用于超声脊髓刺激的设备和方法
专利汇可以提供用于超声脊髓刺激的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种用于超声刺激脊髓的设备和方法。该方法包括至少两个刺激周期，每个周期包括以下步骤：a)使用第一组超 声换能器 获得第一实时脊髓图像(S1)；b)从第一实时脊髓图像中选择脊髓的预定刺激区域(S2)；c)计算所选择的刺激区域相对于第二组超声换能器的 位置 和取向(S3)；d)使用第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向处刺激脊髓的所选择的刺激区域(S4)。，下面是用于超声脊髓刺激的设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于超声刺激脊髓的方法，所述方法包括至少两个刺激周期，每个周期包括以下步骤：
a)使用第一组超声换能器获得第一实时脊髓图像；
b)从所述第一实时脊髓图像中选择脊髓的预定刺激区域；
c)计算所选择的刺激区域相对于第二组超声换能器的位置和取向；和
d)使用所述第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向处刺激脊髓的所述所选择的刺激区域。
2.根据权利要求1所述的方法，每个刺激周期还包括以下步骤：
e)在步骤d)的同时或之后，使用所述第一组超声换能器获得第二实时脊髓图像；
f)从所述第二实时脊髓图像识别脊髓的实际刺激区域；和
g)基于实际刺激区域与预定刺激区域之间的差异来调节步骤b)至d)中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述差异包括所述实际刺激区域与所述预定刺激区域之间的位置、轮廓和/或大小的差异。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述差异包括肌肉在所述实际刺激区域处的诱发响应。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，调节步骤b)包括优化图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择所述脊髓的预定刺激区域。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，调节步骤c)包括补偿所述所选择的刺激区域相对于所述第二组超声换能器的位置和取向的计算。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，调节步骤d)包括调节以下各项中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二实时脊髓图像由所述第一组超声换能器以每秒2,000帧以上的速率获取。
9.根据权利要求1所述的方法，每个刺激周期还包括以下步骤：
h)在步骤d)的同时或之后，收集代表来自脊髓的预定刺激区域的受神经支配的肌肉的肌肉收缩的信号；和
i)基于所述信号调节步骤b)至d)中的至少一个。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述信号包括肌电图、声肌图、肌声图或神经电图信号中的至少一种。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，调节步骤b)包括优化图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择所述脊髓的预定刺激区域。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，调节步骤c)包括补偿相对于所述第二组超声换能器的所选择的刺激区域的位置和取向的计算。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，调节步骤d)包括调节以下中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)包括选择脊髓的多个预定刺激区域的步骤，并且步骤d)包括对脊髓的多个所选择的刺激区域进行同时多焦点刺激的步骤，以便同时激活运动功能所需的多个肌肉群。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，所述第二组换能器的超声束通过穿过椎骨与椎板之间的间隙而到达所述脊髓的所选择的刺激区域。
