Fully-implantable functional restoration by BMI-driven FES

通过 BMI 驱动的 FES 实现完全植入式功能恢复

• 批准号: 22H00587
• 负责人: 平田 雅之
• 金额: $ 27.46万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00587/
• 关键词: ブレインマシンインターフェース; 機能的電気刺激; 機能再建; implantable device; 末梢神経近位部; 体内埋込み; 医療機器; 体内埋込; 腕神経叢; 馬尾

1) 埋込FES用刺激電極の開発：神経束に損傷なく安全に固定でき、神経束を選択的に多点刺激でき、長期間安定して刺激できることを目標に、埋込FESに至適な電極を2タイプ開発した。神経束に巻き付けるようにして装着し、3極刺激にて微細な電気刺激が可能な構造とした。2) 埋込FESの手術手技の確立：腕神経叢・馬尾に効果的に刺激電極を留置するための手術手技を開発した。上肢では上肢痙縮の治療に用いられる筋皮神経縮小術の手術手技を参考に、腕神経叢の近位測で正中、橈骨、尺骨、筋皮、腋下の各神経に5cmの皮膚切開でアプローチする手技を開発した。下肢は通常の腰椎後方アプローチで馬尾レベルの露出ができることを確認した。電気刺激にて運動枝と感覚枝を判別する手法を検討した。動物種としてはヒトとの解剖学的機能的相同性の観点からマカクサルを用いた。3) 腕神経叢・馬尾FESによる選択的筋制御法の開発：動物実験にて近位末梢神経電気刺激により生じる筋収縮に関して、刺激強度と筋電位と関係を明らかにした。次いで、個々の神経の電気刺激により誘発される筋収縮を同定した。本動物実験で用いる筋活動計測ならびにFES用の電気刺激システムは、既存の計測システムに、電気刺激モジュールを新たに導入して、刺激・計測プログラムを組んで構成した。4) 埋込FES装置の開発：埋込BMI装置と連動する埋込FES装置の基本的な要求仕様を検討し、20チャンネル、triphasicパルス連続刺激、刺激電流 0～4mA、刺激時間0～1ms、刺激周波数30～60Hz程度が必要と考えた。

1）开发用于嵌入式FES的刺激电极：为了安全地固定神经束而不会损坏，多点可刺激神经束，并长期刺激它，我们已经开发了两种类型的电极，这些电极是嵌入式FES最佳的。将结构包裹在神经束周围，并通过三极刺激进行精细的电刺激。 2）建立用于植入FES的手术技术：我们开发了一种手术技术，可以有效地将刺激的电极放置在臂丛神经和尾部。基于用于治疗上肢痉挛的肌肉神经还原性的手术技术，我们开发了一种技术，其中臂丛神经的近端测量接近中线，半径，尺骨，尺骨，心骨和腋神经的每个神经切口，并具有5​​CM prience术。我们证实，下肢可以使用正常的后腰椎方法在Cauda Equina水平上暴露。我们研究了一种使用电刺激来区分运动和感觉分支的技术。猕猴从与人类的解剖功能同源性的角度用作动物物种。 3）使用臂丛神经和尾部等等的选择性肌肉控制方法的发展：在动物实验中，刺激强度与肌电潜力之间的关系在肌肉收缩是由近端外周神经引起的肌肉收缩阐明。然后确定通过电刺激单个神经引起的肌肉收缩。通过将新的电刺激模块引入现有的测量系统并创建刺激和测量程序，构建了该动物实验中使用的肌肉活性测量和FES的电刺激系统。 4）开发嵌入式FES设备：我们研究了与嵌入式BMI设备一起使用的嵌入式FES设备的基本要求，并认为需要20个通道，连续的三三脉冲刺激，刺激电流0至4 MA，刺激时间0至1 ms，以及刺激频率为30至60 Hz。

项目成果

植込み型ブレインマシンインターフェースによる意思伝達支援

使用植入式脑机接口进行通信支持

• 发表时间: 2022
• 作者: Teppei Araki;Shusuke Yoshimoto;Takafumi Uemura;Naoko Kurihira;Yuko Kasai;Toshikazu Nezu;Hirokazu Iida;Junko Sandbrook;Shintaro Izumi;and Tsuyoshi Sekitani;Asako Yamayoshi;平田雅之
• 通讯作者: 平田雅之

植込み型ブレインマシンインターフェースの臨床応用に向けて

植入式脑机接口的临床应用

• 发表时间: 2022
• 期刊: 機能的脳神経外科
• 作者: Yuto Honda;Takahiro Nomoto;Nobuhiro Nishiyama;平田雅之
• 通讯作者: 平田雅之

プログラム、製造方法、製造装置及び接続方法

方案、制造方法、制造设备及连接方法

• 发表时间: 2022

Intracranial EEG Recordings of High-Frequency Activity From a Wireless Implantable BMI Device in Awake Nonhuman Primates

• DOI: 10.1109/tbme.2022.3210286
• 发表时间: 2023-04-01
• 期刊: IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
• 影响因子: 4.6
• 作者: Yan，Tianfang;Suzuki，Katsuyoshi;Hirata，Masayuki
• 通讯作者: Hirata，Masayuki

Implantable Brain Machine Interface

植入式脑机接口

• 发表时间: 2017
• 作者: Shionoya Akira;Kenmotsu Yusuke;北城圭一;小林育斗，阿江通良，村田宗紀，木下まどか，大津卓也，齋藤優輝;Kubo K;Hirata M
• 通讯作者: Hirata M