專利名稱：脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于脊椎動(dòng)物脊髓神經(jīng)信號(hào)探測或激勵(lì)電極的定位方法。尤其是
一種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)的簡單靈活的電極定位及固定方法。
背景技術(shù)：
神經(jīng)電極作為神經(jīng)信號(hào)的檢測器和激勵(lì)器，作為生物信息系統(tǒng)和電子信息系統(tǒng)的接口 ，在生命科學(xué)研究和神經(jīng)功能重建等方面具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是十分重要的元件。 目前商用的陣列電極有卡膚(cuff)電極和猶他(Utah)電極等?？w(cuff)電極屬于平面型神經(jīng)外電極，電極點(diǎn)做在柔性無毒的聚酰亞胺表面，做成后自然形成有一條開縫的巻筒。植入時(shí)位于巻筒內(nèi)壁的電極陣列面貼近神經(jīng)外膜。優(yōu)點(diǎn)在于，電極不破壞神經(jīng)外膜和神經(jīng)纖維束膜，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)侵入性較小。缺點(diǎn)在于1)檢測的信號(hào)成分復(fù)雜，為神經(jīng)組織內(nèi)所有神經(jīng)元信號(hào)的總和，信噪比差；2)電極的通道選擇性差，在需要激勵(lì)特定位置的神經(jīng)元或神經(jīng)纖維時(shí)，不可避免地將同時(shí)激勵(lì)所有神經(jīng)元或神經(jīng)纖維；3)功能電激勵(lì)電壓通常需要5V以上，與生物集成電路要求的低電壓和低功耗不相適應(yīng)，采用3. 3V電壓的集成電路會(huì)產(chǎn)生激勵(lì)不足的問題。并且難以對(duì)待探測和激勵(lì)的神經(jīng)通道進(jìn)行精細(xì)定位，激勵(lì)電壓過高會(huì)對(duì)生物組織造成損傷。4)植入電極時(shí)手術(shù)創(chuàng)傷大，需要將lcm多長的神經(jīng)組織完全分離出來才能將卡膚電極安裝上。也就是當(dāng)卡膚電極用于脊髓神經(jīng)信號(hào)的探測或激勵(lì)時(shí)，需要將脊髓神經(jīng)完全分離開來，這將不可避免地截?cái)嗉顾璧牟糠趾蟾颓案瑥亩袛嗖糠指杏X信號(hào)和運(yùn)動(dòng)信號(hào)的傳輸。 猶他電極是以發(fā)明該類電極的猶他大學(xué)命名的，特點(diǎn)是以硅芯片為襯底，在上面形成針狀的電極陣列，已成功應(yīng)用于記錄大腦皮層的神經(jīng)信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是l)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)探測或剌激；2)選擇性好。但存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1)電極材料主體為半導(dǎo)體硅，而不是良導(dǎo)體金屬，電極與神經(jīng)束接觸阻抗高，激勵(lì)出動(dòng)作電位所需要的電壓幅度高于金屬的針灸針電極；2)陣列位置與針的高度固定，無法實(shí)現(xiàn)"對(duì)癥下針"；3)植入時(shí)同樣需要椎板切除術(shù)才能放置電極，手術(shù)創(chuàng)傷還是太大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位及固定方法，本發(fā)明方法創(chuàng)傷小，操作簡單，使用靈活且能實(shí)現(xiàn)任意要求的三維電極陣列，并使電極得以牢固的固定，安全可靠。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法
步驟a :采用專用的骨鉆在脊椎骨上鉆出按要求分布的孔， 步驟b :利用微電極推進(jìn)器將針灸電極通過開孔插至待探測或激勵(lì)的脊髓神經(jīng)上，
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步驟C :在插入了針灸電極的孔中再插入圓錐形的牙膠尖，使針灸電極得到固定。 針灸電極以醫(yī)用針灸針為基礎(chǔ)進(jìn)行加工，保留尖端一點(diǎn)及0.5厘米針柄導(dǎo)電，其
余均被絕緣層覆蓋，并且保證絕緣層具有良好的生物相容性。針灸針的直徑為工藝許可的
最小直徑，一是為了增加神經(jīng)信號(hào)的選擇性；二是為了減少對(duì)神經(jīng)組織的損傷。 為了達(dá)到"對(duì)癥下針"效果，本發(fā)明采用新的電極形式。作為電極的承載體，本發(fā)
明電極利用動(dòng)物的脊椎骨以代替卡膚(cuff)電極的柔性聚酰亞胺和猶他電極的硅芯片，
保證了生物相容性。根據(jù)靈活形成電極陣列的需要，并且根據(jù)醫(yī)學(xué)上最小創(chuàng)傷的原則，形成
陣列的過程需要專用骨鉆。鉆頭直徑約是針灸電極直徑的2-3倍。直徑過大，創(chuàng)口大，電極
也不易固定；直徑過小，電極不便插入?？钻嚵胁幌瘳F(xiàn)有的電極按固定陣列整齊排布，而是
根據(jù)需要探測或激勵(lì)的位置現(xiàn)場確定。每個(gè)孔中利用微電極推進(jìn)器插入針灸電極至待探測