16.一种用于超声刺激脊髓损伤或疾病的康复的方法，所述方法包括：
i)在脊髓的预定区域内注入干细胞，
ii)执行至少两个刺激周期，每个刺激周期包括以下步骤：
a)使用第一组超声换能器获得第一实时脊髓图像；
b)从第一实时脊髓图像中选择干细胞或具有干细胞的、脊髓的预定区域；
c)计算干细胞或具有干细胞的、脊髓的所选择的区域相对于第二组超声换能器的位置和取向；和
d)使用第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向处刺激干细胞或具有干细胞的、脊髓的所选择的区域。
17.根据权利要求16所述的方法，每个刺激周期还包括以下步骤：
e)在步骤d)的同时或之后，使用第一组超声换能器获得第二实时脊髓图像；
f)从第二次实时脊髓图像识别干细胞；和
g)基于干细胞的诱发响应调节步骤b)至d)中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，调节步骤b)包括优化图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择干细胞或具有干细胞的、所述脊髓的预定区域。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，调节步骤c)包括对干细胞或具有干细胞的、脊髓的所选择的区域相对于所述第二组超声换能器的位置和取向的计算进行补偿。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，调节步骤d)包括调节以下中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
21.一种用于运动动作的凭意志触发的方法，该方法包括：
i)接收代表预期的运动动作的脑信号，
ii)参考已建立的脊髓功能映射确定脊髓的刺激区域；
iii)执行至少两个刺激周期，每个刺激周期包括以下步骤：
a)使用第一组超声换能器获得第一实时脊髓图像；
b)从第一实时脊髓图像中选择脊髓的所确定的刺激区域；
c)计算所选择的刺激区域相对于第二组超声换能器的位置和取向；和
d)使用第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向上刺激脊髓的所选择的刺激区域。
22.根据权利要求21所述的方法，每个刺激周期还包括以下步骤：
e)在步骤d)的同时或之后，使用第一组超声换能器获得第二实时脊髓图像；
f)从第二实时脊髓图像中识别脊髓的实际刺激区域；和
g)基于实际刺激区域与所确定的刺激区域之间的差异来调节步骤b)至d)中的至少一个。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述差异包括所述实际刺激区域与所确定的刺激区域之间的位置、轮廓和/或大小的差异。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述差异包括肌肉在所述实际刺激区域处的诱发响应。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，调节步骤b)包括优化图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择脊髓的所确定的刺激区域。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，调节步骤c)包括补偿相对于所述第二组超声换能器的所选择的刺激区域的位置和取向的计算。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，调节步骤d)包括调节以下中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
28.根据权利要求21所述的方法，每个刺激周期还包括以下步骤：
h)在步骤d)的同时或之后，收集信号，该信号代表来自脊髓的所确定的刺激区域的受神经支配的肌肉的肌肉收缩；和
