，实现闭环调控处理算法。

优选的，所述闭环输出驱动器为人工前庭重要部件之一，在接受调控指令后，通过电极管理系统，向生物电极阵列的相关通道发放刺激信息编码并感知实施效果。

优选的，所述电极管理系统在正常工作时提供信息通道，参与部分编码类型的调控，在空闲时或定期进行电极维护和“标定”工作，确定通道的可靠性和使用效果，为检测提供硬件的“标准值”，同时与人互动(点头确认摇头取消)，完成定期标定或检查工作。

优选的，所述的生物电极阵列近端与闭环输出驱动器相连，远端与内耳迷路相连，引导电刺激器发放的刺激电流至需激活的前庭神经传入纤维突触处，驱使前庭神经元交互编码运动感知信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：实现了头部空间运动及重力场方位的实时监测；实现了双侧各半规管旋转平面上头部空间旋转运动分量的实时计算；实现了双侧球囊、椭圆囊线性感知平面的重力场及线性加速度分量的实时计算；实现了依据各半规管旋转平面头部空间运动分量信息，实时计算半规管区的神经调控电流强度、频率、频宽等参数信息；实现了依据各球囊、椭圆囊线性感知平面的重力场及线性加速度分量信息，实时计算球囊区、椭圆囊区的前庭神经调控电流强度、频率、频宽等参数信息；实现了动态变化参数的调控电流的精确编码发放；实现了单根生物电极多通道阵列设计，在单根电极内实现刺激电极通道和参考电极通道动态任意切换和更改；实现了二相脉冲电流调控模式，有效兴奋前庭神经；实现了通过提高静息状态下前庭神经自发放电频率，使二相脉冲电流具有一定的前庭神经功能抑制效应；实现了安全直流电调控模式，有效兴奋性及抑制性前庭神经；在前庭神经系统内，实现了二相脉冲电流调控模式和安全直流电调控模式的联合应用，并可以根据调控需求，随时单独启用二相脉冲电流调控模式或者安全直流电调控模式，有效避免植入失败或神经疲劳；实现了调控电流强度、频率等信息到前庭神经电生理活动编码的转换；实现了各个半规管壶腹嵴、球囊斑、椭圆囊斑处前庭神经传入神经纤维在调控电流下神经信息编码。因此本实用新型从根本上解决了前庭神经系统感知信息的输入问题，进而促使中枢神经系统重建已经缺失的前庭神经感知及功能。

用以将头部运动信息转化为前庭神经信号，输入前庭感觉通路，重建缺失的前庭神经功能，与人工耳蜗重建听觉类似。

附图说明

图1为一种可植入式多通道人工前庭装置的结构图。

图中：电源管理系统(1)、多轴运动传感器(2)、中央处理器(3)、信息处理模块(4)、闭环输出驱动器(5)、电极管理系统(6)、服务软件系统(7)、生物电极阵列(8)、神经网络(9)。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种可植入式多通道人工前庭装置，包括电源管理系统1、多轴运动传感器2、中央处理器3、信息处理模块4、闭环输出驱动器5、电极管理系统6、服务软件系统7、生物电极阵列8、神经网络9；

所述电源管理系统1电性连接中央处理器3，所述中央处理器3电性连接信息处理模块4、多轴运动传感器2、闭环输出驱动器5，所述闭环输出驱动器5电性连接电极管理系统6，所述电极管理系统6电性连接生物电极阵列8，所述电源管理系统1信号连接服务软件系统7，所述生物电极阵列8信号连接神经网络9。

进一步地，所述电源管理系统1为可植入式多通道人工前庭所有元器件提供能量，主要完成电池管理、无线充电、以及程序升级或修改参数的数据接口(无线)。

进一步地，所述多轴运动传感器2用于动态记录头部在空间中的运动及在重力场中的方位、姿态和运行状态。

进一步地，所述中央处理器3为人工前庭的信息处理核心，用于数据计算、各硬件系统管理、工作协调等。

进一步地，所述信息处理模块4为人工前庭核心之一，在中央处理器3支持下，根据运动输入数据进行实时数据处理、空间信息解调计算、存储，完成信息调制解调，并完成驱动刺激器发放神经编码调控信息，实现闭环调控处理算法。

进一步地，所述闭环输出驱动器5为人工前庭重要部件之一，在接受调控指令后，通过电极管理系统6，向生物电极阵列8的相关通道发放刺激信息编码并感知实施效果。

进一步地，所述电极管理系统6在正常工作时提供信息通道，参与部分编码类型的调控，在空闲时或定期进行电极维护和“标定”工作，确定通道的可靠性和使用效果，为检测提供硬件的“标准值”，同时与人互动(点头确认摇头取消)，完成定期标定或检查工作。

进一步地，所述的生物电极阵列8近端与闭环输出驱动器5相连，远端与内耳迷路相连，引导电刺激器发放的刺激电流至需激活的前庭神经传入纤维突触处，驱使前庭神经元交互编码运动感知信息

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，包括电源管理系统(1)、多轴运动传感器(2)、中央处理器(3)、信息处理模块(4)、闭环输出驱动器(5)、电极管理系统(6)、服务软件系统(7)、生物电极阵列(8)、神经网络(9)；

所述电源管理系统(1)电性连接中央处理器(3)，所述中央处理器(3)电性连接信息处理模块(4)、多轴运动传感器(2)、闭环输出驱动器(5)，所述闭环输出驱动器(5)电性连接电极管理系统(6)，所述电极管理系统(6)电性连接生物电极阵列(8)，所述电源管理系统(1)信号连接服务软件系统(7)，所述生物电极阵列(8)信号连接神经网络(9)。

2.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述电源管理系统(1)主要完成电池管理、无线充电、以及程序升级或修改参数的数据接口。

3.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述多轴运动传感器(2)用于动态记录头部在空间中的运动及在重力场中的方位、姿态和运行状态。

4.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述中央处理器(3)为人工前庭的信息处理核心，用于数据计算、各硬件系统管理、工作协调等。

5.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述信息处理模块(4)在中央处理器(3)支持下，根据运动输入数据进行实时数据处理、空间信息解调计算、存储，完成信息调制解调，并完成驱动刺激器发放神经编码调控信息，实现闭环调控处理算法。

6.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述闭环输出驱动器(5)在接受调控指令后，通过电极管理系统(6)，向生物电极阵列(8)的相关通道发放刺激信息编码并感知实施效果。

7.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述电极管理系统(6)在正常工作时提供信息通道，参与部分编码类型的调控，在空闲时或定期进行电极维护和“标定”工作，确定通道的可靠性和使用效果，为检测提供硬件的“标准值”，同时与人互动，完成定期标定或检查工作。

8.根据权利要求1所述的一种可植入式多通道人工前庭装置，其特征在于，所述的生物电极阵列(8)近端与闭环输出驱动器(5)相连，驱使前庭神经元交互编码运动感知信息。

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