或激勵(lì)的脊髓神經(jīng)上。 由于生物膠或牙科水泥凝固時(shí)間太長，實(shí)驗(yàn)還表明若用生物膠或牙科水泥粘接后在外力作用下可靠性并不高。故本發(fā)明采用圓錐形的牙膠尖(牙根管塞尖)針灸電極。牙膠尖是口腔內(nèi)科臨床常規(guī)應(yīng)用于牙齒根管充填治療術(shù)的固體根管填充材料，其主要成分為古塔膠、氧化鋅、硫酸鋇和增韌劑，具有良好的生物相容性，可以長期留置人體內(nèi)。按照ISO標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)頂部的顏色識(shí)別不同型號(hào)。牙膠尖便于剪截、填充和X線阻射，易于確認(rèn)充填效果，堅(jiān)硬且有柔韌性，左右撥動(dòng)30度不斷裂。且牙膠尖尖部采用弧形，不易損傷脊髓。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)采用專用骨鉆鉆孔定位，達(dá)到最小創(chuàng)傷的目的，對(duì)脊髓損傷小。
2)可以形成三維電極分布，使"對(duì)癥下針"成為可能。 3)承載電極的材料為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自身的脊椎骨，絕對(duì)保證了其生物相容性。 4)本發(fā)明中的電極采用針尖和針尾暴露的、針體經(jīng)生物相容性的絕緣材料涂敷的
針灸針，該電極只有針尖極小部分與神經(jīng)接觸，因此在作為激勵(lì)電極時(shí)，神經(jīng)纖維的選擇性
好，需要的剌激閾值小，對(duì)神經(jīng)組織損傷小。 5)由于針體本身是由金屬組成，比針體由半導(dǎo)體組成的猶他電極阻抗小，在進(jìn)行神經(jīng)信號(hào)探測時(shí)更有利于記錄到微弱的神經(jīng)信號(hào)。 6)采用圓錐形牙膠尖，由于在牙膠尖插入脊椎孔內(nèi)形成側(cè)向壓力，使得牙膠尖、針灸電極、脊椎骨之間有更大的接觸面，達(dá)到固定效果。可用于長期的神經(jīng)信號(hào)記錄和探測。
7)由于牙膠尖堅(jiān)硬又有柔韌性，故采用牙膠尖固定針灸電極的方式更適合于在脊椎中有微量位移的脊髓的神經(jīng)信號(hào)的記錄或激勵(lì)。 8)由于牙膠尖是圓錐形，牙膠尖的尖端比空隙小，便于牙膠尖插入空隙內(nèi)；由于牙膠尖是圓錐形，只要其粗端比空隙寬，盡管孔徑直徑略有差異照樣能牢固固定針灸電極；由于牙膠尖是圓錐形，可方便地將單個(gè)電極在需要時(shí)取出和再定位。


圖1是電極固定過程示意圖(a)骨鉆鉆孔，(b)插入針灸電極，(c)牙膠尖固定電極。
具體實(shí)施例方式—種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法 步驟a :采用專用的骨鉆在脊椎骨4上鉆出按要求分布的孔1， 步驟b :利用微電極推進(jìn)器將針灸電極2.通過開孔1插至待探測或激勵(lì)的脊髓神 經(jīng)5上， 步驟C :在插入了針灸電極.2.的孔.1.中再插入圓錐形的牙膠尖.3.，使針灸電 極.2.得到固定。在本實(shí)施例中，骨鉆鉆頭的直徑是針灸電極直徑的2 3倍。
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，實(shí)施方法為首先用專用骨鉆在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物脊 椎骨4上鉆孔1形成需要的孔1分布，鉆頭直徑約為針灸電極直徑的2 3倍?？?分布 不像現(xiàn)有的電極按固定陣列整齊排布，而是根據(jù)需要探測或激勵(lì)的脊髓神經(jīng)5的位置現(xiàn)場 確定。利用微電極推進(jìn)器將針灸電極2分別插入各個(gè)孔1中，各針灸電極2插入的深度由 待探測的脊髓神經(jīng)5背腹方向深度位置確定。針灸電極2插入到合適的深度。然后，用牙 膠尖3固定針灸電極2。截去針灸電極2的尾端以保證尾端形成一個(gè)微凸出于脊椎骨4的 平面，以便于與外部探測或激勵(lì)電路連接。
權(quán)利要求
一種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法，其特征在于步驟a采用專用的骨鉆在脊椎骨(4)上鉆出按要求分布的孔(1)，步驟b利用微電極推進(jìn)器將針灸電極(2)通過開孔(1)插至待探測或激勵(lì)的脊髓神經(jīng)(5)上，步驟c在插入了針灸電極(2)的孔(1)中再插入圓錐形的牙膠尖(3)，使針灸電極(2)得到固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法，其特征在 于，骨鉆鉆頭的直徑是針灸電極直徑的2 3倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脊髓神經(jīng)信號(hào)長期探測與激勵(lì)電極的定位方法步驟a采用專用的骨鉆在脊椎骨上鉆出按要求分布的孔，步驟b利用微電極推進(jìn)器將針灸電極通過各開孔插至待探測或激勵(lì)的脊髓神經(jīng)上，步驟c在插入了針灸電極的孔中再插入圓錐形的牙膠尖，使針灸電極得到固定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法創(chuàng)傷小，操作簡單，使用靈活且能實(shí)現(xiàn)任意要求的三維電極分布，電極截短后可大體與骨表面平，以便于掩埋在皮膚下，既不受碰撞，不損傷皮膚，也不損傷電極本身，安全可靠。
文檔編號(hào)A61B5/04GK101703398SQ200910185419
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者呂曉迎, 沈曉燕, 王志功, 黃宗浩 申請(qǐng)人:東南大學(xué)