i)基于所述信号调节步骤b)至d)中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述信号包括肌电图、声肌图、肌声图或神经电图信号中的至少一种。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，调节步骤b)包括优化图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择脊髓的所确定的刺激区域。
31.根据权利要求28所述的方法，其中，调节步骤c)包括补偿所选择的刺激区域相对于所述第二组超声换能器的位置和取向的计算。
32.根据权利要求28所述的方法，其中，调节步骤d)包括调节以下中的至少一个：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
33.根据权利要求21所述的方法，其中步骤ii)包括参考所建立的脊髓功能映射确定脊髓的多个刺激区域的步骤，步骤b)包括选择脊髓的多个所确定的刺激区域的步骤，并且步骤d)包括对脊髓的多个所选择的刺激区域进行同时多焦点刺激的步骤，以便同时激活运动功能所需的多个肌肉群。
34.根据权利要求21所述的方法，其中，所述脑信号包括脑电图(EEG)、脑皮层电图(ECoG)、近红外光谱或脑血管血流信号中的至少一种。
35.一种用于超声刺激脊髓的设备，所述设备包括：
成像模块，所述成像模块包括第一组超声换能器，所述第一组超声换能器被配置为获得实时脊髓图像；
图像识别模块，所述图像识别模块被配置为从所述实时脊髓图像中选择脊髓的预定刺激区域，并计算所选择的刺激区域相对于第二组超声换能器的位置和取向；
刺激模块，所述刺激模块包括第二组超声换能器，所述第二组超声换能器被配置为在所计算的相对位置和取向处刺激脊髓的所选择的刺激区域；以及
控制模块，所述控制模块被配置为协调所述成像模块、所述图像识别模块和所述刺激模块，以在至少两个刺激周期中操作，使得在所述至少两个刺激周期的每一个中，通过所述成像模块获得第一实时脊髓图像，通过所述图像识别模块选择所述预定刺激区域并计算所选择的刺激区域相对于所述第二组换能器的位置和取向，并且所述刺激模块将超声刺激施加于脊髓的所选择的刺激区域。
36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述第一组超声换能器和所述第二组超声换能器是布置在换能器阵列内的同一组超声换能器。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述换能器阵列是柔性的。
38.根据权利要求35所述的设备，其中，所述第一组超声换能器和/或第二组超声换能器以一维或二维布置为换能器阵列。
39.根据权利要求35所述的设备，其中，第一组换能器和第二组换能器在使用中位于患者的皮肤表面上。
40.根据权利要求35所述的设备，其中，所述控制模块还被配置为协调所述成像模块、所述图像识别模块和所述刺激模块，使得在所述至少两个刺激周期的每一个周期中，在通过所述刺激模块对脊髓的所述所选择的刺激区域施加超声刺激的同时或之后，所述成像模块获得第二实时脊髓图像，所述识别模块从所述第二实时脊髓图像中识别出所述脊髓的实际刺激区域，并且所述控制模块基于实际刺激区域与预定刺激区域之间的差异来调节所述识别模块和/或刺激模块。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述差异包括所述实际刺激区域与所述预定刺激区域之间的位置、轮廓和/或大小的差异。
42.根据权利要求40所述的设备，其中，所述差异包括肌肉在所述实际刺激区域处的诱发响应。
43.根据权利要求40所述的设备，其中，调节所述识别模块包括以下步骤中的至少一项：(1)优化所述识别模块的图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择所述脊髓的预定刺激区域；和(2)补偿所述所选择的刺激区域相对于所述第二组超声换能器的位置和取向的计算。
44.根据权利要求40所述的设备，其中，调节所述刺激模块包括调节以下各项中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及所述刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
45.如权利要求35所述的设备，其中，还包括反馈模块，所述反馈模块被配置成接收代表来自脊髓的预定刺激区域的受神经支配的肌肉的肌肉收缩的信号，并且所述控制模块基于所述信号调节所述识别模块和/或所述刺激模块。
