[0001] 本发明涉及神经刺激技术领域，具体是一种用于上肢运动功能恢复的无创脊髓神经刺激器。

[0002] 脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是指由于各种原因导致的椎管内神经结构（包括脊髓、神经根和马尾神经）的损害，并出现损伤水平及以下的感觉、运动、反射及大小
便等功能障碍。研究表明中国现存脊髓损伤患者374万，每年新增脊髓损伤患者约9万人，颈
脊髓损伤占 41.13%。

[0003] 脊髓损伤危害极大，如果不能有效促进肢体功能的康复，将导致呼吸系统问题、压疮、尿路感染、肾功能衰竭等并发症而危及生命。我国新增9万/年脊髓损伤者，泌尿系统并
发症最严重，74%的患者在三个月内出现过尿失禁，并且每位患者平均每年发生泌尿系统并
发症达10次。在伤后的5年内，患者上尿路损伤发生率快速增长，为正常人的30倍。脊髓损伤
病人的主要照顾者常伴随沉重的身体、心理和经济等方面负担，影响照顾者的健康状况，也
相应降低其生活质量。

[0004] 脊髓损伤神经修复常规治疗方案主要包括损伤处手术减压，神经桥接术，神经调控及细胞治疗。神经调控方式具体应用例中硬膜外刺激训练可以激活神经回路，促进完全
性脊髓损伤患者的神经重塑和功能恢复改善躯干稳定性。

[0005] 综上所述，为了进一步使更多脊髓损伤病人能够恢复相应运动功能，提高其生活质量，缓解脊髓损伤照顾者的身体、心理和经济等方面负担，本发明设计了一种用于上肢运
动功能恢复的无创脊髓神经刺激器。

[0011] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0012] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0013] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0014] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0015] 请参阅图1‑图2，一种用于上肢运动功能恢复的无创脊髓神经刺激器，包括颈髓脉冲控制单元10，电极接驳单元20，运动监测单元30，无线通信单元40，语音单元50，范式决策
单元60，电极阵列单元70，人工智能单元80；
颈髓脉冲控制单元10，用于在颈髓C2‑T1节段产生载波调制刺激电脉冲，脉冲与体
表接触产生刺激效应；
电极接驳单元20，将分布于颈髓节段的多个通路电极接驳至颈髓脉冲控制单元
10；
运动监测单元30，贴附于肢体相应运动部位，通过表面肌电及惯性传导实时反馈
佩戴部位的运动情况；
无线通信单元40，设置为分布在颈髓脉冲控制单元10中的主射频收发器以及分布
于运动监测单元30中的从属射频收发器，主射频收发器支持与外部智能设备进行信息收发
传递，从属射频收发器可以进行自组网应用，以人体体表及躯干作为信号传输介质路径构
成体域网，自动选择信号收发强度最优的单元进行信号合并上传及信息的分布式下发；
语音单元50，用于实现无创脊髓神经刺激器参数指令的语音调控，便于肢体运动
功能受限者自主调控脊髓神经刺激器设备；
范式决策单元60，部署于无创脊髓神经刺激器及人工智能单元80中的治疗处方，
用于实现在颈髓C2‑T1节段自适应最优刺激参数的选择；
电极阵列单元70，分布于颈髓C2‑T1节段的多通道电极，电极上设置有显影标记，
用于在首次佩戴电极及调整刺激范式时起到与受损颈髓区域的有效标记；
人工智能单元80，设置为分布于智能手机端的人工智能应用软件程序，用于将颈
髓受损人群的颈髓段医学影像数据进行显示并和上述电极阵列单元70中的X光或荧光显影
标记进行融合，自动描绘出人体佩戴的电极通道与颈髓节段的映射关系。

[0016] 在本发明实施例中，刺激电脉冲可多通道同步输出也可多通道异步输出，异步输出时间间隔可控，与体表接触部位产生不同刺激深度、不同刺激强度、不同刺激激活体积的
刺激效应，具体如：图5‑1到5‑5所示的刺激效应示图；
电极接驳单元20设置为柔性微机械卡扣式连接，连接稳定可靠，无晃动带来的脱
离风险。

[0017] 该接驳口支持2‑9个刺激输出通路的选择，具备卧床使用方式和日常非卧床模式。其中，在卧床模式下，柔性电极接驳单元可以将脊髓刺激器与C2‑T1节段电极通过物理引线
连接；日常非卧床模式突出使用精简，脊髓刺激器与刺激电极通过电极接驳单元20融合一
体，体表无创方式固定于C2‑T1节段间。

[0018] 在本发明的一个实例中，运动监测单元30设置为柔性贴片传感装置；其中，表面肌电用于捕获运动肌群的电位峰值、电位群延时、肌电信号有效宽度
值；
惯性传导用于捕获肌肉的瞬间爆发加速度及肌肉缓释放松加速度，以及肢体由静
止态向运动态变化的速度、加速度、肢体转角，肢体由运动态向静止态变化的速度、加速度、
肢体转角等数据；
通过惯性传导捕获肌肉的瞬间爆发加速度与表面肌电捕获肌群的电位峰值、电位
群延时融合，可准确可靠的表征人体肢体微运动特征。

[0019] 作为本发明的一种优选实施例，语音单元50支持特定人语音识别和非特定人语音识别应用。

[0020] 作为本发明的一种优选实施例，如图3‑图4所示，范式决策单元60结合运动监测单元30采集的信号特征以及人工智能单元80对颈髓损伤部位的判读分析，选择最优范式进行
刺激参数输出，具备刺激安全限值管理，其中，刺激策略为刺激函数：
 F(nme,act,level,mul_nme)=Snme*Vact*Dnme*Stimlevel*εmul_nme*μ0*K
其中，Snme为作用面积，Vact为激活区域（激活体积），Dnme为刺激电极作用间距，
Stimlevel为刺激等级函数，εmul_nme为多电极输出函数，μ0为刺激调校因子，K为归一化补偿系数；
刺激等级函数 ；
其中，HV为高压系数，F为刺激频率，PW为脉冲宽度，I为电流强度，T为脉冲周期，
POL为波形系数。

[0021] 作为本发明的一种优选实施例，显影标记设置为X光或荧光的形式，运行时，结合人体颈髓节段高度特异性，以最小的刺激剂量获得最优的肢体运动恢复效果；
其中，每个电极可作为正极、负极或开路状态，避免佩戴于人体后重复调整电极位
置。

[0022] 作为本发明的一种优选实施例，人工智能单元80应用会根据上述映射关系并结合初始智能模型，推荐出优选刺激参数、优选范式。

[0023] 人工智能单元80为基于网络服务应用的高算力人工智能以及中等算力的智能边缘人工智能，优先工作于智能边缘人工智能模式，节省系统功耗的同时获得较高质量的推
理运算，高性能应用下可选择工作于高算力人工智能模式。智能边缘人工智能模式下在本
地端进行影像判读、决策分析，无需网络。人工智能单元依据影像样本的累积及患者所设治
疗参数、范式选择等历史数据，推理并预测适配患者疾病转归的最优治疗范式，并将治疗范
式同步更新至无创脊髓神经刺激器中，使得无创脊髓神经刺激器可脱离人工智能单元进行
离线化应用。

[0024] 参阅图2‑图5，整个系统的运行流程：将电极阵列单元70贴附于患者颈髓节段，通过将X光或荧光标记影像数据传输至人工智能单元80，人工智能单元80会将颈髓受损人群
的颈髓段医学影像数据进行显示并和电极阵列单元70的显影标记进行融合，自动描绘出人
体佩戴的电极通道与颈髓节段的映射关系，推荐出优选刺激参数，然后将刺激参数传递至
颈髓脉冲控制单元10，在颈髓C2‑T1节段产生载波调制刺激电脉冲，脉冲电流在体表接触部
位产生刺激效应，贴附于肢体相应运动部位的运动监测单元30，通过表面肌电及惯性传导
实时反馈佩戴部位的运动情况，捕获准确可靠的表征人体肢体微运动特征，然后通过无线
通信单元40收集运动监测单元30的相关数据并将人工智能单元80的调控信息通过无线通
信单元40传递至颈髓脉冲控制单元10中，然后在使用期间通过电极接驳单元20将分布于颈
髓节段的9个通路电极接驳至颈髓脉冲控制单元10中，使用者可通过语音单元50实现无创
脊髓神经刺激器参数指令的语音调控。

[0025] 上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下
做出各种变化。