46.根据权利要求45所述的设备，其中，所述信号包括肌电图、声肌图、肌声图或神经电图信号中的至少一种。
47.根据权利要求45所述的设备，其中，调节所述识别模块包括以下步骤中的至少一项：(1)优化所述识别模块的图像识别算法，以从所述第一实时脊髓图像中选择所述脊髓的预定刺激区域；和(2)补偿所述所选择的刺激区域相对于所述第二组超声换能器的位置和取向的计算。
48.根据权利要求45所述的设备，其中，调节所述刺激模块包括调节以下各项中的至少一项：超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率，以及所述刺激周期的占空比、重复率和持续时间。
49.根据权利要求35所述的设备，还包括干细胞注入模块，所述干细胞注入模块被配置为将干细胞注入到脊髓的预定刺激区域中，从而可以在所述脊髓的预定刺激区域处对所述干细胞施加超声刺激。
50.根据权利要求35所述的设备，所述设备进一步包括与所述控制模块通信的脑信号接收模块，所述脑信号接收模块接收代表预期运动动作的脑信号并将其发送到所述控制模块，所述控制模块参照已建立的脊髓功能映射确定刺激区域，以便能够将超声刺激应用于所确定的刺激区域以引起预期的运动动作。
用于超声脊髓刺激的设备和方法
技术领域
背景技术
涉及到达、抓握、呼吸、咳嗽、说话、站立、踩踏、膀胱和碗状排尿、姿势控制等的神经肌肉活动中起重要作用。相信包括人类在内的所有哺乳动物都在颈椎和腰骶脊髓区域具有SNN。位于腰骶脊髓的SNN组织有规律的腿部运动，该有规律的腿部运动对于运动(例如步行)至关
重要。
极和硬膜外放置的电极递送。对于经皮刺激，通过经皮表面电极传递电刺激。换句话说，它是非侵入性的。磁刺激方法通常是非侵入性的。磁刺激利用放置在脊柱上的常规经颅磁刺
激(TMS)线圈。
激传递到任何区域，包括脊髓的背侧和腹侧结构。侵入性较小的硬膜外刺激方法可以实现
毫米范围内的精度，并且背侧刺激的深度不能深过背侧结构(即它不能到达腹侧结构)。重
要的是要注意，由于外科手术非常复杂且危险，使硬膜外植入物达到脊髓的腹侧表面是不
可行的。非侵入性磁刺激方法具有厘米分辨率，而经皮刺激方法只能执行广泛的非特异性
刺激，该刺激通过传入途径激活脊髓。更好的刺激定位通常意味着更有效的康复。通过脊髓内的脊柱内刺激来达到支撑体重的站立被认为是可行的。另一方面，传统上发现硬膜外刺
激对抑制疼痛有效，但最近的研究表明其在瘫痪后康复中具有潜力。发现仅经皮刺激不比
在中性重力位置诱发腿的有规律的活动或在机器人驱动的支撑体重的直立姿势下更有效。
最后，研究表明，磁刺激只能在支撑体重的直立姿势中诱导出非常有限的步行状模式。
此可能需要频繁手术以更换电极、电池或刺激器。此外，由于无法接受手术，许多瘫痪的患者可能无法被纳入这些治疗。这些问题是在瘫痪后使用侵入性(脊柱内和硬膜外)刺激方法
进行功能康复的主要障碍。
发明内容
图像中选择脊髓的预定刺激区域；c)计算所选择的刺激区域相对于第二组超声换能器的位
置和取向；以及d)使用第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向上刺激脊髓的所选择
的刺激区域。
至少一个。
的至少一种。
所需的多个肌肉群。
细胞的脊髓的预定区域；c)相对于第二组超声换能器计算干细胞或具有干细胞的脊髓的所
选择的区域的位置和取向；和d)使用第二组超声换能器以计算出的相对位置和取向刺激干
细胞或脊髓的所选择的的预定损伤区域。
组超声换能器的位置和取向；和d)使用第二组超声换能器在计算出的相对位置和取向上刺
激脊髓的所选择的刺激区域。
至少一个。
对脊髓的多个所选择的刺激区域进行多焦点刺激的步骤，以便同时激活运动功能所需的多
个肌肉群。
模块，该控制模块被配置为协调成像模块、图像识别模块和刺激模块以在至少两个刺激周
期中操作，使得在该至少两个刺激周期的每个周期中，通过成像模块获得第一实时脊髓图
像，选择预定刺激区域，并由图像识别模块计算所选择的刺激区域相对于第二组换能器的
位置和取向，并且刺激模块将超声刺激施加到脊髓的所选择的刺激区域。
别脊髓的实际刺激区域，并且控制模块基于实际刺激区域与预定刺激区域之间的差异来调
节识别模块和/或刺激模块。
识别模块和/或刺激模块。
域处的干细胞。
建立的功能映射确定刺激区域，从而可以将超声刺激应用于所确定的刺激区域以诱导预期
的运动动作。
附图说明
具体实施方式
circuit)对于运动修复至关重要。关键的是，刺激应直接作用于脊髓中的神经回路，以产生动作电位，而动作电位最终会通过脊髓的腹角传播到周围并产生肌肉收缩。这样，脊髓刺激的结果产生了一系列动作电位，这些动作电位产生了协调的肌肉收缩并引起了运动。另一
方面，错误部位的刺激是无效的并且具有潜在的副作用。同样重要的是要注意，低于阈值的超声刺激可能会降低脊髓神经回路的兴奋性，并使动作电位传播到周围并激活否则会保持
无功能的盘状肌。
尽管目标刺激区域保持不变，但是在治疗过程中其相对于设备的空间位置和取向可能发生
了很大变化。在这方面，一次和全部预选刺激区域对于随后的刺激可能无效。其次，不精确性可能来自预定刺激区域的选择。无论是其是手动选择还是通过图像识别算法选择，选择
过程中都有出错的可能性。因此，所选择的刺激区域可能与要刺激的肌肉或区域不能准确
对应。在其他情况下，误差可能来自先前的诊断，因此首先错误地确定了要刺激的脊髓的肌肉或区域。第三，即使正确选择了刺激区域的位置，由于各种原因，超声刺激仍然可以应用于除刺激区域以外的地方，特别是误差可能来自目标刺激区域与刺激换能器之间的相对位
置和取向的确定；或者可能利用非最佳的参数来施加超声刺激。
钟，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10分钟；或几秒钟，例如1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、
45、50、55或60秒；或在一秒钟内。在第一成像过程中捕获第一实时脊髓图像，并将其用于指导在同一刺激周期中紧随第一成像过程之后的刺激过程。这样，紧接在每个周期中的刺激
过程之前，在第一成像过程中获得第一实时脊髓图像，并且从第一实时脊髓图像中选择与
预定刺激肌肉或区域相对应的脊髓的刺激区域，以确保选择相同的预定刺激肌肉/区域以
立即进行后续刺激过程。在第一成像过程和刺激过程之间基本上没有时间流逝。该实时模
式被认为能够补偿治疗过程中患者姿势或动作的可能变化。
此确定预期刺激和实际刺激之间的差异。在某些实施例中，确定实际刺激区域的位置、轮廓和/或大小。理想情况下，实际刺激区域与预定刺激区域重合，但有时可能会出现它们不匹配的情况。如前所述，这可能是由于所选择的刺激区域与预定刺激区域不完全对应，或者是尽管进行了准确的选择，但超声刺激并未准确地应用于所选择的刺激区域。在那种情况下，计算实际刺激区域和预定刺激区域之间的位置、轮廓和/或大小的差异。可以依靠该信息来调节下一个刺激周期中的第一成像过程和/或刺激过程。
的图像。它可以包含一系列图像以进行时间分析。如前所述，不仅应将刺激施加于正确的位置，而且还应以正确的方式施加刺激。例如超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率的参数，以及刺激周期的占空比、重复率和持续时间都可能对刺激效果具有一些影响，这可以通过分
析第二脊髓图像反映在肌肉或其他组织的诱发响应中。因此，第二脊髓图像可以进一步提
供用于在下一刺激周期中调节第一成像过程和/或刺激过程的信息。
到错误的位置或以不太理想的参数施加刺激，则无法很好地记录来自肌肉的信号。备选地，可以监测多个位置的肌肉，从而可以参考功能性脊髓映射来间接确定实际的刺激区域。可
以依靠该信息来调节下一个刺激周期中的第一成像过程和/或刺激过程。
以是二维的或者是三维的，这取决于医疗需求。在通过图像处理过滤器进行预处理之前或
之后，图像通常将具有足够的质量，以能够进行后续选择。但是，由于设备或患者的某些原因，图像质量可能不令人满意。在那种情况下，可以进行重新捕获(步骤S11)。如果不能获得满意质量的图像，则可以中断治疗(步骤S12)。
动完成第一个周期中的选择，并将所选择的刺激区域加载到图像识别算法中以用于训练目
的。备选地，图像识别算法可以预先为患者一般地或专门地训练，并且可以自动执行从第一周期的选择。选择了脊髓的预定刺激区域之后，可以计算所选择的刺激区域相对于用于刺
激目的的第二组超声换能器的位置和取向(步骤S3)，下面将提供更多细节。在学习了脊髓
的目标刺激区域之后，第二组换能器可以适当的参数来配置，以生成取向到目标区域的聚
焦超声束，以施加超声刺激(步骤S4)。
度的超声信号，因为高强度的信号可能会使身体组织过热并引起坏死。低强度范围可以参
考美国FDA标准和/或欧洲安全标准确定，且可以由医生根据每个患者的情况确定。出于刺
激目的，超声信号的频率可以设置为0.25-5MHz。在某些实施例中，出于刺激目的，超声信号的频率可以设置为0.25-0.5MHz、0.5-0.75MHz、0.75-1MHz、1-1.5MHz、1.5-2MHz、2-2.5MH、
2.5-3MHz、3-3.5MHz、3.5-4MHz、4-4.5MHz或4.5-5MHz。同样，医生可以根据每个患者的情况确定其他参数，例如每个刺激周期的重复率、占空比和持续时间。每个周期的持续时间应相对较短。它减少了患者在治疗过程中运动的影响，并且还降低了刺激脊髓错误区域的风险。
如此短的持续时间实质上使成像和刺激动态化。
程(步骤S5-S6)。在反馈过程中，将在第二成像过程(或超声弹性成像过程)中拍摄第二实时脊髓图像(步骤S5)。从第二实时脊髓图像，可以评估刺激的有效性(步骤S6)。这包括例如评估实际刺激区域是否与预定刺激区域有相同的位置、轮廓和/或大小。该确定是可行的，因为局部组织变形和局部组织振动是由来自聚焦的超声束的声辐射力引起的。这样的局部组
织变形和振动可以通过超声成像来检测(步骤S5)。在该第二成像过程中通常需要超快速成
像技术(每秒2,000帧以上)。也可以使用除超声成像之外的方法(未示出)。在某些实施例
中，获取代表来自脊髓的刺激区域的受神经支配的肌肉的肌肉收缩的信号。该信号包括肌
电图、声肌图、肌声图或神经电图信号中的至少一种。该信号可以帮助确定预定刺激区域是否被刺激，以及刺激的效果如何。备选地，该信号可以帮助间接确定脊髓的实际刺激区域。
以此方式，可以找出预期刺激与实际刺激之间的差异，以查看刺激是否被正确和/或有效地施加(步骤S6)。在需要任何改进的情况下，可以依靠该信息在下一个刺激周期中调节第一
成像过程(步骤S1-S3)和/或刺激过程(步骤S4)。该调节包括例如优化选择预定刺激区域的
算法，特别是提高选择预定刺激区域的准确性；为了刺激的目的，补偿所选择的刺激区域相对于第二组换能器的相对取向和位置的计算，特别是补偿可能由于设备的安装、传感器的
输出等而引起的任何误差；和调节超声束的焦点、聚焦区域、强度和频率；以及每个刺激周期的占空比、重复率和持续时间。在本公开的考虑范围内，其他类型的调节也是可行的。
际刺激之间存在任何差异，则可以考虑反馈信息以改善第二个刺激周期中的重新选择和/
或重新计算和/或第二组换能器的参数。然后由第二组换能器基于改进的过程和/或参数来
进行刺激，所述改进的过程和/或参数是以最新的第一实时脊髓图像为基础的。同样，可以对第三刺激周期和所有随后的刺激周期进行进一步的反馈和改进。这样，可以将超声刺激
的错误应用或不适当应用的风险降到最低，并可以优化刺激效果。
S7)。将干细胞注入到脊髓的目标区域后，可以依靠本发明的刺激方法来激活干细胞。在每个工作周期中，使用第一组超声换能器获得第一实时脊髓图像(步骤S1)。从第一实时脊髓
图像中选择具有干细胞的预定刺激区域或干细胞本身(步骤S2)。然后可以将超声刺激施加
到所选择的刺激区域或干细胞(步骤S3和S4)。在某些实施例中，在每个周期中，利用反馈过程(步骤S5和S6)来确保干细胞被适当地刺激，并在需要的情况下调节超声刺激的位置、强
度和/或其他参数(步骤S5和S6)。应当注意，本方法不限于脊髓损伤或疾病的康复，而是还可以应用于使用干细胞并且需要超声刺激的其他损伤或疾病的康复。
另一方面，有一部分脊髓完好无损，只是它们与大脑的通讯中断了。本方法可以在这种情况下使用，不是用于康复目的，而是用于直接激活受脊髓的完整部分控制的一个或多个运动
动作。为此，收集代表预期的一个或多个运动动作的脑信号(步骤S8)。可以参照所建立的脊髓的功能映射并基于该信号来确定脊髓的刺激区域(步骤S9)。然后可以使用上述刺激方法
将超声刺激施加到脊髓的该完整区域(步骤S1至S6)，从而可以激活一个或多个运动动作。
以此方式，尽管不能使具有严重损伤的脊髓区域康复，但是通过本公开的方法可以建立绕
过受损区域并到达脊髓的其他完整区域的通信，从而使得可以修复通过脊髓的这些完整区
域调节的一个或多个运动动作。从大脑收集的信号包括脑电图(EEG)、脑皮层电图(ECoG)、近红外光谱或脑血管血流信号中的至少一种。
和刺激模块4两者都包括超声换能器10。在某些实施例中，成像模块2和刺激模块4的超声换能器10可以是同一组(图7)。该同一组换能器10可以交替地在成像模式和刺激模式下工作。
在其他实施例中，成像模块2包括第一组换能器10A，并且刺激模块4包括与第一组换能器
10A不同的第二组换能器10B(图8)。第一组换能器10A专用于成像，而第二组换能器10B专用于刺激。这两组换能器10A，10B可以分开或一起布置。其他布置方式也是可能的，并且在本公开的考虑之内。在某些实施例中，成像模块2和刺激模块4的换能器10、10A、10B被布置在同一基底上，从而形成用于便于相对于彼此布置和定位换能器的阵列。该阵列可以是一维
或二维的。如果打算将该设备佩戴在身体上，则该基底可以是刚性的基底，也可以是如图9所示的柔性的基底，这样，第一组换能器10A和第二组换能器10B在使用时位于患者皮肤表
面上。
得二维脊髓图像；当换能器10A的二维阵列被用于成像模块2时，可以获得三维脊髓图像。阵列的尺寸很大程度上取决于要受刺激的脊髓组织的几何形状。成像模块2的换能器10A在每
个刺激周期中至少获取第一实时脊髓图像。、
块3能够相应地选择二维或三维刺激区域。在某些实施例中，可以通过诸如伪彩色编码之类的各种图像处理过滤器31对捕获的图像进行预处理，以增强图像质量和对比度。然后可以
通过选择器32手动地或自动地选择预定刺激区域。在某些实施例中，通过高级图像识别算
法自动地进行选择，使得由成像模块2的图像捕获与由刺激模块4进行的刺激之间的时间间
隔减小，以最小化错误刺激的风险。图像识别算法是经过预先训练的，因此其在识别患者脊髓的预定刺激区域方面具有合理的准确性。可以将具有手动选择的预定刺激区域的一个或
多个图像加载到图像识别模块3中，以在每次治疗之前进行训练。在某些实施例中，还将利用反馈信息在随后的刺激周期中改进图像识别算法。
通常，成像模块2的换能器10A相对于刺激模块4的换能器10B的位置和取向是固定的并且是
已知的，其可以由第二刚性变换矩阵表示。如先前所讨论的，成像模块2和刺激模块4的换能器10可以是同一组。如果它们是两个不同的组，则换能器10A、10B可以以已知方式布置在同一基底上以形成阵列。然而，即使成像模块2和刺激模块4的换能器10A、10B分开布置，也可以认识到相对位置和取向。在这种情况下，第一空间传感器6A可以被附接到成像模块2，第二空间传感器6B可以被附接到刺激模块6，并且接收器6C可以被附接到控制模块5或任何其
他参考位置。接收器6C在空间中产生磁场，空间传感器6A、6B感测磁场的强度和磁场的大小变化。结果被处理以计算每个空间传感器6A，6B相对于接收器6C的位置和取向。这样，第一空间传感器6A和第二空间传感器6B的相对位置和取向以及因此的成像模块2的换能器10A
和刺激模块4的换能器10B的相对位置和取向(即第二刚性变换矩阵)即可计算出来。为了准
确起见，空间传感器6A、6B和接收器6C可以在每次使用前进行校准。利用已知的第一和第二刚性变换矩阵，可以计算所选择的刺激区域相对于刺激模块4的换能器10B的位置和取向。
在某些实施例中，在脊髓的所选择的刺激区域与第二组换能器10B之间的相对位置和取向
的计算中可以存在另外的第三刚性变换矩阵。该第三刚性变换矩阵旨在补偿计算中的任何
未对准、误差或其他不准确性源。可以在反馈过程中定义第三刚性变换矩阵。
区域的聚焦超声束，如图7所示。在某些实施例中，超声束通过穿过椎骨和椎板之间的缝隙而到达脊髓。如果期望不止一个刺激区域，则换能器可以被配置为使得它们可以同时执行
多焦点刺激，如图8所示。换句话说，换能器同时激活运动功能所需的多个肌肉群。这对于激活同时工作以执行马达任务的激动剂肌肉特别重要。来自多个换能器10B的超声信号的聚
焦可以以许多方式完成。例如，第二组换能器10B可以机械地移动(例如，通过旋转或平移)以改变聚焦区域。一种更优选的方式是通过电子聚焦。来自每个换能器的延迟不同的脉冲
超声被用来产生聚焦超声束。
胞注入到脊髓的受损区域。该受损区域是在事先诊断中预先确定的。然后可以使用成像模
块2和图像识别模块3来识别和定位预定区域或干细胞，并且然后可以使用刺激模块4在体
内刺激预定区域或干细胞，以激活干细胞并改善瘫痪性损伤或疾病的康复。
行进一步处理。脑信号代表预期的一个或多个运动动作。脊髓的刺激区域可以由脑信号接
收模块8或控制模块5基于信号并参照已建立的脊髓功能映射来确定。这样，可以对脊髓的
相应刺激区域施加超声刺激以开始预期的一个或多个运动动作。
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